Откройте капот автомобиля и с вероятностью 90% наткнетесь на четырехцилиндровый двигатель. Его конструкция проста и недорога в изготовлении, компактна и обеспечивает функции, достаточные для большинства автомобилей.
Обратите внимание, однако, что большинство этих двигателей имеют рабочий объем 1,5-2 литра, т.е. объем каждого цилиндра не превышает 0,5 литра. Редко четырехцилиндровый двигатель имеет больший рабочий объем. Да и то цифры лишь немногим выше: 2,3-2,5 литра. Типичным примером является семейство Duratec компании Ford-Mazda, в котором старший двигатель имеет объем 2,5 литра (устанавливался на Ford Mondeo и Mazda CX-7). Или, скажем, 2,4-литровый, которым оснащаются кроссоверы Kia Sportage или Hyundai Santa Fe.
Почему дизайнеры не увеличивают нагрузку еще больше? Есть несколько препятствий. Во-первых, из-за вибрации: у рядного 4-цилиндрового двигателя силы инерции второго ряда не уравновешены, а увеличение объема резко повышает уровень вибрации (что приводит к снижению не только комфорта, но и тоже по надежности). Решение возможное, но непростое — обычно сложной системой балансировочных валов.
Есть и большие конструктивные проблемы - большое увеличение хода поршня препятствует росту инерционных нагрузок, а при значительном увеличении диаметра цилиндра затрудняется нормальное сгорание топлива и возрастает опасность детонации. К тому же есть сложности с самой установкой — например, из-за высоты передней крышки.
И все же в истории автомобилестроения существует длинный список исключений. В подборку Motor намеренно не включены дизельные двигатели – специально для тяжелых грузовиков, среди которых есть до 8,5 литров. Такие двигатели относительно тихоходны, поэтому им не так страшен рост инерционных нагрузок - ведь они связаны со скоростью квадратичной зависимостью. Кроме того, процесс сгорания в дизелях организован совершенно по-другому.
Точно так же не включены различные эксперименты начала 20 века — например, четырехцилиндровый бензиновый двигатель Daimler-Benz мощностью 21,5 л. Тогда создание двигателей находится еще в зачаточном состоянии и инженеры не знают о многих эффектах, происходящих внутри него. По этой причине в галерее ниже представлены только четырехцилиндровые гиганты, родившиеся за последние 60 лет.
Toyota 3RZ-FE - 2693 куб. см
Двигатель был разработан в конце 80-х специально для фургона HiAce, внедорожников Prado и пикапов Hilux. Требования к таким двигателям понятны: для езды по бездорожью или с большой нагрузкой нужен хороший крутящий момент на малых оборотах и высокая эластичность (пусть и в ущерб максимальной мощности). Плюс невысокая стоимость, что особенно важно для коммерческого транспорта.
2,7-литровый двигатель является старшим в серии RZ из четырех бензиновых двигателей. С самого начала они проектировались с расчетом на увеличение объема, так что прочный чугунный блок собран очень вместительно: расстояние между цилиндрами составляет целых 102,5 миллиметра. Для увеличения объема до 2,7 литров диаметр цилиндров и ход поршня составляют 95 миллиметров. В отличие от младших двигателей серии RZ, этот оснащен балансировочными валами для снижения вибрации.
Для своего времени двигатель имеет очень современный дизайн, но без экзотики: чугунный блок накрыт 16-клапанной головкой, имеет цепь ГРМ, гидрокомпенсаторов нет. Мощность составляет всего 152 лошадиные силы, зато максимальный крутящий момент в 240 Нм доступен при 4000 об/мин.
В 2004 г. была выпущена модернизированная версия двигателя с индексом 2TR-FE, получившая новую головку блока цилиндров с гидрокомпенсаторами и фазовращателем на впуске (а с 2015 г. – на выпуске). Его мощность увеличена символически – до 163 лошадиных сил, но максимальный крутящий момент в 245 Нм доступен уже при 3800 об/мин.
GM L3B - 2727 куб. см
Вот как выглядит американский даунсайзинг: В качестве альтернативы атмосферным 8-цилиндровым двигателям General Motors разрабатывает огромный турбированный четырехцилиндровый с рабочим объемом более 2,7 литров.
С самого начала двигатель проектировался для полноразмерных пикапов. Для большего крутящего момента на низких оборотах он выполнен с очень длинным ходом: диаметр цилиндра равен 92,25 миллиметра, а ход поршня - 102 миллиметра
При этом двигатель спроектирован по самым современным лекалам: применен непосредственный впрыск топлива (с боковой форсункой), фазовращатели, система частичного отключения цилиндров, электрический насос системы охлаждения. Блок цилиндров и головка выполнены из алюминиевого сплава, а выпускной коллектор интегрирован в головку, турбокомпрессор BorgWarner двухканальный и с нетрадиционной геометрией обмотки.
Мощность этого турбомотора достигает 314 лошадиных сил, а крутящий момент составляет 473 Нм всего лишь при 1500 об/мин. Он устанавливается на базовые версии большого пикапа Chevrolet Silverado (брат внедорожника Chevrolet Tahoe), но со следующего года будет устанавливаться под капот… компактного заднеприводного седана Cadillac CT4 – а точнее на его «заточенная» версия CT4-V. Для него мощность будет увеличена до 325 лошадиных сил, а максимальный крутящий момент — до 515 Нм.
ГМ LLV
На рубеже веков General Motors выпустила целое семейство унифицированных рядных двигателей Atlas для среднеразмерных кроссоверов, внедорожников и пикапов. Все они имеют современные четырехклапанные головки, одинаковый ход поршня (102 миллиметра), два варианта диаметра цилиндров (93 или 95,5 миллиметра) и разное количество цилиндров (четыре, пять или шесть).
Четырехцилиндровые имеют индексы LK5 и LLV, их рабочий объем составляет 2,8 и 2,9 литра, а мощность – 175 и 185 лошадиных сил. Как и двигатели пикапов, они отличаются своей «мощностью» — максимальный крутящий момент (251 и 258 Нм) доступен при 2800 об/мин. При этом они могут вращаться до 6300 об/мин. Рассматриваемые 4-цилиндровые двигатели устанавливались на среднеразмерные пикапы Chevrolet Colorado и GMC Canyon первого поколения, и производство было прекращено вместе с производством двух моделей (рассматриваемого первого поколения) в 2012 году.
Porsche M44/41, M44/43 и M44/60 - 2990 куб. см
Большинство двигателей в этой подборке представляют собой простые агрегаты, предназначенные для пикапов, фургонов или внедорожников. Но это другой случай: этот двигатель предназначен для спортивного автомобиля Porsche 944.
Менее дорогое купе Porsche 924 с передним расположением кузова конца 1970-х годов часто подвергалось критике за слабый 2-литровый четырехцилиндровый двигатель Audi. Именно поэтому, затеяв глубокую модернизацию спорткара, конструкторы Porsche делают из него совершенно другой двигатель. Правда, существенным ограничением является размер моторного отсека, который с самого начала был рассчитан на установку «четверки».
Porsche 944, выпущенный в 1983 году, на самом деле является правой половиной алюминиевого V8 от большого купе Porsche 928. Получившийся 2,5-литровый двигатель имеет довольно короткий ход поршня и огромный цилиндр диаметром 100 миллиметров: при 4 цилиндрах этот дает крайне неравномерную работу, поэтому приходится использовать запатентованную систему Mitsubishi с парой балансировочных валов. С другой стороны, двигатель оказывается очень эластичным – машина может без проблем заводиться на второй передаче.
Затем объем двигателя увеличили сначала до 2,7 литров, доведя диаметр цилиндра до 104 миллиметров. Затем ход поршня увеличили до 87,8 миллиметров, получив на выходе объем 3 литра — одну из самых больших «четверок» в истории автомобилестроения! Кроме того, есть как атмосферные, так и турбированные версии.
Было выпущено несколько версий трехлитрового двигателя: Porsche 944 S2 развивает 208 лошадиных сил, а Porsche 968 – 240 лошадиных сил. Все трехлитровые атмосферные моторы оснащены 16-клапанной ГБЦ.
Самая мощная версия серии — 8-клапанный турбомотор, развивающий 309 лошадиных сил. Однако в живую вы его вряд ли когда-нибудь увидите, ведь им комплектуется только Porsche 968 Carrera S, которых было выпущено всего 14 штук. В гоночной версии Turbo RS, выпущенной всего в трех экземплярах, этот двигатель форсирован до 350 лошадиных сил. Кстати, 16-клапанный турбомотор разработан, но только в качестве прототипа.
Понтиак
Как видите, объем в три литра для четырехцилиндрового двигателя не предел! Эту отметку пересек двигатель Pontiac Trophy 4 1961 года с рабочим объемом 3,2 литра.
Этот двигатель был одним из плодов работы Джона Делориана, который в те годы возглавлял подразделение Pontiac концерна General Motors. Для новой компактной модели Pontiac Tempest (компактный по американским меркам — длина 4,8 м) требуется дешевый базовый двигатель, но средств на его разработку у компании нет.
По просьбе Delorian двигатель был разработан с нуля легендарным гоночным механиком Генри «Смоки» Юником. Он буквально разрезал большую восьмерку объемом 6,4 литра из семейства Trophy V8 пополам.
Получившийся двигатель очень тяжелый (240 килограммов), но крайне дешевый в производстве — в конце концов, в нем все как у V8. Оба двигателя имеют одинаковый диаметр цилиндра и ход поршня, а их конструкция состоит из 120 отдельных компонентов. Они также производятся в одном месте, что приводит к значительному снижению затрат.
Четырехцилиндровый двигатель развивает от 110 до 166 лошадиных сил в зависимости от карбюраторной версии. Двигатель был остановлен в 1964 году, параллельно с разработкой Tempest второго поколения.
IHC Comanche - 3212 куб. см
Точно так же V8 использовался в качестве четырехцилиндрового двигателя семейства Comanche для внедорожника International Harvester Scout в начале 1960-х годов. Сейчас этот бренд прочно забыт, но в то время он выпускал сельхозтехнику, грузовики, пикапы, а в 1961 году выпустил небольшой внедорожник Scout.
Для базового двигателя разработана четырехцилиндровая серия Comanche. International Harvester — небольшая компания со скудными ресурсами, поэтому новый двигатель спроектирован максимально бюджетно: конструкторы урезали пятилитровую «осмак» для стационарной установки (например, для привода генератора) пополам. .
И к 1968 году компания точно так же создавала настоящего гиганта: 3,2-литровый четырехцилиндровый двигатель получился после уполовинивания 6,2-литрового V8, предназначенного для тяжелой техники. Новый двигатель развивал всего 111 лошадиных сил, а к концу 70-х из-за ужесточения требований по токсичности его мощность снизилась до 93 лошадиных сил.
Однако задолго до этого его доля в производственной программе рухнула, когда на внедорожник Scout начали устанавливать более мощные и плавные двигатели V8. Впрочем, это уже не имеет значения — в конце концов, этот двигатель остался в истории как самый большой 4-цилиндровый двигатель, когда-либо устанавливавшийся на автомобиль!