У этой машины большой шестицилиндровый двигатель под капотом дуолинго

«Плоскоголовый-6»: американский мотор, на котором выехали СССР и соцлагерь

Когда в середине тридцатых годов главный конструктор ГАЗа Андрей Липгарт прорабатывал варианты модернизации легковой «эмки» — ГАЗ М1, лицензионной копии американского «Форда», то едва ли он мог предполагать то, каких тектонических масштабов шаг будет им в ходе этой работы совершён. Большую часть последствий своего выбора тогда, в тридцатых, он увидит при жизни. Но многое случится уже позже.

Эта удивительная история мало где известна – в нашей стране её знают по фрагментам, а за её пределами она вообще никого не интересует. Но она как минимум заслуживает того, чтобы быть рассказанной.

Пришествие «Плоскоголового».

В 1928 году инженеры компании «Крайслер» создали, а компания запустила в производство новое поколение автомобильных моторов. Первенец его был четырёхцилиндровым, а спустя четыре года увидела свет и рядная «шестёрка». Мотор имел чугунный блок, нижнее расположение клапанов, цепной привод распределительного вала, масляный насос, термостат, и в общем был вполне современным по тем временам. За специфическую форму головки (а по факту – крышки, раз уж у нас нижневальный двигатель), мотор получил в США кличку, с которой ему суждено было остаться навсегда – flathead, что в переводе дословно «плоская голова», а применительно к двигателю можно было бы перевести как «плоскоголовый» [двигатель]. Четырёхцилиндровый вариант называли flathead-4, а шестицилиндровый – flathead-6.

Этому мотору в США суждена была славная судьба – если 4-цилиндровый вариант простоял в производстве, то шестицилиндровый только на автомобили серийно ставили до конца 60-х годов, а на различную спецтехнику и промышленное оборудование – ещё десяток лет. И по сей день к нему продаются запчасти, а энтузиасты строят «вокруг него» разные хот-роды и тому подобное. Нас, однако, интересует совсем другая «ветка» эволюции этого мотора.

Оценивая перспективы замены или модернизации двигателя, А. Липгарт понимал, что из старого мотора «эмки» много не выжмешь — те 10 л.с., которые в итоге всё-таки удалось получить, подняв мощность с 40 до 50 сил уже смотрелись чудом, ведь их получили на тогдашнем низкотехнологичном промышленном оборудовании и без потери надёжности. Но этого было мало.

Выход фактически был один – купить мотор за границей и производить его в СССР. В те годы подобное копирование не считалось чем-то зазорным – гражданам СССР было очевидно, что их страна в техническом плане сильно отстаёт от других развитых стран.

Липгарт исключением не был, и пошёл по традиционному для СССР тридцатых годов пути. Найти подходящий двигатель, купить лицензию, адаптировать его к суровым советским реалиям и производить, попутно обучаясь у иностранцев передовым технологиям. Где брать образец тоже вопрос не вставал – тогда в СССР мэйнстримом было сотрудничество с США, от этого и оттолкнулись, тем более американцы, только что попрощавшиеся с «Великой Депрессией» охотно продавали всё подряд.

Анализируя конструкции автомобильных двигателей Липгарт и его подчинённые обратили внимание на автомобиль «Додж Д5». Двигатель, который на нём был установлен привлёк их внимание сочетанием новизны и мощности с одной стороны, простоты и надёжности с другой. Это и был «Крайслер-плоскоголовый-6».

Сегодня в России этот двигатель ошибочно называют «Додж Д5», но это ошибка, это наименование автомобиля, на котором советские инженеры впервые «подсмотрели» этот мотор. Сам же он так никогда не назывался.

В 1937 году Липгарт с группой инженеров отправляется в США. Там наши специалисты изучили двигатель, сам Липгарт глубоко вник в технологические процессы, использовавшиеся для его производства, и сам же руководил закупкой необходимого для производства оборудования.

В конце 1938 первые отечественные двигатели уже были изготовлены на ГАЗе.

Надо сказать, что мотор глубоко переработали. Так, цепной привод ГРМ был заменен на шестерёнчатый, размеры не только пересчитаны в миллиметры, но ещё и приведены к стандартным размерным рядам.

Например, диаметр цилиндра «Крайслера» составлял 88,25 мм (3 ¼ дюйма), у нашего мотора – 88 мм ровно. И так почти во всём.

Основным направлением внесения изменений в конструкцию двигателя была его адаптация под советское топливо, смазки и более чем низкое качество технического обслуживания. И это получилось «на все сто».

В 1940-м произвели 128 моторов. План на 1941 предусматривал тысячи двигателей, с перспективой дальнейшего роста.

Серийный двигатель получил наименование ГАЗ-11. Существовало две его модификации – с чугунной головкой блока, степенью сжатия 5,6 и мощностью 76 л.с. при 3400 об/мин, и с алюминиевой ГБЦ, степенью сжатия 6,5 и мощностью 85 л.с. при 3600 об/мин.

Первой серийной машиной, получившей его, стала «Эмка». Более длинный шестицилиндровый двигатель легко встал под её капот, понадобилось только слегка «выпуклая» облицовка радиатора, чтобы моторному отсеку хватило длины. Автомбиль получил наименование ГАЗ 11-73. До войны успели произвести несколько сотен таких машин.

Но это серийная машина. А вообще перспективный мотор на что только не «сватали». И на новые армейские грузовики вездеходы ГАЗ 33, 62 и 63 (не путать с послевоенными моделями), на бронеатомобили ЛБ-НАТИ и ДБ-62, которые должны были бы стать первыми советскими полноприводными колёсными бронемашинами, на газовский пикап ГАЗ 415, существовали авиационный и судовой варианты…

Планов было много. Но 22 июня 1941 года все они резко потеряли актуальность.

Движок, который спас СССР

Великая отечественная война прочно ассоциируется в массовом сознании с танками, а последние – с Т-34 различных модификаций.

Но давайте будем помнить, что они воевали не одни. В первые же недели войны стало ясно, что одних средних и тяжёлых танков Красной Армии не хватит, да и тогдашние уставы и доктрины прямо предусматривали использование лёгких танков в массе ситуаций. При этом совершенный и высокотехнологичный лёгкий Т-50 промышленность производить оказалась не в состоянии. В этих условиях спасительное решение принял выдающийся инженер, создатель ряда лёгких бронемашин Николай Александрович Астров. Им был спроектирован простой лёгкий танк Т-60, который мог бы быстро пойти в серию на ГАЗе, и который оснащался … двигателем ГАЗ-11. Вернее, его вариантом ГАЗ-202, который отличался только электрооборудованием. В остальном это был тот же мотор.

Сам Астров до этого спроектировал лёгкий танк-амфибию Т-40, который тоже оснащался ГАЗ-202! А ведь Т-40 воевали как минимум весь первый год войны, участвовали в битве за Москву. Часто это были единственные танки, на которые пехота могла положиться. Пусть они и были пулемётными, но лучше так, чем никак, к тому же, Т-40, прикрытый своей пехотой и действующий против противника, который здесь и сейчас не имел противотанковой артиллерии, превращался в «бесконечную величину» — как и любой другой танк. И такие случаи были.

Т-60 же уже был вооружён автоматической пушкой, и немецкой пехоте эти пушки могли наносить просто огромные потери. Лёгкие танки позволили ускоренно формировать танковые части и «ковать» нужные для войны кадры… но откуда бы они взялись, если бы не было подходящего мотора? На танках Астрова стоял вариант мощностью 76 л.с., с чугунной ГБЦ, не требовавший много лёгких сплавов для своего производства. С учётом того, что свой алюминий СССР уже на 70% потерял (ГОКи остались на оккупированной немцами территории), а до массовых поставок американского по ленд-лизу надо было ещё дожить, это был жизненно важный момент.

Всего в СССР было произведено 960 танков Т-40 и 5920 танков Т-60. Все они оснащались двигателями ГАЗ-202, теми самыми «плоскоголовыми». Так что 9-го мая стоит поминать добрым словом и Липгарта, и «Крайслер». Неизвестно, как бы дело пошло, если бы не они…

Впрочем, это было даже не начало…

Т-60 на конвейере простоял недолго. Через месяц с небольшим после контрнаступления под Москвой, Астров «протолкнул» производство более мощной модели – Т-70. Более толстая броня давала больше шансов выжить даже танкистам лёгких танков, а пушка калибром 45-мм давала шансы поразить немецкий танк в бою, пусть они и были небольшими и сокращались с каждым годом. Эти улучшения в лёгком танке требовали нового, более мощного двигателя.

Новый мощный двигатель получили путём сращивания двух ГАЗ-202 в блок из двух моторов ГАЗ-203. Двигатели чуть дефорсировали для повышения надёжности, и в сумме агрегат дал 140 л.с., «два по семьдесят». Т-70 стали вторым по массовости советским танком. Их было построено 8231 машина. И опять стоит вспомнить «Крайслер» и Липгарта.

Вот это уже было началом, без сомнений. Но только началом.

Силовой агрегат ГАЗ-203 стал «сердцем» для машины, вклад которой в Победу просто невозможно переоценить. Речь идёт о САУ Су-76М. Эта в каком-то смысле легендарная САУ стала главным средством огневой поддержки наступающей советской пехоты, и вносила существенный вклад в противотанковую оборону. Вот что бы было, если бы её не было, даже не хочется представлять. За годы войны было выпущено 14292 САУ.

Оценим вклад гусеничных боевых машин с «бывшим американским» «сердцем».

Танки Т-40, Т-60 и Т-70, САУ Су-76М это в сумме 29403 танков и САУ. Добавив сюда 70 единиц попавших в войска лёгких Т-80 (был и такой в те годы) получаем окончательно 29473 танка и САУ. Примерно треть всего произведённого. А ведь Липгарт мог бы выбрать мотор, который не подошёл бы к бронетехнике. И что бы тогда было?

На этом фоне 238 полноприводных вездеходов ГАЗ 61 всех модификаций уже не смотрятся, хотя опять же, можно пофантазировать на тему не вовремя застрявшего на слабосильном автомобиле Жукова… Но у него было 85 л.с. под капотом, в его вездеходной модификации «эмки». Не застрял.

Трудно судить, что случилось бы, не будь у нашей страны этого мотора. Видимо, ничего хорошего.

Но война была только эпизодом в жизни этого мотора.

А вот теперь всё началось!

После войны СССР оказался в трудной ситуации – страна лежала в руинах, бушевал голод, нарастала военная угроза со стороны США и Запада. И в таких условиях нужно было заниматься и восстановлением разрушенного, и развитием. В автомобильной промышленности всё обстояло даже жёстче – требовалось сделать рывок в условиях, когда несколько военных лет и работ на перспективу не производилось, и кадры просто-напросто погибли на войне.

В этих условиях ГАЗ получил сильную фору – у него был двигатель, который сразу же можно было использовать на любой перспективной технике.

Сразу же после войны «плоскоголовый» последовательно прописался на грузовом ГАЗ-51, получив такое же имя, как и автомобиль — ГАЗ-51, на его полноприводном армейском варианте ГАЗ-63 и народнохозяйственном варианте вездехода ГАЗ-63П. Скопированная кабина (без оперения) от «Студебеккера» и крайслеровский мотор дали возможность ГАЗу сэкономить время. И немало. Правда, двигатель ГАЗ-51 уже был существенно другим двигателем – но в основе своей оставался тем же самым. Мощность только слегка упала, до 75 л.с.

Любопытно, на ГАЗ разработал вариант такого двигателя с форкамерным зажиганием. Чуть более мощный, но и капризный мотор производился до конца 70-х.

Более того, бывшая американская «шестёрка» дала жизнь ещё одной «ветке эволюции» славного двигателя.

ГАЗ М20 «победа» была первой советской послевоенной легковой машиной, и, с точки зрения конструкции – ещё и самой оригинальной. И изделия МЗМА (будущий АЗЛК) и вообще отечественный автопром грешил «копированием», причём часто нелегальным. ГАЗ сделал новаторскую машину, не являвшуюся копией чего бы то ни было. Это был крупный успех.

Но какой там был двигатель? А двигателем там работала «урезанная» на пару цилиндров модификация ГАЗ-11. Меньшего рабочего объёма и уменьшенной до 50 л.с. мощности. Именно такой мотор был нужен разорённой стране, и она его получила. Чуть позже он же встанет и на следующее поколение легковых армейских внедорожников – ГАЗ-69. И это тоже будет только началом.

Следующей легковой машиной, на которой «прописался» советский «плоскоголовый» оказался ГАЗ-12, известный в народе как ЗИМ. Этот не по-советски роскошный автомобиль стоимостью в фантастические 45000 рублей стал самой мощной советской легковушкой, теоретически могущей стать собственностью рядового гражданина. Ну или нерядового. Для этой машины ГАЗ «вернул» из небытия алюминиевую ГБЦ, и путём некоторых нехитрых доработок поднял мощность до 90 л.с. – весьма хороший по тем временам результат. ЗИМ вскоре перестали производить, продажа лимузинов советским гражданам прекратилась, и это машина надолго стала максимум возможного для человека, не чуждого «красивой» жизни.

Правда практичные, но зачастую лишённые эстетического чувства советские граждане куда чаще возили на ЗИМах картошку и тому подобное, начисто убивая «люксовую» машину, и превращая её в рабочую клячу. И, конечно, мотор позволял это делать без затруднений.

Но и это был не конец истории, в жизни двигателя назревало сразу несколько новых эволюционных прорывов.

ГАЗ готовил к производству новый грузовик, более совершенный, чем ГАЗ-51. И базовым двигателем для него уже выбрали рядную «шестёрку». Этим грузовым автомобилем стал ГАЗ 52, последней модификации которого предстояло пережить СССР. И те, кто застал этот автомобиль, легко узнают и используемый на нём мотор.

Двигатель ГАЗ 52, сильно модернизированный по сравнению с когда-то исходным ГАЗ-11, и несколько усовершенствованный в сравнении с ГАЗ-51 стал настоящим долгожителем. Его производили в номенклатуре запасных частей до конца девяностых годов. Он ставился на погрузчики львовского завода и по сей день используемые в России не новые львовские погрузчики оснащены преимущественно этим двигателем…

А что же обороноспособность? Славные традиции защиты Родины на когда-то придуманных в Америке моторах? Тут тоже было всё в порядке, и дело не только в армейских автомобилях семейства ГАЗ-63.

Модификации советского «плоскоголового» последовательно использовались на БТР-40, БТР-60, и БРДМ, а на забытой ныне, но когда-то весьма важной и востребованной авиадесантируемой самоходке АСУ-57 стоял его четырёхцилиндровый «родственник» от «Победы» и ГАЗ-69. Эти моторы «пылили» по пыльным дорогам Синая и Галелеи в арабо-израильских войнах, несли припасы и солдат по вьетнамской «Тропе Хо Ши Мина» во время войны с Америкой, именно на этих двигателях въезжала в Афганистан значительная часть «Ограниченного контингента». На них воевали и работали кубинцы и никарагуанцы.

Но и это было не всё.

Из этого двигателя выросла моторостроительная промышленность Китая, Румынии и Северной Кореи. Вариант двигателя М20 производился в Румынии на заводах АРО. Китайцы развивали свою промышленность имея всего два типа автомобилей – копию советского ГАЗ 51 и копию советского ЗиС-150. Первый из них нёс под капотом потомка «Крайслера». Эти моторы производились и видоизменялись много лет, уже независимо от прототипа.

В КНДР и 4- и 6-цилиндровые потомки газовской версии «Крайслера» до сих пор производится и ещё десяток лет назад был базовой моделью местного автопрома.

И конечно, мы не можем обойти вниманием Польшу. Получив возможность производить у себя «Победу» под наименованием «Варшава», поляки скопировали и двигатель. Но позже, они переработали его в … верхнеклапанный! Новая головка блока позволила поднять мощность и вместо 50 л.с. при 3600 об/минуту S-21 выдавал 70 при 4000. Совсем, что называется, другое дело.

«Варшавы» прекратили производить в 1973 году, но моторы продолжили устанавливаться на знакомые всем, кто помнит СССР автомобили «Жук» и «Ныса».

Сегодня встретить на дороге автомобиль с потомком «плоскоголового» под капотом уже непросто – и «Победы» и ГАЗ-69, и ГАЗ-51, 52, 63 уже скорее музейные реликвии, чем «рабочие» машины. Но кое-где на них ещё ездят и работают даже в России.

А в КНДР потомки этого двигателя скорее всего ещё производятся, ведь в их армии так много автомобилей от «Сынри», по крайней мере в качестве запасных частей эти моторы ещё должны поставляться.

И эта историческая роль придуманного в конце двадцатых годов мотора не может не вызывать восхищения.

Источник

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»?

Рядный шестицилиндровый двигатель — редкий пример абсолютно уравновешенного мотора. Вымирающий вид. А какой ещё архитектуры бывают ДВС и на что она влияет?

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана.

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 для безнаддувного дизеля до 100 для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у будет четыре, пять или шесть цилиндров, у восемь. Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой частотой вращения коленвала. Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зелёным в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Что же получается? Из распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата. Но мотор зато получался простым и дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А для компенсации момента от балансирного вала придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Кстати, оппозитная «четвёрка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры» Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

У рядных «пятёрок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил. Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций.

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

А что насчёт «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12.

Помните, мы упоминали о моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так.

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации. Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора.

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Источник