Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 10% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Силите и звукът на двигателите с различен брой цилиндри

28.02.2017 00:52

Царството на механиката: Сравнихме различни двигателни концепции с от 2 до 16 цилиндъра

Защо някои бензинови двигатели работят по-меко и балансирано от други? Какво ражда характерния за всеки мотор звук? Защо някои машини успяват да генерират толкова опияняващ спектър, а на други не им се удава това?
Бензиновите двигатели които задвижват автомобилите в наши дни, работят само на четиритактов принцип и в рамките на оперативния им цикъл (тоест тактовете всмукване, сгъстяване, работа и изпускане осъществяващи се в продължение на два оборота на коляновия вал) се извършва едно запалване и съответно извършване на работен ход. Освен това конструкторите прилагат различни решения по отношение на броя на цилиндрите (2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 и дори 16) и архитектурата на моторите (редови, V-образни или боксерни).  Коя комбинация ще бъде избрана зависи от търсените характеристики по отношение на динамиката, но така също и от разполаганото място и бюджет. Повечето от споменатите разновидности обаче не са лишени от вибрации, които също влияят на характера на работата на мотора.
Основната причина за нехармоничността на работата на двигателите с вътрешно горене са  масите на движещите се нагоре и надолу бутала, мотовилките с тяхната характерна осцилираща траектория и въртящия се колянов вал. Генерираните от тях сили и моменти зависят от конструкцията обаче само частично. Според елементарното правило в работата на двигателите с вътрешно горене, колкото повече са цилиндрите, респективно повече броя на запалванията на сместа за единица време и по-малки масите  на отделните движещи се елементи, толкова по-култивирано и балансирано работи двигателят. Значителен принос за последното могат да имат и допълнителни мерки като противотежести на коляновия вал и балансиращи валове. Роля на буфер на отделните работни импулси и дори на средство за активно поглъщане на вибрациите (Ford 1.0 Ecoboost) играе маховикът. Конструкторите наричат силите предизвикани от движението на буталата нагоре-надолу „първични инерционни сили“ (или сили от първи порядък), а тези генерирани от ъгловото движение на мотовилката и създаваната поради това  разликата в скоростта на буталата в рамките на хода им „вторични инерционни сили“ (или сили от втори порядък).
Всичко това е част от особеностите на механиката. Но то в пряка функция влияе и на акустиката на двигателя. Един балансиран мотор излъчва и чист по своя характер звук. Същото важи и за това как той набира обороти и реагира на подаването на газ. За конструкторите начинът на работа определя и по-нататъшните дейности за настройката на звука на изхода на ауспуховите тръби. Замяната на шестцилиндровите редови двигатели на BMW например принуди инженерите да поставят сложни устройства в изпускателните системи за „догенериране“ на честоти в спектъра на звуковия фон. За  любителите на спортните автомобили красивият звук е не по-малко търсен от голямата мощност.

Трети порядък – това пък какво е?

И тъй като „саундът“ в голяма степен усилва – или може би потиска понякога – удоволствието зад волана, инженерите посвещават много време на акустиката на автомобила. Основният характер на спектъра се определя от последователността на процесите на запалване на сместа, който се нарича още и порядък (терминът е различен от порядъка на силите) и е пряка функция на броя на запалванията за един оборот на коляновия вал. Шестцилиндровият четиритактов двигател например генерира своите основни тонове от трети порядък, защото въпросният брой запалвания за един оборот е три. Освен базовите тонови се генерират и звукове от по-високи порядъци или хармоници.   

2 цилиндъра

Fiat 500: Симпатичното потропване на малкия автомобил

В момента никой не произвежда едросерийно автомобили задвижвани от едноцилиндров двигател, но в общата картина не липсва представител на двуцилиндровите агрегати. Естествено подобно нещо може да ви предложи авангардна, но и екзотична в техническо отношение марка като Fiat. Подобно решение е революционно, но и разбираемо – редовият двуцилиндров мотор има по-малко части, по-ниска себестойност, по-ниско вътрешно триене и на практика е идеален за малък автомобил като Fiat 500. Тези аргументи изглеждат достатъчни човек да пренебрегне факта че при работата си машината като че малко подкашля.           Подобно решение не е новост за фирмата, защото оригиналният 500 от 50-те години също се задвижва от двуцилиндров двигател – естествено с работен обем от 500 см3. Вярно е че машината е на светлинни години от своя предшественик чийто звук се подсилва и поради конструкцията му с въздушно охлаждане, но е вярно също и че е звукът му наподобява същия рап ритъм. Към това се добавя и един интересен акустичен феномен – субективно човек има усещането че се движи с много по-ниски от реалните обороти и едва погледа към оборотомера кара водача да обуздае порива си да дава газ и да премине на по-висока предавка. Това се дължи на голямото времево отстояние между запалванията (едно запалване на един оборот). Водачът трябва да свикне с това преди да се научи да превключва предавките по слух.
Fiat нарича своя двигател Twin, което в случая означава не само че е с два цилиндъра, но и че e редови. Както в повечето случаи тук двете бутала се движат едновременно нагоре и надолу, но работните им тактове респективно запалването са през 360 градуса. За постигането на приемливи нива на мощност на помощ идва турбокомпресорът, който пък работи по-ефективно заради липсата на взаимно негативно влияние на газовите вълни поради големите интервали на началото на отваряне на изпускателните клапани. За отварянето на всмукателните пък се грижи системата MultiAir, която ги задвижва хидравлично. Естествено това едновременно движение на големи маси нагоре-надолу предизвиква солидни вибрации, но докато за компенсирането им в оригиналния 500 се грижеше колянов вал с голяма противотежест, то при новия агрегат с работен обем от 0,9 литра тази роля е поета от балансиращ вал.

3 цилиндъра

Напоследък той се въвежда масово

Подобно на двуцилиндровия двигател и трицилиндровият не е новост в автомобилостроенето, но се преоткрива пред последните години. В сравнение със събрата си с два цилиндъра, баланса на масите е значително по-добър, а интервала на запалване е намален от 360 на 240 градуса.
Трицилиндровият двигател работи като половин редови шестцилиндров. Думата половин обаче идва да обозначи една далеч по-нерафинирана работа. Модерната му турбо интерпретация се роди в процеса на еволюцията на даунсайзинга (макар че в Япония отдавна се продават така нарeчените Kei cars които са три цилиндъра и 0,66 л), а основите положи Ford със своя 1.0 Ecoboost. Последваха го Opel, Peugeot, Hyundai, Renault и дори BMW.
Още от празен ход тези агрегати демонстрират характерен басов звук, подобен на ръмжене, който с увеличаване на оборотите се трансформира в нещо като тракането на шевна машина. И тук заради големия интервал на запалване се появява феномена с усещането за по-ниски от реалните обороти; теоретично 1,5 „горивни събития“ – какъвто е техническият термин за целта – се извършват в рамките на един оборот.
Ренесансът на трицилиндровите мотори има солидни аргументи – този агрегат има по-малък брой детайли от четирицилиндровия със същия работен обем, по-евтин е за производство и е по-лек. Вътрешното му триене е по-ниско, което спомага на намаляване на разхода, а поради по-големият интервал на запалване вълните в отработилите газове не си влияят взаимно негативно, така както при четирицилиндровия (поради което при последните се налага често да бъдат използвани по-скъпите двуструйни турбокомпресори).
Макар и малки всички модерни трицилиндрови мотори са турбо и използват архитектурата с директно впръскване с централен инжектор.

4 цилиндъра

Класиката в жанра при даунсайзинга замества шестцилиндрови мотори

Ако четиритактовият двигател разполага с четири цилиндъра налице е процес на запалване на всеки такт – другояче казано, диапазонът на запалване е 180 градуса. Конструкцията на този вид машина при подреждането на цилиндрите в един ред също е на 180 градуса – тоест те се движат по двойки при което докато средните два тръгват в посока надолу, външните два се насочват нагоре (малко по-различно стоят нещата при V4 мотора използван рядко в миналото). По този начин почти напълно се балансират силите от първи порядък. Разбира се проблем остават тези от втори порядък и затова при двигателите с работен обем от и над 2,0 литра (с някои изключения като 1,6 литровия бензинов агрегат на Opel) се използват два балансиращи вала, разположени в долната част на блок-картера, въртящи се в противоположни посоки. При боксерните машини всяка двойка цилиндри взаимно гаси и двата вида сили, но редовите четирицилиндрови мотори са предпочитани в наши дни заради своята компактност, лесния напречен монтаж в малки и компактни автомобили и на практика са най-използваното решение в съвременното автомобилостроене. 
И все пак и при модерните агрегати си остава характерният звук – особено при високи обороти настъпва типичния грохот – един феномен, който е много типичен за мощните модерни турбо мотори като този на Golf GTI.

(следва)

Текст: Георги Колев

Коментари
comments powered by Disqus