Двигатель V6 - V6 engine

Вид в разрезе двигателя V6 с двумя верхними распредвалами

Двигатель V6 является шести- цилиндра поршневого двигателя , где цилиндры имеют общий коленчатый вал и расположены в конфигурации V .

Первые двигатели V6 были разработаны и произведены независимо компаниями Marmon Motor Car , Deutz Gasmotoren Fabrik и Delahaye . Двигатели, построенные после Второй мировой войны, включают двигатель Lancia V6 в 1950 году для Lancia Aurelia и двигатель Buick V6 в 1962 году для Buick Special . Компоновка V6 стала наиболее распространенной компоновкой для шестицилиндровых автомобильных двигателей.

Дизайн

Из-за своей малой длины двигатели V6 часто используются в качестве более мощного варианта двигателя для автомобилей, которые в противном случае производятся с рядными четырехцилиндровыми двигателями, особенно в транспортных средствах с поперечным расположением двигателя . Обратной стороной роскошных автомобилей является то, что двигатели V6 производят больше вибраций, чем рядные шестицилиндровые двигатели . Некоторые спортивные автомобили используют плоские шестицилиндровые двигатели вместо двигателей V6 из-за более низкого центра тяжести (что улучшает управляемость ).

Рабочий объем современных двигателей V6 обычно составляет от 2,5 до 3,5 л (от 153 до 214 куб. Дюймов), хотя производились более крупные и меньшие образцы, такие как 1,8 л (110 куб. Дюймов) Mazda V6, использовавшаяся в Mazda MX 1991–1998 гг. -3 или 1,6 л (98 куб. Дюймов) двигатель Mitsubishi V6, используемый в Mirage / Lancer 1992–1998 годов , в то время как самый большой из построенных V6 был 7,8 л (476 куб. Дюймов) GMC V6, использовавшийся в серии GMC C / K 1962 года. 6500 .

Баланс и плавность

Все двигатели V6 - независимо от V-образного угла между рядами цилиндров - подвержены первичному дисбалансу, вызванному тем, что каждый ряд двигателей состоит из трехрядных двигателей из-за нечетного количества цилиндров в каждом ряду. В двигателях с прямым шестицилиндровым двигателем и плоских шести цилиндрах такой дисбаланс не наблюдается. Чтобы уменьшить вибрации, вызванные этим дисбалансом, в большинстве двигателей V6 используется гаситель гармоник на коленчатом валу и / или противовращающийся балансирный вал .

Конструкции с шестью цилиндрами имеют меньшую пульсацию в подаче мощности, чем четырехцилиндровые двигатели, из-за перекрытия рабочих ходов шестицилиндрового двигателя. В четырехцилиндровом двигателе только один поршень находится на рабочем ходе в любой момент времени. Каждый поршень полностью останавливается и меняет направление до того, как следующий начинает свой рабочий ход, что приводит к разрыву между рабочими тактами, особенно при более низких оборотах двигателя (об / мин). В шестицилиндровом двигателе с равномерным интервалом между запусками следующий поршень начинает свой рабочий ход на 60 ° раньше, чем завершится предыдущий, что приводит к более плавной передаче мощности на маховик.

Сравнивая двигатели на динамометре, двигатель V6 показывает мгновенные пики крутящего момента на 154% выше среднего крутящего момента и на 139% ниже среднего крутящего момента с небольшим отрицательным крутящим моментом (реверсирование крутящего момента двигателя) между тактами мощности. В случае четырехцилиндрового двигателя пики примерно на 270% выше среднего крутящего момента и на 210% ниже среднего крутящего момента, причем между тактами создается 100% отрицательный крутящий момент. Однако V6 с неравномерными интервалами включения 90 ° и 150 ° показывает большие колебания крутящего момента: на 185% выше и на 172% ниже среднего крутящего момента.

Углы рядов цилиндров

От 10 до 15 градусов

Поперечный разрез двигателя VR6

С 1991 года Volkswagen производит узкоугольные двигатели VR6 с V-образным углом 10,5 и 15 градусов. Эти двигатели используют одну головку блока цилиндров, используемую обоими рядами цилиндров, по конструкции, аналогичной двигателю Lancia V4 1922–1976 годов . Двигатели VR6 использовались в переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя, которые изначально были разработаны для рядных четырехцилиндровых двигателей. Благодаря минимальной дополнительной длине и ширине двигателя VR6 его можно было относительно легко установить в моторные отсеки, чтобы обеспечить увеличение рабочего объема на 50 процентов.

Поскольку в V между рядами цилиндров для впускной системы нет места, все впускные трубы находятся с одной стороны двигателя, а все выхлопы - с другой стороны. Он использует порядок зажигания 1-5-3-6-2-4 (который является порядком зажигания, используемый большинством рядных шестицилиндровых двигателей), а не обычный порядок зажигания V6 1-2-3-4-5-. 6 или 1-6-5-4-3-2.

60 градусов

1984-1999 Nissan VG30E 60-градусный двигатель

V-образный угол 60 градусов - оптимальная конфигурация для двигателей V6 с точки зрения баланса двигателя. Когда для каждого цилиндра используются отдельные шатуны кривошипа (например, при использовании шестицилиндрового коленчатого вала), можно использовать равномерный интервал зажигания в 120 градусов. Этот интервал зажигания кратен V-образному углу 60 градусов, поэтому силы сгорания можно уравновесить с помощью соответствующего порядка зажигания .

Однако рядный трехцилиндровый двигатель, образующий каждый ряд цилиндров, создает неуравновешенные вращающие и возвратно-поступательные силы. Эти силы остаются несбалансированными во всех двигателях V6, что часто приводит к использованию уравновешивающего вала для уменьшения вибрации.

В двигателе Lancia V6 1950 года впервые применили шестиразрядный коленчатый вал для снижения вибрации. В более поздних конструкциях часто используется трехходовой коленчатый вал с «летающими рычагами» между шатунными шейками, что позволяет достичь равномерного интервала срабатывания в 120 градусов. Затем можно использовать пару противовесов на коленчатом валу, чтобы почти полностью нейтрализовать первичные силы и снизить вторичные вибрации до приемлемого уровня. Опоры двигателя могут быть сконструированы так, чтобы поглощать оставшиеся вибрации.

V-образный угол в 60 градусов приводит к более узкому двигателю в целом, чем двигатели V6 с большим V-образным углом. Этот угол часто приводит к тому, что общий размер двигателя имеет форму куба, что упрощает установку двигателя либо в продольном, либо в поперечном направлении в моторном отсеке.

90 градусов

1996-2005 Rover KV6 90-градусный двигатель

Многие производители, особенно американские, построили двигатели V6 с углом поворота 90 градусов на основе своих существующих 90-градусных двигателей V8. Такие конфигурации было легко спроектировать, удалив два цилиндра и заменив четырехходовой коленчатый вал двигателя V8 на трехходовой коленчатый вал. Это снизило затраты на конструкцию, позволило новому V6 использовать компоненты совместно с двигателем V8, а иногда позволяло производителям строить двигатели V6 и V8 на одной производственной линии.

Недостатками 90-градусной конструкции являются более широкий двигатель, который более подвержен вибрации, чем 60-градусный V6. Первоначальные двигатели V6 под углом 90 градусов (такие как двигатель Buick Fireball V6 ) имели три общих шатуна, расположенных под углом 120 градусов друг к другу, из-за того, что они произошли от двигателей V8. Это приводило к неравномерному порядку зажигания: половина цилиндров использовала интервал зажигания 90 градусов, а другая половина - 150 градусов. Неровные интервалы зажигания приводили к грубой работе двигателей с «неприятными» вибрациями на низких оборотах двигателя.

Некоторые современные 90-градусные двигатели V6 уменьшают вибрацию за счет раздельных шатунов, смещенных на 30 градусов между поршневыми парами, что обеспечивает равномерный интервал между двумя цилиндрами в 120 градусов. Например, двигатель V6 Buick 231 1977 года с «равномерным зажиганием» был модернизированной версией двигателя Buick Fireball с коленчатым валом с разъемным штифтом для уменьшения вибрации за счет достижения равномерного порядка зажигания. Такая «разрезная» шейка кривошипа слабее, чем прямая, но современные металлургические технологии позволяют производить достаточно прочный коленчатый вал.

Уравновешивающий вал и / или противовесы коленчатого вала могут использоваться для уменьшения вибраций в двигателях V6 с углом поворота 90 градусов.

120 градусов

На первый взгляд, 120 градусов может показаться оптимальным V-образным углом для двигателя V6, так как пары поршней в чередующихся рядах могут иметь общие пальцы кривошипа в трехходовом коленчатом валу, а силы сгорания уравновешиваются интервалом зажигания, равным угол между рядами цилиндров. Конфигурация 120 градусов, в отличие от конфигураций 60 градусов или 90 градусов, не требует, чтобы коленчатые валы с подвижными рычагами, раздельными шатунными шейками или семью коренными подшипниками работали равномерно. Однако основной дисбаланс, вызванный нечетным количеством цилиндров в каждом ряду, все еще сохраняется в двигателе V6 с углом обзора 120 градусов. Это отличается от идеального баланса, достигаемого 90-градусным двигателем V8 с обычно используемым поперечным коленчатым валом, потому что рядный четырехцилиндровый двигатель в каждом ряду двигателя V8 не имеет этого первичного дисбаланса.

Конструкция под углом 120 градусов также приводит к большой ширине двигателя, которая лишь немного уже, чем у шестицилиндрового двигателя (у которого нет проблем с балансировкой двигателя V6). Таким образом, плоский шестицилиндровый двигатель использовался в различных автомобилях, тогда как использование двигателя V6 с углом обзора 120 градусов ограничивалось несколькими двигателями для грузовиков и гоночных автомобилей, за исключением двигателя M630 V6 компании McLaren Automotive, в котором используется 120-градусный крен. угол с одним балансирным валом для устранения всех первичных пар. В двигателе McLaren M630 также используется преимущество широкого угла за счет размещения турбонагнетателей внутри V-образного сечения, обычно называемого конфигурацией «горячего V-образного сечения». Ferrari 296 GTB - первый дорожный автомобиль Ferrari с турбонаддувом V6 с углом между рядами цилиндров 120 градусов.

Другие углы

Возможны двигатели V6 с другим углом наклона, но они могут страдать от серьезных проблем с вибрацией, если их не спроектировать очень тщательно. Известные V-углы включают:

  • 45 градусов - EMD 567 и EMD 645 локомотивные, судовые и стационарные дизельные двигатели. Эти двигатели были основаны на двигателях V8 и V16, которые также использовали угол поворота 45 градусов.
  • 54 градуса - 1994-2004 гг. Автомобильный двигатель General Motors 54 градуса . Для уменьшения ширины двигателя использовался немного меньший, чем обычно, V-образный угол, что позволило использовать его в небольших переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя.
  • 65 градусов - автомобильный двигатель Ferrari Dino 1956-1975 годов . Угол вертикальной оси был увеличен по сравнению с тогдашними обычными 60 градусами, чтобы можно было использовать более крупные карбюраторы (для потенциально более высокой мощности при настройке на гонках). Шатуны со смещением 55 градусов в каждой паре цилиндров использовались для достижения равномерного интервала зажигания 60-градусного двигателя V6. В автомобильном двигателе Nissan-Renault V9X 2009-настоящее время также использовался угол крена 65 градусов, чтобы турбокомпрессор мог поместиться между рядами цилиндров.
  • 72 градуса - автомобильный дизельный двигатель Mercedes-Benz Bluetec. В этом двигателе шатунные штифты смещены на 48 градусов для достижения равномерного интервала зажигания.
  • 75 градусов - двигатель Isuzu V 1992-2004 годов , используемый в Isuzu Rodeo и Isuzu Trooper . Эти двигатели производились как в версиях SOHC, так и DOHC. 75-градусный двигатель V6 также используется в Honda NSX с 2016 года по настоящее время .
  • 80 градусов - двигатель Honda RA168-E 1988 года, используемый в гоночном автомобиле McLaren MP4 / 4 Formula One.

Использование в автомобилях

В 1906 году, через несколько лет после появления двигателей V4 и V8, был построен первый известный двигатель V6. Этот двигатель V6 был единственным прототипом автомобильного двигателя, построенным компанией Marmon Motor Car Company в США. Двигатель не поступил в серийное производство. Точно так же единственный прототип двигателя был произведен Buick в 1918 году.

В 1911 году компания Delahaye выпустила первый 30 ° 3,2-литровый двигатель DOHC, установленный на автомобиле Delahaye Type 44.

Двигатель Lancia V6 был представлен в 1950 году в Lancia Aurelia . Lancia производила двигатели V4 около 30 лет, и одной из ключевых целей было снижение вибрации по сравнению с двигателем V4. В двигателе V6 использовался V-образный угол 60 градусов и шесть шатунов, что привело к равномерно распределенному порядку зажигания для уменьшения вибраций.

Другие производители обратили внимание, и вскоре были разработаны другие двигатели V6. В 1959 году был представлен двигатель GMC V6 в виде 60-градусного бензинового двигателя объемом 305 кубических сантиметров (5 л), который использовался в пикапах и транспортных средствах . Двигатель Buick V6 был представлен в 1962 году и был основан на современном двигателе V8 Buick. Поэтому использовался V-образный угол 90 градусов и неравномерный порядок стрельбы, что приводило к сильным вибрациям.

Форд представил свои европейские дороги автомобильных двигатели в 1965 году с немецким подразделением Cologne V6 , и двигателем Форд Essex V6 , введенного Великобританией делением Форда в 1966 году; оба двигателя использовали V-образный угол 60 градусов. Dino 206 GT 1967 года был первым дорожным автомобилем Ferrari с двигателем V6, который имел V-образный угол 65 градусов.

Двигатель Alfa Romeo V6 1979-2005 годов был представлен в роскошном седане Alfa Romeo Alfa 6, а затем использовался во многих других моделях Alfa Romeo. В этом двигателе использовался V-образный угол 60 градусов, полностью алюминиевая конструкция и два клапана на цилиндр. Версия с турбонаддувом была представлена ​​в 1991 году, а версия с четырьмя клапанами на цилиндр была представлена ​​в 1997 году. Также в 1970 году был представлен Citroën SM grand tourer, оснащенный 90-градусным двигателем V6 производства Maserati. Двигатель General Motors 90 ° V6 был представлен в 1978 году и производился 36 лет.

Первым серийным японским двигателем V6 был двигатель Nissan VG , 60-градусный дизайн которого производился с 1983 по 2004 год. Двигатель Honda C был представлен в 1985 году, за ним последовал двигатель Mitsubishi 6G7 в 1986 году, двигатель Toyota VZ в 1988 год, двигатель Mazda K в 1991 году и двигатель Isuzu V в 1992 году . В 1995 году Hyundai представила первый южнокорейский двигатель Hyundai Sigma, основанный на технологии, переданной подразделению Mitsubishi.

Немецкие производители роскошных автомобилей относительно медленно внедряли двигатели V6, первым из которых стал двигатель SOHC с углом наклона 90 градусов, представленный в Audi 100 (C4) 1990 года .

К середине 1990-х компоновка V6 была наиболее распространенной конфигурацией для шестицилиндровых автомобильных двигателей, при этом двигатели V6 заменили большинство рядных шестицилиндровых двигателей.

Мотогонки

Двигатель Mercedes-Benz V6 DTM

Lancia Aurelia (первый серийный автомобиль с двигателем V6) также добилась успеха в автоспорте. Четыре автомобиля Aurelia B20 Coupe участвовали в гонке Mille Miglia 1951 года, где лучшие автомобили заняли второе и четвертое места. Настроенный 3102 куб.см (189 кубических дюймов) версия двигателя V6 Лянча производства было 169 кВт (230 л.с.) , используемый в D24 Lancia . D24 участвовал в гонках спортивных автомобилей и выиграл Carrera Panamericana 1953 года с Хуаном Мануэлем Фанхио за рулем.

Первоначальной версией двигателя Ferrari Dino был гоночный двигатель объемом 1,5 л (92 куб. Дюйма), который использовался в гонках Формулы-2 в сезоне 1957 года. Он имел V-образный угол 65 градусов и сдвоенные верхние распредвалы. Dino V6 претерпел несколько изменений, включая версию 2,4 л (146 куб. Дюймов), используемую в гоночном автомобиле Ferrari 246 Formula One 1958 года . Несколько лет спустя автомобиль Ferrari 156 Formula One 1961-1964 годов использовал новый двигатель V6 с V-образным углом 120 градусов и рабочим объемом 1,5 л (92 куб. Дюйма). Этот двигатель был короче и легче, чем двигатель Ferrari Dino, а простота и низкий центр тяжести двигателя были преимуществом в гонках. Он выиграл большое количество гонок между 1961 и 1964 . Однако основатель Ferrari лично не любил компоновку 120 градусов, предпочитая компоновку 65 градусов, а после этого времени ее заменили другие двигатели. Двигатель Dino также использовался в Lancia Stratos , очень успешном раллийном автомобиле, выигравшем чемпионат мира по ралли в 1974, 1975 и 1976 годах.

Заметным гоночным использованием двигателя Alfa Romeo V6 был Alfa Romeo 155 V6 TI , разработанный для сезона DTM 1993 года и оснащенный двигателем объемом 2,5 л (150 куб. Дюймов), обеспечивающим пиковую мощность 360 кВт (490 л.с.) при 11900 об / мин. .

Рено-Gordini СН1 составляла 90 градусов двигатель V6 с железным блоком. Он был представлен в гоночном автомобиле Alpine -Renault A440 1973 года . Этот двигатель выиграл чемпионат Европы по прототипам 2 л в 1974 году и несколько чемпионатов Европы по Формуле 2 . Версия с турбонаддувом 2,0 л (122 куб. Дюйма) использовалась в Renault Alpine A442 , который выиграл 24 часа Ле-Мана в 1978 году.

Версия двигателя Renault-Gordini CH1 объемом 1,5 л (92 куб. Дюйма) с турбонаддувом была представлена ​​в автомобиле Renault RS01 Формулы-1 1977 года . Renault боролась с проблемами надежности в 1977 и 1978 годах, однако в сезоне 1979 года были отмечены неплохие результаты в нескольких гонках. В 1981 году на автомобиле Ferrari 126C Formula One использовался двигатель V6 с турбонаддувом. Ferrari выиграла чемпионат конструкторов Формулы-1 с двигателями V6 с турбонаддувом в 1982 и 1983 годах. Первоначальные версии использовали V-образный угол 120 градусов, прежде чем переключиться на V-образный угол 90 градусов для гоночного автомобиля Ferrari F1 / 87 1987 года . Другими успешными машинами Формулы-1 V6 с турбонаддувом в эпоху 1982-1988 годов были McLaren MP4 / 2 , McLaren MP4 / 3 , McLaren MP4 / 4 , Williams FW10 , Williams FW11 , Williams FW12 , Lotus 95T , Lotus 97T , Lotus 98T , Lotus. 99T и Lotus 100T .

Nissan GTP ZX-Turbo и Nissan NPT-90 участвовал в IMSA спортивных автомобилей категории прототипа с 1985 по 1994 год и используется турбированный двигатель V6 свободно основанный на Nissan VG30ET производство двигателя автомобиля. Nissan 300ZX использовал аналогичный двигатель , чтобы конкурировать в 1996-1997 год на Всеяпонском Grand Touring Car Championship (теперь известный как чемпионат «Super GT»).

Использование двигателей V6 в гонках на открытых колесах стало более распространенным явлением:

  • IndyCar Series переключился на турбированные двигатели V6 в 2012 году.
  • В 2013 году серия GP3 перешла на безнаддувные двигатели V6.
  • Formula One World Championship переключился на турбированные двигатели V6 в 2014 году.
  • Чемпионат FIA Formula 2 (ранее известный как серия GP2) перешел на двигатели V6 с турбонаддувом в 2018 году.
  • Чемпионат FIA Formula 3 (созданный в результате слияния серии GP3 и чемпионата Европы FIA Formula 3) с 2019 года начал использовать безнаддувные двигатели V6.

Использование в морских судах и железнодорожных двигателях

Двигатели V6 являются популярными силовыми установками для подвесных моторов среднего и большого размера .

Первый двигатель V6, который был запущен в производство, был построен с 1908 по 1913 год на предприятии Deutz Gasmotoren Fabrik в Германии. Эти двигатели V6 использовались в качестве генератора для бензино-электрических железнодорожных двигателей.

Использование в мотоциклах

Laverda V6 был гоночный мотоцикл , который был представлен на Миланской выставке 1977. Он участвовал в 24-часовой гонке на выносливость 1978 года Bol d'Or , однако сошел с дистанции из-за механических проблем примерно через 8 часов.

Horex производит дорожные мотоциклы с двигателями VR6 с 2012 года.

Смотрите также

использованная литература