Mühərrik Konfiqurasiyası İzah Olunur: Sıralı, V-Şəkilli və Yastı Mühərriklər

XX əsrin əvvəllərində, avtomobil mühəndisliyi tam sürətlə inkişaf edərkən, 10 litrlik mühərrik həm təksilindrli aqreqat, həm də, məsələn, sıralı səkkizsilindrli ola bilərdi. O dövrdə heç kim 23 litrlik sıralı altısilindrli mühərrikə və ya avtomobilə köçürülmüş yeddisilindrli ulduzvari təyyarə mühərrikinə təəccüblə baxmırdı.

Kütləvi istehsal genişləndikcə və maya dəyəri təzyiqi güclənmiş hər şey öz yerinə düşdü. Təksilindrli mühərrik keçmişin yadigarına çevrildi. Bu gün adi avtomobil mühərrikində orta silindr işçi həcmi 300 ilə 600 kub santimetr arasında dəyişir; xüsusi güc isə təbii sorma dizel mühərrikində təxminən 35 a.g./l-dən yüksək məhsuldarlıqlı benzin mühərrikində 100 a.g./l-ə qədər dəyişir. Bunlar kütləvi istehsal üçün ən optimal göstəricilərdir — onların hüdudlarından kənara çıxmaq sadəcə iqtisadi cəhətdən sərfəli deyil.

Bəs müasir mühərrik mənzərəsi necə görünür? Ümumiyyətlə desək:

• 100 a.g. mühərrik adətən dörd silindrə malik olur
• 200 a.g. mühərrik ümumiyyətlə dörd, beş və ya altı silindrlə işləyir
• 300 a.g. mühərrik çox vaxt səkkiz silindr istifadə edir

Bəs bu silindrlər əslində necə yerləşdirilə bilər? Çoxsilindrli mühərrik dizayn edərkən mühəndislərin hansı yerləşmə variantları var? Gəlin bunu ətraflı təhlil edək.

Sıralı Mühərriklər: Sadə, Lakin Getdikcə Daha Az Praktik

Hər bir mühərrik dizaynerinin ağlında olan birinci sual dizaynı necə sadələşdirməkdir — istehsal xərclərini aşağı və texniki xidməti asan saxlamaq. Bu baxımdan sıralı (xətti) mühərrik mübahisəsiz qalib gəlir. Silindrlər tək bir cərgədə düzülür və həcmi artırmaq onların sayını artırmaq qədər asandır.

Sıralı mühərrik variantları praktikada belə bölünür:

• İki və üçsilindrli mühərriklər avtomobillərdə nisbətən nadirdir, baxmayaraq ki, təkmilləşmiş yanacaq injeksiyası və turbonaddolma sayəsində ikisilindrli format yenidən geri qayıdır — Fiat 500-dəki 85 a.g. turbonaddolmalı ikisilindrli mühərrik buna parlaq nümunədir.
• Sıralı dördsilindrli sərnişin avtomobili dünyasının əsas iş atıdır və 1.0-dan 2.4 litrə qədər işçi həcmləri əhatə edir.
• Sıralı beşsilindrli mühərriklər daha yeni bir inkişafdır. Mercedes-Benz 1974-cü ildə beşsilindrli dizel mühərrikinin (W123 platformasındakı 300D) qabaqcılı oldu, iki il sonra Audi-nin ikilitrlik benzinli beşsilindrlisi, sonra isə 1980-ci illərin sonlarında Volvo və Fiat bu sıraya qoşuldu.
• Sıralı altısilindrli mühərriklər, uzun müddət hamarlığına görə avropalıların sevimlisi olsa da, getdikcə daha nadir hala gəlmişdir. Onların daha da uzun “qardaşı” olan sıralı səkkizsilindrli faktiki olaraq hələ 1930-cu illərdə tərk edilmişdir.

Bu meylin səbəbi açıqdır: nə qədər çox silindr əlavə etsəniz, mühərrik bir o qədər uzanır — bu da ciddi yerləşdirmə problemləri yaradır. Məsələn, sıralı altısilindrli mühərriki ön təkər ötürücülü avtomobilin mühərrik bölməsinə eninə yerləşdirmək yalnız bir neçə halda mümkün olub: Austin Maxi 2200 (sürət qutusunun mühərrikin altına yerləşdirilməsini tələb edirdi) və ultra-kompakt sürət qutusu olan Volvo S80.

V-Şəkilli və Yastı Mühərriklər: Kompakt, Lakin Mürəkkəb

Bəs sıralı mühərriki necə qısaltmaq olar? Zərif həll budur: onu iki yerə bölmək, iki yarını yan-yana yerləşdirmək və hər ikisi ilə tək bir çarx valını hərəkətə gətirmək. V mühərrikinin mahiyyəti məhz budur.

Ən geniş yayılmış V-mühərrik konfiqurasiyaları silindr cərgələri arasında 60° və ya 90° daxili bucaqdan istifadə edir. Bu bucağı 180°-yə qədər artırın — silindrlər bir-birindən birbaşa əks istiqamətə yönəlir — və siz yastı mühərrik əldə edirsiniz; bu, həm də bokser mühərriki kimi tanınır (buradan da B2, B4, B6 işarələri gəlir).

Sıralı mühərriklə müqayisədə kompromislər əhəmiyyətlidir:

• İki silindr başlığı — hər biri öz aralığı (qasketi) və kollektorları ilə
• Daha çox paylama valı və daha mürəkkəb klapan ötürmə tənzimləməsi
• Daha böyük en (xüsusilə yastı mühərriklər üçün), bu da onların harada quraşdırıla biləcəyini məhdudlaşdırır
• Daha yüksək istehsal xərci və daha mürəkkəb texniki xidmət

Bu çatışmazlıqlara görə yastı mühərriklər yalnız az sayda istehsalçı tərəfindən istifadə olunur — bu gün ən diqqətəlayiqləri Porsche və Subaru-dur.

Bəs daxili bucağı 60°-dən aşağı azaltmaqla V mühərrikini daha da kompakt etmək olarmı? Bu, həyata keçirilib — 1970-ci illərin Lancia Fulvia-sı cəmi 23° bucaqla V4 mühərriki ilə işləyirdi. Lakin bir çətinlik var: bucaq nə qədər dar olarsa, mühərriki balanslaşdırmaq bir o qədər çətin olur. Bu da bizi mühərrik dizaynının ən kritik problemlərindən birinə gətirib çıxarır.

Mühərrik Vibrasiyası: Qüvvələr, Burucu Momentlər və Onları Necə Cilovlamaq

Heç bir porşenli daxiliyanma mühərriki vibrasiyadan tamamilə azad deyil — bu, dizaynın özünə xasdır. Lakin vibrasiyanı idarə etmək kritik əhəmiyyət daşıyır və bu, təkcə sərnişin rahatlığı üçün deyil. Şiddətli balanssız vibrasiya mühərrik komponentlərini fiziki olaraq dağıda bilər və yüksək sürətdə hissələrin qopması ilə əlaqəli bütün fəlakətli nəticələrə səbəb ola bilər.

Mühərrik vibrasiyası haradan gəlir? Üç əsas mənbə var:

• Qeyri-bərabər alışma intervalları — bəzi mühərrik konfiqurasiyalarında iş gedişləri tam bərabər intervallarla baş vermir, bu da burucu moment dalğalanması yaradır. Daha ağır bir nazimçarx (mayatnik) bunu hamarlaşdırmağa kömək edə bilər.
• Porşen ətalət qüvvələri — porşenlər gedişinin yuxarı hissəsində yuxarıya doğru sürətlənərkən və yavaşlayarkən (və əksinə, aşağı hissədə) avtomobil əyləc verərkən və ya sürətlənərkən hiss etdiyinizə bənzər ətalət qüvvələri yaradır.
• Sürgü qolu həndəsəsi — sürgü qolu düz xətt boyunca hərəkət etmir və porşenin hərəkəti mükəmməl sinusoid deyil, bu da çarx valı sürətinin mərtəbələrində əlavə qüvvə komponentləri yaradır.

Bu yüksək tərtibli ətalət qüvvələri ümumiyyətlə əhəmiyyətsizdir — ikinci tərtib qüvvələr istisna olmaqla, ki bunlar çarx valı tezliyinin iki misli ilə təsir göstərir və həmişə nəzərə alınmalıdır. Qonşu silindrlərdəki ətalət qüvvələri bir-birindən sabit məsafədə əks istiqamətlərdə təsir göstərdikdə, onlar həm də burucu cütlər yaradır və bu, daha bir mürəkkəblik qatı əlavə edir.

Mühəndislərin bu qüvvələrlə mübarizə aparmaq üçün iki əsas vasitəsi var:

• Təbiətən balanslaşdırılmış konfiqurasiya seçin — silindrləri və çarx valı dirsəklərini elə düzün ki, qüvvələr və burucu momentlər bir-birini təbii şəkildə neytrallaşdırsın.
• Balans valları əlavə edin — çarx valının əksinə fırlanan və bərabər, lakin əks qüvvələr yaradan əkscəkilərə malik ikinci dərəcəli vallar. Bunlar xərc və mexaniki mürəkkəblik əlavə edir, lakin problemli vibrasiya rejimlərini tam neytrallaşdıra bilir.

Bütün geniş yayılmış mühərrik düzülüşləri arasında nəzəri olaraq yalnız ikisi mükəmməl balanslaşdırılmışdır: sıralı altısilindrli və yastı altısilindrli. Məhz buna görə BMW və Porsche bu konfiqurasiyalardan bu qədər inadla istifadə etmişlər — və başqaları yerləşdirmə çətinliklərinə baxmayaraq onlardan imtina etməyə tərəddüd etmişlər.

Konfiqurasiyaya Görə Mühərrik Balansı: Praktik Bələdçi

Gəlin görək hər bir əsas mühərrik konfiqurasiyası vibrasiya və balans baxımından real dünyada özünü necə aparır.

İkisilindrli sıralı mühərriklər (dirsəkləri eyni istiqamətdə olan) balans baxımından təksilindrliyə bənzər davranır — hər iki porşen eyni fazada qalxır və enir. Rusiya istehsalı Oka birinci tərtib ətalət qüvvələri ilə mübarizə üçün iki əks fırlanan balans valından istifadə edirdi, lakin ikinci tərtib qüvvələr cilovlanmamış qalırdı. Belə kiçik və münasib qiymətli avtomobildə daha iki balans valı əlavə etmək tamamilə qeyri-praktik olardı. Bir çox ikisilindrli mühərrik — məsələn, 1957-ci ilin orijinal Fiat 500-ü və Hindistan istehsalı Tata Nano — heç bir balans valı olmadan işləyir, vibrasiyanı udmaq üçün elastik mühərrik dayaqlarına etibar edirdi. Ucuz, sadə və büdcəli tətbiqlər üçün məqbul.

Dirsəkləri 180° olan ikisilindrli mühərriklər (porşenlər əks fazada hərəkət edir) daha yaxşı ilkin balans təklif edir, lakin yalnız ikitaktlı formada bərabər alışma intervallarına nail ola bilir — müharibədən əvvəlki DKW-larda və onların varisi olan Şərqi Almaniya istehsalı Trabant-da istifadə olunduğu kimi.

V-tipli ikisilindrli (V-twin) mühərriklər bu gün demək olar ki, yalnız motosikletlərdə qalmaqdadır — Harley-Davidson və onun yapon imitatorları açıq nümunələrdir. NAMI-1 bu düzülüşdən istifadə edən faktiki olaraq yeganə avtomobil olaraq qalır. Çarx valındakı əkscəkilər onu tam balansa yaxınlaşdıra bilər, lakin bərabər alışma intervalları əlçatmaz olaraq qalır.

Üçsilindrli mühərriklər sıralı dördsilindrliyə nisbətən daha pis balanslaşdırılmışdır. Subaru və Daihatsu kimi istehsalçılar balans vallarını standart olaraq quraşdırır; Opel-in ikinci nəsil Corsa üçün Ecotec üçsilindrli mühərrikində birini buraxmaq qərarı xərclərə qənaət etdi, lakin 1996-cı il debütündən sonra avtomobilə alman avtomobil mətbuatında kobudluq reputasiyası qazandırdı — o, “şəhərdə dəyişən rejimlərdə sürmək tamamilə mümkünsüz” kimi təsvir edildi.

Sıralı dördsilindrli mühərriklər — dünyada ən geniş yayılmış düzülüş — yalnız çarx valı sürətinin iki misli sürətlə işləyən balans valı ilə neytrallaşdırıla bilən sərbəst ikinci tərtib ətalət qüvvəsinə malikdir. Nəticədə yaranan burucu momenti ləğv etmək üçün ikinci əks fırlanan val lazımdır. Bahalıdır, bəli — lakin Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat və Volkswagen Group brendləri zəriflik tələb olunduqda bu quraşdırmadan istifadə etmişlər.

Yastı dördsilindrli mühərriklər sıralı analoqlarından bir qədər yaxşıdır — yalnız ikinci tərtib burucu cüt qalır ki, bu da mühərriki şaquli oxu ətrafında bir az fırlatma meylindədir. Buna baxmayaraq, həm hava ilə soyudulan Beetle mühərriki, həm də Subaru-nun bokser aqreqatları onilliklər boyu balans vallarısız idarə olunmuşdur.

Sıralı beşsilindrli mühərriklər kompensasiya olunmuş ilkin ətalət qüvvələrinə malikdir, lakin blok boyunca daim hərəkət edən fırlanan əyici burucu momentdən əziyyət çəkir — bu da müstəsna dərəcədə möhkəm struktur tələb edir. Mercedes-Benz, Audi və Volvo buna təkmilləşdirilmiş mühərrik dayaqları və əkscəkilərlə (Audi TT RS-dəki kompressorlu 2.5 TFSI kimi) qarşı çıxdı, Fiat-ın mühəndisləri isə daha da irəli gedərək tam balans valından istifadə etdilər.

Maraqlı bir qeyd: demək olar ki, bütün beşsilindrli mühərriklər mahiyyət etibarilə üzərinə bir əlavə silindr bərkidilmiş dördsilindrli mühərriklərdir. Bu modul yanaşma porşenlərin, sürgü qollarının və klapan mexanizmi komponentlərinin paylaşılmasına imkan verir — yalnız blok, başlıq və çarx valı (dirsəkləri 72° intervalla) dəyişməlidir.

Sıralı altısilindrliləri əvəz edən V6 mühərriklər üçsilindrli ilə eyni balans xüsusiyyətlərinə malikdir — yəni ideal deyil. İlk Mercedes-Benz V6 (silindrə üç klapanı olan M112) buna cərgələr arasındakı boşluqda quraşdırılmış balans valı ilə qarşı çıxdı. PSA Group-un üçlitrlik altısilindrli mühərriki birini silindr başlığına yerləşdirdi. Digər istehsalçılar əlavə mürəkkəblik olmadan vibrasiyanı minimuma endirmək üçün diqqətli dirsək sürüşməsini seçdilər — Audi V6-da olduğu kimi. 90° daxili bucaqlı V6 mühərriklər daha bir baş ağrısı əlavə edir: təbiətən qeyri-bərabər alışma intervalları ki, ağırlaşdırılmış nazimçarx bunu yalnız qismən hamarlaşdıra bilir.

90° cərgə bucağı və iki qarşılıqlı perpendikulyar müstəvidə çarx valı dirsəkləri olan V8 mühərriklər çox yaxşı balanslaşdırılmışdır. Bərabər alışma intervallarına nail olmaq mümkündür və yalnız iki qalıq burucu cüt qalır — bu da çarx valının uc boyun hissələrindəki əkscəkilərlə asanlıqla həll olunur. Amerika mühəndislərinin V8-i bu qədər həvəslə qəbul etməsinin böyük səbəbi məhz budur: onlar sadəcə vibrasiyaya dözmürlər.

V4 mühərriklər nadir idi və indi avtomobillərdə demək olar ki, nəsli kəsilmişdir. Avropa Ford V4 (Taunus, Capri və Saab 96-da istifadə olunurdu) və Zaporojets-in qəribə V4-ü — hər ikisi birinci tərtib burucu cütlər üçün balans valı tələb edirdi. Kompaktlıq və xərc əsas hərəkətverici amillər idi — balans isə ikinci dərəcəli idi.

V10 mühərriklər sıralı beşsilindrli ilə eyni balans xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu, Formula 1 mühərriklərinin, Dodge Viper-in və ya Dodge RAM-ın dizaynerlərini bunlardan istifadə etməkdən saxlamadı — gücə ehtiyacınız olanda vibrasiyanı idarə edirsiniz.

Daha ekzotik düzülüşlərə gəlincə: yastı səkkizsilindrli (Porsche 917 yarış avtomobillərində istifadə olunduğu kimi) faktiki olaraq ümumi çarx valında iki yastı dördsilindrlidir, V12 və yastı 12 silindrli mühərriklər isə iki sıralı altısilindrliyə bölünür — bu da onların müstəsna hamarlığını izah edir.

VR6, VR5 və W-Mühərriklər: Volkswagen-in Yerləşdirmə Şah Əsəri

Daha əvvəl Lancia Fulvia kimi dar bucaqlı V mühərriklərə toxunduq. Onilliklər boyu bunlardan qaçınılırdı — 60° və ya 90° düzülüşlərə nisbətən balanslaşdırmaq daha çətin idi və yerləşdirmə üstünlükləri zəhmətə dəyər görünmürdü. Sonra prioritetlər dəyişdi.

İki inkişaf oyunu dəyişdi:

• Hidravlik mühərrik dayaqları geniş şəkildə əlçatan oldu və mühərrikin nəzəri balansından asılı olmayaraq vibrasiyanın ötürülməsini kəskin şəkildə azaltdı.
• Kapot altı sahə getdikcə daha az oldu və kompaktlığı dəyərli bir xüsusiyyətə çevirdi. Kim təsəvvür edə bilərdi ki, mütəvazı bir xetçbek 2.8 litrlik altısilindrli mühərriki gizlədə bilər? Volkswagen bunu reallaşdırdı.

Volkswagen VR6 — “VR” V-Reihen-in (V-sıralı) qısaltmasıdır — dar bucaq konsepsiyasını Lancia-nın etdiyindən daha irəli aparır, cərgələr arasında cəmi 15° bucaqdan istifadə edir. Nəticə o qədər kompaktdır ki, faktiki olaraq sürüşdürülmüş sıralı mühərrik kimi işləyir və diqqətəlayiqdir ki, o, hər iki cərgə üçün tək bir silindr başlığından istifadə edir. Adi V6-nın yerləşə bilməyəcəyi yerə sığan 2.8 litrlik altısilindrli mühərrik — üçüncü nəsil Volkswagen Golf-da debüt etdi.

Buradan Volkswagen-in mühəndisləri konsepsiyanı daha da inkişaf etdirdilər:

• VR5 bir silindri çıxarılmış VR6 kimi meydana çıxdı.
• W8 iki qısaldılmış VR aqreqatını (hər biri dörd silindrli) tək bir çarx valında birləşdirdi — flaqman Passat sedanına quraşdırıldı.
• W12 1998-ci ildə W12 Roadster konseptində debüt etdi: bir çarx valında 72° bucaqla birləşdirilmiş iki VR6 mühərriki.
• W16 — dörd turbonaddolucu ilə — Bugatti Veyron-u 431 km/saat sürətə çatdırır və bu arxitekturanın ən ekstremal seriya tətbiqinə çevrilir.

Bəs bu düzülüşlər niyə əvvəllər mövcud deyildi? Müasir kompüter dəstəkli dizayn onları mümkün etdi. Belə mürəkkəb həndəsələrdə daxili bucağı, dirsək mövqelərini, alışma ardıcıllığını və balans xüsusiyyətlərini optimallaşdırmaq 1990-cı illərdən etibarən əlçatan olan hesablama gücü olmadan praktiki olaraq mümkünsüz olardı. Təkcə W12-nin çarx valı bir tornaçı üçün kabusdur — yalnız kompüter hər tolerantlığı yoxladıqdan sonra məna kəsb edən bir hissə.

Real Dünyada Mühərrik Dizaynında Əslində Nəyin Əhəmiyyəti Var

Bütün bunlardan bir nəticə çıxarmaq lazımdırsa, o budur ki, mühəndis mühərrik düzülüşünü seçərkən nəzəri balans nadir hallarda həlledici amildir. Əsl prioritetlər bunlardır:

• Yerləşdirmə — mühərrik bölməsinə sığırmı?
• Çəki və güc sıxlığı — tətbiq üçün ən yaxşı nisbət hansıdır?
• İstehsal xərci — bir model sırası boyunca komponentləri paylaşa bilirmi?
• Modulluq — getdikcə daha çox istehsalçı üçsilindrli ekonom aqreqatlardan tutmuş onikisilindrli flaqmanlara qədər ümumi porşen və silindr arxitekturasından bütün mühərrik ailələri qurur

Mercedes-Benz-in cari mühərrik xətti modul yanaşmanın dərslik nümunəsidir: ümumi arxitektura tamamilə fərqli güc çıxışları və silindr sayları olan mühərriklərin əsasını təşkil edir.

Vibrasiyaya gəlincə — yadda saxlamağa dəyər ki, nəzəri və faktiki balans iki çox fərqli şeydir. Hətta mükəmməl balanslaşdırılmış sıralı altısilindrli mühərrik də, əgər onun çarx valı qovşağı düzgün balanslaşdırılmayıbsa və ya porşenləri və sürgü qolları çəkidə nəzərəçarpacaq dərəcədə fərqlənirsə, titrəyəcək. Real dünyadakı istehsal tolerantlıqları və yük altında komponent deformasiyası o deməkdir ki, heç bir mühərrik praktikada tənliklərin təklif etdiyi qədər hamar olmur. Məhz buna görə mühərrik dayaq dizaynı — güc aqreqatının avtomobilin qalan hissəsindən necə təcrid olunması — düzülüşün özü qədər vacibdir. Bəzən daha da vacib.

Bu, tərcümədir. Orijinalı burada oxuya bilərsiniz: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e54e1.html