Ing wiwitan abad kaping-20, nalika rékayasa otomotif lagi maju kanthi cepet banget, mesin 10-liter bisa waé arupa unit silinder tunggal utawa, contoné, mesin jèjèr-wolu. Nalika semana, ora ana sing gumun karo mesin jèjèr-nem 23-liter utawa mesin radial pesawat pitung-silinder sing dipindhah menyang mobil.
Sajroné produksi massal saya gedhé lan tekanan biaya saya kuwat, kabèh dadi rapi. Mesin silinder tunggal dadi barang tinggalan jaman biyèn. Saiki, rata-rata kapasitas silinder ing mesin mobil biasa ana ing antarané 300 lan 600 sèntimèter kubik, kanthi daya spesifik wiwit kira-kira 35 hp/l ing mesin diesel aspirasi alami nganti 100 hp/l ing mesin bénsin kinerja dhuwur. Iki minangka titik paling apik kanggo produksi pasar massal — yèn metu saka watesan iku ora èkonomis babar pisan.
Dadi kepiyé tampilan lanskap mesin modern? Sacara umum:
- Mesin 100 hp biasané duwé patang silinder
- Mesin 200 hp biasané nganggo papat, lima, utawa nem silinder
- Mesin 300 hp umumé nganggo wolung silinder
Nanging kepiyé carané silinder kasebut bisa diatur? Pilihan tata letak apa sing diduwèni para insinyur nalika ngrancang mesin multi-silinder? Ayo padha dijlèntrèhaké.
Mesin Jèjèr: Prasaja nanging Saya Ora Praktis
Pitakon nomer siji ing pikirané saben perancang mesin yaiku kepiyé carané nyederhanakaké rancangan — supaya biaya produksi tetep murah lan perawatané gampang. Ing babagan iku, mesin inline (jèjèr) menang kanthi gampang. Silinder diatur ing baris siji, lan nambah kapasitas gampang waé kaya nambah silinder manèh.
Iki carané varian mesin inline diperang ing praktiké:
- Mesin loro lan telung silinder arang ana ing mobil, sanajan format rong-silinder bali manèh amarga injeksi bahan bakar canggih lan turbocharging — mesin rong-silinder turbocharged 85 hp ing Fiat 500 minangka conto sing apik.
- Mesin jèjèr-papat minangka tulang punggung donyané mobil penumpang, nyakup kapasitas saka 1,0 nganti 2,4 liter.
- Mesin jèjèr-lima minangka pangembangan sing luwih anyar. Mercedes-Benz minangka pelopor mesin diesel limang-silinder ing taun 1974 (300D ing platform W123), banjur disusul mesin bénsin limang-silinder rong-liter saka Audi rong taun sabanjuré, banjur Volvo lan Fiat mèlu nalika pungkasan taun 1980-an.
- Mesin jèjèr-nem, sing wis suwé dadi favorit Éropah amarga alusé, saya suwé saya arang. Sedulur sing luwih dawa, jèjèr-wolu, wis ditinggalaké babar pisan ing taun 1930-an.
Alesan tren iki prasaja: saya akèh silinder sing ditambahaké, mesin saya dawa — lan iku nyebabaké masalah pengepakan sing serius. Masang jèjèr-nem kanthi melintang ing ruang mesin penggerak roda ngarep, contoné, mung bisa diwujudaké ing sawetara kasus: Austin Maxi 2200 (sing mbutuhaké gearbox didèlèh ing ngisor mesin) lan Volvo S80 kanthi gearbox sing ringkes banget.
Mesin Bentuk-V lan Flat: Ringkes nanging Rumit
Dadi kepiyé carané nyendhakaké mesin inline? Solusi sing apik: dibagi dadi loro, dèlèhaké rong sisihé jèjèran, lan nggerakaké siji crankshaft nganggo karo loroné. Iku intiné mesin V.
Konfigurasi mesin-V sing paling umum nganggo sudut kalebu 60° utawa 90° ing antarané deretan silinder. Yèn sudut kasebut didorong nganti 180° — silinder ngadhep adoh siji lan sijiné — sampéyan bakal éntuk mesin flat, sing uga dikenal minangka mesin boxer (mula ana sebutan B2, B4, B6).
Pertimbangan timbal balik dibandhingaké karo mesin jèjèr cukup signifikan:
- Loro kepala silinder — saben-saben duwé gasket lan manifold dhéwé
- Camshaft luwih akèh lan susunan penggerak klep sing luwih rumit
- Ambané luwih gedhé (utamané kanggo mesin flat), sing matesi panggonan dipasang
- Biaya produksi luwih dhuwur lan servis luwih rumit
Amarga kekurangan kasebut, mesin flat mung digunakaké déning sawetara cilik pabrikan — Porsche lan Subaru sing paling kondhang saiki.
Kepiyé yèn nggawé mesin V luwih ringkes manèh kanthi nyilikaké sudut kalebu ngisor 60°? Iki wis tau dilakoni — Lancia Fulvia taun 1970-an nganggo V4 kanthi sudut mung 23°. Nanging ana masalahé: saya sempit sudut, saya angèl mesin diimbangaké. Iki nggawa kita menyang salah siji tantangan sing paling kritis ing rancangan mesin.
Mesiné:
– Nganggo rancangan mesin V4 sing unik.
– Sudut V sempit banget, mung 23°.
– Iki ngidini siji kepala silinder kanggo loro deretan.
– Nyalurkaké daya menyang roda ngarep.
Geteran Mesin: Gaya, Torsi, lan Carané Ngendhaliké
Ora ana mesin pembakaran njero piston sing bébas babar pisan saka geteran — iku wis dadi sifat rancangané. Nanging ngatur geteran iku kritis, ora mung kanggo kenyamanan penumpang. Geteran ora seimbang sing parah bisa ngrusak komponèn mesin sacara fisik, kanthi kabèh akibat bencana sing teka amarga bagéan-bagéan mabur lepas kanthi kacepetan dhuwur.
Saka ngendi geteran mesin asalé? Ana telung sumber utama:
- Interval pengapian ora rata — ing sawetara konfigurasi mesin, langkah daya ora murub kanthi interval sing padha banget, nyebabaké riak torsi. Roda gila sing luwih abot bisa mbantu ngalusaké iki.
- Gaya inersia piston — nalika piston nyepetaké munggah lan nglambat ing pucuk langkahé (lan kosok baliné ing ngisor), piston ngasilaké gaya inersia sing mirip karo apa sing dirasakaké nalika mobil ngerem utawa nyepetaké.
- Géomètri batang penghubung — batang penghubung ora mlaku ing garis lurus, lan gerakan piston dudu sinusoid sing sampurna, sing ngenalaké komponèn gaya tambahan ing kelipatan kacepetan crankshaft.
Gaya inersia tatanan luwih dhuwur iki umumé bisa diabaikaké — kajaba gaya tatanan kapindho, sing tumindak kanthi kaping pindho frékuensi crankshaft lan kudu tansah dipikiraké. Nalika gaya inersia ing silinder cedhak tumindak ing arah sing ngelawan ing jarak tetep saka siji lan sijiné, gaya kasebut uga ngasilaké kopel torsi, nambah lapisan kerumitan manèh.
Para insinyur duwé loro alat utama kanggo nglawan gaya kasebut:
- Milih konfigurasi sing sacara alami seimbang — ngatur silinder lan ayunan crankshaft supaya gaya lan torsi sacara alami bisa mbatalaké siji lan sijiné.
- Nambah poros imbangan — poros sekunder kanthi pemberat sing muter ing arah sing ngelawan crankshaft, ngasilaké gaya sing padha lan ngelawan. Iki nambah biaya lan kerumitan mékanis nanging bisa netralaké mode geteran sing dadi masalah kanthi sampurna.
Saka kabèh tata letak mesin umum, mung loro sing sacara téoritis seimbang sampurna: jèjèr-nem lan flat-nem. Iki persis alesané BMW lan Porsche nyekeli konfigurasi kasebut kanthi kuwat banget — lan kenapa liya-liyané ora gelem ninggalaké sanajan ana tantangan pengepakan.
Imbangan Mesin miturut Konfigurasi: Pandhuan Praktis
Ayo padha ndelok kepiyé saben konfigurasi mesin utama tumindak ing donya nyata babagan geteran lan imbangan.
Mesin jèjèr rong-silinder (crank ing arah sing padha) tumindak mèh padha karo silinder tunggal babagan imbangan — loro pistoné munggah lan mudhun kanthi fase sing padha. Oka saka Rusia nganggo loro poros imbangan sing muter ngelawan kanggo ngadhepi gaya inersia tatanan pisanan, nanging gaya tatanan kapindho ditinggal ora dikendhaliké. Nambah loro poros imbangan manèh bakal ora praktis babar pisan ing mobil cilik lan murah kaya ngono. Akèh mesin rong-silinder — kaya Fiat 500 asli taun 1957 lan Tata Nano saka India — mung mlaku tanpa poros imbangan apa waé, ngandelaké dudukan mesin sing fleksibel kanggo nyerep geteran. Murah, prasaja, lan bisa ditampa kanggo aplikasi anggaran cilik.
Mesin rong-silinder kanthi crank ing 180° (piston obah ing antifase) nawakaké imbangan primer sing luwih apik nanging mung bisa nggayuh interval pengapian sing rata ing wujud rong-langkah — kaya sing dienggo ing DKW pra-perang lan keturunané, Trabant saka Jérman Wétan.
Mesin V-twin isih urip nganti saiki mèh mung ing sepédha motor — Harley-Davidson lan peniruné saka Jepang minangka conto sing cetha. NAMI-1 ngadeg minangka mèh siji-sijiné mobil sing tau nganggo tata letak iki. Pemberat ing crankshaft bisa nggawa cedhak imbangan lengkap, nanging interval pengapian sing rata tetep ora bisa digayuh.
Mesin telung-silinder luwih ora seimbang tinimbang jèjèr-papat. Pabrikan kaya Subaru lan Daihatsu masang poros imbangan minangka standar; kaputusan Opel kanggo ora masang ing mesin telung-silinder Ecotec kanggo Corsa generasi kapindho ngirit biaya nanging nggawé mobil kasebut éntuk reputasi kasar saka pers otomotif Jérman sawisé debutané taun 1996 — diterangaké minangka “mokal banget kanggo nyetir ngubengi kutha kanthi mode sing owah-owah.”
Mesin jèjèr-papat — tata letak sing paling umum ing donya — duwé gaya inersia tatanan kapindho bébas sing mung bisa dinetralaké déning poros imbangan sing mlaku kanthi kaping pindho kacepetan crankshaft. Kanggo mbatalaké torsi sing diasilaké, dibutuhaké poros kapindho sing muter ngelawan. Larang, ya — nanging mèrek-mèrek Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat, lan Grup Volkswagen wis kabèh nganggo susunan iki nalika kalusan dibutuhaké.
Mesin flat-papat tumindak rada luwih apik tinimbang mesin inline-é — mung kopel torsi tatanan kapindho sing isih ana, sing njalari mesin ngolèng ngubengi sumbu vertikalé. Sanajan mangkono, loro mesin Beetle sing didinginaké udara lan unit boxer Subaru bisa tanpa poros imbangan nganti pirang-pirang dasawarsa.
Mesin jèjèr-lima duwé gaya inersia primer sing wis dikompensasi nanging ngalami torsi bénding sing muter sing terus-terusan mlaku liwat blok — mbutuhaké struktur sing kaku banget. Mercedes-Benz, Audi, lan Volvo ngadhepi iki liwat dudukan mesin sing diperbaiki lan pemberat (kaya 2.5 TFSI supercharged ing Audi TT RS), déné para insinyur Fiat luwih maju manèh lan nganggo poros imbangan lengkap.
Siji cathetan sing menarik: mèh kabèh mesin limang-silinder pancèn mesin patang-silinder kanthi siji silinder tambahan sing dipasang. Pendekatan modular iki ngidini piston, batang penghubung, lan komponèn valvetrain sing dipakai bareng — mung blok, kepala, lan crankshaft (kanthi ayunan ing interval 72°) sing kudu owah.
Mesin V6 sing ngganti jèjèr-nem nduwé karakteristik imbangan sing padha karo telung-silinder — sing tegesé, ora idéal. Mesin V6 Mercedes-Benz sing pisanan banget (M112, kanthi telung klep saben silinder) ngadhepi iki kanthi poros imbangan sing dipasang ing lembah ing antarané deretan. Mesin nem-silinder telung-liter saka Grup PSA masang siji ing kepala silinder. Pabrikan liyané milih ngimbangi pin crank kanthi tliti — kaya sing katon ing V6 Audi — kanggo nyilikaké geteran tanpa kerumitan tambahan. Mesin V6 kanthi sudut kalebu 90° nambah masalah manèh: interval pengapian sing sacara alami ora rata sing mung bisa diendhakaké sebagian déning roda gila sing diabot.
Mesin V8 kanthi sudut deretan 90° lan ayunan crankshaft ing rong bidang sing tegak lurus siji lan sijiné seimbang banget. Interval pengapian sing rata bisa digayuh, lan mung loro kopel torsi sisa sing isih ana — gampang diatasi déning pemberat ing jurnal pucuk crankshaft. Iki dadi alesan gedhé kenapa para insinyur Amérika nampa V8 kanthi semangat: padha mung ora gelem ngolèhi geteran.
Mesin V4 arang lan saiki mèh entek babar pisan ing mobil. V4 Ford Éropah (dienggo ing Taunus, Capri, lan Saab 96) lan V4 anèh saka Zaporozhets loroné mbutuhaké poros imbangan kanggo kopel torsi tatanan pisanan. Ringkes lan biaya sing dadi faktor pendorong — imbangan kuwi nomer loro.
Mesin V10 nduwé karakteristik imbangan sing padha karo jèjèr-lima. Iku ora ngalang-alangi para perancang mesin Formula 1, Dodge Viper, utawa Dodge RAM kanggo nganggoné — yèn sampéyan mbutuhaké daya, sampéyan ngatur geterané.
Babagan tata letak sing luwih éksotis: flat-wolu (kaya sing dienggo ing mobil balap Porsche 917) pancèn loro flat-papat ing crankshaft sing padha, déné mesin V12 lan flat-12 bisa diréduksi dadi loro jèjèr-nem — sing njlèntrèhaké alusé sing istiméwa.
Mesin VR6, VR5, lan W: Jurus Pengepakan Andalan Volkswagen
Kita wis nyenggol mesin V sudut sempit kaya Lancia Fulvia mau. Sajroné pirang-pirang dasawarsa iki diadohi — luwih angèl diimbangaké tinimbang tata letak 60° utawa 90°, kanthi keuntungan pengepakan sing kétoké ora sebanding karo karipotan. Banjur prioritasé owah.
Loro pangembangan sing ngowahi kahanan:
- Dudukan mesin hidrolik dadi kasedhiya kanthi wiyar, kanthi dramatis nyuda transmisi geteran tanpa preduli imbangan téoritis mesiné.
- Ruang ing ngisor kap dadi saya cilik, nggawé keringkesan dadi sifat sing larang. Sapa sing bakal mbayangaké hatchback sing prasaja ndhelikaké mesin nem-silinder 2,8-liter? Volkswagen kelakon nggawé.
Volkswagen VR6 — “VR” tegesé V-Reihen (V-jèjèr) — njupuk konsép sudut sempit luwih adoh tinimbang sing tau ditindakaké Lancia, mung nganggo sudut 15° ing antarané deretan. Asilé ringkes banget nganti sacara efektif tumindak minangka mesin inline sing diimbangi, lan sing nggumunaké, nganggo siji kepala silinder kanggo loro deretan. Mesin nem-silinder 2,8-liter sing pas ing panggonan sing mesin V6 biasa ora bakal pas — debut ing Volkswagen Golf generasi katelu.
Saka kono, para insinyur Volkswagen ngembangaké konsép kasebut:
- VR5 teka minangka VR6 kanthi siji silinder dibuwang.
- W8 nggabungaké loro unit VR sing dicendhakaké (papat silinder saben unit) ing siji crankshaft — dipasang ing sedan Passat unggulan.
- W12 debut taun 1998 ing konsép W12 Roadster: loro mesin VR6 sing digandhèngaké kanthi sudut 72° ing siji crankshaft.
- W16 — kanthi papat turbocharger — nenagani Bugatti Veyron nganti 431 km/jam, dadiké aplikasi produksi sing paling éksrim saka arsitéktur iki.
Kenapa tata letak iki ora ana sadurungé? Rancangan kanthi bantuan komputer modern sing nggawé iki bisa. Ngoptimalaké sudut kalebu, posisi pin crank, urutan pengapian, lan karakteristik imbangan ing géomètri sing rumit kaya ngono bakal mèh ora bisa tanpa daya komputasi sing kasedhiya wiwit taun 1990-an. Crankshaft W12 waé wis dadi mimpi buruk tukang mesin — jinis bagéan sing mung bisa diwujudaké yèn komputer wis mriksa saben toleransiné.
Apa sing Pancèn Penting ing Rancangan Mesin Donya Nyata
Yèn ana siji kesimpulan saka kabèh iki, yaiku imbangan téoritis arang dadi faktor sing nentokaké nalika insinyur milih tata letak mesin. Prioritas sing nyata yaiku:
- Pengepakan — apa pas ing ruang mesin?
- Bobot lan kepadhetan daya — apa rasio paling apik kanggo aplikasiné?
- Biaya produksi — apa bisa nganggo komponèn bareng ing sajroné jajaran modèl?
- Modularitas — saya akèh, pabrikan mbangun kulawarga mesin saka arsitéktur piston lan bore sing padha, saka unit telung-silinder ékonomis nganti unggulan rolas-silinder
Jajaran mesin Mercedes-Benz saiki minangka conto pendekatan modular sing apik: arsitéktur sing dipakai bareng dadi dhasar mesin ing sajroné keluaran daya lan jumlah silinder sing béda-béda banget.
Mesin Flat (Boxer) (Ndhuwur): Silinder mapan horisontal lan ngadhep adoh siji lan sijiné ing tata letak 180 derajat. Mèrek kaya Porsche lan Subaru asring nganggo susunan iki kanggo titik pusat gravitasi sing luwih endhèk.
Mesin Radial (Ngisor): Silinder dipasang ing bunderan ngubengi crankshaft pusat, kaya wujud lintang. Iki tradisional dienggo ing pesawat baling-baling klasik.
Mesin Inline (Jèjèr) (Kiwa): Silinder dipasang siji ngiringi sijiné ing siji baris lurus. Iki rancangan sing paling umum ditemoni ing mobil saben dina sing biasa.
Mesin-V (Tengen): Silinder dipérang dadi rong baris sing miring ngadhep siji lan sijiné, mbentuk wujud “V”. Konfigurasi iki ngidini jumlah silinder sing luwih akèh (kaya V6 utawa V8) ing ruang sing luwih sempit.
Lan babagan geteran — perlu dieling-eling yèn imbangan téoritis lan imbangan nyata kuwi rong perkara sing béda banget. Sanajan jèjèr-nem sing seimbang sampurna bakal geter yèn rakitan crankshafté ora diimbangaké kanthi bener utawa yèn pistone lan batang penghubunge béda bobot kanthi cetha. Toleransi produksi donya nyata lan deformasi komponèn ing sangisoré beban tegesé ora ana mesin sing tau alus ing praktiké kaya sing dijanjèkaké persamaan. Iki kenapa rancangan dudukan mesin — carané unit daya dipisahaké saka bagéan liyané mobil — padha pentingé karo tata letaké dhéwé. Kadhang malah luwih penting.
Iki minangka terjemahan. Sampéyan bisa maca aslinè ing kéné: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e54e1.html
Published October 28, 2021 • 12m to read
