В настоящее время существует несколько вариантов силовых агрегатов в зависимости от компоновки и количества цилиндров. Двигатель V8 относится к моторам высшего уровня для легковых машин, так как им оснащают спортивные и элитные модели. Поэтому они не сильно распространены, но востребованы.
Определение
Двигатель V8 представляет собой силовой агрегат с V-образным расположением цилиндров в два ряда по четыре и общим коленвалом.
Предпосылки создания
В начале прошедшего века не было прямой связи между объемом мотора и количеством цилиндров. Однако со временем такие факторы, как увеличение оборотов и мощности, а также стремление к снижению стоимости привели к введению среднего объема цилиндра. К тому же появилось такое понятие, как литровая мощность. Таким образом, они связали мощность двигателя с количеством цилиндров. То есть каждый цилиндр имеет определенный объем, а с конкретного значения объема снимают определенную мощность. Причем эти характеристики оптимизированы, то есть выходить за их рамки при серийном производстве невыгодно. Таким образом, небольшие массовые модели стали оснащать моторами малого объема с небольшим количеством цилиндров, а для достижения высокой мощности потребовалось создавать многоцилиндровые силовые агрегаты большего объема.
История
Первый двигатель V8 запустили в производство в 1904 г. Он был разработан двумя годами ранее Леоном Левассером. Однако его применяли не для автомобилей, а устанавливали на самолеты и небольшие суда.
Первый автомобильный двигатель V8 объемом 3536 см3 выпустила фирма Rolls-Royce. Однако она построила лишь 3 автомобиля, оснащенных им.
В 1910 г 7773 см3 V8 был представлен производителем De Dion-Bouton. И хотя автомобилей, оснащенных им, было выпущено также совсем немного, в 1912 г его представили в Нью-Йорке, вызвав большой интерес. После этого созданием таких двигателей занялись американские производители.
Первой относительно массово производить автомобили с двигателем V8 стала фирма Cadillac в 1914 г. Это был нижнеклапанный мотор объемом 5429 см3. Существует мнение, что его конструкция была скопирована с упомянутого выше французского силового агрегата. В первый год выпустили примерно 13 000 автомобилей, оснащенных им.
Через 2 года свою версию V8 объемом 4 л представил Oldsmobile.
В 1917 г Chevrolet также начал выпуск 4,7 л V8, однако, в следующем году производитель вошел в состав GM, подразделениями которого являлись и две упомянутые выше фирмы. Однако Chevrolet, в отличие от них, сориентировали на выпуск экономичных автомобилей, на которые предполагалось устанавливать более простые двигатели, поэтому производство V8 остановили.
Все рассмотренные выше двигатели устанавливали на дорогие модели. Впервые в массовый сегмент их перенесла фирма Ford в 1932 г на Model 18. Более того, данный силовой агрегат имел значительное техническое новшество. Он был оснащен литым чугунным блоком цилиндров, хотя до этого производство таких деталей некоторые считали технически невозможным, поэтому цилиндры были отделены от картера, что усложняло и удорожало их изготовление. Для создания цельной детали потребовалось усовершенствовать технологию литья. Новый силовой агрегат назвали Flathead. Его производили до 1954 г.
В США особо обширное распространение двигатели V8 обрели в 30-е гг. Они стали настолько популярными, что такими силовыми агрегатами оснащали все классы легковых автомобилей, кроме субкомпактного. А авто с двигателем V8 к концу 1970-х гг составляли 80% всех производимых в США. Поэтому многие термины, связанные с этими силовыми агрегатами, американского происхождения, а V8 у многих все еще ассоциируются с американскими автомобилями.
В Европе данные двигатели не обрели такой популярности. Так, в первой половине прошедшего века ими оснащали лишь штучно выпускаемые элитные модели. Только в 50-е гг начали появляться первые серийные восьмицилиндровые моторы или автомобили с двигателем V8. И то некоторые из последних оснащали силовыми агрегатами американского производства.
Компоновка
В начале прошлого века встречались весьма необычные для современности схемы двигателей, например, семицилиндровые, рядные восьмицилиндровые и звездообразные.
С упорядочением конструкции моторов, благодаря введению названных выше принципов, количество цилиндров было теперь определено для двигателей в зависимости от их мощности. И далее, возник вопрос об оптимальном их расположении.
Первым появился наиболее простой вариант компоновки — рядное расположение цилиндров. Такой вид предполагает их установку в ряд друг за другом. Однако данная компоновка актуальна для двигателей с количеством цилиндров не более шести. При этом наиболее распространены четырехцилиндровые варианты. Двух- и трехцилиндровые моторы встречаются относительно редко, хотя и появились еще в начале XX в. Пятицилиндровые двигатели также не особо распространены, к тому же они были разработаны лишь в середине 70-х гг. Шестицилиндровые рядные моторы в настоящее время утрачивают популярность. Рядную компоновку восьмицилиндровых двигателей перестали применять еще в 30-х гг.
Применение V-образной схемы для моторов с большим количеством цилиндров обусловлено компоновочными соображениями. Если использовать рядную компоновку для многоцилиндровых силовых агрегатов, то они получатся слишком длинными, и возникает проблема с их размещением под капотом. Сейчас наиболее распространена поперечная компоновка, а разместить рядный даже шестицилиндровый силовой агрегат таким образом очень сложно. В данном случае наибольшие проблемы возникают с размещение коробки передач. Именно поэтому такие двигатели уступили в распространенности V6. Последние можно расположить как продольно, так и поперечно.
Применение
Рассматриваемую схему чаще всего используют на двигателях большого объема. Их устанавливают в основном на спортивные и премиальные модели среди легковых автомобилей, а также на тяжелые внедорожники, грузовики, автобусы, тракторы.
Характеристики
К осноновным параметрам V8 относят объем, мощность, угол развала, уравновешенность.
Объем
Данный параметр является одним из основных для любого двигателя внутреннего сгорания. В начале истории ДВС не было никакой связи между объемом мотора и количеством цилиндров, а средний объем был значительно выше, чем сейчас. Так, известны 10 л одноцилиндровый мотор и 23 л шестицилиндровый.
Однако позже были введены упомянутые выше нормативы объема цилиндра и зависимость между объемом и мощностью.
Как было сказано, рассматриваемую компоновку применяют в основном для многолитровых силовых агрегатов. Поэтому объем двигателя V8 обычно составляет не менее 4 л. Максимальные значения данного параметра для современных двигателей легковых автомобилей и внедорожников достигают 8,5 л. На грузовики, тракторы и автобусы устанавливают более объемные силовые агрегаты (до 24 л).
Мощность
Данная характеристика двигателя V8 может быть определена на основе удельной литровой мощности. Для бензинового атмосферного мотора она составляет 100 л.с. Таким образом, 4 л мотор имеет мощность в среднем 400 л.с. Следовательно, варианты большего объема мощнее. В случае применения некоторых систем, особенно наддува, литровая мощность значительно возрастает.
Угол развала
Данный параметр актуален лишь для двигателей V-образной компоновки. Под ним понимают угол между рядами цилиндров. Для большинства силовых агрегатов он составляет 90°. Распространенность такого расположения цилиндров объясняется тем, что оно позволяет достичь низкого уровня вибраций и оптимального поджига смеси и создать низкий и широкий двигатель. Последнее благоприятно сказывается на управляемости, так как такой силовой агрегат способствует снижению центра тяжести.
Несколько реже встречаются моторы с углом развала 60º. Значительно меньше двигателей с еще более минимальным углом. Это позволяет снизить ширину двигателя, однако, на таких вариантах сложно гасить вибрации.
Существуют двигатели и с развернутым углом развала цилиндров (180º). То есть их цилиндры расположены в горизонтальной плоскости, а поршни движутся навстречу друг другу. Однако такие моторы называют не V-образными, а оппозитными и обозначают литерой B.Они обеспечивают очень низкий центр тяжести, вследствие чего такие двигатели устанавливают в основном на спортивные модели. Однако они отличаются большой шириной, поэтому оппозитные моторы встречаются редко из-за сложности размещения.
Вибрации
Данные явления в любом случае проявляются при работе поршневого ДВС. Однако конструкторы стремятся максимально снизить их, так как они не только сказываются на комфорте, но и при чрезмерном уровне могут привести к повреждению и разрушению двигателя.
При его функционировании действуют разнонаправленные силы и моменты. Для снижения вибраций необходимо уравновесить их. Одним из решений этого является конструирование двигателя таким образом, чтобы моменты и силы были равными и разнонаправленными. С другой стороны, достаточно доработать лишь коленвал. Так, можно изменить расположение его шеек и установить на нем противовесы либо использовать балансирные валы противовращения.
Уравновешенность
Прежде всего, следует отметить, что среди распространенных двигателей уравновешены лишь два типа — рядные и оппозитные, причем шестицилиндровые. Моторы прочих компоновок различаются по данному показателю.
Что касается V8, они весьма хорошо уравновешенны, а особенно варианты с прямым углом развала цилиндров и расположенными в перпендикулярных плоскостях кривошипами. Дополнительно придается плавность благодаря возможности обеспечения равномерного чередования вспышек. Такие двигатели имеют всего два неуравновешенных момента на щеках крайних цилиндров, которые могут быть полностью скомпенсированы двумя противовесами на коленвале.
Преимущества
V-образные двигатели отличаются от моторов с рядной компоновкой повышенным крутящим моментом. Этому способствует схема двигателя V8. В отличие от рядного мотора, где направление сил прямо перпендикулярно, в рассматриваемом двигателе они воздействуют на вал с двух сторон по касательной. Благодаря этому создается значительно большая инерция, придающая валу динамичное ускорение.
К тому же коленчатый вал V8 отличается повышенной жесткостью. То есть данный элемент прочнее, поэтому более долговечен и эффективен при работе на предельных режимах. А также это расширяет диапазон рабочих частот двигателя и позволяет быстрее набирать обороты.
Наконец V-образные моторы более компактны в сравнении с рядными. Причем они не только короче, но и ниже, что видно по фото двигателя V8.
Недостатки
Моторы рассматриваемой компоновки отличаются сложной конструкцией, что обуславливает высокую стоимость. Кроме того, при относительно небольших длине и высоте они широки. Также вес двигателя V8 большой (от 150 до 200 кг), что вызывает проблемы с развесовкой. Поэтому их не устанавливают на небольшие автомобили. К тому же такие моторы имеют значительный уровень вибраций и сложны в балансировке. Наконец, они затратны в эксплуатации. Во-первых это обусловлено тем, что устройство двигателя V8 весьма сложное. К тому же он имеет большое количество деталей. Поэтому ремонт двигателя V8 сложен и дорог. Во-вторых, такие моторы характеризуются высоким расходом топлива.
Современное развитие
В развитии всех двигателей внутреннего сгорания в последнее время наблюдается тенденция к повышению эффективности, экономичности. Этого достигают путем снижения объема и применения различных систем вроде непосредственного впрыска топлива, турбонаддува, изменяемых фаз газораспределения и т. д. Это привело к тому, что большие двигатели, в том числе и V8, постепенно утрачивают популярность. Многолитровые моторы теперь заменяют на турбированные двигатели меньшего объема. Это особенно коснулось версий V12 и V10, которые заменяют на наддувные V8, а последние — на V6. То есть средний объем моторов снижается, что отчасти обусловлено ростом эффективности, показателем которой является литровая мощность.
Однако на спортивных и элитных автомобилях все же используют мощные многолитровые силовые агрегаты. Причем их производительность также существенно возросла в сравнении с прошлым благодаря применению современных технологий.
Перспективы
Несмотря на перспективы замены ДВС электрическими и прочими экологически безвредными двигателями, они все еще не утратили актуальность. В частности V-образные варианты считаются весьма перспективными. К настоящему времени конструкторами разработаны способы устранения их недостатков. К тому же, по их мнению, потенциал таких силовых агрегатов не полностью раскрыт, поэтому их просто модернизировать.
