Неуравновешенные моторы —- кому они нужны?

Зачем нужны всякие 2-х, 3-х, 4-х цилиндровые, которые от природы «трясет», когда есть другие — самоуравновешенные? Именно такой вопрос задает на форуме наш читатель.

Вопрос известный, но почему-то часто вызывает дискуссии. Чтобы разобраться в причинах неуравновешенности отдельных представителей ДВС, обратимся к маститому гуру, посвятившему двигателям всю жизнь. Слово имеет сотрудник Санкт-Петербургского Политехнического Университета, замзавкафедры ДВС, к.т.н., доцент, автор 150 научных трудов, 8 монографий и учебников, постоянный автор ЗР Александр Шабанов.

IMG_0245–1sm

IMG_0245-1sm

Двигатель внутреннего сгорания — это набор движущихся деталей, причем деталей массивных. И движение это происходит с переменной скоростью — значит, возникают ускорения. А дальше, вспомним незабвенного нашего Исаака Ньютона и его второй закон — масса на ускорение дает силу — силу инерции. Для мотора таких сил несколько — это силы инерции «поступательно движущихся масс», поршней, и всего, что на них навешено. И силы инерции неуравновешенных вращающихся масс — это шейки коленчатого вала и всего, что к ним прицеплено.

Если есть сила, и есть плечо, к которой она приложена — значит, есть и момент этой силы. Причем, силы эти разнонаправлены, их вектора крутятся с разными скоростями.

Как силы и моменты определяются, как складываются — зависит от конструкции двигателя, количества цилиндров, блоков, угла развала этих блоков, порядка работы цилиндров, оборотов коленчатого вала. Это целая большая теория, описанию которой посвящены толстые книги и учебники. Кому интересно — может их почитать!

А нам важно то, что эти силы и моменты передаются на опоры двигателя, и через них — на кузов автомобиля. И трясут и нервируют нашу душу.

Как уменьшить эти нерадостные последствия работы мотора? Силы и моменты можно сложить (с учетом их направления- то есть векторно), причем так, чтобы они взаимно уничтожили друг друга. Если такое удается, двигатель называется полностью самоуравновешенным.

С точки зрения теории двигателя, это означает, что для него выполнены все признаки самоуравновешенности. Это равенство нулю суммарных сил инерции поступательно-движущихся масс (причем вызываемых ускорением с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя и удвоенной частоте вращения — так называемым силам инерции первого и второго порядка), и  суммарных центробежных сил. К ним добавляются моменты этих сил, действующие относительно середины коленчатого вала в плоскости оси коленчатого вала. Итого — шесть признаков.

Беда в том, что автоматически все эти признаки удовлетворяются только для очень небольшого количества вариантов конструкции двигателя. Так, полностью самоуравновешен только шестицилиндровый рядный двигатель. И все то, что получается на его основе — например, V-образный 12-тицилиндровый мотор.

Одноцилиндровый двигатель неуравновешен по всем силам (то есть по трем признакам), а моментов там не возникает — ось приложения сил совпадает с осью двигателя. Кому приходилось таскать мотоблок или мотокультиватор, это хорошо чувствовали на своих руках, которые хотят оторваться через час-другой работы…

Самая большая беда — у двухцилиндровых моторов, там неуравновешенны и часть сил инерции, которые второго порядка, и часть моментов. Трехцилиндровый двигатель полностью уравновешен по силам, и столь же полностью неуравновешен по их моментам.

Рядная четверка — более-менее благополучна, там остаются только сравнительно небольшие для высокооборотных моторов силы инерции второго порядка, остальные силы и все моменты самоликвидируются. И так далее — рассматривать эти варианты можно бесконечно…

Конечно, полностью самоуравновешенный двигатель — это хорошо, но что делать, если его никуда не впихнуть? Тогда идут на конструктивные хитрости. Так, неуравновешенные моменты можно убрать с помощью специальных дисбалансов маховиков или дополнительных противовесов коленчатого вала. Для ликвидации сил инерции первого и второго порядка можно использовать специальные уравновешивающие механизмы, которые приводятся от коленчатого вала и крутятся либо с его скоростью (механизмы первого порядка), либо с удвоенной частотой вращения (второго порядка).

«Четверку» рядную уравновешивают очень редко, обычно неуравновешенные силы поручают опорам двигателя. А вот для полной уравновешенности рядной «трешки» все сложнее — там и дисбалансы, и дополнительные выносные противовесы, и уравновешивающие механизмы, причем и первого, и второго порядка, необходимы.

Но чего не сделаешь ради комфорта?

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии (57)

Самые новые

А вот теперь пожалуйста поподробнее про пятицилиндровые двигатели. Мои любимые)) Просто обожаю звук их выхлопа. Читал в некоторых статьях про то что они уравновешены по силам инерции 1 и 2 порядка, но не уравновешены по моментам от этих сил. А как это ощущается? Двигатель трясёт или как? Моменты инерции вообще как-нибудь снизить можно? Мне просто загорелась идея про рядную 5, четырёхтактную, но с оговоркой — блок цилиндров будет «лежать» на боку как у мотоцикла bmw k100.

Ответить#
0

Да и качество изготовления отдельных деталей — тоже не последнее дело.

Ответить#
0

Все эти силы инерции, неудачная конструкция  — в принципе фигня, так как все нивелируется режимом работы, уходом за самим движком. Марк II с рядной шестеркой какой — нибудь умник — гонщик укатает так, что она заводиться потом не будет, а какая — нибудь конструктивно неудачная Porsche 356 с 4 — ой оппозитом при должном уходе, своевременном мелком ремонте, будет через 60 лет радовать внуков первого владельца.

Ответить#
0

You have more useful info than the Britsih had colonies pre-WWII.

Ответить#
0

Thank you

Ответить#
0

I was struck by the honesty of your psoitng

Ответить#
0

1,5 года ездил на трехцилиндровой машине.Особых вибраций не заметил.У любой бюджетной машины двигатель шумнее,чем у более дорогой.

Ответить#
0

По моему ветка ушла от темы. Уже и журнал обгадили.
Еще раз. Неуравновешенные моторы никому не нужны. Их просто никто не купит.
Схемы 6-8-12  — от них никто не отказывается, но ценаа-а-а...
Массовый сегмент не потянет. а 4 горшка тема исследованая вдоль и поперек.
Вот и ищут конструкторы резервы в 3-х или 3 + электромотор и прочее.
Тема в теории вся давно (еще лет 40 назад) уже исследована.
Все резервы, недостатки, плюсы обоснованы и показаны. Поршни навстречу — редкие схемы есть в танковых двиглах — это отдельная тема.
Про Аткинсона я спрашивал —это тойота приус. Про электрочасть все понятно, а вот как с ДВС?
По моему нужно закрыть тему.
Бабло будет —купим 6 или 8.
Не будет — возьмем 4 тоже не плохо. Свои 300 тыс. все должно отходить.
Так что предлагаю закрыть вопрос.

Ответить#
0

Почему в статье и дискуссии забыты основные на рынке уравновешенные шестерки V6? От рядных R4 на прежних машинах всегда ощущал вибрацию, а у моей первой машины с V6 (G6EA) двигатель работает без вибраций.

Ответить#
0

Купил мой друган — Рено Логан. Новье.
Стоим курим. Зима, тишина на стоянке.
А у тебя говорит двигло потише будет.
Да лано-о-о-о...
Послушали — действительно потише.
6g72 реально лучше чем реновская четверка. все таки v-6.
Но тяжелее раза в 2.
И дороже наверное в три.
Но теория говорит что 6 в ряд еще круче.
Только что то их на рынке нет ( шевролетка Эпика только и наверное все).
Длинная и тяжелая.
Так что вы правы, 6 всегда лучше чем 4.

Ответить#
0

It's great to find soemnoe so on the ball

Ответить#
0

Тема 5 цилиндровых двигателей не раскрыта, напишите чтонить про G20a/g25a HONDA

Ответить#
0

This is a most uesufl contribution to the debate

Ответить#
0

С трехцилиндровым барахлом все ясно. Ничего хорошего в них нет, но делать будут именно их —- вот и все. Потому что это выгодно. А мы будем на них ездить, потому что ничего другого не будет. Между прочим, ситуация похожа на сам журнал ЗР. Не печатает ничего хорошего, отдает свои страницы не доцентам, а блондинкам и прочим, не отличающим лендровер от рейджровера, однако считает себя лучшим. Но он, в отличие от автопрома, доиграется: чиателей он растеряет полностью! А мы уйдем сюда. Впрочем, вдруг и отсюда доцентов" попросят" удалиться? Дорогу мужикам в туфельках и блондинкам, не желающим ездить на электрокарах!

Ответить#
0

опозиты субару какого типа?

Ответить#
0

почему то у нас принято считать движки четверки хорошими они не хорошие они всеголишь совпадают с тактами движка 4 такта 4 цилиндра (дисбаланс растянут вдоль движка!) а вот шесть цилиндров работают мягче хоть это и те же три цилиндра но в пробелах между работой цилиндров его заполняют работа других 8цилиндров еще мягче чем 6 таже четверка но промежутки такта работы заполняются другими цилиндрами и 12 цилиндров трудно заставить вибрировать это двойная шестерка

Ответить#
0

Полностью согласен.

Ответить#
0

I spouspe that sounds and smells just about right.

Ответить#
0

That's an ingneouis way of thinking about it.

Ответить#
0

вот и выходит что рядный движок не всегда идеален есть схемы и другие Vобразные оппозиты двойные оппозиты звезды и еще есть интерресная схема где два коленвала гоняют на встречу друг другу в одном цилиндре два поршня схем много но вот по чему у нас на вазе и газе и уазе не делают хороших движков не понятно или опять криворукие конструкторы двоечники ждут бабла за просто так делая движки по схеме и конструкции начала позапрошлого века

Ответить#
0

That's an apt anwser to an interesting question

Ответить#
0

Прекрасная теория,но всё сводится к банальному:противовесы на коленвале, на нём же гаситель крутильных колебаний, мощный ( см. тяжелый) маховик. Все это вместе балансируется и точка.

Ответить#
0

Гаситель крутильных колебаний на уравновешенность мотора не влияет — как следует из его названия, он «гасит крутильные колебания». Это — совсем другая песня. А тяжелый маховик сглаживает неравномерность крутящего момента, тоже не имеющего отношения к уравновешенности.

Ответить#
0

Неуравновешенные нужны производителям. Кому это еще не ясно?

Если бы бились за ваше счастье — только шести- и двенадцатицилиндровые выпускали бы.

А бьются за прибыль.
Оттого и штампуют четверки и даже тройки. Они дешевле в производстве.
И их за разумные деньги нормально уравновесить невозможно, да и делать этого нормально никто не станет, невыгодно..

Ответить#
0

Очень давно, на первой лекции по теоретической механике, преподаватель сказал нам, первокурсникам, следующее: «Некоторые думают, „крутится„- значит „вращается“. Я не придираюсь к словам, но всё же, коленвал вращается или же крутится?

Ответить#
0

Есть тут высказывания,о том не все ли равно как достигается уравновешенность. Все это от лукавого.
Балансирные валы используются давно и как правило совмещены с маслянным насосом. К примеру, оригинал масляный насос без балансирных валов на ауди 1.8т стоит порядка 8 т.р., а вот уже с балансирными валами на 2.0 тфси стоит оригинал порядка 40 тысяч рублей. Сейчас модно удлинять меж сервисные интервалы. А чем реже замена масла, тем сильнее зашлаковывается ДВС. После таких удлиненных меж сервисных интервалов к 7–9 годам автомобиля (в зависимости от интенсивности эксплуатации) а то и ранее требуется замена масляного насоса. Одно дело 8 рублей, а другое дело 40. Я думаю не все равно будет любому обывателю сколько заплатить. :) Так что мое личное мнение в том что чем двигатель изначально проще, тем он будет дешевле в эксплуатации и с значительно большим сроком службы, а так гораздо ремонтно пригоднее.
Вот конечно 6ть горшков это тоже не вариант, в плане экономичности, но раньше 4 цилиндра мотор, хорошо настроенный никаких ощутимых вибрации не для обывателя не давал, а все эти технологии, это уже перебор. Пора уже те усилия которые вкладываются в доработку современных ДВС направлять в другое русло и искать по настоящему эффективную замену ДВС.

Ответить#
0

3 горшка, какими бы их не сделали, по факту даже с включенным кондиционером мотор тухнет. А все ухищрения 3мя цилиндрами по факту
делают такие моторы крайне не ремонтно пригодными, с очень маленьким ресурсом. К примеру 3 цилиндровый дизель от ФВ, по технологии даже бугеля нельзя откручивать. Т.е. фактически, двигатель не имеет ни одного ремнтного размера ни поршневой ни коленно-шатунной группы.

Ответить#
0

Тем временем производители заняты преимущественно удешевлением производства.
Конкуренция становится всё забористее, особенно ценовая.
Чтобы продавать — надо предложить дешевле.
Чтобы предложить дешевле и не прогореть — надо экономить в производстве.

Ответить#
0

Неуравновешенные моторы нужны!!!
Например, компания Yamaha несколько лет назад на серийном спортбайке YZF-R1 c мотором R4, изменила порядок зажигания в цилиндрах, сделав промежутки времени между вспышками неравномерными. Для этого потребовалось изготовить «кривой» в виде звезды коленчатый вал и применить дополнительный балансировочный вал.
Спрашивается — Для чего это было сделано?
Для лучшего контроля за мотоциклом и большего ускорения на выходе из поворотов! Т.к. в момент большого промежутка между вспышками у ведущего колеса больше шансов восстановить сцепление с дорогой если оно начало пробуксовывать. А еще у такого мотора красивый звук, похожий на v-образные моторы.

Ответить#
0

В указанном вами случае речь шла не о добавлении неуравновешенности, а о сознательном введении неравномерности рабочих тактов.
Это давало нужные паузы в тяге и способствовало стабилизации заднего колеса.

Ответить#
0

В учебниках по ДВС пишут, что минимум цилиндров для равномерной работы ДВС-6, у рядных шестерок при этом элементарно больше опорных шеек коленвала (7 кажется ). Отсюда и ресурс.
А вопрос темы действительно не корректен.
Производитель в любом случае будет реализовывать какие-нибудь мероприятия по снижению вибраций. Какая нам разница какие именно( важнее результат).
Маленькие двигатели просто дешевле, легче, даунсайзинг и наддув позволяют снимать вполне приличные характеристики с маленького объема при хорошей экономичности. Не знаю правда как с приемистостью. Мне лично многолитровые атмосферники больше по душе (проще и надежнее).
Хочу задать вопрос другой.
Какая схема имеет наибольший ресурс (при том что движки-то практически одноразовые — ремонтные размеры не проектируют).
И влияет ли расположение ДВС (в базе, в переднем свесе и.т.д.) на вибрации и ресурс. Какой вариант эффективнее-долговечнее.
Как ведут себя при этом ДВС имеющий цикл Аткинсона, (Стирлинга) и.т.д.

Ответить#
0

По первому вопросу — все просто, чем выше уравновешенность, тем меньше динамические нагрузки на детали КШМ, опоры двигателя, значит — выше ресурс. Кроме того, любой уравновешивающий механизм — дополнительные детали, склонные к износу и отказу, поэтому их появление в конструкции не повышает надежность силового агрегата.
По второму — расположение агрегата в целом на ресурс влиять не должно. Тут, скорее, надо подходить со стороны надежности трансмиссии. И тут тот же принцип — чем меньше дополнительных узлов и агрегатов, тем выше надежность. Правильно кто-то сказал добрые слова про старые большие атмосферники, имеющие огромные ресурсы.
По поводу Стирлингов и прочих ухищрений ничего сказать не могу, не моя тема. Их компоновочные схемы надо рассматривать отдельно.

Ответить#
0

Woah nelly, how about them alppes!

Ответить#
0

If your articles are always this helupfl, «I'll be back.»

Ответить#
0

OK

Ответить#
0

Насколько я знаю, та же «Вольво» потихоньку откажется от своих любимых 5-цилиндровых, и уж подавно от 6 и 8. И будут всюду 3 —- 4 цилиндра. Честно говоря, грустно.

Ответить#
0

Да.

Ответить#
0

A mitune saved is a minute earned, and this saved hours!

Ответить#
0

More posts of this quality. Not the usual c***, plseae

Ответить#
0

Добрый вечер! Спасибо, Александр, за столь интересную информацию... Меня очень интересует, как ни странно, пятицилиндровый двигатель Хаммера 3. Что, интересно, заставило инженеров обращаться к такой компановке???
Кстати, очень не оюблю звук рядной четвёрки... Её свист глушу музыкой, вентилятором... Открытым люком... Только бы не слышать этот беспомощный сип, страдающего тахикардией...

Ответить#
0

Виталий, пятицилиндровые моторы — необходимость, определяемая компоновкой подмоторного отсека при условии требований достижения заданной мощности и моментной характеристки. Да еще при условии максимальной унификации с моторами меньшей (или большей) мощности. Ведь главная головная боль любого серийного производства — это переход на другой размер деталей.
Возвращаясь к теме статьи, с точки зрения уравновешенности эти моторы сложные — требуются двухвальные уравновешивающие механизмы первого и второго порядка. Но для столь серьезной машины — это не проблема, как понимаю.

Ответить#
0

Александр, спасибо. Очень интересно.

Ответить#
0

даешь элетромобиль ! и все============= ок

Ответить#
0

Dude, right on there borhter.

Ответить#
0

Неуравновешенные моторы никому не нужны! Ни производителю — такой никто не купит, ни потребителю — уж он точно его не купит. Поэтому стараются на стадии проектирования и потом доработки мотора свести всякие вибрации к минимуму. Иногда неплохо получается!

Ответить#
0

О чем это вы?
Как видим, продаются в основном неуравновешенные моторы без продвинутых систем уравновешивания.

Ответить#
0

Ну, покупать машину с такими двигателями, наверное, тоже дешевле...

Ответить#
0

Keep these atrilces coming as they've opened many new doors for me.

Ответить#
0

At last! Someone with real exrepitse gives us the answer. Thanks!

Ответить#
0

BS low — rtainoliaty high! Really good answer!

Ответить#
0

Почему-то ответа на вопрос заголовка не было.

А нужны неуравновешенные моторы — производителям машин.
Эти моторы и дешевле выпускать, и проще впихивать под капоты всего подряд.

Ответить#
0

Именно так.

Ответить#
0

Ух ты. Как всё запущено, оказывается...
А кто там недавно обещался трёхцилиндровые двигатели в массы запустить, Форд вроде бы?

Ответить#
0

так одно другому не мешает: там же написано, что все движки уравновешивают!

Ответить#
0

This shows real expreitse. Thanks for the answer.

Ответить#
0

Thank you!

Ответить#
0

Михаил, ещё бы ваше мнение про оппозитник...

Ответить#
0

That's the perfect iisnght in a thread like this.

Ответить#
0

Короче, самоуравновешенный двигатель обязан иметь в своем «досье» шесть ноликов! Если хоть на один меньше —-увы.

Ответить#
0

Именно так, Михаил Владимирович! Но не надо путать «уравновешенный» и «самоуравновешенный». В самоуравновешенном двигателе не надо ничего — из-за своей конструкции он сам не трясется, извините за вульгаризм. А уравновешенный — это там, где все шесть признаков выполнены, пусть даже путем использования всяких хитрых приспособ. В принципе, любой мотор можно уравновесить, только достигается это, зачастую, непросто. И все это — дополнительные валы, подшипники, шестренки — стало быть, снижение надежности, увеличение габарита, шума и т.п.

Ответить#
0

Здравствуйте Александр,

Подскажите , пожалуйста, а если в двухцилиндровом двигателе для каждого цилиндра сделать отдельный коленвал и  посредством зубчатого синхронизатора заставить их вращаться синхронно , но в противоположные стороны. Будет ли в этом случае двигатель уравновешенным

С уважением,
Анатолий

Ответить#
0

Потревожил Профессора: вот его мнение:
Aush 8:08 
Если еще и цилиндры развернуть на 180 град, то есть применить оппозитную схему.

Ответить#
0

А если не разворачивать и оставить в виде рядной двойки, то насколько уравновешенным будет такой вариант по сравнению , например , с рядной четверкой ?

Ответить#
0

Aush 13:05 
Первый порядок по силам останется неуравновешенным.

Ответить#
0

Очень жаль....А если применить оппозитную схему то уравновешенность будет лучше чем у рядной четвёрки , или хуже ?

Ответить#
0

Да, мессир! Хотя, как казалось лично мне, когда обсуждается проблема уравновешенности, то в первую очередь имеется в виду исходная конструкция без всяких дополнительных валов и т.п.

Ответить#
0

Михаил Владимирович! А вам, как потребителю, не все равно, чем достигнута уравновешенность мотора? Мне лично, как ездоку со стажем, важно, чтобы меня не трясло на холостых. А скоко там цилиндров, какие массы противовесов заделаны, есть ли механизм уравновешивания — это мне как-то по барабану! Исходная постановка вопроса была малость некорректна — сейчас в серии неуравновешенные моторы — разве что на газонокосилках и живопырки на транцах маленьких лодчонок. А в автомобилях, даже отечественных, уравновешенность обеспечивается по-максимуму. Примеры приводил выше — оставляют неуравновешенным только то, что можно легко поглотить реакцией опор мотора. Потому ответ на вопрос заголовка простой — НИКОМУ! И они неуравновешиваются только там, где это ни по экономическим, ни по техническим соображениям нецелесообразно. Можно уравновесить одноцилиндровый моторчик бензопилы, по поднимать ее тогда надо будет вдвоем — масса возрастет значительно. А потому — зачем? Если пилить приходится по полчаса два раза в год. Ради массы и стоимости можно болящими ручками пренебречь.
Во как, еще одна статья получилась!

Ответить#
0

Почему то все, в том числе и уважаемый «гуру» зациклились неуравновешенностях ДВС, в смысле устранения вибраций ДВС и, соответственно, самого автомобиля. Однако, дополнительно, никто не обмолвился о том, что все неуравновешенные силы должны компенсироваться подшипниками и, следовательно, их  наработкой до отказа, т.е. ресурсом. Я не знаю, кто стоит во главе принятия компоновочных решений выпускаемых автомобилей, может быть только дизайнер. Из каких то своих, дизайнерских соображений, он укоротил моторный отсек и поставил двигателистов перед фактом: изобретайте трёх или пятицилиндровый двигатель, лишь бы влез и плевать ему на тяговый расчёт, взаимозаменяемость и переделки техпроцессов.

Ответить#
0

А по поводу 5-ти цилиндров я уже ответил — смотрите ниже.

Ответить#
0

в изделиях наше прома! много косяков и пока это покупают завод ни че менять не будет на газе и вазе тому пример вместо до ума доведенности конструкции они ставят на конвеер заведомо худшие и устаревшие модели как рено логан или газ сайбер сайбер перестали выпускать визде и почему то на газе решили что у нас такая машина нужна! а логан отказались даже турки выпускать! устарела старая французская конструкция! почему то на вазе решили что у нас это будет чем то новым! тут последняя модель тоеты ни кого не впечатляет и новое то в ней только название да материал салона а тут хотят чтобы с плохой сборкой и полным отсутствием качества и морально устаревшей конструкцией от которой отказались даже в тех странах где нет ни каких норм! хотят чтобы покупали авто хлам а стимулируют это ограничивая выбор поднятием запредельно пошлин и плучается что или езди дрыгайся на новой развалюхе и не вылазь из под нее или оплачивай аппетиты чиновников и езди на хорошей машине!

Ответить#
0

Смешно :)
Сами задаете вопрос, сами отвечаете, а потом сами опровергаете свой ответ ;)
Пишите же — " Можно уравновесить одноцилиндровый моторчик бензопилы, по поднимать ее тогда надо будет вдвоем — масса возрастет значительно"
Если у вас под капотом рядная шестерка, то у вас масса двигателя — это только этот двигатель.
Если у вас три "горшка", то плюсом к массе уже идут всякие "обвесы". А это и на ресурсе двигателя сказывается.
Так что мне, как потребителю, лучше иметь под капотом рядную шестрерку. Ну или оппозит, как вариант.

Ответить#
0

Как потребителю —- все равно! Но мы-то в теорию полезли! Впрочем, мы же об одном и том же говорим: изначально всякие 3-х цилиндровики неуравновешены на 50%! А уж как их вылизывают и чем обвешивают, чтобы можно было на практике использовать —- вопрос другой: кто ж с ним спорит-то? После таких доработок любой движок «нолики» во всех графах может получить. Как неумещий плавать, на которого спасательный жилет натянули.
Кстати, как насчет пяти цилиндров «Вольво»?

Ответить#
0

Reading this makes my decisions easier than taikng candy from a baby.

Ответить#
0