Как работает 5 цилиндровый двигатель ауди
Volkswagen построил уникальный двигатель VR5: Как он работает?
Об особенностях одного из самых странных двигателей, производимых в современности, – пятицилиндрового V-образного мотора Volkswagen, или, как его обозначает сам немецкий автопроизводитель, VR мотора, рассказывает бессменный ведущий познавательного YouTube канала Джейсон Фенске.
Смотрите также: Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива
Речь в сегодняшнем коротком видео пойдет о 2.3-литровой модификации VR мотора GZ от VW. В блоке с наибольшим развалом цилиндров, поясняет Фенске, скрывается нестандартное их число – пять, на схеме изображено три цилиндра справа, два – слева.
На схеме (слева вверху), как видно, расставлены цифры – это порядок счета цилиндров в блоке VR. Счет работы системы зажигания, запаливающей воздушно-топливную смесь несколько иной: 1-2-4-5-3, то есть работа цилиндров в моторе получается цикличной.
Зачем вообще был сделан этот странный мотор с развалом 15°, спросите вы? Ответом будет два основных плюса: малая масса и компактность. Именно по причине снижения веса и уменьшения габаритов Фольксваген, выпустив сперва шестицилиндровый силовой агрегат из серии VR, решил уменьшить количество цилиндров до пяти. Вес уменьшился еще больше, а мощность, несмотря на снижение, не оказала отрицательного влияния на характеристики тех машин, куда устанавливались данные моторы.
Тем самым Фольксваген как бы занял пустовавшую ранее нишу между 4- и 6-линдровыми V-образными двигателями.
Первые версии VR-моторов развивали 150 лошадиных сил и имели всего по два клапана на цилиндр. Увеличив количество клапанов вдвое, VW добавил и 20 сил, получив в итоге 170 лошадей. Неплохой результат для не очень большого мотора.
Многие считают, что данный тип силового агрегата ближе к V-образному мотору, однако это не так. VR-версия гораздо ближе к рядному силовому агрегату как по схеме работы цилиндров, так и по наличию одного распредвала (хотя есть версии с двумя валами), приводящему клапаны по правую и левую сторону от себя.
Еще одним интересным нюансом является абсолютно нестандартное крепление шатунов к коленчатому валу. Шатуны в буквальном смысле разведены по максимуму друг от друга. Таким образом, центр цилиндров не совпадает с центральной частью коленвала. Немецким инженерам пришлось приложить немало усилий для того, чтобы отбалансировать всю эту систему, ибо с одной стороны коленчатого вала находится два поршня, с другой – три.
Соответственно, расчет коленвала должен быть такой, чтобы баланс был близок к идеальному, иначе серьезных или даже разрушительных вибраций не избежать.
Нестандартно расположение впуска и выпуска. На схеме впускные коллекторы изображены синим, выпускные – красным. Трубы коллекторов, как видно, еще и должны быть разной длины, что потребовало решения дополнительной нестандартной задачи в расчете изгибов для противодействия обратному давлению выхлопных газов.
Итак, вывод: зачем Volkswagen сделал этот мотор? Он представлялся им золотой серединой, более мощным аналогом четырехцилиндровых силовых агрегатов. Но последние годы развития рядных турбочетверок показали их преимущество перед самым странным V-образным двигателем от Фольксваген.
Видео:
Вот посмотрите кстати, как работатет пятицилиндровый мотор на VW Golf. Звук потрясающий:
Любой, более или менее разбирающийся в автомобилях и их устройстве человек, прекрасно знает, что количество цилиндров в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) в идеале должно быть чётным, а самые сбалансированные ДВС это рядные 6-цилиндровые и V-образные 12-цилиндровые.
Совершенно очевидно, что инженеры немецкого автопроизводителя Audi тоже не дураки, но всё равно разработали рядный 5-цилиндровый двигатель и явно, что сделано это было не просто так. Но зачем Audi понадобился столь странный двигатель? Давайте разбираться.
Когда появились первые 5-цилиндровые двигатели
Для начала стоит отметить, что инженеры Audi далеко не первые, кто разработал рядный 5-цилиндровый двигатель. С 1933 года такими двигателями оснащались грузовые автомобили Lancia Ro3, а с 1974 года многие автомобили Mercedes-Benz, среди которых Mercedes-Benz E-Class (W114), Mercedes-Benz E-Class (W123) и Mercedes-Benz S-Class (W126). Однако, все эти и другие аналогичные двигатели были дизельными, а вот первый рядный 5-цилиндровый бензиновый двигатель разработали именно инженеры Audi.
И так, история рядных 5-цилиндровых бензиновых двигателей Audi началась в 1976 году. Первым автомобилем Audi, который решили, а точнее пришлось оснастить таким двигателем, стал вовсе не Audi Quattro, как ошибочно считают некоторые, а Audi 100 5E (C2).
Поскольку рядный 4-цилинровый двигатель для автомобиля такого класса это не солидно, а V-образный 6-цилиндровый слишком дорого, то изначально автомобиль планировали оснастить рядным 6-цилиндровым двигателем, но позже выяснилось, что такой двигатель не помещается в подкапотное пространство.
Чтобы решить эту проблему инженеры Audi собственно и решили сделать рядный 5-цилиндровый двигатель, за основу для которого взяли рядный 4-цилиндровый двигатель Volkswagen семейства EA 827.
В итоге у инженеров Audi получился рядный 2,1-литровый 5-цилиндровый бензиновый двигатель мощностью 107 лошадиных сил, с которого и началось развитие всех последующих рядных 5-цилиндровых двигателей производства Audi.
Чем 5-цилиндровый двигатель отличается от 4-цилиндрового
Рядные 5-цилиндровые и 4-цилиндровые двигатели отличаются друг от друга не только количеством цилиндров, но и углом разворота кривошипов коленчатого вала относительно друг друга, а так же порядком работы цилиндров.
Поскольку рабочий цикл любого 4-тактного двигателя составляет 2 полных оборота коленчатого вала или 720 градусов, то у рядных 4-цилиндровых двигателей угол между парами кривошипов равен 180 градусов.
Примечательно, что кривошипы коленчатого вала рядного 5-цилиндрового двигателя не являются парными, то есть не находятся парами в одной плоскости симметрии и развёрнуты относительно друг друга на 72 градуса. Благодаря этому рядный 5-цилиндровый двигатель работает с так называемым перекрытием между тактами, равным 36 градусов и передача мощности происходит более плавно.
Что касается порядка работы цилиндров, то у рядных 4-цилиндровых двигателей он чаще всего 1-3-4-2, а у рядных 5-цилиндровых 1-2-4-5-3. Такой порядок работы цилиндров рядного 5-цилиндрового двигателя отлично уравновешивает двигатель по вертикали, но совсем не уравновешивает его по горизонтали. Эту проблему решают балансировочные валы и они же создают другие проблемы.
Достоинства и недостатки 5-цилиндровых двигателей
Главным достоинством рядных 5-цилиндровых двигателей являются их относительно небольшие габаритные размеры, что позволяет поперечно размещать их в подкапотном пространстве автомобиля и при этом они обладают мощностью аналогичных по объёму рядных 6-цилиндровых двигателей. Кроме этого, рядные 5-цилиндровые двигатели достаточно хорошо сбалансированы и работают более плавно, нежели рядные 4-цилиндровые.
Само собой разумеется, что кроме достоинств у рядных 5-цилиндровых двигателей есть и недостатки. К таким недостаткам относится необходимость применения в их конструкции балансировочных валов, что не только усложняет конструкцию двигателя и делает её менее надёжной, но и делает производство двигателя существенно дороже.
Тем не менее, такие автопроизводители как Audi, Ford и Volvo пока не спешат отказываться от рядных 5-цилиндровых двигателей, так как достоинств у них всё равно больше, чем недостатков.
Считается, что машины, мотор которых оснащен 5 цилиндрами являются чуть ли не самыми лучшими в мире автотранспортными средствами. Но так было далеко не всегда и не везде. Ведь производители подобных двигателей допускали иногда серьезнейшие ошибки в просчетах, которые негативно сказывались на репутации таких многоцилиндровых моторов.
Пятицилиндровые двигатели оказались в то время под капотом многих легендарных автомобилей. Например, ими были оборудованы автомобили Audi Ur Quattro второго поколения и автомашины Ford Focus RS и Volvo 850R. В итоге у инженеров получились вполне неплохие и достаточно резвые авто-родстеры.
За последнее время пятицилиндровые агрегаты переживают не лучшие свои времена. С каждым годом их производится все меньше и меньше и в основном они выпускаются для моделей Audi ТТ RS и RS3. Другие же автопроизводители по-прежнему отдают предпочтение стандартным двигателям с 4 цилиндрами. Впрочем, находятся и такие автогиганты которые до сих пор считают, что лучше все же устанавливать на машины двигатели с 5 цилиндрами, чем с 4 (четырьмя). И на это у них есть веские основания.
Примечательно, что в пятицилиндровых моторах предусмотрена отдельная система зажигания, она придает дополнительную мощь коленчатому валу. Также благодаря этой системе вращение коленвала становится более интенсивным (интервал составляет 144 градуса).
Вместе с тем, надо сказать, что по этому показателю четырехцилиндровый двигатель и агрегат с 5 цилиндрами практически идентичны. Но при этом данный пятицилиндровый двигатель имеет у себя дополнительные 36 градусов люфта. Иначе говоря, он как и 4 цилиндровый мотор обеспечивает вращение коленчатого вала на 180 градусов, но однако делает это значительно быстрее.
Как и в трехцилиндровых двигателях в моторах с 5 цилиндрами возвратно-поступательное вращение осуществляется за счет определенных интервалов, а порядок зажигания обеспечивает баланс вертикальным мощностям двигателя. Правда в таких случаях постоянно случается дисбаланс крутящего момента, который возникает вдоль горизонтальной плоскости мотора. То есть, все 5 цилиндров регулярно пытаются крутить или переворачивать поршни на коленвалу на его длину, в связи с чем рекомендуется сделать балансировку крутящего момента.
Для всех скептиков, которые считают это проблемой, есть несколько причин свидетельствующих о том, что пятицилиндровые двигатели по-прежнему жизнеспособны. Дело в том, что цилиндры расположены поперечно друг-другу. Более того, расстояние между ними минимальное, что в свою очередь делает их идеальным вариантом для небольших машин.
В самое ближайшее время мы начнем тестирование автомобиля Audi RS3, который оснащен пятицилиндровым двигателем объемом в 2,5 л. К слову, точно такой же мотор установлен и на Audi ТТ, при этом он способен выдавать аж 400 л. с.
В этом году планирует оснастить свои новые модели машин многоцилиндровым двигателем и другой Немецкий автогигант – компания "Mercedes". Серьезные планы и у автокомпании "Jaguar", она собирается использовать на своих автомобилях шестицилиндровый мотор. Все это говорит в пользу того, что многоцилиндровые двигатели рано списывать со счетов, у них есть перспективное будущее и автомобилистов ждут захватывающие времена.
Какие автопроизводители оснащают автомобили не стандартными двигателями?
Пять цилиндров. - После легендарного успеха спортивного авто Audi Quattro, весь мир обратил внимание на нечетное количество цилиндров в двигателе этого автомобиля. Кто-то может сказать, что такое число (5-ть цилиндров) - это лишнее. А для кого-то звучание 5-ти цилиндрованного мотора - нечто особенное.
Напомним всем интересующимся, что производство пятицилиндровых силовых агрегатов свою роль в автомобильной промышленности начало играть с середины 70-ых годов прошлого века. Конструкция этих агрегатов имеет свое определенное преимущество при сборке и еще, они могут быть произведены (собраны) на базе обычных традиционных четырехцилидровых двигателей.
Предлагаем Вам посмотреть на старые и на современные автомобили с необычными пятицилидровыми моторами.
1) Mercedes 240 D 3.0
Пионером в двигателестроении 5-ти цилиндровых двигателей не смотря на ошеломляющий успех автомобиля Ауди, бала компания "Mercedes-Benz" со своим пятицилиндровым мотором, который был создан под руководством инженера Фердинанда Пича. Но именно автомобиль Ауди вдохновил инженеров компании "Мерседес" создать на базе уже существующего четырехцилиндрового мотора свой дизельный 5-ти цилиндровый силовой агрегат объемом в 3,0 литра.
Модель автомобиля Mercedes 240D 3.0 в 1974 году для того времени могла развить немаленькую скорость равную 150 км/час. Сегодня это кажется невероятным для дизельных моторов того времени, если учесть, что эта была середина 70-х годов.
2) Audi 100 5E/5D
Два года спустя, после Мерседеса, компания "Ауди" удивила авторынок своей новой моделью -Audi 100 5E, которая оснащалась бензиновым пятицилиндровым мотором мощностью 136 л.с. В отличие от двигателя V6 этот мотор отличался большей эффективностью и меньшим расходом топлива. В 1978 году к линейки этой модели добавилась еще одна модель автомобиля -Audi 100 5D с дизельным пятицилиндровым мотором мощностью 70 л.с.
3) Audi Sport Quattro
Окончательный прорыв и взлет популярности таких пятилиндровых двигателей пришелся на начало 80-х годов. В 1980 году компания "Ауди" представила на вид публике автомобиль Audi Quattro с турбиной. Различные модификации спортивного автомобиля развивали мощность от 200 - до 306 л.с. Еще больше вариантов данного легендарного спорт-кара предлагалось для участия в авто-раллях. Мощность этого легендарного спортивного авто Audi Quattro доходила до 600 л.с. Благодаря этим автомобилям команда "Ауди" завоевала два титула чемпионов мира.
4) Audi 90
Этот автомобиль к большому сожалению сегодня является забытой главой прошлого во всем мировом автомобилестроении.
5) Audi TT RS
Начиная еще с 1994 года все пятицилиндровые моторы практически полностью исчезли с классических авто-седанов. В наши дни чаще всего такие нестандартные двигатели устанавливаются в основном на спортивные автомобили, например на такие, как автомобиль Audi TT RS. К основным параметрам (данным) относятся: Двигатель - 2,5 литров; мощность - 340 л.с.
6) Audi RS3 Sportback
И снова пере вами автомобиль Ауди со своим пятицилидровым мотором. Этот автомобиль, как и Аудии ТТ Rs, также имеет мощность в 340 л.с.
7) Chevrolet Colorado/ Hummer H3
Самый большой бензиновый пятицилиндровый двигатель носит свое название - "Атом" и "Vortec 3700". Объем двигателя у данного авто составляет 3,7 литра, мощность- 245 л.с. В последнее время этот пятицилиндровый мотор устанавливается на автомобиль Chevrolet Colorado. Еще раньше, такой же двигатель устанавливался и на автомобиль Hummer H3.
8) Fiat Coupe 2.0 20V Turbo
В 1996 году Итальянцы выпустили одну из самых мощных в истории моделей автомобилей, популярную модель авто -Fiat Anno. Данная автомашина была оснащена 2,0 литровым турбированным 5-ти цилиндровым двигателем мощностью в 220 л.с. Максимальная скорость машины составляла 250 км/час.
9) Ford Focus RS
Модели автомобилей Форд марки ST а затем и марки RS в самом начале их производства оснащались пятицилиндровыми моторами Volvo объемом в 2,5 литра. Для примера, та же модель автомобиля Ford Focus RS имеет мощность 305 л.с. и развивает максимальную скорость в 265 км/час. В настоящий (данный) момент, с появлением нового поколения моторов Ecoboost на автомобилях марки Форд модели ST стоят уже четырехцилиндровые двигатели. На моделях RS по прежнему устанавливается (стоит) двигатель "пятерка".
10) Lancia Thesis / Croma / Alfa 159
Что общего у автомобилей Lancia Thesis (на фото), Fiat Croma и Alfa Romeo 159? А общий у этих машин пятицилиндровый двигатель. На этих автомобилях устанавливались дизельные и бензиновые моторы (объем 2,4- литра) мощность которых составляла от 170 - до 200 л.с.
11) Acura TL
Автомобиль Acura TL, что продавался в США еще в 1996 году и пользовался своей популярностью на внутреннем рынке. Он был очень похож на автомобиль Honda Legend и это не удивительно, так как автомобиль Акура был создан и произведен именно на базе этого Японского авто. Это была попытка компании "Хонда" занять свою долю на Американском авторынке. На автомобиле Acura TL был установлен 2,5 литровый 5-ти цилиндровый двигатель мощностью 176 л.с.
12) Land Rover Defender Td5
Даже такой легендарный автомобиль, как Land Rover Defender ранее тоже оснащался 5-ти цилиндровым мотором, которые составляли одно время целое семейство таких двигателей для этой популярной марки машины. Но после того, как компания БМВ купила авто-фирму Land Rover, то "пятерка" (двигатель) и все его семейство исчезла с этих автомобилей.
13) Mercedes G 270 CDI
На самом же деле в мире существует очень большое количество автомобилей на которых попрежнему установлены 5-ти цилиндровые моторы. Многие из них сегодня находятся рядом с нами или вокруг нас. Для многих автомобилистов будет неожиданностью узнать, что внедорожники Мерседес G-класса, серии "Wolf", имеют у себя пятицилиндровые силовые агрегаты. Так например, автомобили моделей 250 GD и 270 CDI до 2006 года обычно оснащались моторами, у которых было пять цилиндров.
14) VW Jetta (модель для США)
С 2005 года пятицилиндровый бензиновый двигатель (2,5 л.) стал устанавливаться на автомобиль Volkswagen Jetta, который производится и выпускается конкретно для рынка Америки. Этот двигатель сегодня является основой для такой популярной модели автомобиля, как Audi TT RS. В зависимости от комплектации машины мотор имеет следующую мощность: от 150 - до 170 л.с.
15) Volvo V40
Не смотря на то, что в новых современных автомобилях данные пятицилиндровые моторы используются крайне редко, то компания "Вольво" все равно оснастила свою новую модель авто V40 новой современной "пятеркой" (двигателем). Так например, ее бензиновый пятицилиндровый мотор (T4) развивает мощность 180 л.с., а дизельный двигатель (D3) может развить мощность в 150 л.с.
Как все начиналось, или непосредственный впрыск
Как ни пафосно это звучит, но именно осень 1989 года стала отправной точкой начала новой эпохи для европейского легкового дизелестроения. Презентация концерном VAG автомобиля Audi 100 TDI (кузов С3/44) наделала много шума, как в автомобильной прессе того времени, так и среди инженеров-мотористов. 2,5-литровый турбодизель этой Audi 100 Avant кардинально отличался от других дизельных моторов. Новый силовой агрегат, получивший заводское обозначение 1T, оснащался принципиально иной системой питания – теперь впрыск дизельного топлива осуществлялся не в расположенную в головке блока цилиндров (ГБЦ) форкамеру, а непосредственно в сам цилиндр.
Электронный ТНВД
В связи с этим топливный насос высокого давления (ТНВД) получил управляющую электронику, отвечавшую за момент впрыска и позволявшую четко дозировать количество впрыскиваемого топлива. Поэтому новому двигателю удалось сохранить такие характеристики старых дизельных моторов, как высокую тяговитость и низкий удельный расход топлива и, одновременно, в разы превысить их динамические показателям, фактически сравнявшись по таковым с бензиновыми силовыми агрегатами. Дебютировавшая инновационная система впрыска топлива получила фирменное обозначение TDI (Turbo Diesel Injection).
Неприхотливая конструкция
Как и предшествующие ему 2,4-литровые форкамерные турбодизели, мотор 1Т получил чугунный блок с рядным расположением пяти цилиндров. ГБЦ нового двигателя была отлита из легкого сплава и имела один распредвал (SOHC), отвечавший за работу 10 клапанов (по 2 на цилиндр).
Благодаря новой системе впрыска TDI двигатель 1Т развивал мощность в 120 л.с. и имел отличный для тех времен крутящий момент в целых 265 Нм! Производство данного силового агрегата продолжалось вплоть до дебюта в 1991 году нового поколения Audi 100 (кузов С4/4А) и, соответственно, новых двигателей 2,5 TDI.
Первенцем в линейке дизельных моторов кузова С4/4А стал конструктивно схожий с предшественником 115-сильный агрегат АВР, выпускавшийся с декабря 1990 года по 1992 год. Чуть позже к нему присоединился такой же по мощности турбодизель ААТ, обладавший отличным крутящим моментом в 265 Н/м при 1900 об/мин и находившийся в производстве почти до смены модельного ряда.
Венчал линейку пятицилиндровых моторов 2,5 TDI появившийся в конце 1994 года 140-сильный силовой агрегат AEL, который устанавливали на пережившую рестайлинг последнюю Audi 100, переименованную в А6. Этот мотор устанавливали до окончания выпуска модели в 1997 году. С мотором AEL Audi A6 TDI смогли достигать максимальной скорости практически в 200 км/ч. Кроме того, благодаря отличным характеристикам крутящего момента флагманского турбодизеля AEL (максимальные 290 Нм доступны уже при 1900 об/мин), автомобиль обладал отличной для того времени разгонной динамикой.
Что, касается самой компании Audi, то вместе с уходом со сцены в 1997 году первого поколения модели Audi А6 (кузов С4/4A) практически сразу были сняты с производства надежные турбодизели AEL. На смену ему пришло целое семейство конструктивно новых V6-турбодизелей TDI объемом 2,5-литра.
С какими неисправностями 2,5 TDI можно столкнуться?
Ремень ГРМ: рвется из-за халатности владельца.
Перегрев мотора
Экономия на моторном масле и ее последствия
Выход из строя турбокомпрессора
Износ ТНВД
Сам по себе роторно-распределительный ТНВД Bosch VE37 весьма надежен и при условии использования нормального дизельного топлива и своевременной замене топливного фильтра способен пройти до ремонта те же 500 тыс. км, что и сам турбодизель.
После 300-400 тыс. км пробега на рядных моторах 2,5 TDI можно ожидать появления проблемы с расходомером воздуха. Здесь он контактного типа, на основе потенциометра. Возрастной износ контактной пластины потенциометра приводит к искажению его показателей, что на практике проявляется повышением расхода топлива, снижением тяги двигателя, появлением сажевого дымления.
Прочие мелочи
Некоторые аспекты поиска агрегатов 2.5 TDI б/у
Облегчает подбор агрегатов тот факт, что в отличие от V6-турбодизелей, рядные турбодизели 2,5 TDI унифицированы между собой по большинству запчастей. Так, флагманский турбодизель AEL имеет технический объем в 2461 см 3 – аналогично моторам АВР/ААТ и, соответственно, общие с ними блок цилиндров, поршневую группу, шатуны, коленвал, ГБЦ в сборе, впускной и выпускной коллекторы.
Отличия между моторами ААТ и AEL заключаются в следующем:
Вместо резюме
Читайте также: