Двигун V8

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: V8.

V-поді́бний восьмицилі́ндровий двигу́н (англ. Vee-Eight, V8) — конфігурація двигуна внутрішнього згоряння з V-подібним розташуванням восьми циліндрів двома рядами по чотири, і поршнями, що обертають один спільний колінчастий вал. Часто його позначають як V8.

V8 Chevrolet-ZF

Загальний огляд

Конфігурація V8 часто використовується в автомобільних двигунах з великим робочим об'ємом. Є небагато двигунів V8, що мали б робочий об'єм менший від трьох літрів. Максимальний же робочий об'єм сучасних серійних V8 для легкових автомобілів сягає 13 літрів (малосерійна ^[en]). Поширений дизельний двигун має робочий об'єм 14,9 л. На великих тракторах і вантажних автомобілях зустрічаються двигуни V8 з робочим об'ємом до 24 л.

V8 також часто використовується у верхніх ешелонах автоспорту, особливо у США, де він є обов'язковим в IndyCar Series, ^[en] і NASCAR. У 2006 році Формула-1 перейшла на використання атмосферного двигуна V8 з об'ємом 2,4 літра замість 3-літрових V10, з метою пониження потужності.

V8 об'ємом всього лише 500 см³ використовувався на перегоновому мотоциклі ^[en] 1955 року; згодом кількість циліндрів на перегонових мотоциклах була також обмежена.

Технічні особливості

Двигун V8 — незбалансований двигун; у найпростішому випадку він може бути представлений як два рядних чотирициліндрових двигуни зі спільним колінчастим валом. При цьому шатуни протилежних циліндрів мають спільні шатуні шийки колінчастого вала, число шатунних шийок — 4. При цьому центральні кривошипи колінчастого вала спрямовані в один бік, а пара крайніх розвернуті на 180° відносно середніх. У даній конфігурації неврівноваженою є горизонтальна сила інерції 2-го порядку поршнів і верхніх частин шатунів, викликана несинусоїдальним рухом поршнів. Дана сила інерції породжує високочастотну вібрацію, яка проявляється у виді гудіння в салоні автомобіля. Урівноваження даної сили вимагає застосування двох балансувальних валів, що обертаються удвічі швидше за колінчастий вал у різні боки. Тому така конфігурація, зазвичай застосовується на високооборотних двигунах перегонових автомобілів, наприклад, Ferrari, де вимоги до вібронавантаженості є не так важливими. До того ж вона дозволяє максимально облегшити колінчастий вал, а також (завдяки рівномірним інтервалам чергування спалахів у кожному окремому ряді циліндрів) застосувати просту і ефективну систему випуску відпрацьованих газів. В результаті цього досягається крива крутного моменту, зміщена до 7000…8500 хв⁻¹, а на обертах ближчих до низьких двигун «спить», а налаштований випуск дає характерне «формульне», «металічне» звучання. Кут розвалу, зазвичай становить 90°, що забезпечує рівномірні інтервали запалювання робочої суміші без застосування зміщених шатунних шийок колінчастого валу.

Авіаційний двигун ^[en] з кутом розвалу 45° (1917)

Однак у дорожніх автомобілях зазвичай застосовують іншу конфігурацію колінчастого вала, так званий хрестоподібний колінчастий вал, у якому крайні шатунні шийки повернуті відносно середніх на кут 90° і розвернуті на 180° одна відносно одної (середні шийки також розвернуті на 180°). Шатуни протилежних циліндрів при цьому також мають спільні шатунні шийки. У такому двигуні сили інерції 2-го порядку урівноважуються взаємним рухом поршнів, однак сили інерції 1-го порядку, викликані зворотно-поступальним рухом поршнів, викликають момент інерції, який можна повністю компенсувати додаванням дисбалансу колінчастого вала масивними противагами, розташованими на крайніх його щоках (іноді додатково застосовують маховик і шків з дисбалансом). Отже, при куті розвалу циліндрів 90° вдається повністю збалансувати двигун без застосування балансувального валу. При кутах розвалу циліндрів, відмінних від 90°, додатково використовують балансувальний вал, що обертається зі швидкістю колінчастого вала, але у протилежний бік. У двигунах V8 з такою конфігурацією колінчастого вала спалахи у кожному окремому ряді циліндрів чергуються с нерівномірними інтервалами, однак у цілому вони чергуються рівномірно. Черговість роботи лівого і правого рядів при цьому так: Л-П-Л-Л-П-Л-П-П. Дана особливість ускладнює систему випуску, а також є причиною характерного «бурмотіння», «булькання». Для налаштованого вихлопу потрібно зв'язати разом вихлопні труби від окремих рядів циліндрів, в результаті вони нагадують пучок змій, як у Ford GT40. Така складна система випуску відпрацьованих газів була основною проблемою для конструкторів одномісних перегонових автомобілів. Також масивні противаги для балансування, обтяжують колінчастий вал і не дозволяють швидко прискорюватись чи сповільнюватись. З цієї причини дана конфігурація зазвичай не використовується на спортивних автомобілях. Для таких V8 характерним є високий крутний момент на низьких та середніх обертах, і при застосуванні схеми газорозподілу OHV двигун не розвиває більше ніж 6500 об/хв. Двигуни з такою характеристикою встановлюються на американських автомобілях а також на пікапах і позашляховиках дорогих моделей фірм «Mercedes-Benz», «Lexus» зі змінними фазами газорозподілу. Завдяки хорошій і рівній тязі такі мотори основну частину часу працюють на невеликих обертах, що позитивно впливає на моторесурс та акустичний комфорт. В парі з ними оптимальним є використання класичної гідродинамічної автоматичної трансмісії, так як втрати в гідравлічному елементі при характерних для них значеннях крутного моменту і невеликих максимальних оборотах є відносно малими.

Кути розвалу

Більшість виробників V8 використовували і далі використовують кут розвалу у 90°. Як приклад двигуна з відмінним від 90° кутом розвалу можна взяти Ford/Yamaha V8, що використовується в автомобілі Ford Taurus SHO. Його було розроблено на базі мотора ^[en] і має спільний з ним кут розвалу у 60° або авіаційний двигун ^[en] з кутом розвалу 45° (1917). В ньому для зрівноваження моменту 1-го порядку застосовано балансувальний вал, а також для забезпечення рівномірних інтервалів запалювання робочої суміші використовуються зміщені шатунні шийки колінчастого валу. Одна з версій цього двигуна використовувалась в автомобілях «Volvo» від 2005 року.

У двигунах автомобілів компанії «Lamborghini» використовується кут розвалу 88°.

Історична довідка

Поява (1904—1918)

Французький літак ^[en] з двигуном V8 (1909)

У 1903 році французький інженер ^[en] запатентував двигун V8, якому він дав назву «Antoinette». Його виробництво розпочалось у 1904 році на підприємстві з такою ж назвою. Двигун встановлювався у різних модифікаціях на малі судна та літаки у 1903—1912 роках. Версія двигуна «Antoinette» потужністю 40 к.с. і масою 86 кг разом з водою для охолодження утримувала першість за співвідношенням потужності на одиницю маси протягом 25 наступних років.

У 1905 році британська фірма «Rolls-Royce» виготовила 3 екземпляри дорожнього автомобіля з двигуном V8 і робочим об'ємом 3536 см³. Оскільки повна потужність цього двигуна дозволяла перевищувати встановлену тодішнім британським законодавством для «саморушних візків» максимальну швидкість у 20 миль на годину (32 км/год), на нього встановлювався обмежувач обертів. Вдалося продати лише один автомобіль (шасі 40518), та й він незабаром був повернутий фірмі-виробнику і відправлений у металобрухт. Решта використовувалися для демонстрації та як транспорт для відвідувачів фабрики. Компанія повернулась до використання шестициліндрових рідних двигунів. 1905 Rolls-Royce V8 — єдина модель фірми, жодного примірника якої не збереглося до наших днів.

Перший американський V8 розробляла фірма «Marmon» ще у 1904 році, але то був виключно дослідний зразок, не призначений для серійного виробництва. У 1907, Hewitt Touring Car від виробника «Hewitt Motor Company» став першим автомобілем з двигуном V8, виготовленим у США. У 1910 році французький виробник «De Dion-Bouton» представив публіці 7773-кубовий V8 для автомобіля, який став першим двигуном V8, що вироблявся у серійно у значних кількостях. У 1912 році він експонувався на виставці у Нью-Йорку, де викликав значний інтерес у публіки. І хоча сама компанія випустила дуже мало автомобілів з цим двигуном, у США ідея V8 великого робочого об'єму прижилася надовго.

Авіаційний двигун ^[en] (1914—1918)

Першим відносно масовим автомобілем з V8 став Cadillac моделі 1914 року. Двигун мав об'єм 5429 см³ і був нижньоклапанним, у перший же рік було випущено близько 13 тисяч «Каділлаків» з цим двигуном. У 1915 «Cole» запускає виробництво власної конструкції двигунів V8 (5670 см³). «Oldsmobile», інший підрозділ GM, у 1916 році випустив V8 об'ємом 4 літри. «Chevrolet» розпочав виробництво 4,7-літрових V8 (OHV) у 1917 році для автомобіля ^[en], але у 1918 році фірма увійшла до складу GM на правах підрозділу й зосередилась на випуску економних «народних» автомобілів, яким на ті роки двигун V8 був неналежним, так що виробництво двигуна було зупинене.

Літаки ранніх конструкцій продовжували використовувати двигуни V8, такі як двигун ^[en] SOHC 1914 року, розроблений у Швейцарії. Цей двигун та його численні копії і модифікації ставили на американські, французькі та британські військові літаки у Першій світовій війні. За підрахунками, приблизно половина всіх літаків союзників мала двигуни Hispano-Suiza 8 різних модифікацій.

Використання в автомобілях (1920-і—2000-і)

Двигун V8 з колінчатим валом з шатунними шийками, розташованими у взаємоперпендикулярних площинах став загальною конфігурацією для великих автомобільних двигунів. Робочий об'єм сучасних двигунів V8 зазвичай становить від 3,5 до 6,0 л, хоча виготовлялись і більші і менші зразки, такі як, наприклад, 8,2 л двигун V8, що використовувався в Cadillac Eldorado 1971—1978 років.

Північна Америка

У 1924 році автомобіль ^[en] отримав перший американський V8 з колінчастим валом з хрестоподібним розташуванням шатунних шийок, що сприяло зменшенню вібрацій. Рік по тому, фірма «Peerless» також застосувала таку конфігурацію колінчастого вала у двигуні V8. До інших виробників двигунів V8 у середині 1920-х належали «Lincoln», «Ferro», «Northway» (постачальник для «Cadillac»), «Cole» (Індіанаполіс), «Perkins» (Детройт), «Murray», «Vernon» та «Yale».

До сегменту недорогих автомобілів V8 перенесла компанія «Ford» з її Model 18 (1932). Технічною особливістю двигуна цього автомобіля був блок циліндрів у вигляді одного чавунного виливка. Це нововведення вимагало значного удосконалення технології лиття. Досить сказати, що до 1932 року створення подібного двигуна уявлялося багатьом технічно неможливим. V-подібні двигуни тих років мали окремі від картера циліндри, що робило їх виготовлення складним і дорогим. Двигун для авто Ford Model 18, що мав бокове розташування клапанів, отримав назву ^[en]» і випускався у США до 1954 року, коли його змінив верхньоклапанний ^[en], а в Європі і Бразилії — до початку 1960-х (на вантажівках — до початку 1990-х). На інших американських автомобілях цього цінового сегмента («Plymouth», «Chevrolet») V8 з'явилися лише у 1950-і роки.

Починаючи з 1930-х років двигуни конфігурації V8 набули у північні Америці досить значного поширення. Аж до 1980-х років версії, оснащені двигунами V8, мали північноамериканські моделі усіх класів, крім субкомпактів. Зокрема, на кінець 1970-х років, до 80 % вироблених у США легкових автомобілів мали двигун V8. Саме V8, зокрема, оснащувались у 1960-і — 1970-і так звані («маслкари»).

Європа

^[en] (середина 2000-х)

У Европі у довоєнні і перші післявоєнні роки такими двигунами оснащували переважно автомобілі вищих класів, що виготовлялись у мізерних кількостях уручну. Наприклад, Tatra 77 (1934—1938) мала 3,4-літровый V8 була випущена у кількості всього 249 одиниць.

У 1950-і роки у виробничій програмі європейських виробників преміум-сегменту з'являються серійні моделі з V8, наприклад, або ^[en] (остання мала американський двигун виробництва «Chrysler»). Але і тоді і надалі вони залишались на європейських легкових автомобілях відносно рідкісною екзотикою. Після нафтової кризи початку 1970-х двигуни великого робочого об'єму в Європі сильно втратили попит, і після цього V8 зустрічались лише на найдорожчих комплектаціях автомобілів таких виробників як BMW або Mercedes.

Автомобілі фірми «Bentley» (і, до недавнього часу, «Rolls-Royce») оснащувались і продовжують оснащуватись моторами V8 серії L (від L410 1959 року до найновішого L410HT, 6,2—6,75 л). Слід відзначити, що серед сучасних бензинових двигунів — це один з найтихохідніших. Незважаючи на подвійне турбонаддування, двигун має «червону зону» при 4,5 тис. обертів на хвилину і холостий хід дещо більший за 500 об/хв (більша частина сучасних дизельних двигунів характеризується значно більшими обертами). Попри те, що двигуну понад 50 років, розробники добились від нього з глибоко консервативною схемою механізму газорозподілу OHV змінних фаз газорозподілу шляхом встановлення розподільного вала складної форми.

Див. також

• Рядний восьмициліндровий двигун

Примітки

1. FR patent 339068A, Leon Levavasseur, "Moteur à huit cylindres", published 1904-10-25 
2. . www.itstillruns.com (англ.). Архів оригіналу за 1 січня 2020. Процитовано 1 січня 2020.
3. . www.uniquecarsandparts.com.au. Архів оригіналу за 1 січня 2020. Процитовано 1 січня 2020.
4. Rumerman, Judy. . centennialofflight.net. Архів оригіналу за 20 лютого 2014. Процитовано 4 вересня 2014.
5. Evans, Michael (2004). In the Beginning-the Manchester Origins of Rolls-Royce. Derby, UK: Rolls-Royce Heritage Trust. ISBN .
6. . American Automobiles. Farber and Associates. Архів оригіналу за 2 травня 2021. Процитовано 4 червня 2021.
7. . www.uniquecarsandparts.com. Архів оригіналу за 1 січня 2020. Процитовано 1 січня 2020.
8. Daniels, Jeff (2002). Driving Force: The Evolution of the Car Engine. Haynes Publishing. с. 32—33. ISBN .
9. Engine's history. www.topspeed.com. Архів оригіналу за 27 січня 2020. Процитовано 3 січня 2020.
10. Browne, T.C. Retrospect: 1924 Hispano-Suiza H6c Speedster // Motor Trend, 4/84, P.118.
11. . www.backfire.ca. Архів оригіналу за 23 січня 2009. Процитовано 19 січня 2020.
12. Georgano, G.N. (2002). Cars: Early and Vintage, 1886–1930. Mason Crest Publishers. ISBN .
13. . Архів оригіналу за 12 жовтня 2006. {{}}: Недійсний |deadlink=404 ()

Джерела

• Nunney, M J. Light and Heavy Vehicle Technology. 4th Edition. — Butterworth-Heinemann, 2006. — 688 p. —

Посилання

• V8 [ 23 січня 2009 у Wayback Machine.] // Craig's Website