Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?

74074 6 28
Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.
 

Средняя скорость, и какой она бывает

Для понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.

Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.

От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.

Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.

От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.

V8 Car engine. Concept of modern car engine. High resolution 3d render

Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы

Статьи / Практика
Не восставшие из ада: как и почему умирают моторы от перегрева и потери масла

Как умирают моторы, из-за чего, и когда стоит остановиться и отправить машину в сервис на эвакуаторе? Надеюсь, вы не найдете в тексте своего «анамнеза», но прочитайте до конца, в жизни бывает...

34261 1 20

Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.

Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.

При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.

Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.

На фото: двигатель Nissan Qashqai

Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.

Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.

Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.

Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.

Длинноходный прогресс

Статьи / Практика
Капремонт турбодизеля Mitsubishi с пробегом 500 тысяч километров: головка блока цилиндров

Рядная «четверка» 3,2 TD серии 4M41 – далеко не худший представитель семейства современных турбодизелей. Оттаскав за 10 лет две с половиной тонны японского железа в лице Mitsubishi Pajero Wagon 2006 года выпуска, этот...

8496 0 1

90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.

А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.

Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.

В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.

На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI

Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.

В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.

Дизели

Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.

На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI

В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.

Статьи
Роман с соляркой: почему Европа любила дизели, а теперь перестала

Если вы читаете мои обзоры техники на вторичном рынке, то заметили, что в начале двухтысячных у BMW и Mercedes были отличные дизельные V8, а потом вдруг рабочий объем дизелей резко уменьшился до...

82049 13 23

Оборотная сторона

Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.

Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.

А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.

Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.

На фото: двигатель Renault Latitude

Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.

Статьи / История
Почему современные моторы ломаются чаще старых и проверенных

Казалось бы, с развитием техники моторы должны становиться все надежнее и надежнее, но по какой-то причине этого не происходит. Создается впечатление, что мы наблюдаем обратную тенденцию. Да, по мнению многих гаражных...

224417 14 121

Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.

Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.

Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.

Mercedes-AMG CLA 45 Shooting Brake (X 117) 2014

На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC

Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.

Конец спорам

Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.

Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.

Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».

Поделиться: 0 25 0 0 Подпишитесь на нас в Яндекс Дзен

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

Еще есть короткоходный мотор 1.6 на всех переднеприводных ВАЗах, который "оквадратили", сделав новый 1,8.

Борис, если короткоходные двигатели имеют больший кпд, то почему мотоциклетные моторы такие прожорливые? можете написать статью подобного плана о мотоциклетных моторах?

Pavel Kurlapov

Очень рекомендую автору ознакомиться с современными моторами мотоциклов. 😉 на предмет полной и окончательной победы. ага) Как вам 78x52,2 мм например?

Борис Игнашин

для 13 тысяч оборотов других вариантов нет
и проблема компактности особо не стоит

Pavel Kurlapov

Борис, а что ты подразумеваешь под компактностью? длину-ширину блока? А высота? Те же мотоциклетные моторы (четверки-шестерки) пропорционально гораздо ниже автомобильных. ведь цилиндр низкий, диаметр кривошипа маленький и тп. Автошные (длинноходные) моторы заметно выше. так что компактность - вопрос относительный.

Борис Игнашин

для машины это в первую очередь длина блока и ширина гбц, высота не столь важна, по компоновочным соображениям картер и навесное влиять могут куда сильнее

Новые статьи Смотреть все
Статьи / Интересно
5 причин любить и ненавидеть Geely Emgrand EC7

Одни считают Emgrand EC7 “одним из первых нормальных китайцев”, другие полагают, что “нормальный” – слишком громко сказано. В своё время Эмгранд был сравнительно популярен среди любителей машин “побольше и подешевле”, а…

3766 4 0
Статьи / Интересно
Классовая борьба: как за 30 лет автомобильный B-класс перерос D-класс

Почти каждый покупатель автомобиля – нового или подержанного – озабочен тем, чтобы за свои деньги получить «как можно больше автомобиля». Иными словами, купить автомобиль как можно выше классом. Многие даже готовы…

2675 3 0
Статьи / История
Переходим эту реку вброд: советские военные комплексы для форсирования рек

Еще в XIV веке в русских войсках имелись простейшие наплавные приспособления для преодолевания мелких водных преград. Их конструкция постоянно совершенствовалась, и к началу Великой Отечественной войны в Красной армии…

13744 1 1
Выбор подержанных авто Смотреть все
Выбор авто / Подержанные авто
Mazda MX-5 III с пробегом: почти беспроблемные силовые агрегаты и лёгкий способ форсировки до 200 сил

Как мы уже узнали из первой части, если владелец Mazda MX-5 не запустил коррозию и не сильно увлекался модернизацией электрики, то даже 10-12-летняя машина может сохраняться в очень приличном состоянии. Не в последнюю…

2544 0 0
Выбор авто / Подержанные авто
Mazda MX-5 III с пробегом: неизбежно мокрые полы и сложная, но крепкая подвеска

Mazda в случае с МХ-5 - это как раз “тот парень, который громко рассказал чужую шутку”. Рецепт коммерчески успешного недорогого родстера придумали англичане, а всемирную славу снискали японцы. Нас сегодня, впрочем,…

3238 13 0
Выбор авто / Подержанные авто
Kia Cerato II с пробегом: детские болезни АКП, взрослые болезни МКП и всегда проблемные моторы

Из первой части обзора второго поколения Kia Cerato мы выяснили, что, пожалуй, самым заметным грешком автомобиля является посредственная окраска и антикор кузова. Проблемы по интерьеру, подвеске и электрике обычно…

4009 2 0
Популярные тест-драйвы
Статьи / Премьеры
Даёшь 40 градусов! Экспресс-тест и видео нового Haval H9

На конвейер российского завода Great Wall рестайлинговый Haval H9 встанет только в следующем году, в этом – наладят сборку внедорожника со старой внешностью.

41408 29 0
Выбор авто / Подержанные авто
С сердечным приветом от Mustang: опыт владения Ford Explorer IV

Он не слишком стар – ему от роду всего двенадцать лет. Но его облик так резко контрастирует с окружающей автомобильной реальностью, что диву даёшься, как быстро бежит время. Рыночные реалии поставили крест на нем и его…

15553 4 7
Тест-драйвы / Одиночные
Горячая приправа холодной войны: тест-драйв танка Т-62

Я кое-как свесил ноги в люк и упёрся рукой в броню башни. Водитель кричит: “Ты там крышку люка придерживай! А то грохнется на ноги, поломает (непечатное слово). И сам держись, сейчас поедем (два слова, обозначающих…

12591 2 11
Обзоры и тесты гаджетов
Статьи / Практика
Два провода и немного хитрости: как зарядить телефон в машине без зарядного устройства?

Нет, речь не про беспроводную зарядку, а про то, как можно оживить свой смартфон, если зарядка сломалась, но под рукой есть автомобиль с “живым” аккумулятором. При наличии некоторых умений и терпения выйти из положения…

27237 12 0
Гаджеты / Видеорегистраторы
Обзор флагманского видеорегистратора BlackVue DR590W-2CH: премиум-класс из Южной Кореи

Компания BlackVue – фактически основатель сегмента регистраторов премиум-класса. Именно этот бренд первым придумал миниатюрную цилиндрическую модель и оснастил ее Wi-Fi, что для своего время это было настоящее…

21740 43 0
Статьи / Практика
Для машины, лодки и палатки: тест пускового устройства Ritmix RJS-18000

Попавший на наш тест «пускач» Ritmix RJS-18000 – из разряда силовых. Он имеет аккумулятор емкостью 18 ампер-часов, хотя для запуска мотора обычно хватает и вдвое меньшей емкости. Это значит, что мощная батарея работает…

4619 1 0
Военная техника
Статьи / Военная техника
Война списала всё: почему советские полугусеничные машины времен ВОВ считались неудачными

С началом Великой Отечественной войны практически все работы по полугусеничным автомобилям, над которыми долгие годы трудились сотни инженеров и испытателей, окончательно зашли в тупик и были свернуты, лишив Красную…

57622 2 8
Статьи / Военная техника
«Ответ Чемберлену» или как грузовики ЯГАЗ чуть не довели СССР до мирового лидерства

Довоенное семейство почти одинаковых грузовиков Ярославского автозавода не отличалось ни техническими, ни тем более эстетическими особенностями. Да и в Красной армии эти неповоротливые машины не жаловали, доверяя им лишь…

41785 0 10
Статьи / Военная техника
Бронированные, санитарные, секретные: неизвестные версии ЗИС-5

Знаменитые трехтонки Московского автозавода имени Cталина, как и легкие полуторки, о которых мы уже рассказывали, пережили все трудности самостоятельной организации серийного производства, а в годы Великой Отечественной…

17124 1 0
История автомобилестроения
Статьи / История
Брат ты мне или не брат: из-за чего началось противостояние АЗЛК и ИЖ

Спор о том, что круче - АЗЛК или ИЖ - среди любителей Москвичей будет актуальным всегда. Отстаивая свои позиции, они могут привести в пользу своей позиции кучу аргументов, а если они закончатся, в ход пойдут…

72240 28 0
Статьи / История
Не для простых смертных: мифы и факты о ГАЗ-3102

«Партийно-номенклатурный» ГАЗ-3102 всегда стоял особняком в модельном ряду Волг, хотя и был создан на платформе "двадцать четвёртого" семейства. Ведь этот автомобиль заметно отличался от обычных ГАЗ-24 как внешностью,…

55891 5 8
Статьи / История
Автовозы, обычные и не очень: как и на чем перевозили автомобили в СССР

В наше время тягач-автовоз с новенькими легковушками стал привычным элементом дорожного потока, ведь дилерские центры в регионах РФ получают немалую часть автомобилей именно таким способом. В Советском Союзе увидеть…

55012 0 7
Сообщаем, что мы собираем метаданные: cookies и IP-адрес.
Внимание

Изображение
Выбрать файл
Добавить цитату
Внимание

Вы уверены, что хотите удалить этот комментарий?

Внимание

Вы уверены, что хотите удалить все комментарии пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите отклонить комментарий пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в спам?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в корзину?