Двигатели VR с рядно-смещенной компоновкой – разновидность V-образных двигателей с предельно малым углом развала цилиндров. Пионерами использования компоновки были Lancia и Ford; сейчас идею успешно использует Volkdswagen.
ДвигательПроисхождение названия VR
Вопреки на первый взгляд логичному предположению буква V в названии компоновки не имеет отношения к . VR – аббревиатура, составленная из двух немецких слов "Verkürzt Reihenmotor", что в переводе означает «укороченный рядный двигатель».
История создания двигателя VR
В наши дни двигатели с рядно-смещенной компоновкой практически безальтернативно ассоциируются с моторами VR6 немецкой компании Volkswagen. Шестицилиндровые двигатели VW появились в конце 80-х годов, и компания до сих пор с успехом устанавливает моторы этой компоновки в свои современные модели.
Разработки Фольксваген базировались на конструкции четырехцилиндрового двигателя V4, широко применявшегося в автомобилях Lancia и . Как это ни удивительно, третьим производителем двигателей этой компоновки был советский, впоследствии украинский Мелитопольский моторный завод. Двигатели V4 устанавливались в Запорожцы и сделанные на основе Запорожца малые внедорожники ЛУАЗ.
Двигатель VW VR6, разработанный в период, когда председателем правления VW был Фердинанд Пих, был впервые презентован в Европе в 1991 году. VR6 начали устанавливать в модели Passat и Corrado.
В американской модели Corrado использовался двигатель объемом 2.8 литра. Позже лицензию на производство этих двигателей купил концерн Mercedes, выпустивший впоследствии собственную модель мотора M104.900.
Преимущества двигателей VR6
Изначально, создавая двигатель с рядно смещенной компоновкой, компания Volkswagen преследовала цель создания шестицилиндрового мотора с коротким блоком. Обычный V-образный двигатель не удовлетворял потребности разработчиков тем, что, благодаря большому развалу цилиндров имел слишком большую ширину, что затрудняло использование мотора этой конструкции . Создав двигатель с рядно-смещенной компоновкой, компания получила уникальную возможность без масштабных переделок устанавливать шестицилиндровые двигатели в подкапотное пространство уже существующих моделей автомобилей с поперечным расположением двигателя без масштабных переделок.
Технологические особенности двигателя VR6
В отличие от V6, имеющего симметричную конструкцию относительно коленвала, VR6 построен асимметрично, что характерно для рядных агрегатов. Впускной коллектор установлен с одной стороны мотора, а выпускной с другой стороны.
За счет того, что все 6 цилиндров расположены в одном коротком блоке двигатель VW VR6 гораздо легче любого V6 аналогичного объема. Коротким блок VR6 стал за счет расположенных в шахматном порядке, а не в одну линию, цилиндров.
Цилиндры VW VR6 расположены на очень малом расстоянии друг от друга, но под небольшим углом, что дало возможность оставить общую клапанную крышку, скрывающую два распредвала. От пришлось отказаться - в головке блока просто не нашлось для него места.
Выход был найден - система SOHC была усовершенствована с учетом ряда особенностей системы DOHC.
Для этого понадобилось расположить по 4 клапана на каждый цилиндр в ограниченном пространстве над поршнем. При этом пришлось установить механизм привода клапанов строго над ними. В противном случае открытие и закрытие клапанов осуществлялось бы с опозданием, что неизбежно привело бы к повышенному расходу топлива и ограничению максимального количества оборотов.
Применив компоновку SOHC, компания отказалась от применения системы изменяемых фаз газораспределения, что также позволило сэкономить место.
В процессе разработки обнаружились и другие проблемы, для решения которых инженерам пришлось искать новые пути. К примеру, выяснилось, что конструкция VR6 – с 6 цилиндровым блоком , подразумевает разную длину портов впускного и выпускного коллекторов. Согласно теории двигателестроения это означает, что цилиндры будут производить разную мощность при определенной скорости вращения коленвала. Выход был найден в установке специально разработанного равнодлинного , настройке открытия и закрытия клапанов и необычного разделения выпускного коллектора на 2 патрубка (каждый из патрубков обслуживает 3 цилиндра сразу).
Достоинства и недостатки двигателя VR6
За счет необычного расположения цилиндров от сбалансированности "настоящего" рядного шестицилиндрового двигателя не осталось и следа, поэтому в нем предпринятые дополнительные меры к уравновешиванию путем установки дополнительных валов. Эта особенность, наряду с необычной конструкцией ГРМ делает его гораздо более дорогим в производстве агрегатом. Однако возможность сделать шестицилиндровый двигатель компактным оказалась в данном случае важнее снижения себестоимости.
Дальнейшее развитие двигателей VR6
Как показала практика, Volkswagen удалось преодолеть большинство конструктивных ограничений, заложенных в рядно-смещенном двигателе. В частности, в более поздних двигателях VR6 удалось реализовать компоновку газораспределительного механизма DOHC, что позволило без существенного увеличения расхода топлива.
Первый массовый VR6 объемом 2.8/174 л.с. после ряда конструктивных изменений превратился в двигатель объёмом 2.9 литра, мощностью 190, а позже и 204 л.с.
Другие двигатели на основе рядно-смещенной компоновки
В настоящий момент компания Volkswagen производит двигатель W8, представляющий собой выполненные в едином блоке два мотора VR6, от которых "отрезали" по два цилиндра.
Есть и более внушительный агрегат - W12, в котором в одном блоке сосуществуют два мотора VR6, установленные под углом 72°. Позже, как развитие данной компоновки, появились двигатели R32 и R36, объёмом 3,2 л и 3,6 л соответственно.
Особняком стоит инспирированный двигателями VW силовой агрегат W16 Bugatti Veyron. Этот уникальный двигатель составлен из 4-х моторов типа VR, поршни которых вращают один коленвал.
В этом разделе рассматривается установленный впервые в 1991 году на автомобиль Volkswagen Passat 6-цилиндровый двигатель под наименованием VR6, имеющий значительные отличия от обычной конструкторской концепции двигателей «Volkswagen» или «Audi». Двигатель в фирме «Volkswagen» получил наименование «AAA», но он более известен как VR6. Его шесть цилиндров расположены V-образно под углом 15° в отличие от традиционных V-образных двигателей, имеющих угол 60° или 90°. Двигатель VR6 стал настолько компактным, что позволил накрыть оба ряда цилиндров одной общей головкой, в отличие от обычного V-образного двигателя. В результате двигатель VR6 получился меньше по длине, чем рядный, и меньше по ширине, чем обычный V-образный 6-цилиндровый двигатель. На () схематично изображены три типа 6-цилиндровых двигателей, и видно, на основе чего был разработан двигатель VR6.
При таком остром угле расположения цилиндров (15°) проблемы с неравномерным вращением коленчатого вала двигателя VR6 не возникают, он работает так же ровно, как и рядный. Двигатель имеет два распределительных вала, которые управляют двенадцатью вертикально расположенными клапанами (по 2 на цилиндр). Оба распределительных вала верхнего расположения размещены в алюминиевой головке блока цилиндров. Распределительный вал 1, 3 и 5-го цилиндров установлен на четырех подшипниках, а распределительный вал для 2, 4 и 6-го цилиндров – на трех подшипниках. Поверхность головки блока цилиндров в месте установки уплотнительной прокладки отшлифована. Камеры сгорания сделаны под углом, чтобы соответствовать V-образной конструкции двигателя.
Кованый коленчатый вал вращается на семи коренных подшипниках и снабжен двенадцатью противовесами и одним гасителем крутильных колебаний, что позволяет ему вращаться без радиального биения. Шатунные шейки коленчатого вала для каждого ряда цилиндров смещены на 22°. Относительно длинные шатуны (164 мм) соединяют коленчатый вал с легкими по весу поршнями, имеющими два компрессионных поршневых кольца и одно маслоотражательное кольцо. У большинства разработанных в течение последних лет фирмой «Volkswagen» двигателей привод распределительного вала осуществляется зубчатым ремнем. Однако в двигателе VR6 привод двух распределительных валов осуществляется одной общей двухрядной цепью (), которая приводится в движение от звездочки промежуточного вала, соединенной однорядной цепью с шестерней коленчатого вала.
Два натяжителя с башмаками (необслуживаемые) обеспечивают требуемое натяжение цепей, а тарельчатые саморегулирующиеся гидравлические толкатели приводят в движение клапаны. Конструкция приводного механизма позволила сделать более компактной головку блока цилиндров.
Особое внимание при конструировании обращалось на подвод воздушно-топливной смеси, так как в одной головке блока цилиндров горючей смесью должны были быть обеспечены два ряда цилиндров. Двигатель был сконструирован с поперечной продувкой - впускные каналы располагаются на одной, а выпускные каналы на другой стороне, и горючая смесь в нем должна была попадать одновременно в 3 цилиндра на каждой стороне двигателя, а впускные трубы должны были быть равной длины.
Для решения этой проблемы корпус воздухозаборника установили на верхнюю часть головки блока цилиндров, от которой к каждому цилиндру идет своя отдельная впускная труба. Три трубы идут непосредственно к цилиндрам в передней части двигателя, а другие три трубы проходят над двигателем и соединяются с цилиндрами на задней стороне двигателя. Каждая впускная труба снабжена форсункой, а свечи зажигания расположены на внешней стороне цилиндров.
Несмотря на то, что конструкторы пытались сделать впускные трубы насколько это возможно равными по длине, все-таки существует разница в быстроте сжатия у двух рядов цилиндров. Однако эта разница сводится на нет, благодаря производимой фирмой «Bosch» системе впрыска топлива «Motronic», которая регулирует режим работы впрыска и зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель и условий его работы. Электронный блок управления (ЭБУ) определяет количество впрыскиваемого в цилиндры топлива и точное опережение зажигания, благодаря получаемой в виде электрических сигналов информации от датчиков, а именно: данные о температуре, положении и частоте вращения коленчатого вала, расходе поступающего в двигатель воздуха, степени сжатия, угле опережения. Система впрыска «Motronic» снабжена датчиком детонации в каждом ряду цилиндров, что позволяет ЭБУ точно согласовывать управление впрыском и воспламенением для цилиндров в каждом ряду и соответственно синхронизировать моменты сжатия.
VR6 – это официальное название рядно-смещенных агрегатов, а VR является аббревиатурой, образованной из двух немецких слов «Verkürzt Reihenmotor», которые в переводе означают «укороченный рядный двигатель»; цифра 6 обозначает количество цилиндров. Ниже мы попробуем разобраться в особенностях этого двигателя, в истории его происхождения, в преимуществах и недостатках, а также рассмотрим различные его модификации.
История происхождения
VR6 впервые был введен в эксплуатацию в Европе в 1991 году на автомобилях Volkswagen Passat і Volkswagen Corrado, а в 1992 году – в Северной Америке. Passat, Passat Variant и американский вариант Corrado были укомплектованы двигателями объемом 2,8 литра, а через два года Volkswagen Corrado и Passat Syncro уже имели двигатель с объемом 2,9 литра. Фердинанд Пих и его команда сделали настоящий прорыв в моторостроении, когда изобрели V-образный шестицилиндровый двигатель с углом развала 15°.
В 1997 году из VR6 был изъят один цилиндр, так создали VR5 – первый V-образный двигатель с непарным количеством цилиндров и объемом 2,3 литра, и им укомплектовали автомобиль Passat, а в 1999 году – Golf и Bora. В этом же году модифицирован 24-клапанный двигатель объемом 2,8 литра, мощностью 204 л.с. и крутящим моментом 265 Н.м. В 2003 году развитие двигателя происходило путем повышения его рабочего объема. Например, Volkswagen Golf R32 был оборудован мотором объемом 3,2 литра. Для рынка Северной Америки в 2005 году был разработан мотор с углом развала 10,6° и объемом 3,6 литра.
Интересно! Для охлаждения мотора Bugatti Veyron используются десять радиаторов.
Особенности двигателя
VR6 сооружен асимметрично, что свойственно рядным агрегатам и что отличает его от V6, который симметричен относительно коленвала. С одной стороны двигателя впускной коллектор, а с другой – выпускной. Все шесть цилиндров располагаются V-образно под углом 15° (традиционные V-образные двигатели имеют угол 60° либо 90°) в одном коротком блоке, и это делает его намного легче любого мотора V6 такого же объема, а расположение цилиндров в шахматном порядке, а не в линию, делает блок короче.
Он очень компактный, оба ряда цилиндров накрыты одной общей головкой, чего нет в обычном V-образном двигателе, что сделало его намного меньше по длине и ширине. На первых двенадцатиклапанных моторах VR6 были заводские индексы «ААА» и «АВV». Позднее появились прочие модификации в линейке моторов Volkswagen, которые выходили из этой компоновки.
Преимущества двигателей с компоновкой VR6
Компания Volkswagen, создавая этот двигатель, хотела сделать шестицилиндровый мотор с коротким блоком, так как простой V-образный двигатель из-за большого развала цилиндров был слишком широким, что очень не нравилось разработчикам, к тому же мотор такой конструкции сложно использовать в машинах с поперечным расположением агрегата. Изобретение двигателя с рядно-смещенной компоновкой предоставило возможность установки 6-цилиндровых моторов под капот уже существующих моделей авто с поперечным расположением двигателя, при этом без существенных переделок.
Недостатки VR6
В нем почти ничего не осталось от сбалансированности рядного 6-цилиндрового двигателя из-за необычного размещения цилиндров, и с целью уравновешивания устанавливаются дополнительные валы. Этот момент, вместе с необычной конструкцией ГРМ, привели к тому, что такой двигатель очень дорогой в производстве. И это главный его недостаток. Предоставленная возможность сделать VR6 компактным оказалась более важной, нежели уменьшение себестоимости двигателя.
Знаете ли Вы? Предполагаемые продажи Volkswagen Passat W8 не оправдали ожиданий, и данное авто было снято с производства.
На каких автомобилях встречается
Двигатель VR6 устанавливают в основном на автомобили компании Volkswagen: Golf, Golf R32, Jetta, Vento, Phaeton, Corrado, Passat, Beetle, Touareg, Sharan, Transporter, а также на Audi A3, TT, Q7, Seat Leon.
VR6 как основа для чего-то большего
Команда Фердинанда Пиха не останавливалась на достигнутом в своем желании вместить шестицилиндровый двигатель в хэтчбек, и они захотели оборудовать Passat восьмицилиндровым, двенадцатицилиндровым, а то и больше, мотором. Следствием этого стало появление моторов W-образной конструкции, но мало кто верил в успех такой идеи.
Важно знать! Главный и, пожалуй, единственный недостаток W-образных моторов – их тонкие шатуны, всего лишь 13 миллиметров, так как их коленвал намного короче, нежели у V-образных при одинаковом количестве цилиндров, а главным преимуществом моторов такой конструкции является их компактность.
Был изобретен в 1995 году, а в 2001 был впервые установлен на Volkswagen Passat, но им перестали укомплектовывать эти автомобили из-за высокой цены, большого расхода топлива и незначительных недостатков, всего было выпущено пятьдесят тысяч машин. Это двигатель с двумя смещенно-рядными блоками VR4 с небольшим углом развала, всего лишь в 15°, объединенными в v-образную форму, где угол развала составляет 72°. Вес двигателя 190 килограмм, предельная мощность 275 л.с. на 6 тыс. оборотов в минуту, и максимальный крутящий момент – 370 Н.м.
Интересно знать! Первый шестилитровый мотор W12 с мощностью 600 л.с. был выпущен для одноименного концептуального купе, он оказался очень компактным: 513 мм длиной, 710 мм шириной, а массой 239 кг. Все это благодаря использованию алюминия. А саму машину представили в 2001 году на Тайском автошоу.
Это очень редкий двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя двенадцать цилиндров, которые имеют W-образное расположение в три ряда по четыре, или же в четыре ряда по три цилиндра. Его поршни вращают один общий коленчатый вал. W-образная компоновка более компактная и экономит место под капотом, а также благодаря такой компактности усиливается мощность и . Цилиндры расположены очень плотно друг к другу, и в силу этого нужно модернизировать систему охлаждения. В двигателе данного типа предусматривается охлаждение каждого цилиндра.
Важно! Автомобилями с двигателем W12 являются Bugatti Chiron, Audi A8, Volkswagen Passat W8 (B5), Volkswagen Phaeton и некоторые самолёты времен Второй мировой войны.
Этот двигатель установлен в Bugatti Veyron, и Volkswagen Group единственные, кто на сегодняшний день производит двигатель W16. Это шестнадцатицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который имеет по четыре клапана на цилиндр. Вес двигателя около 400 килограмм, а длина – 71 сантиметр. Его максимальной выходной мощностью является 736 л.с., при 6 тыс. оборотов в минуту, а максимальный крутящий момент составляет 1250 Н.м. W16 – это вытянутая форма двигателя W12, и введен он с Bentley Hunaudieres, а позже использовался еще и в Audi Rosemeyer.
Рядно-смещенная компоновка, которую обозначают буквами «VR», появилась еще в 1920-е годы, когда компания Lancia имела выпуск семейства V-образных моторов с очень маленьким углом развала цилиндров (всего 10-20°). Однако, впоследствии такие агрегаты не нашли распространения, в первую очередь из-за чрезмерной вибронагруженности.
Лишь в 1991 году компания Volkswagen возродила рядно-смещённую схему, т.к. в то время немецкий концерн нуждался в мощном шестицилиндровом моторе для установки на компактные модели Seat, Audi и Volkswagen. Традиционный V6 оказался для них слишком широким. Новые двигатели получили обозначение VR, и с тех пор это название стало официальным для рядно-смещённых агрегатов. «VR» - аббревиатура двух немецких слов, обозначающих V-образный и R-рядный, то есть «v-образно-рядный». Двигатель, спроектированный компанией Volkswagen представляет собой симбиоз V-образного двигателя с очень маленьким углом развала 15° и рядного двигателя . Его 6 цилиндров расположены V-образно под углом 15°, а традиционные V-образные двигатели, имеют угол 60° или 90°. Поршни расположены в специальном блоке в шахматном порядке. Совокупность достоинств этих типов двигателей привела к тому, что двигатель VR6 стал настолько компактным и мобильным, что это позволило накрыть оба ряда цилиндров общей головкой, в отличие от стандартного V-образного двигателя. В итоге двигатель VR6 получился существенно короче по длине, чем рядный 6 цилиндровый, и уже по ширине, чем V-образный 6-цилиндровый двигатель. Ставился с 1991 года на автомобили Volkswagen Passat, Corrado, Golf, Vento, Jetta, Sharan.
Первые двенадцатиклапанные моторы VR6 имели заводские индексы «AAA» (объём 2.8 литра, мощность 174 л.с.) и «ABV» (объём 2.9 литра, мощность 190 л.с.). Со временем в линейке моторов Volkswagen появились и другие модификации, выплывающие из данной компоновки:
VR5 - VR6, у которого нет одного цилиндра,
W8 - имеет два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра в каждом моторе, на одном коленвале в одном блоке,
W12 - два мотора VR6, которые установли под углом 72° на одном коленвале.
Позже, как развитие данной вариации, появились двигатели R36 и R32, объёмом 3,6 л и 3,2 л соответственно.
Модификации двигателей VR6, устанавливавшихся на автомобили Volkswagen:
- «AAA» (2.8), 174 л.с. - Passat (06/1991-12/1996), Golf (01/1992-12/1997), Jetta (07/1993-08/1996), Vento (07/1994-12/1997), Sharan (09/1995-03/1998)
- «ABV» (2.9), 184 л.с. - Passat (10/1994-12/1996)
- «ABV» (2.9), 190 л.с. - Corrado (08/1991-07/1995), Golf (10/1994-12/1997)
- «AES» (2.8), 140 л.с. - Transporter/California (01/1996-05/2000)
- «AMY» (2.8), 174 л.с. - Sharan (04/1998-02/2000)
- «AFP» (2.8), 177 л.с. - Jetta (11/1998-06/2002)
- «AYL» (2.8), 204 л.с. - Sharan (04/2000-)
- «AUE» (2.8), 204 л.с. - Bora (05/2000-04/2001), Golf(01/00-04/01)
