Рівномірність роботи двигуна залежить також від його збалансованості. Будь поршне- виття двигун піддається дії реактивних сил. Коли поршень в одноциліндровий двигун рухається вгору, корпус двигуна прагне зрушити вниз, і навпаки. При цьому та частина автомобіля, на яку встановлений двигун, буде постійно піддаватися вертикальним коливанням. Це явище можна усунути, встановивши на колінчастий вал противаги. Вертикальні коливання припиняться, але виникнуть поперечні, викликані самими противагами. Якщо в двоциліндровому рядном двигуні поршні будуть рухатися в протилежних напрямках, вони будуть взаємно компенсувати вертикальні пере- міщення, але виникнуть коливання двигуна вперед-назад. Всі автомобільні двигуни встановлюються на пружних опорах, але в разі великого дисбалансу вібрації можуть пере- даватися на кузов автомобіля. Крім нерівномірності роботи двигуна, викликаної пере- розміщенням поршнів, існує нерівномірність, викликана рухом шатунів, які здійснюють складний рух: вгору-вниз і з одного боку в інший.
Загальний дисбаланс двигуна в значній мірі залежить від його компонування. Так, на- приклад, чотирициліндровий рядний двигун, на відміну від V-образних четирехціліндро- вих (двигун автомобілів Lancia, МеМЗ-968), досить добре збалансований. Неслучай- але вони встановлюються на багатьох невеликих легкових автомобілях. Хоча при збільшенні обсягу такого двигуна вібрації можуть стати відчутними. Ще краще збалансований чоти- рехціліндровий двигун з оппозітнимі (протилежними) циліндрами. Такі двигуни ус пешно застосовувалися на автомобілях VW Beetle, а в даний час встановлюються на біль-шинство автомобілів Subaru. Шестициліндрові двигуни з оппозітнимі циліндрами (Porsche 911 і деякі Subaru) мають відмінну рівномірністю при роботі. Крім то- го, такі двигуни дають можливість знизити центр мас автомобіля, а при передньому рас положенні - застосувати пологий капот, що поліпшує аеродинаміку автомобіля. До недоліків таких двигунів слід віднести складність їх виробництва і обслуговування. У рядном шестициліндровому двигуні можна домогтися практично абсолютної збалансованості сил інерції. V-подібні шестициліндрові двигуни більш компактні по довжині, що особ але важливо при їх поперечної установки на автомобілі. Збалансованість V-образних дви- ваному залежить від кута між осями циліндрів. Так, для V-образного шестициліндрового
двигуна найкращим кутом буде кут 60 ° або 120 ° (або 180 ° у двигуна з оппозітнимі циліндрами). Такі ж кути «ідеально» подхо- дять для майже повністю збалансованого двигуна V12, хоча великі кути збільшують ширину двигуна. Досить добре сбалан- сірован двигун V8, якщо кут між осями циліндрів становить 90 ° і застосовується соот- відповідне конструкція колінчастого вала.
Дисбаланс двигунів може бути майже повністю компенсований застосуванням ба- лансірних валів (рис. 2.12), які мають противаги і приводяться в обертання від колінчастого вала двигуна. Для отриман- ня хороших результатів балансирні вали повинні встановлюватися в певному місці двигуна, що істотно ускладнює його конструкцію.
Останнім часом для зменшення віб- рацій рядних чотирициліндрових двига- телей великого обсягу стали широко при- міняти балансирні вали, що встановлюються поруч в піддоні картера двигуна (двигуни Ford Coswort D0HC, двигуни BMW) (рис. 2.13).
Досить часто виробники автомо- білів збільшують потужність двигуна за рахунок додавання ще одного циліндра. Такий спосіб дає можливість складання двигунів на одній технологічній лінії, що удешев- ляє виробництво. Таким чином, були створені п'ятициліндрові двигуни Volvo, Volkswagen і FIAT. Для таких двигунів час- то застосовуються балансирні вали. Двигуни з трьома циліндрами також збалансовані погано, і, оскільки вони встановлюються на недорогі автомобілі, конструктори часто відмовляються від застосування балансирних валів, дозволяючи двигуну працювати нерав- номерно, але для монтажу двигуна примі няют спеціальні вібропоглинаючі опори, які дають можливість звести до мініму- му передачу на кузов вібрацій. На дорогих автомобілях застосовуються ще більш вдосконалення- шенние опори двигуна. Так, на Range Rover з дизелем TD6 застосовуються гідравлі- етичні опори з електронним управлінням. Комп'ютер, що керує роботою цих опор, зводить практично до нуля всі вібрації, пе- Реда на кузов автомобіля.
Мал. 2.13. Компактні балансирні вали чотирициліндрового двигуна BMW Valvetronic розташовуються в піддоні картера
Мал. 2.14. Двигун V10 вироблений компанією BMW для автомобілів Фор мули-1
Двигуни V10 (рис. 2.14), які успішно застосовуються на гоночних автомобілях Фор мули-1, між рядами циліндрів мають кут 72 °. Такий двигун недостатньо сбалансі- ваний, але працює досить рівномірно через великої кількості циліндрів.
Блок циліндрів (рис. 2.15) і його головка - це найбільші і важкі частини двигуна, ізгота- вливаються за допомогою лиття з наступною механічною обробкою. У двигуні з рідинним охолодженням навколо циліндрів розташовуються канали для проходу охолоджуючої рідини, кото риє утворюють водяну сорочку. Циліндри двигунів повітряного охолодження зазвичай ізготавлі- ються окремо і мають ребра для збільшення площі охолоджуваної поверхні (рис. 2.16).
Нижня частина блоку циліндрів зазвичай обробляється для установки в блок корінних підшипників колінчастого вала і для приєднання піддону картера. Велике значення має відстань між сусідніми циліндрами. Збільшення відстані дає можливість під- сить жорсткість блоку і забезпечити можливість збільшення в подальшому робочого об'єму двигуна шляхом збільшення діаметра циліндрів (найбільш простий спосіб отримання моди- фікації двигунів різної потужності). З іншого боку, це призводить до збільшення га- барітних розмірів двигуна і його маси. Останнім часом деякі виробники автомобільних двигунів виготовляють блоки циліндрів, в яких сусідні циліндри стикаються стінками (так звані сіамські блоки). Такий спосіб дає можливість отримати досить жорстку конструкцію при порівняно невеликому розмірі. Жорсткість блоку циліндрів в значній мірі визначає шумові характеристики двигуна.
Довгий час єдиним матеріалом для виготовлення блоків циліндрів служив чу- гун. Цей матеріал недорогий, він має високі міцність і твердість при хороших літь- евих якостях. Крім того, оброблені хонингованием внутрішні поверхні чавунних циліндрів мають відмінні антифрикційні властивості і високу зносостійкість. Су- суспільних недоліками чавуну є його велика маса і низька теплопровідність. Прагнення конструкторів до створення більш легких двигунів привело до розробки конструк- ції блоків циліндрів з алюмінієвих сплавів. Алюміній значно поступається чавуну в жорсткості і зносостійкості, тому блок з алюмінію повинен мати велику кількість ребер жорсткості, а в якості циліндрів зазвичай служать ті ж чавунні гільзи, які вставляют-
Мал. 2.15. Алюмінієвий блок циліндрів двигуна V8 з запресованими «сухі- ми» гільзами. У нижній частині блоку від- на рама сходового типу, за допомогою ко-торою кріпиться колінчастий вал
ся в алюмінієвий блок в процесі складання, заливаються або запресовуються в нього при виготовленні (рис. 2.17). Якщо гільза ци Ліндрен безпосередньо омивається охлаж- дає рідиною, вона називається «мок- рій», а якщо немає - «сухий». Мокрі гільзи повинні мати надійне ущільнення з порожниною охолодження блоку циліндрів.
Застосування великої кількості ребер жорсткості і чавунних гільз значною мірою зводить нанівець переваги від примі нения блоків циліндрів з алюмінієвих сплавів. Використання у виробництві з- тимчасових технологій дає можливість изго- лення легких «алюмінієвих» двигунів, у яких блок циліндрів не має чавунних гільз (рис. 2.18). У робочих поверхнях ци Ліндрен в алюмінієвих блоках електроліті-
Мал. 2.17. Блок циліндрів двигуна Nordstar GM з «сухий» гільзою. На разре- зе добре видно, як вставлені в блок циліндрів «сухі» гільзи. Зверніть увага при -маніє на виконані в днищах порш- ній канавки, що оберігають від торкання поршня клапанами
Мал. 2.18. Двигун Jaguar з алюмінієвим блоком. Блок циліндрів цього компактно- го шестицилиндрового V-образного 24-клапанного двигуна, призначеного для поперечної установки на автомобіль Jaguar X-type, повністю виготовлений з алюмі- ніевого сплаву
Мал. 2.19. Рама сходового типу в блоці. Ра- ми сходового типу замінюють звичні кришки корінних підшипників коленчато- го вала в конструкції сучасних ДВС, надають високу жорсткість блоку цілінд- рів і продовжують життя колінчастого валу
ного шляхом створюється підвищений содер- жание кремнію, а потім циліндри подверга- ються хімічному травленню для створення на робочій поверхні циліндрів зносо стійкою пористої плівки чистого кремнію, добре утримує мастило. Крім того, особливо часто в двотактних двигунах на алюмінієвий циліндр наноситься шар хрому або кремній-нікелевого сплаву (Нікас).
Жорсткість алюмінієвого блоку циліндрів може бути підвищена не тільки примене- ням великої кількості ребер жорсткості, але і використанням спеціальних проставок сходового типу в блоці (рис. 2.19). Такі проставки, з'єднані з блоком, крім значного підвищення жорсткості самого блоку, служать міцною основою для установки
корінних підшипників колінчастого вала, що підвищує його довговічність. Така конструкція блоку циліндрів стає нормою при виробництві бензинових двигунів сучасних легкових автомобілів. При виробництві дизелів, в яких через високі навантажень і великий шумності потрібна велика жорсткість блоку, часто застосовують чавунні блоки циліндрів.