Как работают U-образные двигатели: да-да, вы прочитали правильно, это буква U
Про V-образные двигатели вы точно знаете и хорошо представляете себе, как расположены цилиндры в таких моторах – в два ряда, расположенные под небольшим углом, чтобы оба ряда могли работать на один коленчатый вал.
У U-образных моторов тоже два ряда цилиндров, но и правый, и левый ряд установлены строго вертикально. Каждый работает на свой коленвал, как показано на следующей схеме.
К чему такие сложности, ведь два коленвала – это больше деталей, сложнее конструкция, увеличение массы? Но и у такого дизайна есть свои неочевидные плюсы.
Допустим, у вас есть рядный двигатель, но его мощность недостаточна. Ее можно удвоить, поставив рядом два таких мотора и заставив их работать на одну коробку передач. Большинство деталей, включая коленвалы, можно позаимствовать без изменений.
Другая фишка в том, что у этого двигателя два вала, крутящихся в разные стороны. Каждый из них создает гироскопический эффект, но направленный в противоположную сторону, а вместе они компенсируют друг друга.
А кроме того, эта конструкция оказалась поразительно гибкой на трансформации: за историю техники изобретательные инженеры породили на U-образной конфигурации такой зверинец необычных моторов, что только удивляешься.
Все началось с Шотландии
В 1906 г. фирма All-British Car Company недолго выпускала автомобиль с мотором, у которого цилиндры стояли параллельно, но коленвал был один. Поршни приводили его в движение через качающиеся коромысловые механизмы. Выпускался он недолго, до 1908 г.
Первая мировая: U16 от Bugatti
Не путайте с двигателем W16, который в наши дни устанавливается на гиперкары французского бренда. В далеком 1915 г. Bugatti разработала авиационный U16 для больших самолетов. Всего до конца Первой мировой войны успели сделать около 40 штук.
Самый странный мотор Fiat всех времен
В 1927 г. итальянская компания оснастила свой гоночный болид Fiat 806 двигателем объемом всего 1,6 л, но аж на 12 цилиндров! И, как вы понимаете, в U-конфигурации. Малыш выдавал неслыханные сто лет назад 187 л. с., и Fiat выиграл с ним Гран-при Милана в том же году. Но почему-то не стал развивать дальше мотор-чемпион.
Мотоциклы: Kawasaki стартует вторым и выигрывает
У конструкторов мототехники свои сложности при создании многоцилиндровых моторов. Поставишь мотор вдоль – приходится включать в трансмиссию угловую передачу, чтобы приводить в движение цепь. А это означает потери на трение. Поставишь поперек – мотор займет в ширину много места.
В 1931 г. компания Ariel нашла выход: ее мотоцикл Square Four получил двигатель, 4 цилиндра которого стояли как ножки у табурета, параллельно друг другу. Он был узким, как 2-цилиндровый, но более мощным. Хотя задний ряд цилиндров часто перегревался, мотоцикл оставался в производстве до 1959 года.
Полвека спустя Suzuki нашла решение для проблемы перегрева – ее новые мотоциклы Suzuki RG500 с моторами U4 имели водяное охлаждение. Они были довольно успешны в гонках, но в продажах, увы, провалились.
А вот Kawasaki сумела создать мотоцикл, который был хорош и в гонках, и на дороге – модель KR, представленная в 1975 году. Ее необычный мотор представлял собой, по сути, два одноцилиндровых, расположенных тандемом. Двигатель получился очень узким и обтекаемым, и он принес японцам победу в 8 мировых чемпионатах серии Гран-при.
Танки и локомотивы
Незадолго перед Второй мировой войной швейцарская компания Sulzer Brothers попробовала ту же конфигурацию применить к дизелям для тепловозов. Особенностью ее 12-цилиндрового мотора стала повышающая зубчатая передача, соединявшая оба первичных коленвала с вторичным валом. Если сами дизели работали на 750 об/мин, то выходной вал крутился на 1000 об/мин. Повышение частоты позволило уменьшить размеры генератора, который вырабатывал электричество для тяговых электромоторов.
Эти двигатели стали по-своему популярны – например, все английские тепловозы, выпущенные в 1960-х, оснащались дизелями Sulzer.
Другим массовым U-двигателем стал 12-цилиндровый танковый дизель General Motors 6046, устанавливавшийся на основной американский танк Sherman. По сути, это была спарка из двух 6-цилиндровых рядных дизелей, которые, каждый через свое сцепление, работали на одну трансмиссию.
Sherman поставлялись по ленд-лизу в СССР, и уже после Второй мировой войны советские конструкторы по его образу и подобию создали 16- и 18-цилиндровые двигатели. Правда, массовыми они не стали. Все-таки U-образные двигатели – это экзотическое решение.