Silnik V6 - V6 engine

Przekrój silnika V6 z podwójnymi górnymi wałkami rozrządu

V6 jest sześcio- cylindrów silnik tłokowy , gdy cylindry mają wspólny wał korbowy, i są rozmieszczone w układzie V .

Pierwsze silniki V6 zostały zaprojektowane i wyprodukowane niezależnie przez Marmon Motor Car Company , Deutz Gasmotoren Fabrik i Delahaye . Silniki zbudowane po II wojnie światowej obejmują silnik Lancia V6 z 1950 roku dla Lancia Aurelia oraz silnik Buick V6 z 1962 roku dla Buick Special . Układ V6 stał się najpopularniejszym układem dla sześciocylindrowych silników samochodowych.

Projekt

Ze względu na swoją krótką długość, silniki V6 są często używane jako większa opcja silnika w pojazdach, które w innych przypadkach są produkowane z silnikami rzędowymi, zwłaszcza w pojazdach z silnikiem poprzecznym . Minusem samochodów luksusowych jest to, że silniki V6 wytwarzają więcej wibracji niż silniki rzędowe . Niektóre samochody sportowe używają płaskich sześciu silników zamiast silników V6, ze względu na niższy środek ciężkości (co poprawia prowadzenie ).

Przemieszczenie nowoczesnych silników V6 wynosi zwykle od 2,5 do 3,5 l (153 do 214 CU), choć większe i mniejsze przykłady zostały wyprodukowane, takie jak 1,8 l (110 CU) Mazda V6 stosowane w 1991-1998 Mazda MX -3 lub 1,6 l (98 CU) Mitsubishi V6 silnik stosowany w 1992-1998 Mirage / Lancer , podczas gdy największy V6 zbudowany był 7,8 l (476 CU) GMC V6 stosowany w 1962 GMC serii C / K 6500 .

Równowaga i gładkość

Wszystkie silniki V6 - niezależnie od kąta V między rzędami cylindrów - podlegają pierwotnemu nierównowadze spowodowanej przez każdy zespół składający się z trzech silników rzędowych , ze względu na nieparzystą liczbę cylindrów w każdym rzędzie. Sześciocylindrowe silniki rzędowe i sześciocylindrowe silniki płaskie nie odczuwają tej nierównowagi. Aby zredukować drgania spowodowane tym niewyważeniem, większość silników V6 wykorzystuje tłumik harmoniczny na wale korbowym i/lub przeciwbieżny wałek wyrównoważający .

Konstrukcje sześciocylindrowe charakteryzują się mniejszą pulsacją w dostarczaniu mocy niż silniki czterocylindrowe, ze względu na nakładanie się skoków mocy silnika sześciocylindrowego. W czterocylindrowym silniku w danej chwili tylko jeden tłok wykonuje suw mocy. Każdy tłok zatrzymuje się całkowicie i zmienia kierunek, zanim następny rozpocznie suw mocy, co powoduje przerwę między suwami mocy, szczególnie przy niższych prędkościach obrotowych silnika (RPM). W sześciocylindrowym silniku z równomiernymi przerwami zapłonu następny tłok rozpoczyna suw mocy 60° przed zakończeniem poprzedniego, co zapewnia płynniejsze dostarczanie mocy do koła zamachowego.

Porównując silniki na dynamometrze, silnik V6 wykazuje chwilowe szczyty momentu obrotowego 154% powyżej średniego momentu obrotowego i doliny o 139% poniżej średniego momentu obrotowego, z niewielką ilością ujemnego momentu obrotowego (zmiany momentu obrotowego silnika) pomiędzy skokami mocy. W przypadku silnika czterocylindrowego wartości szczytowe wynoszą około 270% powyżej średniego momentu obrotowego i 210% poniżej średniego momentu obrotowego, przy czym pomiędzy suwami dostarczany jest 100% ujemny moment obrotowy. Jednak V6 z nierównymi odstępami zapłonu wynoszącymi 90° i 150° wykazuje duże zmiany momentu obrotowego o 185% powyżej i 172% poniżej średniego momentu obrotowego.

Kąty cylindrów

10 do 15 stopni

Przekrój silnika VR6

Od 1991 roku Volkswagen produkuje wąskokątne silniki VR6 o kącie V 10,5 i 15 stopni. Silniki te wykorzystują pojedynczą głowicę cylindra wspólną dla obu rzędów cylindrów, w konstrukcji podobnej do silnika Lancia V4 z lat 1922-1976 . Silniki VR6 były stosowane w samochodach z napędem na przednie koła z poprzecznym silnikiem, które pierwotnie były przeznaczone do silników rzędowych czterech. Ze względu na minimalną dodatkową długość i szerokość silnika VR6, można go stosunkowo łatwo zamontować w komorach silnika, aby zapewnić zwiększenie pojemności skokowej o 50 procent.

Ponieważ w V między rzędami cylindrów nie ma miejsca na układ dolotowy, wszystkie wloty znajdują się po jednej stronie silnika, a wszystkie wydechy po drugiej stronie. Używa kolejności zapłonu 1-5-3-6-2-4 (która jest kolejnością zapłonu używaną przez większość silników rzędowych sześciu), zamiast powszechnej kolejności zapłonu V6 1-2-3-4-5- 6 lub 1-6-5-4-3-2.

60 stopni

1984-1999 Nissan VG30E 60-stopniowy silnik

Kąt V wynoszący 60 stopni to optymalna konfiguracja dla silników V6 pod względem wyważenia silnika. Gdy dla każdego cylindra stosuje się osobne sworznie korbowe (tj. przy użyciu wału korbowego o sześciu skokach), można zastosować równomierny odstęp zapłonu wynoszący 120 stopni. Ten odstęp zapłonu jest wielokrotnością kąta V 60 stopni, dlatego siły spalania można zrównoważyć poprzez zastosowanie odpowiedniej kolejności zapłonu .

Silnik rzędowy 3, który tworzy każdy zespół cylindrów, wytwarza jednak niezrównoważone siły obrotowe i wzajemne. Siły te pozostają niezrównoważone we wszystkich silnikach V6, co często prowadzi do stosowania wałka wyrównoważającego w celu zmniejszenia wibracji.

Silnik Lancia V6 z 1950 roku był pionierem w stosowaniu sześciozazębionego wału korbowego w celu zmniejszenia wibracji. Nowsze konstrukcje często wykorzystują wał korbowy o trzech skokach z „latającymi ramionami” między czopami korbowymi, aby umożliwić osiągnięcie równych odstępów zapłonu wynoszących 120 stopni. Następnie można użyć pary przeciwwag na wale korbowym, aby prawie całkowicie zniwelować siły pierwotne i zredukować drgania wtórne do akceptowalnego poziomu. Wsporniki silnika można zaprojektować tak, aby pochłaniały pozostałe drgania.

Kąt V 60 stopni powoduje, że silnik jest ogólnie węższy niż silniki V6 z większymi kątami V. Ten kąt często powoduje, że całkowita wielkość silnika ma kształt sześcianu, co ułatwia dopasowanie silnika wzdłuż lub poprzecznie do komory silnika.

90 stopni

1996-2005 Rover KV6 90-stopniowy silnik

Wielu producentów, zwłaszcza amerykańskich, budowało silniki V6 o kącie V wynoszącym 90 stopni w oparciu o istniejące 90-stopniowe silniki V8. Takie konfiguracje były łatwe do zaprojektowania, usuwając dwa cylindry i zastępując czterosuwowy wał korbowy silnika V8 wałem korbowym trzysuwowym. Zmniejszyło to koszty projektowania, pozwoliło nowemu V6 dzielić komponenty z silnikiem V8, a czasami pozwoliło producentom zbudować silniki V6 i V8 na tej samej linii produkcyjnej.

Wady 90-stopniowej konstrukcji to szerszy silnik, który jest bardziej podatny na wibracje niż 60-stopniowy V6. Początkowe silniki V6 90 stopni (takie jak silnik Buick Fireball V6 ) miały trzy wspólne czopy korbowe ustawione pod kątem 120 stopni od siebie, ze względu na ich pochodzenie z silników V8. Spowodowało to nierówną kolejność odpalania, przy czym połowa cylindrów używała interwału strzelania 90 stopni, a druga połowa interwału 150 stopni. Nierówne interwały zapłonu powodowały nierówną pracę silników z „nieprzyjemnymi” wibracjami przy niskich prędkościach obrotowych silnika.

Kilka nowoczesnych 90-stopniowych silników V6 redukuje wibracje za pomocą dzielonych czopów korbowych przesuniętych o 30 stopni między parami tłoków, co zapewnia równomierne odstępy między zapłonami 120 stopni dla wszystkich cylindrów. Na przykład silnik V6 Buick 231 „równomierny ogień” z 1977 r. był ulepszoną wersją silnika Buick Fireball z wałem korbowym z dzielonym sworzniem w celu zmniejszenia wibracji poprzez osiągnięcie równomiernej kolejności zapłonu. Taki „rozszczepiony” trzpień korbowy jest słabszy niż prosty, ale nowoczesne techniki metalurgiczne mogą wytworzyć odpowiednio mocny wał korbowy.

W celu zmniejszenia wibracji w 90-stopniowych silnikach V6 można zastosować wałek wyrównoważający i/lub przeciwwagi wału korbowego.

120 stopni

Na pierwszy rzut oka kąt 120 stopni może wydawać się optymalnym kątem V dla silnika V6, ponieważ pary tłoków w naprzemiennych rzędach mogą dzielić sworznie korbowe w wale korbowym o trzech przełożeniach, a siły spalania są zrównoważone przez interwał zapłonu równy kąt między rzędami cylindrów. Konfiguracja 120 stopni, w przeciwieństwie do konfiguracji 60 stopni lub 90 stopni, nie wymagałaby równomiernego wypalania wałów korbowych z ruchomymi ramionami, dzielonych czopów korbowych lub siedmiu głównych łożysk. Jednak pierwotna nierównowaga spowodowana nieparzystą liczbą cylindrów w każdym rzędzie nadal pozostaje w 120-stopniowym silniku V6. Różni się to od idealnego wyważenia osiągniętego przez 90-stopniowy silnik V8 z powszechnie stosowanym wałem korbowym typu crossplane , ponieważ rzędowy czterocylindrowy silnik w każdym rzędzie silnika V8 nie ma tego podstawowego nierównowagi.

Konstrukcja 120 stopni powoduje również dużą szerokość silnika, który jest tylko nieznacznie węższy niż sześciocylindrowy silnik (który nie ma problemów z wyważeniem silnika V6). Dlatego też silnik płasko-sześciokątny był używany w różnych samochodach, podczas gdy silnik V6 120 stopni został ograniczony do kilku silników ciężarówek i samochodów wyścigowych, z wyjątkiem silnika McLaren Automotive M630 V6, który wykorzystuje kąt z pojedynczym wałkiem wyważającym, aby wyeliminować wszystkie pary pierwotne. Silnik McLaren M630 wykorzystuje również szeroki kąt, umieszczając turbosprężarki wewnątrz vee, powszechnie nazywanej konfiguracją „hot vee”. Ferrari 296 GTB jest pierwszym samochodem drogowym Ferrari wyposażonym w turbosprężarkę V6 o kącie V6 między rzędami cylindrów wynoszącym 120 stopni.

Inne kąty

Inne silniki V6 kątowe są możliwe, ale mogą cierpieć na poważne problemy z drganiami, chyba że są bardzo starannie zaprojektowane. Godne uwagi kąty V obejmują:

  • 45 stopni — lokomotywy EMD 567 i EMD 645 , okrętowe i stacjonarne silniki Diesla. Silniki te były oparte na silnikach V8 i V16, które również wykorzystywały kąt V wynoszący 45 stopni.
  • 54 stopnie — 1994-2004 Silnik samochodowy General Motors 54 stopnie . Nieco mniejszy niż zwykle kąt V został zastosowany w celu zmniejszenia szerokości silnika, co pozwoliło na zastosowanie go w małych samochodach z napędem na przednie koła z silnikiem poprzecznym.
  • 65 stopni — 1956-1975 Silnik samochodowy Ferrari Dino . Kąt V został zwiększony ze zwykłego kąta 60 stopni, aby umożliwić użycie większych gaźników (dla potencjalnie większej mocy w tuningu wyścigowym). Korby korbowe z przesunięciem 55 stopni w każdej parze cylindrów zostały wykorzystane do uzyskania równomiernego odstępu między zapłonami 60-stopniowego silnika V6. W 2009-obecnym silniku samochodowym Nissan-Renault V9X zastosowano również kąt nachylenia 65 stopni, aby umożliwić dopasowanie turbosprężarki między rzędami cylindrów.
  • 72 stopnie — samochodowy silnik wysokoprężny Mercedes-Benz Bluetec. Ten silnik wykorzystuje czopy korbowe przesunięte o 48 stopni, aby osiągnąć równomierne odstępy między zapłonami.
  • 75 stopni — 1992-2004 Silnik Isuzu V używany w Isuzu Rodeo i Isuzu Trooper . Silniki te były produkowane zarówno w wersji SOHC, jak i DOHC. Silnik V6 75 stopni jest również używany przez Hondę NSX od 2016 roku .
  • 80 stopni — 1988 Silnik Honda RA168-E używany w samochodzie wyścigowym McLaren MP4/4 Formuły 1.

Użyj w samochodach

1950-1970 silnik Lancia V6

W 1906 roku, kilka lat po powstaniu silników V4 i V8, zbudowano pierwszy znany silnik V6. Ten silnik V6 był pojedynczym prototypowym silnikiem samochodowym zbudowanym przez Marmon Motor Car Company w Stanach Zjednoczonych. Silnik nie wszedł do produkcji. Podobnie jeden prototypowy silnik został wyprodukowany przez Buick w 1918 roku.

W 1911 Delahaye wyprodukował pierwszy 30° DOHC o pojemności 3,2 litra zainstalowany w samochodzie Delahaye Type 44.

Silnik Lancia V6 został wprowadzony w 1950 roku w Lancii Aurelia . Lancia produkowała silniki V4 od około 30 lat, a jednym z kluczowych celów było zmniejszenie wibracji w porównaniu z silnikiem V4. Silnik V6 wykorzystywał kąt nachylenia 60 stopni w kształcie litery V i sześć czopów korbowych, co zapewniało równomierną kolejność zapłonu w celu zmniejszenia wibracji.

Inni producenci zwrócili na to uwagę i wkrótce zaprojektowano inne silniki V6. W 1959 roku wprowadzono silnik GMC V6 w postaci 60-stopniowego silnika benzynowego o pojemności 305 cu w (5 L) stosowanego w pickupach i torbach . Silnik Buick V6 został wprowadzony w 1962 roku i był oparty na współczesnym silniku Buick V8. Dlatego używał kąta 90 stopni w kształcie litery V i nierównej kolejności zapłonu, co skutkowało wysokimi wibracjami.

Ford wprowadził swoje europejskie silniki do samochodów drogowych w 1965 roku z niemieckim oddziałem Cologne V6 oraz silnikiem Ford Essex V6 , wprowadzonym przez oddział Forda w Wielkiej Brytanii w 1966 roku; oba silniki używały 60-stopniowego kąta V. Dino 206 GT z 1967 roku był pierwszym samochodem drogowym Ferrari z silnikiem V6, który miał 65-stopniowy kąt V.

Silnik Alfa Romeo V6 z lat 1979-2005 został wprowadzony do luksusowego sedana Alfa Romeo Alfa 6, a później był używany w wielu innych modelach Alfa Romeo. W tym silniku zastosowano kąt V 60 stopni, konstrukcję całkowicie aluminiową i dwa zawory na cylinder. Wersja z turbodoładowaniem została wprowadzona w 1991 roku, a wersja z czterema zaworami na cylinder w 1997 roku. Również w 1970 roku wprowadzono Citroën SM grand tourer, napędzany 90-stopniowym silnikiem V6 zbudowanym przez Maserati. Silnik General Motors 90° V6 został wprowadzony w 1978 roku i był produkowany przez 36 lat.

Pierwszym masowo produkowanym japońskim silnikiem V6 był silnik Nissan VG o konstrukcji 60 stopni, który był produkowany od 1983 do 2004 roku. Silnik Hondy C został wprowadzony w 1985 roku, a następnie silnik Mitsubishi 6G7 w 1986 roku, silnik Toyota VZ w 1988, silnik Mazda K w 1991 roku, a silnik Isuzu V w 1992 roku. Hyundai wprowadził pierwszy południowokoreański silnik Hyundai Sigma oparty na technologii udostępnionej jednostce Mitsubishi w 1995 roku.

Niemieccy producenci luksusowych samochodów stosunkowo wolno przyjmowali silniki V6, a pierwszym z nich był 90-stopniowy silnik SOHC wprowadzony w 1990 roku w Audi 100 (C4) .

W połowie lat 90. układ V6 był najczęstszą konfiguracją dla sześciocylindrowych silników samochodowych, przy czym silniki V6 zastąpiły większość rzędowych silników sześciocylindrowych.

Wyścigi motorowe

Silnik Mercedes-Benz V6 DTM

Lancia Aurelia (pierwszy seryjny samochód z silnikiem V6) również odnosiła sukcesy w wyścigach samochodowych. Cztery egzemplarze Aurelia B20 Coupe zostały zgłoszone do wyścigu Mille Miglia w 1951 roku, a samochody z najlepszymi lokatami zajęły drugie i czwarte miejsce. Dostrojony 3102 cm3 (189 cu in) wersja silnika Lancia V6 produkującego był 169 kW (230 KM) stosowany w Lancia D24 . D24 brał udział w wyścigach samochodów sportowych i wygrał Carrera Panamericana z 1953 roku z Juanem Manuelem Fangio za kierownicą.

Początkowa wersja silnika Ferrari Dino była 1,5-litrowym (92 cu in) silnikiem wyścigowym używanym w wyścigach Formuły 2 w sezonie 1957. Miał kąt V wynoszący 65 stopni i dwa górne wałki rozrządu. Dino V6 przeszedł kilka ewolucji, w tym wersję o pojemności 2,4 l (146 cu in) używaną w samochodzie wyścigowym Ferrari 246 Formuły 1 z 1958 roku . Kilka lat później w samochodzie Ferrari 156 Formuły 1 z lat 1961-1964 zastosowano nowy silnik V6 o kącie V wynoszącym 120 stopni i pojemności skokowej 1,5 l (92 cali sześciennych). Silnik ten był krótszy i lżejszy niż silnik Ferrari Dino, a prostota i nisko położony środek ciężkości silnika były zaletą w wyścigach. Zdobył wiele ras między 1961 a 1964 r . Jednak założyciel Ferrari miał osobistą niechęć do układu 120 stopni, preferując układ 65 stopni, a po tym czasie został zastąpiony innymi silnikami. Silnik Dino był również używany w Lancii Stratos , która była bardzo udanym samochodem rajdowym, który wygrał Rajdowe Mistrzostwa Świata w 1974, 1975 i 1976 roku.

Godnym uwagi zastosowaniem silnika Alfa Romeo V6 w wyścigach była Alfa Romeo 155 V6 TI , zaprojektowana na sezon 1993 DTM i wyposażona w silnik 2,5 l (150 cu in) o maksymalnej mocy 360 kW (490 KM) przy 11 900 obr./min. .

Renault Gordini CH1 była 90 ° V6 z bloku żelaza. Został wprowadzony w 1973 roku w samochodzie wyścigowym Alpine -Renault A440 . Silnik ten wygrał europejskie mistrzostwa prototypów 2 L w 1974 roku i kilka mistrzostw Europy Formuły 2 . Turbodoładowana wersja 2,0 l (122 cu in) została zastosowana w Renault Alpine A442 , który wygrał 24-godzinny wyścig Le Mans w 1978 roku.

Turbodoładowany 1,5 L (92 CU) wersja silnika Renault-Gordini CH1 została wprowadzona w 1977 Renault RS01 Formuły samochodu. Renault zmagało się z problemami z niezawodnością w 1977 i 1978 roku, jednak sezon 1979 przyniósł kilka dobrych wyników w kilku wyścigach. W 1981 roku w bolidzie Ferrari 126C Formuły 1 zastosowano turbodoładowany silnik V6. Ferrari wygrało mistrzostwa konstruktorów Formuły 1 z turbodoładowanymi silnikami V6 w 1982 i 1983 roku. Początkowe wersje używały kąta V 120 stopni, przed przejściem na kąt V 90 stopni w samochodzie wyścigowym Ferrari F1/87 z 1987 roku . Inne udane samochody Formuły 1 z turbodoładowaniem V6 w erze 1982-1988 to McLaren MP4/2 , McLaren MP4/3 , McLaren MP4/4 , Williams FW10 , Williams FW11 , Williams FW12 , Lotus 95T , Lotus 97T , Lotus 98T , Lotus 99T i Lotus 100T .

Nissan GTP ZX-Turbo i Nissan NPT-90 startował w IMSA samochodu sportowego prototypu kategorii od 1985 do 1994 roku i stosuje się turbodoładowany silnik V6 luźno oparta na silniku samochodowym produkcja Nissan VG30ET. Nissan 300ZX stosować podobną maszynę do konkurowania w 1996/97 All Japan Wielki Touring Car Championship (obecnie znany jako Championship „Super GT”).

Zmniejszenie do silników V6 w wyścigach na otwartych kołach stało się bardziej powszechne:

  • serii IndyCar włączony do turbodoładowanych silników V6 w 2012 roku.
  • Seria GP3 przełącza się wolnossący V6 silników w 2013 roku.
  • Formula One World Championship włączony do turbodoładowanych silników V6 w 2014 roku.
  • Mistrzostwa FIA Formuły 2 (wcześniej znane jako seria GP2) przeszły na turbodoładowane silniki V6 w 2018 roku.
  • Mistrzostwa FIA Formuły 3 (powstałe z połączenia serii GP3 i Mistrzostw Europy Formuły 3 FIA) zaczęły używać wolnossących silników V6 od 2019 roku.

Zastosowanie w statkach morskich i silnikach kolejowych

Silniki V6 to popularne jednostki napędowe w średnich i dużych silnikach zaburtowych .

Pierwszy silnik V6, który trafił do produkcji, został zbudowany w latach 1908-1913 przez Deutz Gasmotoren Fabrik w Niemczech. Te silniki V6 były używane jako generator do silników benzynowo-elektrycznych.

Zastosowanie w motocyklach

Laverda V6 był wyścigów motocyklowych, który został odsłonięty w 1977 roku w Mediolanie show. Wystartował w 24-godzinnym wyścigu wytrzymałościowym Bol d'Or w 1978 roku , jednak wycofał się z powodu problemów mechanicznych po około 8 godzinach.

Horex od 2012 roku produkuje motocykle drogowe z silnikami VR6.

Zobacz też

Bibliografia