V4 двигателите. История. Приложения. Предимства и недостатъци

Автомобилният двигател с конфигурация V4 е интересен и донякъде нестандартен в автомобилната индустрия. Макар и да не е толкова разпространен, колкото другите четирицилиндрови двигатели на пазара, като например редови четирицилиндрови двигатели (които се срещат във всички модели от Honda Civic до BMW Серия 3) и плоски четирицилиндрови двигатели (известни още като “боксер” като тези в Subaru Impreza или Porsche 718 Cayman), V4 двигателят заема уникално място в историята на автомобилостроенето, запазено за няколко специални автомобила – включително първото поколение на легенда като Ford Transit. 

Интересен къс история

V4 двигател е бил обсъждан в оригиналната концепция на Ford Mustang. Разбира се, обмисляло се е да бъде средноразположен, за да предостави максимална неутралност по отношение на разпределението на теглото, а оттам оптимално поведение в завои.  

Този интересен тип двигател, характеризиращ се с четири цилиндъра, разположени във V-образна конфигурация, съчетава компактен дизайн с интригуващи работни характеристики.

На фона на новината, че Porsche работи по прототип на V4 двигател, който в момента се помещава в каросерията на Porsche 911, ни се стори уместно да разгледаме най-малко разпространената от четирицилиндровите конфигурации и да разберем защо „не получава повече любов”.

Материалът е дело на любопитни и отдадени автори от сайта carbuzz.

Защо V4 не е толкова разпространен, колкото други типове двигатели, като например редовият четирицилиндров? Каквa е идеята зад тази наглед нетипична конфигурация и къде е намерил своята ниша сред необятния пейзаж от автомобили? Тези въпроси ни водят към изследване, което е колкото за инженеринг и дизайн, толкова и за продължаващите иновации в автомобилния свят.

И така, нека се потопим в интригуващата история на V4 двигателите, като разкрием техния произход, еволюция и причините за рядкостта им в съвременните автомобили. 

Ще съпоставим техните предимства, като естествената балансираност и ниските вибрации, с недостатъците, като сложността на производството и цената. Освен това ще покажем някои забележителни примери за автомобили, които са използвали уникалните качества на V4-ката, като ще обрисуваме картината на неговото приложение и влияние в този пребогат на интересни истории и конфигурации автомобилен свят.

Примерно, преди втората световна по състезания мерцедеси бръмчат с редови осемцилиндрови двигатели. 

V4 двигатели: Произход и история

Историята на V4 двигателя е ретроспективен поглед през иновациите и експериментите. Неговите корени могат да се проследят до ерата на началото на автомобилните състезания. Едно от първите приложения е в изработения през 1898 г. във Франция автомобил Mors със задноразположен двигател. 

Този първи V4 двигател се отличава с намалени вибрации, което е ключов аргумент за продажба по онова време. Въпреки това автомобилното инженерство се развива бързо и до 1901 г. този V4 е заменен с по-конвенционалния редови четирицилиндров двигател.

По отношение на рафинираността ДВГ по това време се бори и с електрическия двигател (който се ползва най-вече за автомобили в града – тогава са имали повече акъл отсега) и с двигателя с външно горене (който пък изисква много повече време за подготовка преди потегляне).

В състезанието за Grand Prix на Франция през 1907 г. автомобилът, управляван от J. Walter Christie, е оборудван с огромен V4 двигател с обем 19 891 куб. см. Монтиран напречно и задвижващ предните колела, този двигател е най-големият, използван някога в състезание за Grand Prix.

Въпреки че автомобилът отпада в началото на състезанието, по-късно той поставя рекорд за скорост от 161 км в час, което е пример за потенциала на V4 двигателите в приложенията с висока производителност.

Еволюция на двигателите V4

Преминаването на двигателите V4 от състезателните към шосейните автомобили е важен етап. Първата забележителна стъпка в тази област е на Lancia с V4 двигателя в Lancia Lambda от 1922 г. Това е само една от иновациите в легендарната ланча.

#makelanciagreatagain

Този двигател е с тесноъгълен дизайн с едва 20 градуса между цилиндрите и една цилиндрова глава. Той е изпреварил времето си, като е използвал алуминий за блока и главата. Lancia продължава да произвежда V4 двигатели до 1976 г., като ги заменя с плоски четирицилиндрови двигатели.

За всички почитатели на VAG – това е дядото на VR-a. Като видите някъде Ланча, свалете капата си. 

До средата на 20-ти век V4 двигателите намират своето място в различни приложения. Компактният им размер ги прави подходящи за по-малки автомобили и специфични случаи на употреба, при които пространството (съответно packaging-ът) е на първо място. Ford Taunus и Saab Sonett са забележителни примери, използващи уникалните характеристики на V4 както за ефективност, така и за практичност.

General Motors дори разглежда възможността за разработване на компактен V4 двигател по времето, когато правилата за ограничаване на емисиите и петролната криза предизвикват намаляване на обема на двигателите сред автомобилните производители. 

Интересни автомобили с V4 двигатели 

Макар и да не е често срещано явление в съвременния автомобилен свят, V4 двигателят е бил използван в няколко забележителни автомобила през годините.

Ford Taunus V4 1962 – 1981 г.
Произвеждан от Ford в Германия, Taunus V4 е двигател с малък работен обем, който задвижва различни модели, включително Ford Taunus, Ford Capri и Ford Transit. Неговата 60-градусова конфигурация и водно охлаждане го правят универсален избор за няколко автомобила на Ford.

Lancia Lambda 1922 г.
Lancia Lambda разполага с един от първите V4 двигатели, отличаващ се с конструкция с тесен ъгъл от 20 градуса между цилиндрите. Това е един от първите серийни автомобили, в които се използва V4 (авторите са пропуснали ултимативно чаровната Lancia Fulvia. Непростимо).

Saab Sonett III 1970 – 1974 г.
Saab Sonett III, двуместен спортен автомобил, е оборудван с надлъжно монтиран V4 двигател. Този двигател допринася за спортните характеристики на Sonett III и е ключова черта на неговия дизайн.

Porsche 919 Hybrid 2014 – 2017 г.
Този състезателен автомобил от клас LMP1 използва 2,0-литров 90-градусов V4 двигател с турбокомпресор и хибридна система. Той е средноразположен, което допринася за впечатляващото представяне на автомобила в състезанията за издръжливост и подчерта потенциала на V4 двигателите във високотехнологични и високопроизводителни автомобили.

Ford Transit 1965-1977 г.
Първото поколение Ford Transit използва две различни фамилии V4 двигатели – Taunus V4 (от 1,3 до 1,7 л) и Essex V4 (от 1,7 до 2,0 литра).

Тези примери илюстрират гъвкавостта и потенциала на V4 двигателите в различни автомобилни контексти – от ежедневни автомобили до високопроизводителни състезателни автомобили.

Макар и да не е толкова разпространен, колкото други типове двигатели, уникалните характеристики на V4-ката са ѝ позволили да остави ярка следа в историята на автомобилостроенето.

Залезът на двигателя V4 и нишовите му приложения

Въпреки иновативната си конструкция двигателите V4 започват да намаляват своята широка употреба. Основните причини за това са сложният им производствен процес и нарастващата популярност на по-прости и икономични конструкции на двигатели, като например редови четирицилиндров двигател. Въпреки това V4 не изчезва напълно. Той намира нишови приложения, в които специфичните му предимства са безценни, и се превръща в често срещан при мотоциклетите.

Историята на V4 двигателите е история на иновации, адаптация и специализация. От грандиозното им начало в ранните автомобилни състезания до сегашните им нишови роли, V4 двигателите са изиграли значителна роля в автомобилната история, демонстрирайки разнообразните подходи към инженерните предизвикателства в търсене на скорост, ефективност и компактност.

Изследване на предимствата на технологията на двигателите V4

V4, макар и по-рядко срещан от други конфигурации, носи със себе си набор от предимства, които го правят предпочитан избор в определени приложения.

Дължина
По-къс е от обикновен редови четирицилиндров двигател, поради V-образната конфигурация. Това го прави подходящ за автомобили с ограничено пространство за двигателя. Перфектно приложение: предно предаване, напречно разположение.

Широчина
По-широк от редови четирицилиндров двигател, но компактният дизайн е предимство при определени случаи. 

Разпределение на теглото
По-балансирано разпределение на теглото при определени конструкции на превозни средства поради компактния размер.

Вибрации от двигателя 
Естествено балансиране на силите при V-образното разположение, което води до минимизиране на вибрациите на двигателя и по-плавно шофиране при по-високи обороти.

Балансираност 
По-добър баланс при високи обороти в сравнение с много редови 4-цилиндрови двигатели.

Икономия на гориво
V4 двигателите могат да бъдат проектирани за оптимална горивна ефективност, особено при по-малките автомобили.

Мощност
Възможност за по-висока мощност при специфични приложения, като например мотоциклети и спортни автомобили.

Компактната конструкция на V4 двигателя е едно от най-значимите му предимства. Неговата V-образна конфигурация на цилиндрите значително намалява дължината на двигателя, което го прави идеален за приложения, при които пространството е ограничено. Това предимство е особено очевидно в сравнение с линейната конфигурация на редовите двигатели, които изискват повече място под капака.

Едно от „генетичните“ предимства на V4 двигателите е техният баланс и по-ниски вибрации. V-образната форма на двигателя естествено балансира силите, което води до значително намаляване на вибрациите на двигателя. Тази особеност прави и возията по-комфортна – предимство, което е особено забележимо при по-високи обороти.

Що се отнася до мощността и ефективността, V4 не е за подценяване. Съвременните редови четирицилиндрови двигатели са известни със своята икономичност и широк диапазон на мощност. 

Добре настроеният V4 двигател обаче може да съперничи на тези характеристики, като предлага стабилна мощност при определени апликации.

Това важи особено за мотоциклетите и автомобилите с висока производителност, където уникалните характеристики на V4 двигателите намират оптимално приложение.

Въпреки неговата рядкост на пазара днес, именно тези предимства превръщат V4 в правилния избор за специфични автомобилни сценарии.

Ограничения и недостатъци на автомобилните V4 двигатели 

Въпреки уникалните си предимства V4 двигателите имат и редица недостатъци, които са повлияли за ограниченото им използване в автомобилната индустрия.

Сложност на производството
Поради своята V-образна конфигурация V4 двигателите са по-сложни за проектиране и производство. Това води до по-високи производствени разходи.

Разнообразие на компонентите
Изискват се две отделни цилиндрови глави (за разлика от една цилиндрова глава при редовите четирицилиндрови двигатели), изпускателни колектори и често по-сложни схеми на разпределителните валове.

Ограничения в пространството 
Макар и с компактна дължина, по-широката конструкция може да създаде предизвикателства при интегрирането на спомагателните системи, като същевременно се поддържа компактен общ размер.

Достъп до техническо обслужване
Уникалната конфигурация може да затрудни достъпа до определени части на двигателя, което увеличава времето и разходите за ремонт.

Наличност на части
По-малко разпространените части могат да доведат до по-високи разходи и трудности при осигуряването на заместители.

Специализирани познания
Ремонтите и поддръжката може да изискват по-специфични познания, което допълнително увеличава разходите.

Предпочитания на потребителите
Масовият пазар обикновено предпочита по-прости и икономически ефективни конструкции на двигатели.

Разходи
По-високите разходи за производство и поддръжка правят V4 двигателите по-малко привлекателни на чувствителния към разходи пазар.

Ограничения на приложението
Предимствата на двигателите V4 често са специфични за определени типове превозни средства или изисквания за производителност, което ограничава по-широката им популярност.

Сложността на производството на V4 двигателите е съществен недостатък. Тяхното V-образно разположение налага по-сложен процес на проектиране и сглобяване, както и повече части и допълнително тегло поради двете цилиндрови глави и двата изпускателни колектора.

Тази сложност не само увеличава производствените разходи, но и влияе върху възможността за масово производство, което ги прави по-малко жизнеспособни за широко използване в автомобилите.

Поддръжката на двигател V4 може да бъде по-трудна и скъпа от тази на обичайните конфигурации като редови четирицилиндров двигател. Специфичното разположение на V4-ката може да направи някои компоненти по-трудно достъпни, което усложнява ремонта. Освен това рядкостта на V4 означава, че частите могат да бъдат по-трудни за намиране и по-скъпи, което увеличава общите разходи за поддръжка.

Липсата на търсене на двигатели V4 на автомобилния пазар може да се обясни до голяма степен с предпочитанията на потребителите и практическите съображения. По-достъпните и по-малко сложни редови четирицилиндрови двигатели са се превърнали в стандартния избор за повечето потребители, които отдават приоритет на надеждността, ефективността и достъпността.

По-високите разходи за производство и поддръжка на двигателите V4, съчетани със специфичната им ниша на приложение, ограничават привлекателността им на пазар, който се ръководи от разходите и практичността.

Тези фактори отреждат на V4 двигателите нишови приложения, където специфичните им предимства могат да се използват пълноценно.

Минутка за размисъл. Минало и бъдеще на V4 двигателите в автомобилна апликация

Макар да не доминират в автомобилния пейзаж като своите редови четирицилиндрови или V6 аналози, V4 двигателите са си извоювали уникално място в историята на автомобилостроенето. Те предлагат интересен подход, който търси баланса между сложността на конструкцията и ползите от производителността.

Наследството на V4 двигателите е запечатано в редица автомобили – от Ford Taunus и Lancia Lambda до високопроизводителното Porsche 919 Hybrid. Всеки от тези модели подчертава потенциала на двигателя V4 в различни автомобилни епохи и сегменти.

С поглед към бъдещето ролята на двигателите V4 остава несигурна в бързо развиващата се автомобилна индустрия, особено с преминаването към електрически и хибридни технологии. Въпреки това историческото и техническото значение на двигателите V4 ще продължи да бъде обект на интерес както за автомобилните ентусиасти, така и за инженерите и историците. Те са крайъгълен камък в многообразието на автомобилното инженерство и в непрекъснатия стремеж към иновации.