17 августа, 9:18

Самые большие 4-цилиндровые моторы

Почему их мало и зачем они нужны

Редакция «Мотора» вспоминала самые большие четырёхцилиндровые моторы, которые мировой автопром выпускал за последние полвека с лишним — и разбиралась, почему они скорее исключение, чем правило.

Откройте капот любой машины, и с вероятностью 90% найдёте там четырёхцилиндровый двигатель. Его конструкция проста и недорога в производстве, компактна и позволяет получить характеристики, достаточные для большинства автомобилей. Сплошные достоинства!

Но обратите внимание: у подавляющего большинства таких двигателей рабочий объём составляет 1,5–2 литра, то есть объём каждого цилиндра не превышает 0,5 литра. Редко четырёхцилиндровый мотор имеет больший рабочий объем.

Но и тогда цифры лишь немногим выше: 2,3–2,5 литра. Типичный пример — фордовско-маздовское семейство «четвёрок» Duratec, в котором старший мотор имел объём 2,5 литра (ставились на Ford Mondeo и Mazda CX-7). Или, скажем, мотор 2.4, которым оснащают кроссоверы Kia Sportage или Hyundai Santa Fe.

Reload
1 / 5

Самым крупным четырёхцилиндровым мотором в автомобильной истории считается двигатель, созданный в 1910 году специально для рекордного Fiat S76: его объём составлял 28,5 литра.

Почему же конструкторы не наращивают рабочий объём дальше? Препятствий несколько. Во-первых, это вибрации: рядная «четвёрка» — это двигатель, в котором не уравновешены силы инерции второго порядка, и рост объёма ведёт к резкому повышению уровня вибраций (а это ведёт к снижению не только комфорта, но и надёжности). Решить проблему можно, но не так-то просто — обычно при помощи замысловатой системы балансирных валов.

Есть и фундаментальные конструкторские проблемы — намного увеличить ход поршня мешает рост инерционных нагрузок, а если значительно увеличить диаметр цилиндра, то затрудняется нормальное сгорание топлива, увеличивается риск детонации. Да и компоновочные трудности никто не отменял — например, ограничение по высоте капота.

Reload
1 / 2

Рекордный Blitzen Benz 1909 года с четырёхцилиндровым мотором объёмом 21,5 литра впервые преодолел отметку 200 километров в час

И всё же в истории автопрома наберётся немаленький список исключений. В своей подборке мы намеренно оставили за скобками дизельные двигатели — особенно грузовые, среди которых встречаются моторы объёмом до 8,5 литра. Такие двигатели сравнительно тихоходны, поэтому рост инерционных нагрузок для них не так страшен — ведь инерционные нагрузки связаны с оборотами квадратичной зависимостью. Да и процесс сгорания в дизелях организован совершенно иначе.

Точно так же мы решили не включать в подборку разные эксперименты начала XX века — например, бензиновый четырёхцилиндровый мотор Daimler-Benz объёмом 21,5 литра. Двигателестроение тогда только зарождалось, и инженеры были не знакомы со многими эффектами, протекающими внутри мотора.

Итак, встречайте: четырёхцилиндровые гиганты, рождённые за последние 60 лет.

Toyota 3RZ-FE

2693 куб.см

Двигатель разрабатывался в конце 1980-х специально для микроавтобуса HiAce, рамных внедорожников Prado и пикапов Hilux. Требования к таким моторам понятны: для езды по бездорожью или с тяжёлым грузом нужна хорошая тяга на «низах» и высокая эластичность (пусть и в ущерб максимальной мощности). Плюс небольшая себестоимость изготовления — что особенно важно для коммерческой техники.

Reload
1 / 4

Toyota 3RZ-FE — простой и выносливый двигатель, но отнюдь не примитивной по конструкции

Мотор 2.7 — старший в линейке бензиновых «четвёрок» серии RZ. Их с самого начала конструировали с перспективой наращивания объёма, так что прочный чугунный блок скомпонован очень просторно: межцилиндровое расстояние составляет аж 102,5 миллиметра. Чтобы поднять объём до 2,7 литра, диаметр цилиндра и ход поршня довели до 95 миллиметров. В отличие от младших моторов серии RZ, этот снабдили блоком балансирных валов для снижения вибраций.

Reload
1 / 3

В 1993 году мотор 2.7 появился на Toyota Land Cruiser Prado в кузове J70...

Для своего времени мотор имел весьма современную конструкцию, но без экзотики: чугунный блок накрыт 16-клапанной головкой, привод ГРМ выполнен цепью, гидрокомпенсаторов нет. Максимальная мощность составляла всего 152 лошадиные силы, зато пик крутящего момента (240 Нм) приходился на невысокие обороты — 4000 оборотов в минуту.

В 2004 году вышел модернизированный вариант двигателя под индексом 2TR-FE, получивший новую головку цилиндров с гидравлическими компенсаторами и фазовращателем на впуске (а с 2015 года — и на выпуске). Его мощность выросла чисто символически, до 163 лошадиных сил, зато пик момента (245 Нм) переместился вниз, на 3800 оборотов в минуту.

Reload
1 / 2

Под капотом внедорожника Toyota Fortuner — дальнейшая эволюция того же мотора под индексом 2TR-FE

Российским автомобилистам этот двигатель знаком по внедорожникам Toyota Fortuner и наиболее доступным версиям Toyota Land Cruiser Prado.

ЗМЗ-409

2693 куб.см

Двигатель Заволжского моторного завода — тоже с внедорожным бэкграундом, как и большинство большеобъёмных «четвёрок»: он устанавливается на УАЗ Патриот и УАЗ Карго.

Мотор представляет собой дальнейшее развитие линейки двигателей ЗМЗ-406 (2,3 литра) и 405 2,5 (литра), которые разрабатывались в 1980-е для Волги. Для того времени их конструкция была очень современной: жёсткий чугунный блок, 16-клапанная головка, распределённый впрыск с электронным управлением, гидравлические толкатели клапанов.

В основе ЗМЗ-409 — конструкция второй половины 80-х годов, которая тогда была очень современной, и неплохо смотрится сейчас. Разумеется, с тех пор мотор получил множество решений, без которых его невозможно вписать в сегодняшние требования токсичности: например, катализатор с двумя лямбда-зондами и электронный дроссель

В конструкцию исходного мотора объёмом 2,3 литра с самого начала были заложены резервы для роста рабочего объёма. Для «четыреста девятого» диаметр цилиндра и ход поршня увеличили до 95,5 и 94 миллиметров (против 92 и 85 миллиметров на исходном моторе). Разумеется, в результате мотор стал менее «крутильным» — отсечка приходится всего на 5000 оборотов в минуту (хотя двигатель сохранил короткоходную геометрию). Балансирные валы для снижения вибраций на заволжском моторе не используются.

Reload
1 / 2

Двигатели ЗМЗ проектировались для газовских машин, но волею судеб завод оказался в группе «Соллерс» вместе с УАЗом. Так что теперь основные получатели моторов ЗМЗ-409 — это УАЗ Патриот и УАЗ Профи

Мощность двигателя 2.7 невелика: самый форсированный вариант с условным обозначением ЗМЗ Pro для грузовичка Профи развивает 160 лошадиных сил. Обычные версии и того слабее — 143 силы на Патриоте, а на «буханке» и вовсе 112 сил. Зато мотор получился эластичный, что важно для такого крупного и тяжёлого автомобилия, как УАЗ: на графике внешней скоростной характеристики видно, что ЗМЗ Pro выдаёт максимальные 245 Нм на 4000 оборотах в минуту, но на 2600 оборотах есть ещё один пик чуть пониже (235 Нм).

GM L3B

2727 куб.см

Так выглядит даунсайзинг по-американски: в качестве альтернативы безнаддувным «восьмёркам» в концерне General Motors разработали громадную турбо-«четверку» объёмом свыше 2,7 литра.

Двигатель с самого начала задумывали в расчёте на полноразмерные пикапы. Для большей тяги на низких оборотах его сделали очень длинноходным: диаметр цилиндра — 92,25 миллиметра, ход поршня — 102 миллиметра.

Reload
1 / 3

Большая турбо-«четверка» General Motors развивает полтысячи ньютон-метров момента в широчайшем диапазоне оборотов. Весит мотор около 150 килограммов.

При этом двигатель сконструирован по самым современным лекалам: использован непосредственный впрыск топлива (с боковым расположением форсунки), фазовращатели, система отключения цилиндров при частичной нагрузке, электронасос системы охлаждения. Блок цилиндров и головка выполнены из алюминиевого сплава, а выпускной коллектор интегрирован в головку, турбонагнетатель BorgWarner — двухканальный, причём с нетрадиционной геометрией витков.

Reload
1 / 2

Сейчас «четверка» 2.7 ставится на полноразмерные пикапы Chevrolet Silverado...

Отдача турбомотора достигает 314 лошадиных сил, крутящий момент — 473 Нм всего при 1500 оборотах в минуту. Двигатель ставят на базовые версии большого рамного пикапа Chevrolet Silverado (это родной брат внедорожника Chevrolet Tahoe), но уже со следующего года агрегат пропишется под капотом... компактного заднеприводного седана Cadillac CT4 — а точнее, его «заряженной» версии CT4-V. Для него мощность поднимут до 325 сил, а момент — до 515 Нм.

УМЗ-421

2889 куб.см

Этот двигатель был рождён не от хорошей жизни: ульяновский моторный завод пытался создать новый, более мощный агрегат, по максимуму использовав производственные линии, заточенные на производство допотопного двигателя от УАЗ-469 (который конструктивно восходит к мотору «Волги» ГАЗ-21).

Работы шли на закате СССР, и новое семейство двигателей было практически готово к 1993 году. Инженеры УМЗ увеличили рабочий объём, но сохранили общий конструктив старого мотора — межцилиндровое расстояние 116 миллиметров, алюминиевый блок, нижнее расположение распределительного вала, конструкцию головки, диаметры коренных и шатунных шеек коленвала.

Reload
1 / 2

Даже по внешнему виду агрегата УМЗ заметно его родство с мотором «двадцать первой» Волги

Объём нарастили с 2,5 до 2,89 литра — сохранив ход поршня 92 миллиметра, но увеличив диаметр цилиндра с 92 до 100 миллиметров (это близко к верхней границе возможного для бензинового мотора). Из-за этого пришлось пересмотреть конструкцию блока цилиндров: от хлипкого алюминиевого блока с мокрыми гильзами пришлось отказаться в пользу более жёсткой конструкции с тонкостенными гильзами, залитыми в блок.

При объёме 2889 кубических сантиметров ульяновский мотор оказался одной из самых большеобъёмных «четвёрок» в мире. Мелкосерийное производство нового мотора стартовало в 1999 году. В зависимости от модификации он развивал 98–112 лошадиных сил. Максимальный крутящий момент (201–221 Нм) приходился на очень невысокие обороты — лишь 2200–2500 оборотов в минуту.

Reload
1 / 2

Исторически завод УМЗ выпускал двигатели для УАЗа, но в постсоветское время оказался в составе группы ГАЗ. В результате основным получателем мотора УМЗ-421 была «Газель»

Этот мотор ставился на различные модели УАЗа (внедорожники 3151, «буханки», более современные внедорожники «Симбир» и «Патриот» семейства 3160/3162) и «Газели» с «Соболями», пока в 2013 году ему на смену не пришёл модернизированный двигатель УМЗ Evotech 2.7, переработанный корейской фирмой Tenergy.

GM LLV 'Vortec 2900'

2921 куб.см

На рубеже веков концерн General Motors выпустил целое семейство унифицированных рядных моторов Atlas для среднеразмерных внедорожников и пикапов.

Все они имели современные четырёхклапанные головки, одинаковый ход поршня (102 миллиметра), две разновидности по диаметру цилиндра (93 или 95,5 миллиметра) и разное количество цилиндров (четыре, пять или шесть).

Все моторы семейства Atlas отличались прогрессивной конструкцией с алюминиевым блоком и головкой; мощной рамой, связывающей крышки коленвала (что повышает жёсткость блока); рычажно-роликовыми толкателями клапанов и фазовращателем на выпуске. Для изготовления блока и головки использовалась технология литья по выплавляемым формам, требующая минимальной мехобработки.

Младшими в этом семействе были «четвёрки» c индексами LK5 и LLV. Их рабочий объём составлял 2,8 и 2,9 литра, мощность — 175 и 185 лошадиных сил. Как и положено моторам для пикапа, они отличались «низовым» характером — максимальный момент (251 и 258 Нм) приходился на 2800 оборотов в минуту. Впрочем, отсечка по оборотам была установлена довольно высоко: они могли «крутиться» до 6300 оборотов в минуту.

Моторы семейства Atlas ставились на огромное количество внедорожников General Motors (например, Chevrolet TrailBlazer и Hummer H3), но «четвёрки» полагались исключительно пикапам-близнецам Chevrolet Colorado, GMC Canyon и Isuzu i-280/i-290

Моторы ставились на среднеразмерные пикапы Chevrolet Colorado и GMC Canyon первого поколения и были сняты с производства вместе с этими машинами в 2012 году.

Porsche M44/41, M44/43 и M44/60

2990 куб.см

Подавляющее большинство моторов в нашей подборке — простенькие агрегаты, созданные для пикапов, фургончиков или внедорожников. Но это другой случай: данный двигатель создавался для спорткара Porsche 944.

Недорогое переднемоторное купе Porsche 924 конца 70-х годов частенько критиковали за слабый четырёхцилиндровый мотор 2.0 Audi. Поэтому взявшись за глубокую модернизацию спорткара, конструкторы Porsche создали для него совершенно другой двигатель. Правда, существенным ограничением были размеры моторного отсека, с самого начала рассчитанные на установку четырёхцилиндрового двигателя.

Reload
1 / 3

Первым трёхлитровую версию четырёхцилиндрового двигателя M44 получил Porsche 944 S2 в 1989 году

Под капотом вышедшего в 1983 году Porsche 944 разместили, по сути, правую половинку алюминиевого V8 от большого купе Porsche 928. Получившийся мотор 2.5 был очень короткоходным и с огромным диаметром цилиндра, составлявшим 100 миллиметров: с четырьмя цилиндрами это давало крайне неровную работу, так что пришлось использовать запатентованную Mitsubishi систему с парой балансирных валов. Зато двигатель получился крайне эластичным — настолько, что трогаться можно было даже со второй передачи.

Reload
1 / 4

16-клапанный мотор 3.0 на Porsche 968 получил систему изменения фаз газораспределения VarioCam, при этом его мощность довели до 240 лошадиных сил

В дальнейшем объём мотора увеличили сперва до 2,7 литра, доведя диаметр цилиндра до 104 миллиметров, а затем нарастили ход поршня до 87,8 миллиметров, получив на выходе три литра рабочего объёма: получилась одна из самых больших «четвёрок» в истории автопрома! Причём были как атмосферные версии, так и варианты с турбонаддувом.

Выпускалось несколько вариантов трёхлитрового двигателя: на Porsche 944 S2 он развивал 208 лошадиных сил, на Porsche 968 — уже 240 лошадиных сил. Все трёхлитровые «атмосферники» оснащались 16-клапанной головкой блока цилиндров.

Reload
1 / 5

Редчайший Porsche 968 Turbo S с турбомотором 3.0 мощностью 308 лошадиных сил

Ну а самым мощным вариантом из серийных был турбированный восьмиклапанник, выдававший 309 лошадиных сил. Правда, увидеть его вживую малореально: им оснащался только Porsche 968 Carrera S, выпущенный тиражом всего 14 экземпляров. На гоночной версии Turbo RS, построенной всего в трёх экземплярах, этот мотор форсировали до 350 сил. Кстати, был разработан и 16-клапанник с турбиной, но он так и остался в виде прототипа — серийно такие моторы не выпускались.

Pontiac “Trophy 4” engine

3187 куб.см

Как вы можете видеть, три литра — не предел для четырёхцилиндрового мотора! Эту отметку преодолел выпущенный в 1961 году двигатель Pontiac семейства Trophy 4, объём которого составлял 3,2 литра.

Этот мотор — один из плодов работы Джона Делориана, в те годы возглавлявшего подразделение Pontiac концерна General Motors. Для новой компактной модели Pontiac Tempest (компактной по американским меркам — длина составляла 4,8 метра) был нужен недорогой базовый мотор, а вот средств на его разработку в компании не было.

Reload
1 / 4

На схеме видно, как сильно «четвёрка» Pontiac наклонена на бок

По просьбе Делориана мотор буквально из ничего спроектировал легендарный гоночный механик «Смоки» Юник. Он в прямом смысле слова располовинил большую «восьмёрку» объмом 6,4 литра из семейства Trophy V8.

Получившийся мотор вышел очень тяжёлым (240 килограммов), зато крайне недорогим в производстве — ведь вся «начинка» была одинаковой с V8. У обоих моторов совпадали диаметр цилиндра и ход поршня, а всего в конструкции общими было около 120 компонентов. Кроме того, мехобработка шла на одних линиях, благодаря чему удалось крупно сэкономить на запуске в производство.

Большеобъёмный мотор страдал от сильных вибраций, но их удалось замаскировать при помощи разных ухищрений — например, очень мягких подушек двигателя или длинного податливого вала, который соединял двигатель с расположенной сзади коробкой передач.

Reload
1 / 2

Pontiac Tempest 1961 года

Мотор развивал от 110 до 166 лошадиных сил, в зависимости от версии карбюратора. Двигатель сняли с производства в 1964 году, параллельно с освоением модели Tempest второго поколения.

IHC Comanche

3212 куб.см

Аналогичным образом, из V-образной «восьмёрки», в начале шестидесятых был получен четырёхцилиндровый мотор семейства Comanche для внедорожника International Harvester Scout.

Сейчас эта марка прочно забыта, но в те времена она выпускала сельскохозяйственную технику, тяжёлые грузовики, линейку пикапов, а в 1961 году выпустила на рынок ещё и небольшой внедорожник Scout.

Reload
1 / 5

Четырёхцилиндровый мотор Comanche объёмом 196 кубических дюймов (3,2 литра) — самый крупный четырёхцилиндровый мотор в истории легкового автопрома

В качестве базового двигателя для него разработали четырёхцилиндровый мотор серии Comanche. International Harvester была небольшой компанией, и средств было мало — поэтому новый двигатель был создан максимально бюджетным способом: конструкторы располовинили пятилитровую «восьмёрку», предназначенную для стационарной установки (например, для привода генератора).

International Harvester Scout

А к 1968 году они таким же способом создали настоящего гиганта: «четвёрку» объёмом 3,2 литра получили, располовинив грузовой V8 6.4. Мотор развивал всего 111 лошадиных сил, а к концу 70-х из-за ужесточения требований к токсичности его отдача и вовсе снизилась до 93 сил.

Впрочем, задолго до этого его доля в производственной программе рухнула, когда на внедорожнике Scout стали предлагать тяговитые и плавные моторы V8. Впрочем, это уже и неважно — ведь мотор остался в истории как самая большеобъёмная «четвёрка», когда-либо ставившаяся на легковой автомобиль!