Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с Straight-4 )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема DOHC прямо-четыре двигателя
1989-2006 Двигатель Ford I4 DOHC со снятой головкой блока цилиндров
2006-2009 Nissan M9R дизельный двигатель

Прямо-четыре двигатель (также называемый инлайн-четыре ) представляет собой четыре-цилиндровый поршневой двигатель , где цилиндры расположены в линии вдоль общий коленчатый вал.

В подавляющем большинстве автомобильных четырехцилиндровых двигателей используется прямая четырехцилиндровая компоновка [1] : p13–16 (за исключением четырехцилиндровых двигателей, производимых Subaru и Porsche) [2], и эта компоновка также очень распространена в мотоциклах. и другая техника. Поэтому термин «четырехцилиндровый двигатель» обычно является синонимом четырехцилиндровых двигателей.

В период с 2005 по 2008 год доля проданных в США новых автомобилей с четырехцилиндровыми двигателями выросла с 30% до 47%. [3] [4]

Дизайн [ править ]

Четырехтактный рядный четырехтактный двигатель всегда имеет цилиндр на рабочем такте, в отличие от двигателей с меньшим количеством цилиндров, где в определенные моменты времени рабочий ход не происходит. По сравнению с двигателем V4 или плоским четыре двигателя , пр двигатель имеет четыре только один цилиндр головки, что снижает сложность и стоимость производства.

Когда рядный четырехцилиндровый двигатель установлен под наклоном (вместо вертикальной ориентации цилиндров), его иногда называют наклонным четырехцилиндровым двигателем .

Смещение [ править ]

Бензиновые рядные четырехцилиндровые двигатели, используемые в современных серийных автомобилях, обычно имеют рабочий объем 1,3–2,5 л (79–153 куб. Дюймов), однако в прошлом использовались более крупные двигатели, например, 4½ литра Bentley 1927–1931 годов .

Дизельные двигатели производились в больших объемах, таких как двигатель Mitsubishi с турбонаддувом 3,2 л (использовался внедорожник Pajero / Shogun / Montero) и двигатель Toyota объемом 3,0 л. Европейские и азиатские грузовики с полной массой от 7,5 до 18 тонн обычно используют рядные четырехцилиндровые дизельные двигатели с рабочим объемом около 5 литров. [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] Большие смещения встречаются в локомотивных, судовых и стационарных двигателях.

Объем двигателя также может быть очень маленьким, как в кей-карах, продаваемых в Японии. Некоторые из этих двигателей имели четыре цилиндра одновременно, когда правила предписывали максимальный рабочий объем 550 куб. максимальный размер в настоящее время составляет 660 куб.

Первичный и вторичный баланс [ править ]

Прямоточные двигатели с предпочтительной конфигурацией коленчатого вала имеют идеальный первичный баланс . [1] : p12 Это потому, что поршни движутся попарно, и одна пара поршней всегда движется вверх одновременно с другой парой движется вниз.

Однако у рядных четырехцилиндровых двигателей есть вторичный дисбаланс . Это вызвано тем, что ускорение / замедление поршней во время верхней половины вращения коленчатого вала больше, чем у поршней в нижней половине вращения коленчатого вала (поскольку шатуны не бесконечно длинные). В результате два поршня всегда ускоряются быстрее в одном направлении, в то время как два других ускоряются медленнее в другом направлении, что приводит к вторичному динамическому дисбалансу, вызывающему вертикальную вибрацию при удвоенной частоте вращения коленчатого вала. Этот дисбаланс характерен для всех поршневых двигателей, но особенно сильно он проявляется в рядных четырехцилиндровых двигателях, поскольку два поршня всегда движутся вместе.

Сила этого дисбаланса определяется возвратно-поступательной массой, отношением длины шатуна к ходу и максимальной скоростью поршня. Таким образом, двигатели малого рабочего объема с легкими поршнями малоэффективны, а в гоночных двигателях используются длинные шатуны. Однако эффект растет экспоненциально с увеличением числа оборотов двигателя (об / мин).

Пульсации в подаче энергии [ править ]

Анимация движка Inline-Four

Четырехтактные двигатели с пятью или более цилиндрами могут иметь по крайней мере один цилиндр, выполняющий свой рабочий ход в любой данный момент времени. Однако у четырехцилиндровых двигателей есть пробелы в подаче мощности, поскольку каждый цилиндр завершает свой рабочий ход до того, как следующий поршень начнет новый рабочий ход. Эта пульсирующая подача мощности вызывает больше вибраций, чем двигатели с более чем четырьмя цилиндрами.

Использование балансирных валов [ править ]

Система уравновешивающего вала иногда используется для уменьшения вибраций, создаваемых рядным четырехцилиндровым двигателем, чаще всего в двигателях с большим рабочим объемом. Система уравновешивающего вала была изобретена в 1911 году и состоит из двух валов, несущих одинаковые эксцентриковые веса, которые вращаются в противоположных направлениях с удвоенной скоростью коленчатого вала. [1] : p42–44 Эта система была запатентована Mitsubishi Motors в 1970-х годах и с тех пор используется по лицензии несколькими другими компаниями. [12] [13]

Однако не во всех четырехцилиндровых двигателях большого объема использовались балансирные валы. Примеры относительно больших двигателей без балансирных валов включают 2,4-литровый двигатель Citroën DS , 2,6-литровый двигатель Austin-Healey 100 , 3,3-литровый двигатель Ford Model A (1927) и 2,5-литровый двигатель GM Iron Duke . Советские / российские двигатели ГАЗ Волга и УАЗ с рабочим объемом до 2,9 литра производились без балансировочных валов с 1950-х по 1990-е годы, однако это были относительно малооборотные двигатели, что уменьшало потребность в системе балансирных валов. [1] : стр. 40–44.

Использование в серийных автомобилях [ править ]

1908-1941 двигатель Ford Model T
Двигатель Alfa Romeo Twin Cam 1970 года

Большинство современных рядных четырехцилиндровых двигателей, используемых в автомобилях, имеют рабочий объем 1,5–2,5 л (92–153 куб. Дюйма). Самый маленький автомобильный рядный четырехцилиндровый двигатель был использован в грузовике Honda T360 kei 1963-1967 годов и имеет рабочий объем 356 куб.см (21,7 куб. Дюйма), в то время как самый большой серийный четырехцилиндровый двигатель - дизельный Mitsubishi 4M41 1999-2019 годов. двигатель, который использовался в Mitsubishi Pajero и имел рабочий объем 3,2 л (195 куб. дюймов). [14] [15]

Важные рядные автомобильные двигатели включают в себя:

  • 1954–1994 Двигатель Alfa Romeo Twin Cam - один из первых серийных двигателей с двумя распредвалами. [16] В 1990 году он стал первым серийным двигателем с регулируемыми фазами газораспределения . [17]
  • 1908-1941 Двигатель Ford Model T - один из самых массовых двигателей в мире.
  • 1951-2000 Двигатель BMC A-Series - первый двигатель, который будет использоваться в серийном переднеприводном автомобиле с поперечно расположенным двигателем.
  • 1966-2000 Двигатель Fiat Twin Cam - один из первых серийных двигателей с двумя распредвалами, выпускался с 1959 года.
  • 1968–1981 Двигатель Triumph Slant-4 - ранний многоклапанный двигатель, который лег в основу первых двигателей Saab с турбонаддувом.
  • Двигатель Honda F20C 2000-2009 гг. - максимальная удельная мощность среди атмосферных двигателей своего времени.

Использование в гоночных автомобилях [ править ]

Двигатель BMW M12 / 13 Формулы-1 1980-х годов

Многие ранние гоночные автомобили использовали рядные четыре двигателя, однако двигатель Peugeot, выигравший в 1913 году Индианаполис 500, был очень влиятельным двигателем. Этот двигатель, разработанный Эрнестом Генри , имел двойные верхние распредвалы (DOHC) с четырьмя клапанами на цилиндр, компоновка, которая до сегодняшнего дня стала стандартом для гоночных четырехрядных двигателей. [18] : стр. 14–17.

Среди двигателей, вдохновленных дизайном Peugeot, был двигатель Miller , который был успешным гоночным двигателем в 1920-х и начале 1930-х годов. Двигатель Миллера превратился в двигатель Оффенхаузера, который имел очень успешный период с 1933 по 1981 год, включая пять побед подряд на Indianapolis 500 с 1971 по 1976 год. [18] : p182–185

Многие автомобили, выпущенные для предвоенных гонок категории Voiturette Grand Prix, использовали рядные четырехцилиндровые двигатели. Двигатели с наддувом объемом 1,5 л нашли свое применение в таких автомобилях, как Maserati 4CL и различные модели английских гоночных автомобилей (ERA). Они были возрождены после войны и легли в основу того, что позже стало Формулой-1 , хотя в первые годы Формулы-1 доминировали рядные восьмицилиндровые модели Alfett с наддувом.

Другой двигатель, сыгравший важную роль в истории гонок, - это рядный четырехцилиндровый двигатель Ferrari, разработанный Аурелио Лампреди . Этот двигатель был первоначально разработан как 2-литровый двигатель Формулы 2 для Ferrari 500, но затем был увеличен до 2,5 литров для участия в Формуле-1 на Ferrari 625. [18] : p78–81,86–89 Для гонок на спортивных автомобилях мощность была равна увеличился до 3,4 л для Ferrari 860 Monza.

Coventry Climax прямо-четыре двигателя был также очень успешным гоночный двигатель, который начал жизнь как 1,5 литра Формула 2 двигатель. Увеличенный до 2,0 литра для Формулы-1 в 1958 году, он превратился в большую машину FPF объемом 2495 куб. См, которая выиграла чемпионат Формулы-1 на шасси Cooper в 1959 и 1960 годах. [18] : p130–133

В Формуле-1 в 80-е годы преобладали автомобили с турбонаддувом объемом 1500 куб. Двигатель BMW M12 / 13 отличался высоким давлением наддува и производительностью. Чугунный блок был основан на стандартном дорожном автомобильном блоке и приводил в движение автомобили Формулы 1 Brabham, Arrows и Benetton и выиграл чемпионат мира в 1983 году. Версия двигателя 1986 года, как сообщалось, вырабатывала около 1300 л.с. (969 кВт) в квалификации. подрезать. [19]

Использование в мотоциклах [ править ]

Смотрите также: Двигатель мотоцикла
Двигатель Honda CB750 1970 года

Бельгийский производитель оружия FN Herstal , производивший мотоциклы с 1901 года, начал производить первые мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями в 1905 году. [20] У FN Four двигатель был установлен вертикально, а коленчатый вал продольно . Другие производители, которые использовали эту схему, включали Pierce , Henderson , Ace , Cleveland и Indian в США, Nimbus в Дании, Windhoff в Германии и Wilkinson в Великобритании. [21]

Первым поперечно-рамным 4-цилиндровым мотоциклом стал гоночный Gilera 500 Rondine 1939 года , он также имел распределительные валы с двумя головками, нагнетатель и жидкостное охлаждение . [22] Современная рядные четыре мотоциклетных двигатели первые стали популярными с Honda «s SOHC CB750 введены в 1969 году, и другие последовал в 1970 - х годах. С тех пор рядная четверка стала одной из самых распространенных конфигураций двигателя в уличных байках. За пределами категории круизеров , рядная четверка является наиболее распространенной конфигурацией из-за ее относительно высокого соотношения производительности и стоимости. [ необходима цитата ]Все основные японские производители мотоциклов предлагают мотоциклы с рядными четырехцилиндровыми двигателями, как и MV Agusta и BMW . Ранние четырехцилиндровые мотоциклы BMW устанавливались горизонтально вдоль рамы, но все современные четырехцилиндровые мотоциклы BMW имеют поперечные двигатели . Современная компания Triumph предложила мотоциклы с рядным четырехцилиндровым двигателем, но их производство было прекращено в пользу трехместных .

На Yamaha R1 2009 года установлен рядный четырехцилиндровый двигатель, который не срабатывает даже с интервалом в 180 °. Вместо этого он использует перекрестный коленчатый вал, который предотвращает одновременное достижение поршнями верхней мертвой точки. Это приводит к лучшему вторичному балансу , что особенно полезно в диапазоне высоких оборотов, а теория « большого взрыва » гласит, что нерегулярная передача крутящего момента на заднюю шину облегчает управление скольжением в поворотах на гоночных скоростях.

Инлайн-четыре двигателя также используются в MotoGP по Suzuki (с 2015 года ) и Yamaha (с 2002 года ) команд. В 2010 году , когда был представлен четырехтактный класс Moto2, двигатели для этого класса представляли собой рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 600 куб. См (36,6 куб. Дюймов), изготовленный компанией Honda на базе CBR600RR с максимальной выходной мощностью 110 кВт (150 л.с.). . Начиная с 2019 года двигатели были заменены тройным двигателем Triumph объемом 765 куб. См (46,7 куб. Дюймов) .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Нанни, MJ (2006). Технология легких и тяжелых транспортных средств (4-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-8037-7.
  2. ^ "Производительность: новый 718 Boxster" . Порше. 2016 . Проверено 1 ноября 2016 .
  3. ^ Шембари, Джеймс (2010-10-15). "Семейный седан, работающий на меньшем количестве цилиндров - Buick LaCrosse CX 2010 года - Обзор" . Нью-Йорк Таймс .
  4. ^ Ульрих, Лоуренс (13 августа 2010 г.). «Четырехцилиндровые двигатели меньше, тише и пользуются новым уважением» . Нью-Йорк Таймс .
  5. ^ "4-Zylinder Reihenmotor für Nutzfahrzeuge" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 14 июля 2011 года . Проверено 1 августа 2011 .
  6. ^ "MAN Truck & Bus - TGL" . Архивировано из оригинала на 2011-05-23 . Проверено 9 мая 2011 .
  7. ^ "VARIOmobil - Добро пожаловать в круг роскошных автобусов - транспортных средств для отдыха - домов на колесах" . Архивировано из оригинала на 2011-08-27 . Проверено 9 мая 2011 .
  8. ^ "Коммерческие автомобили Isuzu - Низкие передние грузовики - Коммерческие автомобили - Дизельный двигатель 4HK1-TC 5.2L" . Архивировано из оригинала на 2010-12-24 . Проверено 14 декабря 2010 .
  9. ^ "Евро 4 'Форвард' F11O.21O" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 ноября 2010 года . Проверено 14 декабря 2010 .
  10. ^ «Дизельные двигатели | Продукция» . Hino Global . Проверено 23 мая 2017 .
  11. ^ "Серия Hino 500" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 14 декабря 2010 года . Проверено 14 декабря 2010 .
  12. ^ Карни, Дэн (2014-06-10). «Раньше они были автопроизводителями» . ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: BBC . Проверено 1 ноября 2018 .
  13. ^ Надель, Брайан (июнь 1989). "Уравновешивание". Популярная наука . п. 52.
  14. ^ [1] [ неработающая ссылка ]
  15. ^ "MITSUBISHI MOTORS в Германии" . Mitsubishi-motors.de . 2016-08-16. Архивировано из оригинала на 2013-06-06 . Проверено 23 мая 2017 .
  16. ^ "ДЖУЗЕПП БУССО, 1913-2006: ДАНЬ АЛЬФА РОМЕО И ВЕЛИКИЙ ИНЖЕНЕР ФЕРРАРИ" . www.italiaspeed.com .
  17. ^ "Переменная синхронизация клапана (VVT)" . www.autobytel.com .
  18. ^ a b c d Людвигсен, Карл (2001). Классические гоночные двигатели . Haynes Publishing. ISBN 1-85960-649-0.
  19. ^ "Двигатель BMW Turbo F1" . Gurneyflap.com . Проверено 13 сентября 2010 .
  20. ^ Сигал, Марджи (май – июнь 2017 г.). «То же самое, но разные: Мотоциклы Cleveland 4-45 и 4-61 1927 года» . Мотоциклетная классика . Проверено 20 июня 2017 .
  21. ^ Эдвардс, Дэвид (август 1997). Эдвардс, Дэвид (ред.). "Четверка" . Велосипедный мир . Ньюпорт-Бич, Калифорния, США: Журналы Hachette Filipacchi. 36 (8): 42–43. ISSN 0011-4286 . Проверено 21 сентября 2013 . 
  22. ↑ Хэмиш, Купер (январь – февраль 2018 г.). "Radical Rondine: 1939 Gilera 500 Rondine" . Мотоциклетная классика . Проверено 13 апреля 2018 .

См. Также [ править ]

  • Четырехцилиндровый двигатель
  • Двигатель V4