Прямой четыре двигателя

1989-2006 гг. Форд I4 Двигатель DOHC с удаленной головкой цилиндра

Прямой четыре двигателя (также называемый двигателем встроенного четырех ) представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель , где цилиндры расположены в линии вдоль общего коленчатого вала.

Большинство автомобильных четырехцилиндровых двигателей используют прямую четверку ^{[ 1 ]}^{: с. 13–16} (За исключением двигателей с плоской четырех, произведенными Subaru и Porsche) ^{[ 2 ]} И планировка также очень распространена у мотоциклов и других машин. Поэтому термин «четырехцилиндровый двигатель» обычно является синонимом простых четырех двигателей. Когда прямой четыре двигателя устанавливается под наклонным углом (вместо цилиндров, ориентированных по вертикали), его иногда называют наклонным четыре .

В период с 2005 по 2008 год доля новых транспортных средств, продаваемых в Соединенных Штатах с четырехцилиндровыми двигателями, выросла с 30% до 47%. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} К 2020 году модельный год доля для легких автомобилей выросла до 59%. ^{[ 5 ]}

Дизайн

Четырехтактный прямой двигатель всегда имеет цилиндр на своем силовом ходу, в отличие от двигателей с меньшим количеством цилиндров, где в определенное время не происходит хода питания. По сравнению с двигателем V4 или двигателем с плоской четверть , прямой четыре двигателя имеет только одну цилиндрическую головку , которая снижает сложность и стоимость производства.

Смещение

обычно имеют смещение 1,3–2,5 л (79–153 куб. Бензиновые прямые четыре двигатели , используемые в современных производственных автомобилях ,

Дизельные двигатели были произведены в более крупных смещениях, таких как 3,2 -литровый двигатель Mitsubishi с турбонаддувом (использовался внедорожник Pajero/Shogun/Montero) и двигатель Toyota 3,0 л. Европейские и азиатские грузовики с весом грубых автомобилей от 7,5 до 18 тонн обычно используют встроенные четырехцилиндровые дизельные двигатели с смещениями около 5 литров. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Большие перемещения встречаются в локомотивах, морских и стационарных двигателях.

Смещение также может быть очень небольшим, как можно найти в автомобилях Kei, продаваемых в Японии. Некоторые из этих двигателей имели четыре цилиндра в то время, когда правила продиктовали максимальное смещение 550 куб. Максимальный размер в настоящее время составляет 660 куб.

Первичный и вторичный баланс

Прямые четыре двигателя с предпочтительной конфигурацией коленчатого вала имеют идеальный первичный баланс . ^{[ 1 ]}^{: p. 12} Это связано с тем, что поршни движутся парами, а одна пара поршней всегда движется вверх, когда другая пара движется вниз.

Тем не менее, простые четыре двигателя имеют вторичный дисбаланс . Это вызвано ускорением/замедлением поршней во время верхней половины вращения коленчатого вала, превышающим, чем у поршней в нижней половине вращения коленчатого вала (потому что соединительные шатуны не являются бесконечно длинными). В результате два поршня всегда быстрее ускоряются в одном направлении, в то время как два других ускоряются медленнее в другом направлении, что приводит к вторичному динамическому дисбалансу, который вызывает вибрацию вверх и вниз с двойной скоростью коленного вала. Этот дисбаланс распространен среди всех поршневых двигателей, но эффект особенно силен на четырехтактно-линии-четыре из-за двух поршней, всегда движущихся вместе.

Сила этого дисбаланса определяется по возвратной массе, соотношением длины соединения стержня к ходу и пиковой скоростью поршня. Следовательно, небольшие двигатели смещения с легкими поршнями показывают небольшой эффект, а гоночные двигатели используют длинные шатуны. Тем не менее, эффект растет квадратично с скоростью двигателя (об / мин).

Пульсации при доставке энергии

Четырехтактные двигатели с пятью или более цилиндрами могут иметь по крайней мере один цилиндр, выполняющий свой мощный удар в любой заданный момент времени. Тем не менее, четырехцилиндровые двигатели имеют промежутки в подаче питания, поскольку каждый цилиндр завершает свой ход мощности, прежде чем следующий поршень запустит новый удар питания. Эта пульсирующая доставка мощности приводит к большему количеству вибраций, чем двигатели с более чем четырьмя цилиндрами.

Использование валов баланса

Система баланса вала иногда используется для уменьшения вибраций, созданных с помощью простых четырех двигателей, чаще всего в двигателях с большими смещениями. Система вала баланса была изобретена в 1911 году и состоит из двух валов, несущих идентичные эксцентричные веса, которые вращаются в противоположных направлениях, в два раза выше скорости коленчатого вала. ^{[ 1 ]}^{: с. 42–44} Эта система была запатентована Mitsubishi Motors в 1970 -х годах и с тех пор была использована по лицензии несколькими другими компаниями. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

Однако не все крупные перемещения, простые четыре двигателя использовали валы баланса. Примеры относительно больших двигателей без стволов баланса включают 2,4-литровый двигатель Citroën DS , 2,6-литровый двигатель Austin-Healey 100 , двигатель Ford Model A 3,3 л (1927) и двигатель 2,5 л Iron Duke . Советские/российские двигатели Volga и UAZ с смещениями до 2,9 литров были получены без стволов баланса с 1950-х годов до 1990-х годов, однако это были относительно низкоотражающие двигатели, которые снижают потребность в системе баланса. ^{[ 1 ]}^{: с. 40–44}

Использование в производственных автомобилях

Большинство современных прямых двигателей, используемых в автомобилях, имеют смещение 1,5–2,5 л (92–153 куб. с прямой четверкой использовался в грузовике Honda T360 KEI 1963–1967 гг Наименьший автомобильный двигатель . двигатель, который использовался в Mitsubishi Pajero и имеет смещение 3,2 л (195 куб). ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Значительные простые четыре автомобильные двигатели включают в себя:

1954–1994 гг. Alfa Romeo Twin Cam Engine : один из первых массовых двигателей с двумя камирами. ^{[ 17 ]} В 1990 году он стал первым производственным двигателем с переменным временем клапана . ^{[ 18 ]}
1908–1941 годы Ford Model T Engine : один из наиболее широко изготовленных двигателей в мире.
1951–2000 BMC A-Series Engine : первый двигатель, который будет использоваться в переднем приводном автомобиле с поперечным двигателем массового производства.
1966–2000 Fiat Twin Cam Engine : один из первых массовых двигателей с двумя камерами, произведенным в 1959 году.
1968–1981 гг .
2000–2009 годы Honda F20C Двигатель : создал самый высокий специфический выход для естественного усиленного двигателя своего времени.

Использование в гоночных автомобилях

Многие ранние гоночные автомобили использовали простые четыре двигателя, однако двигатель Peugeot, который выиграл Indianapolis 500 1913 года, был очень влиятельным двигателем. Разработанный Эрнестом Генри , этот двигатель имел двойные верхние распределительные валы (DOHC) с четырьмя клапанами на цилиндр, макет, который станет стандартом до сегодняшнего дня для гоночных четырех двигателей. ^{[ 19 ]}^{: с. 14–17}

Среди двигателей, вдохновленных дизайном Peugeot, был двигатель Miller , который был успешным гоночным двигателем в течение 1920 -х и начала 1930 -х годов. Двигатель Miller превратился в двигатель Offenhauser , который имел очень успешное охват с 1933 по 1981 год, в том числе пять побед подряд в Индианаполисе 500 с 1971 по 1976 год. ^{[ 19 ]}^{: с. 182–185}

встроенные использовали Многие автомобили, выпущенные для категории автомобильных гонок Grand Prix Prewii Grand Prix, четырех проектирования двигателей. 1,5 л двигатели с наддувом попали в автомобили, такие как Maserati 4CL и различные модели английских гоночных автомобилей (ERA). Они были воскрешены после войны и сформировали основу того, что позже стало Формулой-1 , хотя прямые надувные альфетты будут доминировать в первые годы F1.

Другим двигателем, который сыграл важную роль в истории гонок, является прямой четвертый двигатель Ferrari, разработанный Aurelio Lampredi . Этот двигатель был первоначально спроектирован как двигатель Formula 2 2 л для Ferrari 500, но развивался до 2,5 л, чтобы конкурировать в Формуле -1 в Ferrari 625. ^{[ 19 ]}^{: с. 78–81, 86–89} Для гонок спортивных автомобилей вместимость увеличилась до 3,4 л для Ferrari 860 Monza.

Pour Крамовая кульминация Coventry Prime было также очень успешным гоночным двигателем, который начал жизнь как 1,5-литровый двигатель Formula 2. , он превратился в большие 2495 куб В 1958 году он увеличился до 2,0 литров для Формулы -1 . ^{[ 19 ]}^{: с. 130–133}

В Формуле -1 в 1980 -х годах доминировали автомобили с турбонаддувом 1500 куб. Двигатель BMW M12/13 был известен эпохой за его высокое давление и производительность. Чугунный блок был основан на стандартном блоке дорожного автомобиля и работал на автомобилях F1 в Брэбхэме, Эруу и Бенеттоне и выиграл чемпионат мира в 1983 году. Говорят, что версия двигателя 1986 года производила около 1300 л.с. (969 кВт) в квалификации. подрезать. ^{[ 20 ]}

Использование в мотоциклах

Бельгийский производитель оружия Fn Herstal , который производил мотоциклы с 1901 года, начал производить первые мотоциклы в 1905 году. ^{[ 21 ]} У FN Four был установлен двигатель в вертикальном положении с продольным коленчатого вала . Другие производители, которые использовали этот макет, включали Пирса , Хендерсона , Эйса , Кливленда и Индии в Соединенных Штатах, Нимбус в Дании, Уиндхофф в Германии и Уилкинсон в Соединенном Королевстве. ^{[ 22 ]}

Первым 4-цилиндровым мотоциклом в течение всего личности был гонщик 1939 года Gilera 500 Rondine , он также имел распределительные валы с двойной головкой, вынужденный нагнетатель и был охлажден жидкостью . ^{[ 23 ]} Современные встроенные мотоциклетные двигатели впервые стали популярными среди Honda SOHC представленной CB750, в 1969 году, а другие последовали в 1970-х годах. С тех пор встроенный четвертый стал одной из самых распространенных конфигураций двигателя в уличных велосипедах. За пределами категории крейсера , встроенная четверка является наиболее распространенной конфигурацией из-за его относительно высокого соотношения производительности к стоимости. ^{[ Цитация необходима ]} Все крупные японские производители мотоциклов предлагают мотоциклы с встроенными четырех двигателями, как и MV Agusta и BMW . Ранние мотоциклы BMW-врожденных мотоциклов были установлены горизонтально вдоль рамы, но все текущие четырехцилиндровые мотоциклы BMW имеют поперечные двигатели . Современная компания Triumph предложила мотоциклы с встроенными мощными, хотя они были прекращены в пользу тройков .

2009 года У Yamaha R1 есть двигатель с встроенным четырех, который не стреляет даже с интервалом 180 °. Вместо этого он использует коленчатый вал с перекрестной планой , который не позволяет поршням одновременно достигать верхнего мертвого центра. Это приводит к лучшему вторичному балансу , что особенно полезно в более высоком диапазоне оборотов, а теория « Большой баггинг » говорит, что нерегулярная доставка крутящего момента в заднюю шину облегчает скольжение по углам на скоростях гонок.

Встроенные четыре двигателя также используются в MotoGP командами Suzuki (с 2015 года ) и Yamaha (с 2002 года ). В 2010 году , когда был введен четырехтактный класс Moto2, двигатели для класса составляли 600 куб. См 36,6 ( . куб Полем Начиная с 2019 года , двигатели были заменены Triumph 765 CC (46,7 куб тройным двигателем .

Использование в легких и средних коммерческих транспортных средствах

Встроенные четыре двигателя также используются в коммерческих транспортных средствах Light Duty, таких как Karsan Jest и Mercedes-Benz Sprinter .

Смотрите также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Nunney, MJ (2006). Легкие и тяжелые автомобильные технологии (4 -е изд.). Баттерворт-Хейнеманн. ISBN 0-7506-8037-7 .
^ «Производительность: новый 718 Boxster» . Porsche. 2016 Получено 2016-11-01 .
^ Schembari, James (2010-10-15). «Семейный седан, стреляющий по меньшему количеству цилиндров - 2010 Buick Lacrosse CX - обзор» . New York Times .
^ Ульрих, Лоуренс (2010-08-13). «Четырехцилиндровые двигатели меньше, тише и получают новое уважение» . New York Times .
^ «Исследуйте данные автомобильных тенденций» . Ноябрь 2021 года . Получено 2021-11-25 .
^ «4-цилиндровый двигатель строки для коммерческих транспортных средств» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-14 . Получено 2011-08-01 .
^ "Man Truck & Bus - TGL" . Архивировано из оригинала 2011-05-23 . Получено 2011-05-09 .
^ «Variomobil - Добро пожаловать на круг роскошных тренеров - автомобили отдыха - моторные дома» . Архивировано из оригинала 2011-08-27 . Получено 2011-05-09 .
^ «Коммерческие транспортные средства Isuzu - грузовики с низким содержанием кабины - коммерческие транспортные средства - дизельный двигатель 4HK1 -TC 5,2 л» . Архивировано из оригинала 2010-12-24 . Получено 2010-12-14 .
^ "Euro 4 'Forward' f11o.21o" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-11-26 . Получено 2010-12-14 .
^ «Дизельные двигатели | Продукты» . Hino Global . Получено 2017-05-23 .
^ "Hino 500 Series" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-12-14 . Получено 2010-12-14 .
^ Карни, Дэн (2014-06-10). «До того, как они стали автопроизводителями» . Великобритания: BBC . Получено 2018-11-01 .
^ Надель, Брайан (июнь 1989 г.). «Балансировать акт». Популярная наука . п. 52
^ Спецификации Pajero/Montero (PDF)
^ «Mitsubishi Motors в Deutschland» . Mitsubishi-motors.de . 2016-08-16. Архивировано с оригинала 2013-06-06 . Получено 2017-05-23 .
^ «Джузеппе Буссо, 1913-2006 гг.: Дань Альфа Ромео и Великому инженеру Феррари» . www.italiaspeed.com .
^ "Переменное время клапана (VVT)" . www.autobytel.com .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Ludvigsen, Karl (2001). Классические гоночные двигатели . Haynes Publishing. ISBN 1-85960-649-0 .
^ "BMW Turbo F1 Engine" . Gurneyflap.com . Получено 2010-09-13 .
^ Зигал, Марджи (май -июнь 2017). «То же самое, но разные: 1927 Кливленд 4-45 и 4-61 мотоциклы» . Классика мотоцикла . Получено 2017-06-20 .
^ Эдвардс, Дэвид (август 1997 г.). Эдвардс, Дэвид (ред.). "Четырех бегунов" . Цикл мира . 36 (8). Ньюпорт -Бич, Калифорния, США: Hachette Filipacchi Magazines: 42–43. ISSN 0011-4286 . Получено 2013-09-21 .
^ Хэмиш, Купер (январь -февраль 2018 года). «Радикальный Рондин: 1939 Гилера 500 Рондин» . Классика мотоцикла . Получено 2018-04-13 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с двигателями Straight-4 в Wikimedia Commons

[Nunney-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Nunney, MJ (2006). Легкие и тяжелые автомобильные технологии (4 -е изд.). Баттерворт-Хейнеманн. ISBN 0-7506-8037-7 .

[2] «Производительность: новый 718 Boxster» . Porsche. 2016 Получено 2016-11-01 .

[3] Schembari, James (2010-10-15). «Семейный седан, стреляющий по меньшему количеству цилиндров - 2010 Buick Lacrosse CX - обзор» . New York Times .

[4] Ульрих, Лоуренс (2010-08-13). «Четырехцилиндровые двигатели меньше, тише и получают новое уважение» . New York Times .

[5] «Исследуйте данные автомобильных тенденций» . Ноябрь 2021 года . Получено 2021-11-25 .

[6] «4-цилиндровый двигатель строки для коммерческих транспортных средств» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-14 . Получено 2011-08-01 .

[7] "Man Truck & Bus - TGL" . Архивировано из оригинала 2011-05-23 . Получено 2011-05-09 .

[8] «Variomobil - Добро пожаловать на круг роскошных тренеров - автомобили отдыха - моторные дома» . Архивировано из оригинала 2011-08-27 . Получено 2011-05-09 .

[9] «Коммерческие транспортные средства Isuzu - грузовики с низким содержанием кабины - коммерческие транспортные средства - дизельный двигатель 4HK1 -TC 5,2 л» . Архивировано из оригинала 2010-12-24 . Получено 2010-12-14 .

[10] "Euro 4 'Forward' f11o.21o" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-11-26 . Получено 2010-12-14 .

[11] «Дизельные двигатели | Продукты» . Hino Global . Получено 2017-05-23 .

[12] "Hino 500 Series" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-12-14 . Получено 2010-12-14 .

[bbc1-13] Карни, Дэн (2014-06-10). «До того, как они стали автопроизводителями» . Великобритания: BBC . Получено 2018-11-01 .

[PS-Jun89-14] Надель, Брайан (июнь 1989 г.). «Балансировать акт». Популярная наука . п. 52

[15] Спецификации Pajero/Montero (PDF)

[16] «Mitsubishi Motors в Deutschland» . Mitsubishi-motors.de . 2016-08-16. Архивировано с оригинала 2013-06-06 . Получено 2017-05-23 .

[bussoobit-17] «Джузеппе Буссо, 1913-2006 гг.: Дань Альфа Ромео и Великому инженеру Феррари» . www.italiaspeed.com .

[autobytel-18] "Переменное время клапана (VVT)" . www.autobytel.com .

[Ludvigsen-19] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Ludvigsen, Karl (2001). Классические гоночные двигатели . Haynes Publishing. ISBN 1-85960-649-0 .

[20] "BMW Turbo F1 Engine" . Gurneyflap.com . Получено 2010-09-13 .

[cleveland-21] Зигал, Марджи (май -июнь 2017). «То же самое, но разные: 1927 Кливленд 4-45 и 4-61 мотоциклы» . Классика мотоцикла . Получено 2017-06-20 .

[CW4runners-22] Эдвардс, Дэвид (август 1997 г.). Эдвардс, Дэвид (ред.). "Четырех бегунов" . Цикл мира . 36 (8). Ньюпорт -Бич, Калифорния, США: Hachette Filipacchi Magazines: 42–43. ISSN 0011-4286 . Получено 2013-09-21 .

[first-23] Хэмиш, Купер (январь -февраль 2018 года). «Радикальный Рондин: 1939 Гилера 500 Рондин» . Классика мотоцикла . Получено 2018-04-13 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]