Рядный четырехцилиндровый двигатель

1989-2006 годов Двигатель Ford I4 DOHC со снятой головкой блока цилиндров.

Рядный четырехцилиндровый двигатель (также называемый рядным четырехцилиндровым двигателем ) представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель , в котором цилиндры расположены в линию вдоль общего коленчатого вала.

Большинство автомобильных четырехцилиндровых двигателей имеют рядную четырехцилиндровую схему. ^[1]^{: стр. 13–16.} (за исключением четырехцилиндровых двигателей Subaru и Porsche) ^[2] а компоновка тоже очень распространена в мотоциклах и другой технике. Поэтому термин «четырехцилиндровый двигатель» обычно является синонимом рядных четырехцилиндровых двигателей. Когда рядный четырехцилиндровый двигатель установлен под наклоном (а не с цилиндрами, ориентированными вертикально), его иногда называют наклонным четырехцилиндровым двигателем .

В период с 2005 по 2008 год доля новых автомобилей, проданных в США с четырехцилиндровыми двигателями, выросла с 30% до 47%. ^[3]^[4] К 2020 модельному году доля легковых автомобилей выросла до 59%. ^[5]

Дизайн

В четырехтактном рядном четырехцилиндровом двигателе рабочий такт всегда находится в рабочем такте, в отличие от двигателей с меньшим количеством цилиндров, в которых в определенное время рабочий такт не происходит. По сравнению с двигателем V4 или четырехцилиндровым двигателем , рядный четырехцилиндровый двигатель имеет только одну головку блока цилиндров , что снижает сложность и стоимость производства.

Смещение

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

Дизельные двигатели производились с большим рабочим объемом, например, двигатель Mitsubishi с турбонаддувом объемом 3,2 л (использовался на внедорожнике 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 рабочим объемом около 5 литров. ^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]^[11]^[12] Большие объемы встречаются в локомотивных, судовых и стационарных двигателях.

Объем двигателя также может быть очень небольшим, как это происходит в кей-карах, продаваемых в Японии. Некоторые из этих двигателей имели по четыре цилиндра одновременно, когда правила требовали максимального объема двигателя 550 куб.см; максимальный размер в настоящее время составляет 660 куб.см.

Первичный и вторичный баланс

Рядные четырехцилиндровые двигатели с предпочтительной конфигурацией коленчатого вала имеют идеальный первичный баланс . ^[1]^{: с. 12} Это связано с тем, что поршни движутся парами, и одна пара поршней всегда движется вверх, а другая пара движется вниз.

Однако рядные четырехцилиндровые двигатели имеют 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 являются бесконечно длинными). В результате два поршня всегда ускоряются быстрее в одном направлении, а два других ускоряются медленнее в другом направлении, что приводит к вторичному динамическому дисбалансу, вызывающему вибрацию вверх и вниз при удвоенной частоте вращения коленчатого вала. Этот дисбаланс характерен для всех поршневых двигателей, но эффект особенно силен в четырехтактных рядных четырехцилиндровых двигателях, поскольку два поршня всегда движутся вместе.

Сила этого дисбаланса определяется возвратно-поступательной массой, соотношением длины шатуна к ходу и максимальной скоростью поршня. Поэтому малолитражные двигатели с легкими поршнями малоэффективны, а в гоночных двигателях используются длинные шатуны. Однако эффект растет квадратично с увеличением частоты вращения двигателя (об/мин).

Пульсации в подаче электроэнергии

Четырехтактные двигатели с пятью или более цилиндрами могут иметь по крайней мере один цилиндр, выполняющий рабочий такт в любой заданный момент времени. Однако в четырехцилиндровых двигателях есть пробелы в подаче мощности, поскольку каждый цилиндр завершает рабочий такт до того, как следующий поршень начнет новый рабочий такт. Эта пульсирующая подача мощности приводит к большей вибрации, чем у двигателей с числом цилиндров более четырех.

Использование балансировочных валов

Система уравновешивающих валов иногда используется для уменьшения вибраций, создаваемых рядным четырехцилиндровым двигателем, чаще всего в двигателях с большим рабочим объемом. Система уравновешивающих валов была изобретена в 1911 году и состоит из двух валов с одинаковыми эксцентриковыми грузами, которые вращаются в противоположных направлениях со скоростью, вдвое превышающей скорость коленчатого вала. ^[1]^{: стр. 42–44.} Эта система была запатентована Mitsubishi Motors в 1970-х годах и с тех пор используется по лицензии несколькими другими компаниями. ^[13]^[14]

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

Использование в серийных автомобилях

Большинство современных рядных четырехцилиндровых двигателей, используемых в автомобилях, имеют объем 1,5–2,5 л (92–153 куб. Дюймов). Самый маленький автомобильный рядный четырехцилиндровый двигатель использовался в кей-грузовике Honda T360 1963–1967 годов и имел объем 356 куб. См (21,7 куб. Дюймов), а самый крупный серийный четырехцилиндровый автомобильный двигатель - Mitsubishi 4M41 дизельный 1999–2019 годов. двигатель, который использовался в Mitsubishi Pajero, объемом 3,2 л (195 куб. Дюймов). ^[15]^[16]

К важным рядным четырехцилиндровым автомобильным двигателям относятся:

1954–1994 Двигатель Alfa Romeo Twin Cam : один из первых серийных двигателей с двумя распредвалами. ^[17] В 1990 году он стал первым серийным двигателем с системой изменения фаз газораспределения . ^[18]
1908–1941 Двигатель Ford Model T : один из наиболее широко производимых двигателей в мире.
1951–2000 Двигатель BMC A-Series : первый двигатель, который будет использоваться в серийном переднеприводном автомобиле с поперечным расположением двигателя.
1966–2000 Двигатель Fiat Twin Cam : один из первых серийных двигателей с двумя распредвалами, выпускаемый с 1959 года.
1968–1981 Двигатель Triumph Slant-4 : ранний многоклапанный двигатель, легший в основу первых двигателей Saab с турбонаддувом.
2000–2009 гг Двигатель Honda F20C .: имел самую высокую удельную мощность для безнаддувного двигателя своего времени.

Использование в гоночных автомобилях

Многие ранние гоночные автомобили использовали рядные четырехцилиндровые двигатели, однако двигатель Peugeot, выигравший гонку Indianapolis 500 1913 года, оказал большое влияние. разработанный Эрнестом Генри Этот двигатель, , имел двойной верхний распределительный вал (DOHC) с четырьмя клапанами на цилиндр - компоновка, которая до сегодняшнего дня стала стандартом для гоночных рядных четырехцилиндровых двигателей. ^[19]^{: 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 очень успешно работал с 1933 по 1981 год, включая пять побед подряд на гонке Indianapolis 500 с 1971 по 1976 год. ^[19]^{: стр. 182–185.}

Grand Prix до Второй мировой войны, категории Voiturette Многие автомобили, выпущенные для гоночной использовали рядные четырехцилиндровые двигатели. Двигатели объемом 1,5 л с наддувом нашли свое применение в таких автомобилях, как Maserati 4CL и различных моделях английских гоночных автомобилей (ERA). Они были возрождены после войны и легли в основу того, что позже стало Формулой-1 , хотя рядные восьмицилиндровые Alfettas с наддувом будут доминировать в первые годы Формулы-1.

Еще один двигатель, сыгравший важную роль в истории гонок, — это рядный четырехцилиндровый двигатель Ferrari, разработанный Аурелио Лампреди . Первоначально этот двигатель был разработан как 2-литровый двигатель Формулы 2 для Ferrari 500, но был преобразован в 2,5-литровый двигатель для участия в Формуле-1 на Ferrari 625. ^[19]^{: стр. 78–81, 86–89.} Для гонок на спортивных автомобилях объем Ferrari 860 Monza был увеличен до 3,4 л.

2 . Рядный четырехцилиндровый двигатель Coventry Climax также был очень успешным гоночным двигателем, который начинал свою жизнь как 1,5-литровый двигатель Формулы Увеличенный до 2,0 литров для Формулы-1 в 1958 году, он превратился в большой двигатель FPF объемом 2495 куб.см, который выиграл чемпионат Формулы-1 на Купера в 1959 и 1960 годах. шасси ^[19]^{: стр. 130–133.}

В Формуле-1 в 1980-е годы доминировали автомобили с турбонаддувом объемом 1500 куб.см. Двигатель BMW M12/13 для того времени отличался высоким давлением наддува и производительностью. Чугунный блок был основан на стандартном блоке дорожных автомобилей и приводил в движение автомобили Формулы-1 компаний Brabham, Arrows и Benetton, а также выиграл чемпионат мира в 1983 году. Сообщалось, что версия двигателя 1986 года развивала около 1300 л.с. (969 кВт) в квалификации. подрезать. ^[20]

Использование в мотоциклах

Бельгийский оружейный производитель FN Herstal , производивший мотоциклы с 1901 года, начал выпускать первые мотоциклы с рядными четверками в 1905 году. ^[21] Двигатель FN Four был установлен вертикально, коленчатый вал располагался продольно . Среди других производителей, использовавших эту компоновку, были Pierce , Henderson , Ace , Cleveland и Indian в США, Nimbus в Дании, Windhoff в Германии и Wilkinson в Великобритании. ^[22]

Первым четырехцилиндровым мотоциклом с поперечной рамой стал гоночный Gilera 500 Rondine 1939 года , он также имел двойные верхние распределительные валы, наддув с принудительным впуском и имел жидкостное охлаждение . ^[23] Современные рядные четырехцилиндровые мотоциклетные двигатели впервые стали популярны благодаря Honda SOHC представленному CB750, в 1969 году, а в 1970-х годах последовали и другие. С тех пор рядная четверка стала одной из самых распространенных конфигураций двигателей уличных мотоциклов. За пределами категории круизеров , рядная четверка является наиболее распространенной конфигурацией из-за ее относительно высокого соотношения производительности и стоимости. ^{[ нужна ссылка ]} Все крупные 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 поперечное расположение двигателей . Современная компания «Триумф» предлагала рядные четырехмоторные мотоциклы, правда, их производство было прекращено в пользу трехмоторных двигателей .

2009 года Yamaha R1 оснащен рядным четырехцилиндровым двигателем, который не запускается даже с интервалом в 180°. Вместо этого в нем используется коленчатый вал с поперечной плоскостью , который предотвращает одновременное достижение поршнями верхней мертвой точки. Это приводит к улучшению вторичного баланса , что особенно полезно в диапазоне более высоких оборотов, а теория « большого взрыва » гласит, что неравномерная подача крутящего момента на заднее колесо облегчает управление скольжением в поворотах на гоночных скоростях.

Рядные четырехцилиндровые двигатели также используются в MotoGP командами Suzuki (с 2015 года ) и Yamaha (с 2002 года ). В 2010 году , когда был представлен класс четырехтактных двигателей Moto2, двигателями для этого класса были рядные четырехцилиндровые двигатели объемом 600 куб. См (36,6 куб. Дюймов), изготовленные Honda на базе CBR600RR, с максимальной выходной мощностью 110 кВт (150 л.с.). . Начиная с 2019 года двигатели были заменены на Triumph объемом 765 куб.см (46,7 куб.дюйма) тройной двигатель .

Использование в коммерческих автомобилях малой и средней грузоподъемности.

Рядные четырехцилиндровые двигатели также используются в легких коммерческих автомобилях, таких как Karsan Jest и Mercedes-Benz Sprinter .

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Нанни, MJ (2006). Технологии легких и тяжелых транспортных средств (4-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-8037-7 .
^ «Производительность: новый 718 Boxster» . Порше. 2016 . Проверено 1 ноября 2016 г.
^ Шембари, Джеймс (15 октября 2010 г.). «Семейный седан с меньшим количеством цилиндров — обзор Buick LaCrosse CX 2010 года» . Нью-Йорк Таймс .
^ Ульрих, Лоуренс (13 августа 2010 г.). «Четырёхцилиндровые двигатели стали меньше, тише и завоевывают новое уважение» . Нью-Йорк Таймс .
^ «Изучите данные о тенденциях в автомобильной отрасли» . Ноябрь 2021 года . Проверено 25 ноября 2021 г.
^ «4-цилиндровый рядный двигатель для коммерческого транспорта» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г. Проверено 1 августа 2011 г.
^ «МАН Трак энд Бас – ТГЛ» . Архивировано из оригинала 23 мая 2011 г. Проверено 9 мая 2011 г.
^ «VARIOmobil – Добро пожаловать на круг роскошных автобусов – транспортных средств для отдыха – домов на колесах» . Архивировано из оригинала 27 августа 2011 г. Проверено 9 мая 2011 г.
^ «Коммерческие автомобили Isuzu — Грузовики с низкой кабиной и передним расположением кабины — Коммерческие автомобили — Дизельный двигатель 4HK1-TC 5,2 л» . Архивировано из оригинала 24 декабря 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.
^ «Евро 4 «Форвард» F11O.21O» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 ноября 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.
^ «Дизельные двигатели | Продукция» . Хино Глобал . Проверено 23 мая 2017 г.
^ «Хино серии 500» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 декабря 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.
^ Карни, Дэн (10 июня 2014 г.). «Раньше они были автопроизводителями» . Великобритания: Би-би-си . Проверено 1 ноября 2018 г.
^ Надель, Брайан (июнь 1989 г.). «Закон о балансе». Популярная наука . п. 52.
^ Технические характеристики Pajero/Montero (PDF)
^ «МИЦУБИСИ МОТОРС» в Германии . Mitsubishi-motors.de . 16 августа 2016 г. Архивировано из оригинала 6 июня 2013 г. Проверено 23 мая 2017 г.
^ «ДЖУЗЕППЕ БУССО, 1913-2006: ДАНЬ ВЕЛИКИМ ИНЖЕНЕРАМ ALFA ROMEO И FERRARI» . www.italiaspeed.com .
^ «Изменение фаз газораспределения (VVT)» . www.autobytel.com .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Людвигсен, Карл (2001). Классические гоночные двигатели . Издательство Хейнс. ISBN 1-85960-649-0 .
^ «Двигатель BMW Turbo F1» . Gurneyflap.com . Проверено 13 сентября 2010 г.
^ Сигал, Марджи (май – июнь 2017 г.). «То же самое, но другое: мотоциклы Cleveland 4-45 и 4-61 1927 года» . Мотоциклетная классика . Проверено 20 июня 2017 г.
^ Эдвардс, Дэвид (август 1997 г.). Эдвардс, Дэвид (ред.). «Четыре бегуна» . Циклический мир . 36 (8). Ньюпорт-Бич, Калифорния, США: Журналы Hachette Filipacchi: 42–43. ISSN 0011-4286 . Проверено 21 сентября 2013 г.
^ Хэмиш, Купер (январь – февраль 2018 г.). «Радикальный Рондин: Гилера 500 Рондин 1939 года» . Мотоциклетная классика . Проверено 13 апреля 2018 г.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с двигателями Straight-4, на Викискладе?

[Nunney-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Нанни, MJ (2006). Технологии 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 г.

[3] Шембари, Джеймс (15 октября 2010 г.). «Семейный седан с меньшим количеством цилиндров — обзор Buick LaCrosse CX 2010 года» . Нью-Йорк Таймс .

[4] Ульрих, Лоуренс (13 августа 2010 г.). «Четырёхцилиндровые двигатели стали меньше, тише и завоевывают новое уважение» . Нью-Йорк Таймс .

[5] «Изучите данные о тенденциях в автомобильной отрасли» . Ноябрь 2021 года . Проверено 25 ноября 2021 г.

[6] «4-цилиндровый рядный двигатель для коммерческого транспорта» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г. Проверено 1 августа 2011 г.

[7] «МАН Трак энд Бас – ТГЛ» . Архивировано из оригинала 23 мая 2011 г. Проверено 9 мая 2011 г.

[8] «VARIOmobil – Добро пожаловать на круг роскошных автобусов – транспортных средств для отдыха – домов на колесах» . Архивировано из оригинала 27 августа 2011 г. Проверено 9 мая 2011 г.

[9] «Коммерческие автомобили Isuzu — Грузовики с низкой кабиной и передним расположением кабины — Коммерческие автомобили — Дизельный двигатель 4HK1-TC 5,2 л» . Архивировано из оригинала 24 декабря 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.

[10] «Евро 4 «Форвард» F11O.21O» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 ноября 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.

[11] «Дизельные двигатели | Продукция» . Хино Глобал . Проверено 23 мая 2017 г.

[12] «Хино серии 500» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 декабря 2010 г. Проверено 14 декабря 2010 г.

[bbc1-13] Карни, Дэн (10 июня 2014 г.). «Раньше они были автопроизводителями» . Великобритания: Би-би-си . Проверено 1 ноября 2018 г.

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

[15] Технические характеристики Pajero/Montero (PDF)

[16] «МИЦУБИСИ МОТОРС» в Германии . Mitsubishi-motors.de . 16 августа 2016 г. Архивировано из оригинала 6 июня 2013 г. Проверено 23 мая 2017 г.

[bussoobit-17] «ДЖУЗЕППЕ БУССО, 1913-2006: ДАНЬ ВЕЛИКИМ ИНЖЕНЕРАМ ALFA ROMEO И FERRARI» . www.italiaspeed.com .

[autobytel-18] «Изменение фаз газораспределения (VVT)» . www.autobytel.com .

[Ludvigsen-19] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Людвигсен, Карл (2001). Классические гоночные двигатели . Издательство Хейнс. ISBN 1-85960-649-0 .

[20] «Двигатель BMW Turbo F1» . Gurneyflap.com . Проверено 13 сентября 2010 г.

[cleveland-21] Сигал, Марджи (май – июнь 2017 г.). «То же самое, но другое: мотоциклы Cleveland 4-45 и 4-61 1927 года» . Мотоциклетная классика . Проверено 20 июня 2017 г.

[CW4runners-22] Эдвардс, Дэвид (август 1997 г.). Эдвардс, Дэвид (ред.). «Четыре бегуна» . Циклический мир . 36 (8). Ньюпорт-Бич, Калифорния, США: Журналы Hachette Filipacchi: 42–43. ISSN 0011-4286 . Проверено 21 сентября 2013 г.

[first-23] Хэмиш, Купер (январь – февраль 2018 г.). «Радикальный Рондин: Гилера 500 Рондин 1939 года» . Мотоциклетная классика . Проверено 13 апреля 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]