Соотношение хода поршня , сегодня повсеместно определяемое как отношение диаметра цилиндра к ходу поршня , является термином, описывающим соотношение между диаметром отверстия цилиндра и длиной хода поршня в поршневом двигателе . Это может быть использовано как для двигателя внутреннего сгорания , где топливо сжигается внутри цилиндров двигателя, так и для двигателя внешнего сгорания , такого как паровой двигатель , где сгорание топлива происходит вне рабочих цилиндров двигателя.
Современным соглашением для описания отношения хода цилиндров поршневого двигателя является отношение его диаметра к ходу поршня . [1]
Соотношение хода поршня к диаметру цилиндра — устаревшее выражение, относящееся к ранней эпохе развития поршневых двигателей. [2]
Диаметр отверстия цилиндра делится на длину хода поршня, чтобы получить соотношение.
Следующие термины описывают условные обозначения для конфигураций с различным соотношением диаметра цилиндра и хода поршня:
Квадратный двигатель имеет равные размеры диаметра цилиндра и хода поршня, что обеспечивает соотношение диаметра цилиндра и хода поршня ровно 1:1.
1953 г. – Ferrari 250 Europa оснащалась двигателем Lampredi V12 с диаметром цилиндра и ходом поршня 68,0 мм × 68,0 мм (2,7 дюйма × 2,7 дюйма).
1967 – FIAT 125, 124Спортивный двигатель 125A000, 125B000, 125BC000, 1608 куб. см, DOHC, диаметр цилиндра и ход поршня 80,0 мм × 80,0 мм (3,15 дюйма × 3,15 дюйма).
1970 – Ford 400 имел диаметр цилиндра и ход поршня 101,6 мм × 101,6 мм (4,00 дюйма × 4,00 дюйма).
1973 – Kawasaki Z1 и KZ(Z)900 имели диаметр цилиндра и ход поршня 66,0 мм × 66,0 мм (2,60 дюйма × 2,60 дюйма). [3]
1982 — Honda Nighthawk 250 и Honda CMX250C Rebel имеют диаметр цилиндра и ход поршня 53,0 мм × 53,0 мм (2,09 дюйма × 2,09 дюйма). [4]
1983 – рядный четырехцилиндровый двигатель Mazda FE объемом 2,0 л с диаметром цилиндра и ходом поршня 86,0 мм × 86,0 мм (3,4 дюйма × 3,4 дюйма).
1987 г. – Двигатели Opel/Vauxhall 2,0 л GM Family II имеют квадратный корпус с диаметром цилиндра и ходом поршня 86,0 мм × 86,0 мм (3,39 дюйма × 3,39 дюйма); например, C20XE C20NE C20LET X20A X20XEV X20XER Z20LET Z20LEH Z20LER A20NHT A20NFT.
1989 г. – Nissan SR20DE представляет собой квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня 86,0 мм × 86,0 мм (3,39 дюйма × 3,39 дюйма).
Saab B234/B235 1990–2010 гг. — квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня 90,0 мм × 90,0 мм (3,54 дюйма × 3,54 дюйма).
1991 г. – Двигатель Ford 4.6 V8 OHC имеет диаметр цилиндра и ход поршня 90,2 мм × 90,0 мм (3,552 дюйма × 3,543 дюйма).
1995 г. – Двигатель BMW M52 с рабочим объемом 2793 кубических сантиметра является примером двигателя идеальной квадратной формы с диаметром цилиндра и ходом поршня 84,0 мм × 84,0 мм (3,31 дюйма × 3,31 дюйма).
1996 г. – Двигатель Jaguar AJ-V8 объемом 4,0 литра имеет диаметр цилиндра и ход поршня 86,0 мм.
2000 г. – дизельный двигатель Mercedes-Benz OM628 V8 объемом 4,0 литра (3996 куб. см; 243,9 куб. дюймов) является примером квадратного двигателя – с диаметром цилиндра и ходом поршня 86,0 мм × 86,0 мм (3,39 дюйма × 3,39 дюйма).
Двигатель считается сверхквадратным или короткоходным, если диаметр его цилиндров больше длины хода поршня, что обеспечивает соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня более 1:1.
Двигатель overquad допускает больше и более крупных клапанов в головке цилиндра, более высокие возможные обороты в минуту за счет снижения максимальной скорости поршня и более низкое напряжение кривошипа из-за более низкого пикового ускорения поршня для той же скорости вращения двигателя. Поскольку эти характеристики благоприятствуют более высоким оборотам двигателя, двигатели overquad часто настраиваются на развитие пикового крутящего момента на относительно высокой скорости.
Из-за увеличенной площади поверхности поршня и головки тепловые потери увеличиваются по мере увеличения соотношения диаметра цилиндра к ходу поршня. Таким образом, чрезмерно высокое соотношение может привести к снижению термической эффективности по сравнению с другими геометриями двигателя. Большой размер/ширина камеры сгорания при зажигании может привести к увеличению неоднородности в смеси воздуха и топлива во время сгорания, что приведет к увеличению выбросов.
Уменьшенная длина хода поршня позволяет использовать более короткий цилиндр, а иногда и более короткий шатун, что обычно делает двигатели с квадратным расположением цилиндров менее высокими, но более широкими, чем двигатели с квадратным расположением цилиндров аналогичного рабочего объема .
Двигатели с коротким ходом поршня (их также называют «двигателями с коротким ходом поршня») очень распространены, поскольку они обеспечивают более высокие обороты (и, следовательно, большую мощность) без чрезмерной скорости поршня.
В качестве примеров можно привести двигатели Chevrolet и Ford small-block V8; у GMC 478 V6 отношение диаметра цилиндра к ходу поршня составляет 1,33. У бензинового двигателя BMW N45 объемом 1,6 л отношение диаметра цилиндра к ходу поршня составляет 1,167.
Горизонтально-оппозитные двигатели, также известные как «Boxer» или «flat», обычно имеют сверхквадратную конструкцию, поскольку любое увеличение длины хода приведет к двукратному увеличению общей ширины двигателя. Это особенно касается компоновки Subaru с передним расположением двигателя, где угол поворота передних колес ограничен шириной двигателя. Двигатель Subaru EJ181 развивает максимальный крутящий момент при скоростях всего 3200 об/мин.
Двигатели Nissan RB, VQ, VK, VH и VR38DETT — все сверхквадратные. Кроме того, двигатель SR16VE , установленный в Nissan Pulsar VZ-R и VZ-R N1, — это сверхквадратный двигатель с диаметром цилиндра 86 мм (3,39 дюйма) и ходом поршня 68,7 мм (2,70 дюйма), что обеспечивает ему мощность 175–200 лошадиных сил (130–150 кВт), но относительно небольшой крутящий момент 119–134 фунт-фут (161–182 Н·м; 16,5–18,5 кг·м)
Экстремальные сверхквадратные двигатели встречаются в гоночных автомобилях Формулы-1 , где строгие правила ограничивают рабочий объем, тем самым требуя, чтобы мощность достигалась за счет высоких оборотов двигателя. Допускаются передаточные числа, приближающиеся к 2,5:1, [a] что позволяет развивать обороты двигателя до 18 000 об/мин, оставаясь надежным для нескольких гонок. [5]
Двигатель мотоцикла Ducati Panigale чрезвычайно сверхквадратный с отношением диаметра цилиндра к ходу поршня 1,84:1. Ducati дала ему название «SuperQuadro» , что примерно переводится с итальянского как «суперквадратный». [6]
Бельгийский авиадвигатель D-Motor LF26 с боковым расположением клапанов имеет соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня 1,4:1. [7]
Ранние двигатели Mercedes-Benz M116 имели диаметр цилиндра 92 миллиметра (3,62 дюйма) и ход поршня 65,6 миллиметра (2,58 дюйма) для 3,5-литрового V8. [8]
Двигатель называется неполноцилиндровым или длинноходным, если диаметр его цилиндров меньше его хода поршня (длины хода поршня), что дает передаточное отношение менее 1:1.
При заданной частоте вращения двигателя более длинный ход увеличивает трение двигателя и увеличивает нагрузку на коленчатый вал из-за более высокого пикового ускорения поршня. Меньший диаметр отверстия также уменьшает площадь, доступную для клапанов в головке цилиндра, требуя их меньших размеров или меньшего количества.
Двигатели с нижним расположением цилиндров часто демонстрируют максимальный крутящий момент на более низких оборотах, чем двигатели с верхним расположением цилиндров, из-за меньших клапанов и высокой скорости поршня, что ограничивает их потенциал для более высоких оборотов.
В последнее время все более распространенными становятся двигатели с нижним расположением цилиндров, поскольку производители стремятся выпускать все более эффективные двигатели и обеспечивать более высокую экономию топлива. [ уточнить ] [9]
Многие рядные двигатели, особенно те, которые установлены поперечно в переднеприводных автомобилях, используют конструкцию undersquare. Меньший диаметр цилиндра позволяет использовать более короткий двигатель, что увеличивает пространство для управления передними колесами. Примерами этого являются многие двигатели Volkswagen , Nissan , Honda и Mazda . Двигатель 1KR-FE , используемый в Toyota Aygo , Citroën C1 и Peugeot 107 , среди прочих, является примером современного длинноходного двигателя, широко используемого в автомобилях с компоновкой FF . Этот двигатель имеет диаметр цилиндра и ход поршня 71 мм × 84 мм (2,8 дюйма × 3,3 дюйма), что дает ему соотношение диаметр цилиндра/ход поршня 0,845:1. Некоторые автомобили с задним приводом, которые заимствуют двигатели у автомобилей с передним приводом (например, Mazda MX-5 ), используют конструкцию undersquare.
Знаменитый двигатель BMW S54B32 M54 имел квадратный корпус с диаметром цилиндра и ходом поршня 87 мм × 91 мм (3,4 дюйма × 3,6 дюйма), демонстрируя мировой рекорд крутящего момента на литр (114 Н·м/л, 1,38 фунт-фут/дюйм3) для атмосферных двигателей того времени; этот рекорд держался до тех пор, пока Ferrari не представила модель 458 Italia .
Многие британские автомобильные компании использовали конструкции undersquare до 1950-х годов, в основном из-за системы налога на автомобили, которая облагала автомобили налогом по диаметру цилиндра . Это включает в себя двигатель BMC A-Series и многие производные от Nissan . Trojan Car использовал undersquare, split-porschen , двухтактный , двухцилиндровый рядный двигатель; это было отчасти для этого налогового преимущества, а отчасти потому, что его пропорции позволяли изгибать V-образные шатуны для двух поршней каждого U-образного цилиндра, что было дешевле и проще, чем два шатуна, соединенные дополнительным подшипником.
Их французские и немецкие конкуренты в то время также использовали подквадратные конструкции даже при отсутствии налоговых соображений, например, двигатель Renault Billancourt и рядный 6-цилиндровый двигатель Opel .
Двигатель Chrysler Slant-6 объемом 225 куб. дюймов (3,7 литра ) имеет квадратную компоновку, диаметр цилиндра и ход поршня составляют 86 мм × 105 мм (3,4 дюйма × 4,1 дюйма) (соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня = 0,819:1).
Модульный двигатель Ford 5.4L имеет диаметр и ход поршня 90,1 мм × 105,8 мм (3,55 дюйма × 4,17 дюйма), что обеспечивает соотношение диаметра поршня к ходу поршня 0,852:1. Поскольку ход поршня значительно длиннее диаметра, версия SOHC 16V (2 клапана на цилиндр) этого двигателя способна генерировать максимальный крутящий момент 350 фунт-фут уже при 2501 об/мин.
Двигатели Willys Jeep L134 и F134 были квадратными, с диаметром цилиндра и ходом поршня 79,4 мм × 111,1 мм (3,13 дюйма × 4,37 дюйма) (соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня = 0,714:1).
В Dodge Power Wagon использовался рядный шестицилиндровый двигатель Chrysler Flathead объемом 230 куб. дюймов (3,8 л) с диаметром цилиндра и ходом поршня 83 мм × 117 мм (3,3 дюйма × 4,6 дюйма), что обеспечивало существенно меньшее квадратное отношение диаметра цилиндра к ходу поршня — 0,709:1.
Четырехлитровый рядный 6-цилиндровый двигатель Barra от австралийского Ford Falcon имеет диаметр цилиндра и ход поршня 92,21 мм × 99,31 мм (3,63 дюйма × 3,91 дюйма), что соответствует соотношению диаметра цилиндра к ходу поршня 0,929:1.
Двигатель Chevrolet I6 292 года также имеет квадратный сечение, диаметр цилиндра и ход поршня составляют 98,4 мм × 104,8 мм (3,875 дюйма × 4,125 дюйма) (соотношение диаметра цилиндра и хода поршня = 0,939:1).
Двигатель Mitsubishi 4G63T, устанавливаемый в основном на многие поколения Mitsubishi Lancer Evolution, представляет собой двигатель с квадратным расположением цилиндров и ходом поршня 85 мм × 88 мм (3,3 дюйма × 3,5 дюйма).
Двигатель Jaguar XK6 , использовавшийся во всех 6-цилиндровых Jaguar с 1949 по 1987 год, был неквадратным. Например, двигатель объемом 4,2 литра имел диаметр цилиндра и ход поршня 92,08 мм × 106 мм (3,63 дюйма × 4,17 дюйма), обеспечивая соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня 0,869:1.
Практически все поршневые двигатели, используемые в военных самолетах, были длинноходными. PW R-2800, Wright R-3350, Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major , Rolls-Royce Merlin (1650), Allison V-1710 и Hispano-Suiza 12Y-Z — вот лишь несколько из более чем сотни примеров.
Все дизельные суда имеют массивные подквадратные судовые двигатели, обычно использующие крейцкопфы . Двухтактный судовой дизельный двигатель Wärtsilä имеет диаметр цилиндра и ход поршня 960 мм × 2500 мм (37,8 дюйма × 98,4 дюйма), (соотношение диаметр цилиндра/ход поршня = 0,384:1).
В то время как большинство современных мотоциклетных двигателей квадратные или сверхквадратные, некоторые из них имеют форму подквадратных цилиндров. Рядный шестицилиндровый двигатель Kawasaki Z1300 был сделан подквадратным, чтобы минимизировать ширину двигателя, совсем недавно новый рядный двухцилиндровый двигатель для серии Honda NC700 использовал конструкцию подквадратных цилиндров, чтобы достичь лучшей эффективности сгорания , чтобы снизить расход топлива. [10] [11]
и гонщики называли его королем мотоциклов, и он приобрел репутацию суперспортивной модели во всем мире. Super Four мог похвастаться высокой производительностью и качеством. Этот самый продаваемый мотоцикл завоевал множество призов по всему миру всего за шесть месяцев после своего выпуска.
