Рядный четырехцилиндровый двигатель ( также называемый рядным четырехцилиндровым двигателем ) представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель , в котором цилиндры расположены в линию вдоль общего коленчатого вала.
В большинстве автомобильных четырехцилиндровых двигателей используется рядная четырехцилиндровая схема [1] : стр. 13–16 (за исключением оппозитных четырехцилиндровых двигателей, выпускаемых Subaru и Porsche) [2], причем такая компоновка также очень распространена в мотоциклы и другая техника. 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]
В четырехтактном рядном четырехцилиндровом двигателе рабочий цилиндр всегда находится в рабочем такте, в отличие от двигателей с меньшим количеством цилиндров, в которых рабочий такт в определенное время 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.
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 объемом, например, двигатель Mitsubishi с турбонаддувом объемом 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 рабочим объемом около 5 литров. [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Большие объемы встречаются в локомотивных, морских 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.
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, в то время как 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).
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.
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.
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 - дизельный Mitsubishi 4M41 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:
Многие ранние гоночные автомобили использовали рядные четырехцилиндровые двигатели, однако двигатель Peugeot, выигравший гонку Indianapolis 500 1913 года, оказал большое влияние. Этот двигатель, разработанный Эрнестом Генри , 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 Индианаполисе 500 с 1971 по 1976 год. [19] : стр. 182–185.
Многие автомобили, выпущенные для гоночной категории Voiturette Grand Prix до Второй мировой войны, 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 до 2,5 л для участия в соревнованиях Формулы-1 на Ferrari 625. [19] : стр. 78–81, 86–89. Для гонок на спортивных автомобилях Объем был увеличен до 3,4 л для Ferrari 860 Monza.
Рядный четырехцилиндровый двигатель Coventry Climax также был очень успешным гоночным двигателем, который начинал свою жизнь как 1,5-литровый двигатель Формулы 2 . Увеличенный до 2,0 литров для Формулы-1 в 1958 году, он превратился в большой FPF объемом 2495 куб. См, который выиграл чемпионат Формулы-1 на шасси Купера в 1959 и 1960 годах. [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]
Бельгийский производитель оружия FN Herstal , производивший мотоциклы с 1901 года, начал производить первые мотоциклы с рядными четверками в 1905 году. [21] Двигатель FN Four был установлен вертикально с продольным расположением коленчатого вала . 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 CB750 , представленному 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 цитация ] 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 .
Yamaha R1 2009 года 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 тройной двигатель Triumph объемом 765 куб.см (46,7 куб.дюйма) .
Рядные четырехцилиндровые двигатели также используются в легких коммерческих автомобилях, таких как Karsan Jest и Mercedes-Benz Sprinter .
СМИ, связанные с двигателями Straight-4, на Викискладе?