Рядный четырехцилиндровый двигатель (также называемый рядным четырехцилиндровым двигателем ) — это четырехцилиндровый поршневой двигатель , в котором цилиндры расположены в линию вдоль общего коленчатого вала.
Большинство автомобильных четырехцилиндровых двигателей используют рядную четырехцилиндровую компоновку [1] : стр. 13–16 (за исключением оппозитных четырехцилиндровых двигателей производства 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 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 оппозитным 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 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, 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 ускорение 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 в первые годы Формулы-1 доминировали рядные восьмицилиндровые Alfetta с наддувом.
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 Для Ferrari 860 Monza объем был увеличен до 3,4 л.
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 в квалификации развивала около 1300 л.с. (969 кВт). 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, нагнетатель с принудительным впуском и жидкостное охлаждение . [23] Современные рядные четырехцилиндровые мотоциклетные двигатели впервые стали популярными 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 цитата ] 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 нынешние 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.дюйма), изготовленные 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.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?