Четырехцилиндровый двигатель - Flat-four engine

Авиационный двигатель ULPower UL260i 2007 года

А четырехцилиндровый двигатель, также известный как горизонтально-оппозитный четырехдвигательный, представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель с двумя рядами цилиндров, лежащими по разные стороны от общего коленчатого вала. Самый распространенный тип четырехцилиндрового двигателя - это оппозитный четырехцилиндровый двигатель, каждая пара противоположных цилиндров движется внутрь и наружу одновременно.

Четвертый оппозитный двигатель имеет идеальный первичный и вторичный баланс, однако наличие двух головок цилиндров означает, что его конструкция дороже в производстве, чем рядный четырехцилиндровый двигатель. Двигатели Boxer-4 используются в автомобилях с 1897 года, особенно Volkswagen и Subaru. Иногда они также использовались в мотоциклах и часто в самолетах. Cessna и Пайпер использовать плоские четыре двигателя от Lycoming и Континентальный в большинстве обычный гражданский самолет в мире - Cessna 172, и Пайпер Чероки.

Дизайн

Боксер-четверка анимация

Большинство четырехцилиндровых двигателей спроектированы так, что каждая пара противоположных поршни одновременно движется внутрь и наружу, что известно как «боксерская» конфигурация (что-то вроде боксерского бойца, который скрещивает свои перчатки перед боем). Поэтому термины «четверка» и «четверка-боксер» часто используются как синонимы.

Преимуществами компоновки Boxer-4 являются идеальная вторичная вибрация (что приводит к минимальной вибрации), низкий центр тяжести, и небольшая длина двигателя. Макет также поддается эффективному воздушное охлаждение при этом воздушный поток равномерно распределяется по четырем цилиндрам. В самолетах это избавляет от необходимости носить тяжелые системы водяного охлаждения.

Недостатками двигателей с оппозитной четверкой (по сравнению с двигателями с рядной четверкой) являются их большая ширина, повышенные затраты, связанные с наличием двух головок цилиндров вместо одной, и длинный выпускной коллектор, необходимый для достижения равномерно распределенных импульсов выхлопа.[1] Благодаря этим факторам, рядные четыре двигателя используются чаще, чем четырехцилиндровые двигатели, и Двигатели V6 часто используются там, где требуются большие перемещения.

Баланс двигателя

Равные и противоположные силы, создаваемые в четырехцилиндровом двигателе, обеспечивают идеальную вторичный баланс (в отличие от неуравновешенных вертикальных сил, создаваемых рядными четырехцилиндровыми двигателями). Поэтому двигатели Boxer-4 лучше подходят для рабочего объема более 2,0 л (122 куб. Дюймов), поскольку они не требуют балансирные валы для уменьшения вторичной вибрации.

На практике каждый цилиндр в оппозитном двигателе немного смещен относительно своей противоположной пары из-за расстояния между цилиндрами. шатуны вдоль коленвала. Это расстояние смещения означает, что равные и противоположные силы от каждой пары цилиндров создают качающаяся пара.[2](стр. 27) Результирующая вибрация обычно недостаточно высока, чтобы требовать балансирных валов.

Как и для всех четырехтактных двигателей с четырьмя или менее цилиндрами, отсутствие перекрытия в силовые удары приводит к пульсирующей передаче крутящего момента на маховик, вызывая крутильные колебания вдоль оси коленчатого вала.[3] При необходимости эту вибрацию можно минимизировать, используя демпфер гармоник.

Выхлопной коллектор

Типичный порядок зажигания для четырехцилиндрового оппозитного двигателя заключается в следующем: левый ряд цилиндров зажигается один за другим, за которым следует правый ряд цилиндров (или наоборот). интервал стрельбы равномерно распределены на 180 градусов. Традиционно выхлопные газы из двух цилиндров на каждом ряду были объединены, в результате чего возникали неравномерные импульсы выхлопных газов, вызывающие характерный звук выхлопа «плоский-четыре».

Другая распространенная конфигурация выхлопа (например, используемая Subaru с середины 2000-х годов) заключается в соединении цилиндров со смещением интервала зажигания в 360 градусов, чтобы оптимизировать выхлопные импульсы.[4][5][6] Эта конфигурация требует длинных выпускных коллекторов, чтобы соединить цилиндры на противоположных берегах, и в результате получается менее характерный звук выхлопа.

Использование в автомобилях

1900–1935

1904 Уилсон-Пилчер двигатель с водяным охлаждением

В 1900 году был произведен первый четырехцилиндровый двигатель. Benz & Cie, основанный на плоско-сдвоенном двигателе Benz 1897 года производства Contra.[нужна цитата ] Этот двигатель использовался в гоночных автомобилях Benz, производил 20 л.с. (15 кВт), имел рабочий объем 5,4 л (330 куб. Дюймов) и был разработан Георгом Дилем.

Лондонская компания Уилсон-Пилчер выпустила свой первый автомобиль в 1901 году, оснащенный четырехцилиндровым двигателем. Этот двигатель был установлен продольно в шасси, с водяным охлаждением, мощностью 9 л.с. (7 кВт) и рабочим объемом 2,4 л (146 куб. Дюймов). Что необычно для того времени, диаметр ствола и ход поршня были одинаковыми, каждый составлял 95 мм (3,7 дюйма).

В 1902 году автомобиль Buffum был оснащен оппозитными четырехцилиндровыми двигателями мощностью 16 лошадиных сил. Герберт Х. Баффум производил американский автомобиль под названием Buffum в Абингтоне, штат Массачусетс, с 1903 по 1907 год.[7]

Имея ранее выпускаемые плоско-сдвоенные двигатели, модель 1926 г. Татра 30 была первой моделью чешской компании, оснащенной четырехцилиндровым двигателем. Tatra производила различные плоские четырехмоторные модели на протяжении 1920-х и 1930-х годов.

1936–1999

1952 Джоуэтт Юпитер двигатель с водяным охлаждением
1955 Порше 550 Спайдер двигатель с воздушным охлаждением

1936 год Татра Т97 впервые разработал конструкцию шасси с плоским четырехцилиндровым двигателем и воздушным охлаждением (позже использованное Volkswagen Beetle), и в то же время, хотя и не связанный, из Австрии появился Steyr 50 с передним оппозитным четырехцилиндровым двигателем и задним колесом. водить машину. Также в 1936 году английская компания Jowett расширила свой модельный ряд от плоско-сдвоенных двигателей до четырехъядерных двигателей. Производство плоских четырехцилиндровых двигателей Jowett продолжалось до 1954 года, когда Джовет Джавелин салон и Джоуэтт Юпитер прекращено производство спортивных моделей.

Самый длинный серийный четырехцилиндровый двигатель - это Двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением, который производился с 1938 по 2006 год и наиболее широко использовался в заднемоторных моделях 1938–2006 годов. Фольксваген Жук и 1950–1990 гг. Volkswagen Transporter.[8] Этот двигатель с воздушным охлаждением был разработан Porsche и также использовался в 1948–1965 гг. Порше 356, 1953–1956 Порше 550, 1965–1969 Порше 912 и 1969–1976 гг. Порше 914. В 1982 году в соответствии с правилами выбросов выхлопных газов версия с водяным охлаждением получила название Фольксваген Вассербоксер был представлен в Volkswagen Transporter (Т3)

В течение 1960-х и 1970-х годов несколько производителей производили четырехцилиндровые двигатели, включая двигатели с воздушным охлаждением. Citroën четырехцилиндровый двигатель, с водяным охлаждением Четырехцилиндровый двигатель Alfa Romeo, с водяным охлаждением Lancia четырехцилиндровый двигатель и с водяным охлаждением Двигатель Subaru EA.

Два важных двигателя, разработанных в этот период, но так и не появившихся в серийном производстве, - это 800-кубовый двигатель с боковыми клапанами Morris от Алека Иссигониса в 1947 году, первоначально предназначенный для Morris Minor, и двигатель Ferguson 2,2 л SOHC от Клода Хилла в 1966 году. в рамках исследовательского проекта автомобиля R5.

2000 – настоящее время

2012 – настоящее время Subaru FA двигатель с водяным охлаждением

К 2000 году большинство производителей заменили четырехцилиндровые двигатели рядными четырехцилиндровыми двигателями. Заметным исключением является Subaru, с последней версией четырехцилиндрового двигателя с водяным охлаждением. Двигатель Subaru EJ быть доступным в форме с турбонаддувом в Subaru WRX спортивный седан и его Мировое ралли-кар аналог. Принятие Subaru полный привод был фактором в сохранении плоского четырехцилиндрового двигателя, так как более короткая длина этого двигателя помогает в установке компонентов полного привода в шасси.[9] Хотя он дороже, чем рядный четырехцилиндровый двигатель, четырехколесный двигатель позволяет Subaru построить полноприводный автомобиль с небольшими дополнительными затратами по сравнению с полным приводом.[9]

В 2012 году появилась безнаддувная версия Двигатель Subaru FA использовался в Toyota 86 (также называемый «Subaru BRZ» и «Scion FR-S») заднеприводное спортивное купе.[10] Этот двигатель имеет водяное охлаждение, имеет бензин с прямым впрыском, производит 147 кВт (197 л.с.) и имеет рабочий объем 2,0 л (122 куб. дюйма)

2016 год Porsche Boxster / Cayman (982) Спортивные автомобили со средним расположением двигателя уменьшены в размерах от безнаддувного плоского шестицилиндрового двигателя до четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом, первого четырехцилиндрового двигателя Porsche с середины 1970-х годов. Этот двигатель выпускается с рабочим объемом 2,0–2,5 л (122–153 куб. Дюйма) и мощностью до 365 л.с. (272 кВт).[11] Несколько обозревателей раскритиковали Boxster / Cayman за скучный звук двигателя.[12][13][14]

Использование в мотоциклах

Смотрите также: Двигатель мотоцикла
Honda GL1000

Большинство мотоциклов с четырехцилиндровыми двигателями используют рядный четырехцилиндровый двигатель макет, однако, несколько плоских четырехмоторных двигателей были использованы в Приводной вал мотоциклы:

  • 1938–1939 Zündapp K800 (с воздушным охлаждением)
  • 1974–1987 Honda Gold Wing (с жидкостным охлаждением)
  • 1955–1956 Шерсть 500cc (с воздушным охлаждением)
  • 1981–1982 BFG 1300(На французском), используя воздушное охлаждение Citroën четырехместный автомобильный двигатель. Было построено около 450 единиц, четверть из которых куплена французской полицией.[15][16]

Использование в самолетах

ULPower UL260i авиационный двигатель

Легкий летательный аппарат обычно используются плоские четырехцилиндровые двигатели объемом до 6,4 л (390 куб. дюймов) от таких производителей, как Лайкоминг Двигатели, Континентал Моторс и Компания Franklin Engine.

За радиоуправляемый самолет, плоские четырехцилиндровые двигатели с рабочим объемом 40–50 куб. см (2,4–3,1 куб. дюйма) производятся такими компаниями, как ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. Двигатели.

Рекомендации

  1. ^ Нанни, М. Дж. (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств. Баттерворт-Хайнеманн. п.13. ISBN  978-0-7506-8037-0.
  2. ^ Уилсон, Хьюго (1995). «Мотоциклы от А до Я». Энциклопедия мотоциклов. Лондон, Великобритания: Дорлинг Киндерсли. ISBN  0-7513-0206-6.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  3. ^ Томсон. Теория вибрации и приложения. п. 190. Динамика возвратно-поступательных сил. Prentice Hall Inc., США, 1965 год.
  4. ^ Объявление о выхлопе Legacy на японском языке: "Fuji Heavy Industries, информация для прессы". 2003-05-23. Получено 2013-12-16.
  5. ^ Объявление о выхлопе Forester на японском языке: "Fuji Heavy Industries, пресс-релиз". 2005-01-27. Получено 2013-12-16.
  6. ^ Анонс выхлопа Impreza на японском языке: "Fuji Heavy Industries, пресс-релиз". 2007-06-05. Получено 2013-12-16.
  7. ^ "Автомобиль Buffum". Фарбер и партнеры.
  8. ^ «Двигатель, который построил Benz, все еще жив». www.theglobeandmail.com. Получено 1 сентября 2019.
  9. ^ а б Степлер, Ричард (сентябрь 1994). "Preview Drive: три способа получить контроль". Популярная наука. 245 (3): 44. Получено 2011-10-23.
  10. ^ Бонк, Аарон (07.02.2013) (07.02.2013). «Как работают двигатели Boxer и почему вам следует заботиться о новом Subaru FA20». Получено 8 января 2014.
  11. ^ «Производительность: новый 718 Boxster». Порше. 2016 г.. Получено 2016-11-01.
  12. ^ "Porsche 718 Cayman 2019 года". www.caranddriver.com. 14 мая 2019. Получено 1 сентября 2019.
  13. ^ «Обзор Porsche 718 Cayman - Porsche начального уровня превосходит свой вес». www.evo.co.uk. Получено 1 сентября 2019.
  14. ^ «Обзор первого пробега Porsche 718 Cayman 2017 года: производительность превосходит звук». www.motortrend.com. Получено 1 сентября 2019.
  15. ^ Джулиан Марш (10.06.2000). «Мотоциклы BFG и MF». Citroenet.org.uk. Получено 2011-12-06.
  16. ^ Джулиан Марш. "Оппозитный двигатель GS & GSA". Citroenet.org.uk. Получено 2011-12-06.