Рядный 4-цилиндровый двигатель. Четыре цилиндра двигатель


Рядный 4-цилиндровый двигатель - это... Что такое Рядный 4-цилиндровый двигатель?

Рядный четырёхцилиндровый двигатель автомобиля ГАЗ-24 (ЗМЗ-24Д и ЗМЗ-2401) отличался достаточно большим, для этой конфигурации, рабочим объёмом (2445 см³).

Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 или L4 («Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной, или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля Москвич-412.

Конфигурация I4 для четырехтактного двигателя является несбалансированной, но проста в производстве (для двухтактного двигателя с чередованием работы цилиндров через 90° в порядке 1-3-4-2 такая конструкция сбалансированная). Поэтому она находит применение обычно в автомобилях эконом-класса с относительно небольшим рабочим объёмом двигателя. Современные I4 имеют рабочий объем обычно от 0,7 до 2,5 литров. С ростом рабочего объёма уровень вибраций значительно возрастает, поэтому на современных двигателях конфигурации I4 с рабочим объёмом более 2,0 л. как правило используются дополнительные балансировочные (успокоительные) валы, позволяющие приблизить уровень вибраций к рядным шестицилиндровым двигателям аналогичного рабочего объёма.

В прошлом, однако, I4 бо́льших рабочих объёмов не были редкостью.

Западногерманская фирма ЗМЗ объёмом 2,445 литра, имелась версия объёмом 2,9 литра, балансировочные валы также отсутствовали. Все эти двигатели были достаточно малооборотными и относительно тяжёлыми, что, наряду с особыми мерами при конструировании и при правильной настройке, практически сводило на нет нежелательные вибрации по сравнению с I4 меньшего объёма. Хотя, скажем, двигатель «Понтиака» оказался очень чувствителен к настройке карбюратора.

В начале XX века существовали гоночные автомобили с рядными четырёхцилиндровыми двигателями рабочим объёмом 10-17 литров, например, De Dietrich. Мощность этих двигателей, однако, была весьма невелика — обычно, порядка 70-100 л.с., а максимальные обороты составляли около 1500 об/мин.

В настоящее время, один из наибо́льших по рабочему объёму четырёхцилиндровых двигателей является двигатель Toyota 3RZ-FE — 2,7 л.

Wikimedia Foundation. 2010.

med.academic.ru

Что дают в двигателе 4 клапана на цилиндр?

Если исходить из целесообразности в том ее смысле, чтобы только обеспечить в двигателе нормальное протекание рабочего процесса, то вполне достаточно иметь два клапана на каждый цилиндр. Один обеспечивает поступление в цилиндр свежей горючей смеси (в дизелях - воздуха) , другой отвечает за удаление из цилиндров продуктов сгорания, то есть - отработанных газов. В 1913 году компания Peugeot отправила за океан для участия в самой престижной в то время гонке в Индианаполисе ничем не примечательный внешне автомобиль. Секрет резвости Peugeot находился под его капотом, где был установлен силовой агрегат с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распределительными валами. То, что многоклапанное газораспределение позволило заметно увеличить мощность двигателя, - это, так сказать, был побочный эффект. Чуть позднее Эрнест Анри - главный идейный вдохновитель создания систем, которые нынче называются DOHC или Twin Cam, подвел к делу и теоретическую базу. Использование двух впускных клапанов вместо одного почти в полтора раза увеличило площадь проходного сечения через клапаны, что обеспечивало в столько же раз лучшее наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси. А чем выше степень наполнения, тем большую мощность отдает мотор. Два же выпускных клапана позволяют отработанным газам быстрее покинуть цилиндр и не препятствовать его наполнению опять-таки свежим зарядом. Идеального числа клапанов не существует. В конце концов, все определяет диаметр цилиндров в двигателе, а также цели, которые преследуются конструкторами при разработке того или иного силового агрегата. Низкие затраты на изготовление, высокая надежность и простота обслуживания - от таких преимуществ двухклапанных моторов отказываться неразумно. В то же время увеличение числа клапанов на цилиндр свыше четырех уже не дает сколь-нибудь заметных результатов - лучшее наполнение компенсируется повышенными потерями на трение в клапанном механизме. Чем больше клапанов приходится на каждый цилиндр, тем выше отдача двигателя. Мощность зависит от того, насколько быстро сгорает топливо в камере сгорания, а это, в свою очередь, зависит от скорости прохождения воздуха через двигатель. Воздух же поступает в мотор через «бутылочные горлышки» клапанов. Чем «шире» открываются клапаны (речь идет о произведении длины окружности на высоту подъема клапана) , тем лучше. Однако высота поднятия клапана небезгранична, так как может произойти контакт между клапаном и поршнем. Поэтому все определяет длина окружности отверстия клапана (не путать с площадью отверстия) . Поупражняйтесь. Возьмите циркуль, лист бумаги и калькулятор. Элементарных навыков черчения и вычисления достаточно, чтобы понять, что чем больше маленьких кругов (клапанов) можно втиснуть в большой круг (цилиндр) , тем больше будет суммарная длина окружности седел клапанов. Но чтобы запихнуть в цилиндр больше клапанов, сами клапаны нужно делать меньше. Математические расчеты показывают, что наибольшего прироста суммарной длины окружности можно добиться при переходе от четного числа кругов к нечетному. Иначе говоря, если к двум клапанам добавить третий, выигрыш будет внушительным, а вот если к трем добавить четвертый, прирост окажется сравнительно небольшим. Пятый клапан опять даст существенный выигрыш в суммарной длине окружности. Втиснуть в окружность цилиндра больше пяти клапанов слишком сложно и поэтому непрактично. У четырехклапанной схемы есть масса преимуществ. Свечу зажигания можно расположить строго по центру – в большинстве случаев такое положения является оптимальным. Впускные и выпускные клапаны можно скомпоновать параллельными парами в компактной шатровой камере сгорания, что обеспечивает эффективное сгорание рабочей смеси и снижает вредные выбросы. С пятью клапанами форма камеры сгорания неизбежно ухудшается, а соотношение площади ее поверхности к объему увеличивается, что приводит к снижению эффективности сгорания рабочей смеси.

Суммарная площадь 4 х, вписанных в окружность цилиндра клапанов превышает максимальную площадь вписанных в ту же окружность 2 х клапанов. Это позволяет увеличить наполняемость цилиндра и скрость его продувки, а, следовательно и мощность, снимаемую с того же рабочего объема.

Четыре в место двух , это в инжекторных двигателях, для лучшего проветривания камеры сгорания и выброса отработанных газов.

Двигатель работает в 4 этапа и только один из них (этапов) выполняет полезную работы. Если вместо одного двигателя взять 4 (то есть 4 цилиндра в одном двигателе) , то полезная работа будет совершаться в каждый момент времени.

Есть такая Категория вопросов - "Авто, мото" (см. список слева), там ЛЮБЯТ такие вопросы и там СПЕЦЫ, Вам точно ответят! Войдите ТУДА и задайте Ваш вопрос, не пожалеете! Получите ТОЧНЫЙ и КВАЛИФИЦИРОВАННЫЙ ответ. Успехов Вам.

Чем больше проходное сечение клапанов- тем лучше. А дальше чисто геометрия. 4 круга вписанных в окружность имеют большую суммарную площадь, чем два круга вписанных в ту же окружность.

кроме увеличения наполнения, мèньшие по размеры клапаны позволяют крутиться двигателю быстрее без риска зависания клапанов (когда инерция клапана превышает силу пружины, котора его возвращает назад) . И еще они меньше нагреваются. кстати 4 клапана- не предел. есть экземпляры с 5,6 и даже 8 на цилиндр.

touch.otvet.mail.ru

Конфигурация цилиндров двигателя ― Autopribor.ru

В предыдущей статье была рассмотрена работа одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, но на автомобилях такие двигатели в настоящее время не применяются. В автомобилестроении применяются многоцилиндровые двигатели с количеством цилиндров от 2-х до 12-ти. Есть, правда, редкие экзотические двигатели с 16 и даже 18 цилиндрами.

По расположению цилиндров автомобильные двигатели делятся на рядные, V-образные иоппозитные. Устанавливаются на автомобили и другие, редко встречающиеся конфигурации расположения цилиндров, например, W-образные.

Необходимо отметить, что именно эти фигурации двигателей внутреннего сгорания нашли широкое применение в автомобильных двигателях, что качается других областей применения двигателей (судостроение, авиация) конфигураций цилиндров двигателя было намного больше. В авиации вообще применялись двигатели, в которых коленчатый вал не вращался, а был закреплён неподвижно, и наоборот цилиндры двигатель вращался вокруг неподвижного коленчатого вала. Были конфигурации двигателей с двумя коленчатыми валами и много другой очень интересной экзотики, но в этой статье мы будем рассматривать только те конфигурации, которые нашли широкое применение в автомобильных двигателях.

1 – Рядные двигатели

Рядными называются двигатели оси цилиндров, которых расположены вряд вдоль оси коленчатого вала. В настоящее время выпускаются рядные двигатели с количеством цилиндров от 2 до 6. Такие двигатели обычно имеют обозначение R2,R3, R4... R12.

Наибольшее распространение имеют двигатели R4.

2 – V-образные двигатели

Типичный современный американский двигатель V-8

Первый V-образный двигатель (V2), изготовленный немецким инженером Даймлером в 1889 году

V-образными называются двигатели, цилиндры которых расположены в два ряда (двумя отдельными блоками, но с общим картером) в виде латинской буквы «V». Поршни обоих рядов соединены шатунами с одним, общим для обоих блоков, коленчатым валом. Цилиндры противоположных рядов имеют смещение вдоль оси коленчатого вала. Обычно угол развала двух блоков цилиндра равен 60? или 90?.

Наибольше распространение получили двигатели V6,V8 и V12. Двигатель V8 вообще национальная черта американских автомобилей.

3 – Оппозитные двигатели

Оппозитными называются двигатели, у которых цилиндры расположены в одной плоскости, друг напротив друга с обеих сторон, расположенного по середине коленчатого вала.4 – VR-двигатели

Название это довольно условное, так назвала этот двигатель фирма Фольксваген, первая разработавшая двигатель такой конфигурации, но поскольку другого более привычного названия нет, обозначим этот тип двигателей так.

Двигатель конфигурации цилиндров «VR» это что-то среднее между рядным и V-образным двигателем. При его разработке конструкторы старались совместить преимущества рядного и V-образного двигателей.У этого двигателя цилиндры также расположены в два ряда под некоторым углом, но в одном едином блоке цилиндров с общей для обоих рядов головкой блока цилиндров. Угол развала цилиндров очень небольшой от 10? до 15?. Поэтому, имеющие смещение вдоль оси коленчатого вала цилиндры, расположены не в двух отдельных блоках, а в одном. Первый двигатель такой конфигурации VR6 разрабатывался с целью облегчения установки мощного многоцилиндрового двигателя под капотом небольшого автомобиля.5 – W-образный двигатель

Структура W-образного двигателя

  1. Составной впускной коллектор
  2. Клапанная крышка правой ГБЦ
  3. Правая ГБЦ
  4. Блок цилиндров
  5. Линия соединения верхней и нижней частей картера блока цилиндров, проходящая через центр коленчатого вала
  6. Нижняя часть картера блока цилиндров (блок общих крышек коренных подшипников)
  7. Масляный поддон
  8. Левая ГБЦ
  9. Клапанная крышка левой ГБЦ

Устройство W-образного двигателя

Отработав технологию производства блока VR6, Фольксваген сделал следующий шаг. Приступил к производству W-образных двигателей. Конфигурация этого двигателя получилась установкой двух блоков типа VR, как это было сделано при соединении двух рядных двигателей под некоторым углом в виде буквыV, при конструировании V-образного двигателя.Фольксваген разработал ряд двигателей такой конфигурации: W-8, W12 и W16. а для самого мощного автомобиля в мире был разработан двигатель W18, правда, этот двигатель имеет не два, а три блока цилиндров.

Необходимо отметить, что ранее W-образными двигателями назывались двигатели, имеющие три раздельных блока цилиндров с общим картером. В каждом блоке цилиндры были расположены в ряд, вдоль одной оси. Шатуны поршней всех трёх рядов цилиндров были соединены с единственным коленчатым валом, как V-образном двигателе.

По своей конфигурации этот двигатель значительно отличается от двигателей, называемых сейчас W-образными. Этот 12-ти цилиндровый двигатель имеет не два, а три блока цилиндров, в каждом из которых расположены в ряд по четыре цилиндра. В современных W-образных двигателях W12 два блока цилиндров, в каждый из которых напоминает двигатель VR6. При этом два совмещенных в одном блоке ряда цилиндров имеют одну общую головку блока цилиндров (ГБЦ), то есть данный двигатель имеет три отдельные головки блока цилиндров.

На этом рисунке изображён дизельный двигатель Т955 W18 с воздушным охлаждением, выпущенный ещё 1943 году одной из старейших в мире автомобильных фирм Татра.

Краткий сравнительный обзор различных конфигураций двигателя

Каждая из конфигураций двигателя имеет свои преимущества и свойственные ей недостатки. Рядные двигатели технологичны и, следовательно, имеют низкую себестоимость в производстве, что очень важно для производителей массовых автомобилей в конкурентной борьбе. Технология их конструирования и производства хорошо отлажена. Поэтому самый распространенный автомобильный двигатель в мире, это рядный четырёхцилиндровый двигатель.

Рядный шестицилиндровый двигатель отличается отличной балансировкой.

К недостаткам этих двигателей можно отнести установочные ограничения. Рядный двигатель с числом цилиндров более 6-ти невозможно расположить под капотом современного автомобиля. Даже 6-ти цилиндровый рядный двигатель достаточно удобно можно установить только на заднеприводные автомобили классической компоновки. Но большинство наиболее массовых автомобилей в мире в настоящее время имеют другою компоновку, при которой двигатель устанавливается поперёк оси автомобиля, а ведущими колёсами являются передние. Установить на переднеприводный автомобиль рядный, 6-ти цилиндровый двигатель получилось только у фирмы Вольво, но для этого пришлось разрабатывать уникальную, самую короткую в мире коробку передач. К недостаткам рядных двигателей также можно отнести недостаточную жёсткость коленчатых и распределительных валов по причине их большой длины.

Вопросы балансировки двигателей различной конфигурации по причине их сложности и объёмности будут рассмотрены в другой статье.

Автомобиль Альфа Ромео 8С под капотом которого стоял двигатель R8.

Обратите внимание на соотношение длины капота и длины пассажирского салона автомобиля, в настоящее время, когда автомобиль стал утилитарным предметом, такую роскошь никто позволить не может. Неудобные компоновочные размеры стали одной из причин вымирания рядных двигателей.

Для создания мощных двигателей необходимо увеличивать общий объём цилиндров, но размеры цилиндров тоже накладываются технические ограничения, поэтому приходится увеличивать число цилиндров. Двигатели V-образные конфигурации цилиндров сложнее и, следовательно, дороже в производстве, но имеют значительную меньшую длину при небольшом увеличении ширины, по сравнению с рядными двигателями с таким же количеством цилиндров. Такие двигатели имеют лучшие компоновочные характеристики. Представьте длину капота двигателя, под которым установлен рядный 12-ти цилиндровый двигатель. Правда, в истории мирового автомобилестроения встречались автомобиля с рядным 16-ти цилиндровым двигателем. Но тогда в городах места было много, а машин было мало, да и королевских особ, для которых выпускались подобные автомобили уже и тогда было немного.

V-образные двигатели тяжело балансируются, особенно широко распространённые V6. Поскольку двигатель имеет два блока цилиндров, приходится удваивать количество многих деталей – головок блока цилиндров, распределительных валов, деталей привода распределительных валов и деталей привода клапанных механизмов, при этом повышаются затраты энергии на трение в механизмах двигателя.

Оппозитный двигатель можно рассматривать как частный случай V-образного двигателя с развалом цилиндров 180?. Преимущество оппозитного двигателя в исключительно хорошей балансировке, но этот двигатель сложен в производстве и имеет очень плохие компоновочные характеристики, поэтому широкого распространения не получил. В настоящее время такие 4-х и 6-ти цилиндровые двигатели применяют только Porsche и Subaru.

Двигатели типа «VR» и, особенно W-образные очень сложны в производстве, многие производители автомобилей не только не смогут выпустить такие сложные в изготовлении двигатели при допустимой себестоимости, но и вообще их выпустить не могут по причине отсутствия необходимых технологий. На подобный эксперимент могут пойти только немцы, с их высочайшей технологией и вечным стремлением к техническому совершенству. Да и у немцев такие двигатели выпускает только Фольксваген. При конструировании двигателя VR-6 у специалистов стояла задача – засунуть под капот стандартных автомобилей мощный многоцилиндровый двигатель, и они великолепно справились с этой задачей. Соединив технологию создания V-образных двигателей и двигателей VR, специалисты фирмы Фольксваген создали целое семейство W-образных двигателей.

Может возникнуть вопрос, какое количество цилиндров двигателя оптимально?

В многоцилиндровых двигателях рабочий такт не происходит во всех цилиндрах одновременно. Происходящий поочередно рабочий ход позволяет многоцилиндровым двигателям работать плавнее двигателей с меньшим количеством цилиндров. Чем больше цилиндров, тем плавнее работает двигатель. Двигатели, имеющие от 1-го до 3-х цилиндров должны иметь массивный маховик, сглаживающий пульсацию крутящего момента двигателя.

Ясно, что количество цилиндров двигателя нельзя увеличивать бесконечно. Поэтому возникает вопрос – а, сколько цилиндров должен иметь двигатель. Для получения большей мощность от двигателя необходимо в нём сжигать как можно больше топливовоздушной смеси. Одним из основных способов достижения этого является увеличение объёма цилиндров. Но если сделать одноцилиндровый двигатель с очень большим объёмом, сила инерции массивных деталей этого двигателя, совершающих возвратно-поступательное движение, может разрушить двигатель. А если сделать двигатель с очень большим количеством цилиндров, резко возросшие силы трения в механизмах двигателя, увеличат внутренние потери двигателя и сделают его работу неэффективной. В настоящее время полный объём одного цилиндра многоцилиндрового автомобильного двигателя редко превышает 0,5 ? 0,6 литра,соответственно разумное максимальное количество цилиндров серийного двигателя лежит в диапазоне 10 ? 12 цилиндров. Правда существуют современные конфигурации двигателей (в названиях этих двигателей присутствует буква W) в которых количество цилиндров доходит до 16 и даже до 18.

В этом разделе было упомянуто о балансировке двигателя. Создать двигатель, работающей вообще без вибраций невозможно. Но есть двигатели с великолепной балансировкой, а есть двигатели, вибрации которых принимают как допустимые по причине низкой себестоимости производства этого двигателя. Вопрос балансировки двигателя достаточно сложный. Наша задача сейчас разобраться в принципах работы двигателя, по этому отложим вопрос о балансировке двигателя до последующего обсуждения.

Самым массовым в мировом автомобилестроении является рядный 4-х цилиндровый двигатель. Такой двигатель установлен на большинстве автомобилей выпускаемых как в прошлом, так и в настоящее время. И, хотя в теории, рядный 4-х цилиндровый двигатель рассматривается как несбалансированный, за счёт различных технических ухищрений (в основном за счёт уменьшения веса деталей цилиндропоршневой группы) и ограничения объёма цилиндров удалось значительно снизить вибрации этого двигателя. Но кроме недостатков рядный 4-х цилиндровый двигатель имеет большие преимущества. Главное преимущество – низкая себестоимость производства и отработанные технологии его производства (что позволяет снизить общую стоимость автомобиля) сделали его конкурентоспособным по сравнению с другими типами двигателей при производстве доступных массовых автомобилей.

Е.Н. Жарцов

autopribor.ru