Přímý čtyřválec - Straight-four engine

Schéma řadového čtyřválce DOHC
1989-2006 Motor Ford I4 DOHC s odstraněnou hlavou válců
2006-2009 Dieselový motor Nissan M9R

Rovný čtyři motor (označovaný také jako inline-čtyři ) je čtyřválcový pístový motor , kde jsou válce uspořádány v linii podél společné klikové hřídele.

Drtivá většina automobilových čtyřválcových motorů používá uspořádání s rovnou čtyřkou (s výjimkou plochých čtyř motorů vyráběných Subaru a Porsche) a toto uspořádání je také velmi běžné u motocyklů a jiných strojů. Proto je termín „čtyřválcový motor“ obvykle synonymem pro čtyřválcové motory. Většina příkladů používá k řízení akumulace tepla kapalné chladivo, zatímco se vyrábějí také vzduchem chlazené příklady.

V letech 2005 až 2008 vzrostl podíl nových vozidel prodávaných ve Spojených státech se čtyřválcovými motory z 30% na 47%. Do modelového roku 2019 se podíl lehkých vozidel zvýšil na 57%.

Design

Čtyřdobý řadový čtyřválec má vždy ve svém silovém zdvihu válec, na rozdíl od motorů s menším počtem válců, kde v určitých časech nedochází k silovému zdvihu. Ve srovnání s V4 motorem nebo s plochou čtyři motoru , a-čtyři rovné motor má pouze jeden hlavu válců, což snižuje složitost a výrobní náklady.

Když je motor s přímým čtyřem instalován pod nakloněným úhlem (namísto s válci orientovanými svisle), někdy se mu říká šikmá čtyřka .

Přemístění

Benzínové čtyřválce používané v moderních sériových automobilech mají typicky zdvihový objem 1,3–2,5 l (79–153 cu v), v minulosti se však používaly větší motory, například Bentley 4½ litru 1927-1931 .

Naftové motory byly vyráběny ve větších výtlacích, například 3,2 l přeplňovaný motor Mitsubishi (používá se SUV Pajero/Shogun/Montero) a 3,0 l motor Toyota. Evropské a asijské nákladní vozy s celkovou hmotností vozidla od 7,5 do 18 tun obvykle používají řadové čtyřválcové vznětové motory se zdvihovým objemem kolem 5 litrů. Větší výtlaky se vyskytují u lokomotivních, námořních a stacionárních motorů.

Zdvihový objem může být také velmi malý, jak se vyskytuje u vozů kei prodávaných v Japonsku. Několik těchto motorů mělo čtyři válce v době, kdy předpisy nařizovaly maximální zdvihový objem 550 ccm; maximální velikost je v současné době 660 ccm.

Primární a sekundární zůstatek

Čtyři motory s preferovanou konfigurací klikového hřídele mají dokonalé primární vyvážení . Důvodem je, že písty se pohybují v párech a jeden pár pístů se vždy pohybuje nahoru současně s pohybem druhého páru dolů.

Motory s přímým pohonem čtyř kol mají však sekundární nerovnováhu . To je způsobeno tím, že zrychlení/zpomalení pístů během horní poloviny otáčení klikového hřídele je větší než u pístů ve spodní polovině otáčení klikového hřídele (protože ojnice nejsou nekonečně dlouhé). V důsledku toho dva písty vždy zrychlují rychleji v jednom směru, zatímco ostatní dva zrychlují pomaleji v opačném směru, což vede k sekundární dynamické nerovnováze, která způsobuje vibrace nahoru a dolů při dvojnásobné rychlosti klikového hřídele. Tato nerovnováha je běžná u všech pístových motorů, ale účinek je obzvláště silný u řadových čtyř, protože dva písty se vždy pohybují společně.

Síla této nerovnováhy je určena vratnou hmotou, poměrem délky ojnice k zdvihu a špičkovou rychlostí pístu. Malé objemové motory s lehkými písty proto vykazují malý účinek a závodní motory používají dlouhé ojnice. Účinek však exponenciálně roste s otáčkami motoru (ot / min).

Pulzace v dodávce energie

Animace motoru Inline-four

Čtyřtaktní motory s pěti nebo více válci mohou mít v každém daném časovém okamžiku alespoň jeden válec, který vykonává svůj zdvih. Čtyřválcové motory však mají mezery v dodávce výkonu, protože každý válec dokončí svůj zdvih, než další píst zahájí nový zdvih. Tato pulzující dodávka výkonu má za následek více vibrací než motory s více než čtyřmi válci.

Použití vyvažovacích hřídelí

Systém vyvážení hřídele se někdy používá ke snížení vibrací vytvářených čtyřválcovým motorem, nejčastěji u motorů s větším zdvihovým objemem. Systém vyvažovacího hřídele byl vynalezen v roce 1911 a skládá se ze dvou hřídelí nesoucích stejná excentrická závaží, která se otáčejí v opačných směrech dvojnásobnou rychlostí klikového hřídele. Tento systém byl patentován společností Mitsubishi Motors v 70. letech minulého století a od té doby je licenčně používán několika dalšími společnostmi.

Ne všechny motory s velkým zdvihovým objemem a přímým pohonem však používaly vyvažovací hřídele. Mezi příklady relativně velkých motorů bez vyvažovacích hřídelů patří 2,4litrový motor Citroën DS , 2,6litrový motor Austin-Healey 100 , 3,3L motor Ford Model A (1927) a 2,5litrový motor GM Iron Duke . Sovětské/ruské motory GAZ Volga a UAZ se zdvihovým objemem až 2,9 litru byly vyráběny bez vyvažovacích hřídelů od 50. do 90. let minulého století, jednalo se však o motory s relativně nízkými otáčkami, což snižuje potřebu systému vyvažovacího hřídele.

Využití v produkčních automobilech

1908–1941 motor Ford Model T
1970 Alfa Romeo Twin Cam motor

Většina moderních přímých čtyř motorů používaných v automobilech má výtlak 1,5–2,5 l (92–153 cu v). Nejmenší automobilový řadový čtyřválec byl použit v nákladním voze Honda T360 kei v letech 1963–1967 a měl zdvihový objem 356 ccm (21,7 cu in), zatímco největším sériově vyráběným přímým čtyřválcovým motorem je vznětový motor Mitsubishi 4M41 1999–2019 motor, který byl použit v Mitsubishi Pajero a má výtlak 3,2 L (195 cu v).

Mezi významné motory přímých čtyř automobilů patří:

Použití v závodních automobilech

1980 BMW M12/13 Formula One motor

Mnoho raných závodních vozů používalo rovnou čtyřválcovou motorku, nicméně motor Peugeot, který vyhrál v roce 1913 Indianapolis 500, byl velmi vlivným motorem. Tento motor, navržený Ernestem Henrym , měl dvojité vačkové hřídele (DOHC) se čtyřmi ventily na válec, což je uspořádání, které by se stalo standardem pro závodní čtyřválcové motory.

Mezi motory inspirovanými designem Peugeotu byl motor Miller , který byl úspěšným závodním motorem ve 20. a na počátku 30. let minulého století. Motor Miller se vyvinul do motoru Offenhauser, který měl velmi úspěšný rozsah od roku 1933 do roku 1981, včetně pěti přímých vítězství na Indianapolis 500 v letech 1971 až 1976.

Mnoho vozů vyrobených pro motoristické kategorie Grand Prix voiturette před 2. světovou válkou používalo řadové motory se čtyřmi řadami. 1,5 l přeplňované motory si našly cestu do automobilů, jako jsou Maserati 4CL a různé modely English Racing Automobiles (ERA). Tito byli vzkříšeni po válce a tvořili základ toho, co se později stalo Formuli 1 , ačkoli v prvních letech F1 dominovaly rovné osm přeplňovaných Alfettas.

Dalším motorem, který hrál důležitou roli v závodní historii, je čtyřválec Ferrari navržený Aureliem Lampredim . Tento motor byl původně navržen jako 2L motor Formule 2 pro Ferrari 500, ale vyvinul se na 2,5 L, aby mohl závodit ve Formuli 1 ve Ferrari 625. Pro závodní sportovní vozy byla kapacita zvýšena až na 3,4 L pro Ferrari 860 Monza.

Coventry Climax rovný čtyři motor byl také velmi úspěšný závodní motor, který začal život jako 1,5 litrový motor vzorce 2. V roce 1958 byl pro Formuli 1 zvětšen na 2,0 litru a vyvinul se do velkého 2 495 ccm FPF, který v letech 1959 a 1960 vyhrál šampionát Formule 1 v Cooperově podvozku.

Ve Formuli 1 v 80. letech dominovaly přeplňované vozy o objemu 1 500 ccm. Motor BMW M12/13 byl ve své době pozoruhodný svými vysokými plnícími tlaky a výkonem. Litinový blok vycházel ze standardního bloku silničních vozidel a poháněl vozy F1 Brabham, Arrows a Benetton a vyhrál mistrovství světa v roce 1983. Verze motoru z roku 1986 údajně v kvalifikaci produkovala přibližně 1300 hp (969 kW) oříznout.

Použití v motocyklech

Viz také: Motor motocyklu
1970 Motor Honda CB750

Belgický výrobce zbraní FN Herstal , který vyráběl motocykly od roku 1901, začal vyrábět první motocykly s řadovými čtyřkolkami v roce 1905. Motor FN Four měl motor uložen vzpřímeně s podélným klikovým hřídelem . Další výrobci, kteří používali toto rozložení, byli Pierce , Henderson , Ace , Cleveland a Indian ve Spojených státech, Nimbus v Dánsku, Windhoff v Německu a Wilkinson ve Velké Británii.

První čtyřválcový motocykl napříč rámem byl závodník Gilera 500 Rondine z roku 1939 , měl také vačkové hřídele s dvojitou hlavou, nuceně indukující kompresor a byl chlazený kapalinou . Moderní inline čtyři motocyklové motory nejprve stal se populární Honda ‚s SOHC CB750 představen v roce 1969 a další následovaly v roce 1970. Od té doby se řadová čtyřkolka stala jednou z nejběžnějších konfigurací motoru v pouličních kolech. Mimo kategorii křižníků je řadová čtyřka nejběžnější konfigurací kvůli relativně vysokému poměru výkonu k nákladům. Všichni hlavní japonští výrobci motocyklů nabízejí motocykly s řadovými čtyřmi motory, stejně jako MV Agusta a BMW . BMW dřívější řadové čtyři motocykly byly namontovány vodorovně podél rámu, ale všechny současné čtyřválcové motocykly BMW mají příčné motory . Moderní společnost Triumph nabídla řadové čtyřmotorové motocykly, i když byly ukončeny ve prospěch trojic .

2009 Yamaha R1 má řadový čtyřválec, který nestřílí v rovnoměrných intervalech 180 °. Místo toho používá křížový klikový hřídel, který zabraňuje tomu, aby se písty současně dostaly do horní úvrati. Výsledkem je lepší sekundární vyvážení , což je zvláště výhodné ve vyšších otáčkách, a teorie „ pořadí střelby s velkým třeskem “ říká, že nepravidelný přenos točivého momentu na zadní pneumatiku usnadňuje ovládání klouzání v zatáčkách při závodních rychlostech.

Čtyřřadé motory používají v MotoGP také týmy Suzuki (od roku 2015 ) a Yamaha (od roku 2002 ). V roce 2010 , kdy byla představena čtyřdobá třída Moto2, byly motory této třídy řadový čtyřválec o objemu 600 ccm (36,6 cu v) vyrobený společností Honda na základě CBR600RR s maximálním výkonem 110 kW (150 k) . Počínaje rokem 2019 byly motory nahrazeny trojitým motorem Triumph 765 ccm (46,7 cu v) .

Viz také

Reference

externí odkazy