Silnik rzędowy czterocylindrowy (zwany także prostym czterocylindrowym, oznaczanym I4 lub L4) to rodzaj silnika spalinowego, w którym wszystkie cztery cylindry są ustawione w jednym rzędzie wzdłuż jednego wału korbowego. Może być zasilany różnymi paliwami, w tym benzyną, olejem napędowym czy gazem ziemnym. Układ ten jest jednym z najpowszechniejszych w samochodach osobowych ze względu na korzystny stosunek wymiarów, kosztów i osiągów.

Budowa i oznaczenia

W silniku rzędowym czterocylindrowym cylindry znajdują się w jednej linii prostej. Blok i głowica mają prostą konstrukcję, co upraszcza produkcję i serwisowanie. Oznaczenia I4 (ang. inline-four) lub L4 (często stosowane, by uniknąć pomyłki litery „I” z cyfrą „1”) wskazują na układ cylindrów. Pojedynczy rząd cylindrów może być ustawiony pionowo lub pod kątem do osi pojazdu; wersja z nachyleniem bywa określana jako slant-four.

Równowaga i wibracje

Silnik rzędowy czterocylindrowy ma korzystną równowagę podstawową—siły pierwszego rzędu związane z ruchem posuwisto-zwrotnym tłoków zazwyczaj się znoszą. Jednak układ ten wykazuje istotne siły drugiego rzędu (tzw. sekundarny składnik bezwładnościowy), które nie są całkowicie zrównoważone i powodują drgania przebiegające z częstotliwością dwukrotnie większą od prędkości obrotowej silnika. Dodatkowo w dłuższych blokach może występować tzw. couple (moment bujający), powodujący charakterystyczne kołysanie.

Skutki tych zjawisk są zwykle słabe w małych, niskoobrotowych jednostkach, ale nasilają się przy większych skokach tłoka i wyższych obrotach. Aby ograniczyć wibracje, konstruktorzy stosują różne środki, takie jak specjalne łożyskowanie wału, układy zawieszenia silnika o zoptymalizowanej charakterystyce oraz—w wielu nowoczesnych jednostkach—wały wyrównoważające (balance shafts), zmniejszające składnik drugiego rzędu.

Zalety i ograniczenia

  • Zalety: prosta i kompaktowa konstrukcja, mniejsze koszty produkcji i serwisowania, korzystne właściwości paliwowe i emisji w stosunku do liczby cylindrów, dobre dopasowanie do napędu przedniego (transverse) oraz szerokie zastosowanie w pojazdach użytkowych i osobowych.
  • Ograniczenia: występowanie niecałkowicie zrównoważonych sił powodujących drgania przy wyższych obrotach, co może wymagać dodatkowych rozwiązań tłumiących; przy bardzo dużych pojemnościach i mocach konstrukcja rzędowa może stać się nieoptymalna wymiarowo i dynamicznie.

Zastosowania i rozwój

Silniki I4 są powszechnie stosowane w samochodach osobowych, lekkich dostawczych oraz w wielu motocyklach i agregatach prądotwórczych. Są preferowane tam, gdzie ważne są niewielkie rozmiary, niskie koszty i umiarkowane zużycie paliwa. W nowszych konstrukcjach producenci często sięgają po turbodoładowanie, bezpośredni wtrysk paliwa i wały wyrównoważające, by uzyskać większą moc przy zachowaniu akceptowalnych drgań i emisji.

Uwagi konstrukcyjne

Przy porównywaniu różnych układów cylindrów warto uwzględnić nie tylko liczbę cylindrów, lecz także sposób montażu (poprzecznie lub podłużnie), rodzaj skrzyni biegów i przeznaczenie pojazdu. Wybór między silnikiem rzędowym czterocylindrowym a innymi układami (np. rzędowymi sześciocylindrowymi, widlastymi) jest kompromisem między kosztami, masą, wymiarami oraz oczekiwanymi osiągami.