Silnik rzędowy czterocylindrowy (I4, L4): budowa, charakterystyka i zastosowania
Silnik rzędowy czterocylindrowy (I4, L4): opis budowy i działania, równowaga i wibracje, zalety i ograniczenia oraz typowe zastosowania w samochodach osobowych i lekkich dostawczych.
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.
Galeria obrazów
10 Obrazy
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.
Wyporność
Ta konfiguracja rzędowej czwórki benzynowej jest najczęściej spotykana w samochodach o pojemności skokowej (wielkości silnika) do 2,4 L. Porsche używało czwórki o pojemności 3,0 L w swoich sportowych samochodach 944 S2 i 968. Pojazdy zabytkowe miały zazwyczaj większą pojemność skokową, aby rozwinąć moc i moment obrotowy. Ford Model A był zbudowany z silnikiem rzędowym o pojemności 3,3 l.
Czterocylindrowe silniki wysokoprężne mają niższe obroty niż silniki benzynowe. Ich pojemność często przekracza 3,0 L. Toyota wyprodukowała silnik wysokoprężny o pojemności 4,1 L, który był używany w Toyocie Mega Cruiser. Większe silniki czterocylindrowe są używane w zastosowaniach przemysłowych, często są produkowane z pojemnością skokową do około 4,6 L.
Pojemność skokowa może być również bardzo mała. Niektóre samochody sprzedawane w Japonii mają silniki o pojemności zaledwie 660 cm3.
Zastosowanie w wyścigach
Wyścig Indianapolis 500 w 1913 roku wygrał Jules Goux jadący Peugeotem. Samochód ten był napędzany silnikiem rzędowym czterocylindrowym zaprojektowanym przez Ernesta Henry'ego. Konstrukcja ta miała duży wpływ na silniki wyścigowe. Jako pierwszy zastosowano w nim podwójny wałek rozrządu (DOHC) i cztery zawory na cylinder. Stało się to standardem w wyścigowych silnikach rzędowo-czterocylindrowych.
Ten Peugeot został sprzedany amerykańskiemu kierowcy "Wild Bob" Burmanowi. Burman zepsuł silnik w 1915 roku. Z powodu I wojny światowej Peugeot nie mógł dostarczyć nowego silnika. Burman poprosił Harry'ego Arminiusa Millera o zbudowanie nowego silnika. Miller, wraz z Johnem Edwardem i Fredem Offenhauserem, stworzył nowy silnik. Jego konstrukcja była oparta na rzędowym silniku czterocylindrowym Peugeota. Była to pierwsza wersja silnika, który dominował w wyścigach Indianapolis 500 aż do 1976 roku. Początkowo silnik nosił nazwę Miller. Później stał się znany jako Offenhauser. Silniki Offenhausera wygrały pięć wyścigów z rzędu na torze Indianapolis w latach 1971-1976. Dopiero w 1981 r. silniki takie jak Cosworth V8 wyeliminowały je.
W wielu samochodach produkowanych przed II wojną światową w wyścigach samochodowych Grand Prix voiturette stosowano silniki rzędowe czterocylindrowe. Samochody te zostały przebudowane i ponownie wykorzystane po wojnie. Stworzyły one początki tego, co jest obecnie Formułą 1.
Używanie motocykli
Nowoczesne rzędowe silniki motocyklowe typu inline-four zyskały swoją popularność wraz z modelem CB750 Hondy z pojedynczym wałkiem rozrządu w latach 70-tych. Rzędowa czwórka stała się jedną z najbardziej powszechnych konfiguracji silnika w motocyklach ulicznych. Rzędowa czwórka jest powszechna ze względu na stosunkowo wysoki stosunek wydajności do kosztów. Wszyscy japońscy producenci motocykli oferują motocykle z silnikami rzędowymi czterocylindrowymi.
Pytania i odpowiedzi
Q: Co to jest silnik typu Inline-four?
O: Silnik typu Inline-four to silnik spalinowy ze wszystkimi czterema cylindrami zamontowanymi w linii prostej wzdłuż jednego wału korbowego.
P: Jakimi rodzajami paliwa może być zasilany silnik Inline-four?
O: Silnik Inline-four może być zasilany różnymi rodzajami paliwa, w tym benzyną, olejem napędowym i gazem ziemnym.
P: Co to jest silnik typu slant-four?
O: Silnik typu slant-four to silnik typu Inline-four, w którym cylindry są zamontowane pod kątem.
P: W jaki sposób silnik Inline-four jest wymieniony jako skrót?
O: Silnik Inline-four jest oznaczony jako I4 lub L4 (wzdłużny). Skrót L4 jest często używany w celu uniknięcia pomylenia cyfry 1 z literą I.
P: Dlaczego silnik rzędowy czterocylindrowy jest popularny w samochodach ekonomicznych?
O: Czterocylindrowy silnik rzędowy ma naturalną podstawową równowagę silnika, dzięki czemu działa płynniej niż silniki jedno-, dwu- i trzycylindrowe, a zatem jest popularny w samochodach ekonomicznych.
P: Jaki problem ma silnik rzędowy czterocylindrowy z wtórnym wyważeniem silnika?
O: Silnik Inline-four ma problem z wtórnym wyważeniem silnika, powodując niewielkie wibracje w mniejszych silnikach. Wibracje te nasilają się wraz ze wzrostem wielkości i mocy silnika.
P: Czy mocniejsze silniki wykorzystują ten sam układ silnika co silnik Inline-four, aby uniknąć problemu wtórnego wyważenia silnika?
O: Nie, mocniejsze silniki stosowane w większych samochodach wykorzystują inny układ silnika, aby uniknąć problemu wtórnego wyważenia silnika.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Silnik rzędowy czterocylindrowy (I4, L4): budowa, charakterystyka i zastosowania Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/47384
Źródła
- commons.wikimedia.org : Straight-4_engines