Płaski czterocylindrowy silnik - Flat-four engine

2007 Silnik lotniczy ULPower UL260i

Płaskim czterech silników , znany także jako poziomo przeciwieństwie czwartego silnika , to czterocylindrowy silnik tłokowy z dwoma brzegami cylindrów leżące po przeciwnych stronach wspólnego wału korbowego. Najpopularniejszym typem płaskiego czterocylindrowego silnika jest silnik typu boxer-cztery , w którym każda para przeciwległych cylindrów porusza się jednocześnie do wewnątrz i na zewnątrz.

Silnik typu boxer-cztery ma idealną równowagę pierwotną i wtórną, jednak dwie głowice cylindrów oznaczają, że konstrukcja jest droższa w produkcji niż silnik rzędowy cztery. Silniki Boxer-cztery stosowane są w samochodach od 1897 roku, zwłaszcza przez Volkswagena i Subaru. Były również sporadycznie używane w motocyklach i często w samolotach. Cessna i Piper używają płaskich czterech silników Lycoming i Continental w najpopularniejszych samolotach cywilnych na świecie - Cessnie 172 i Piper Cherokee .

Projekt

Bokser-czwórka animacja

Większość płaskich czterech silników jest zaprojektowana tak, aby każda para przeciwstawnych tłoków poruszała się jednocześnie do wewnątrz i na zewnątrz, co jest znane jako konfiguracja „boksera” (coś tak, jak zawodnicy bokserscy uderzający w rękawice przed walką). Dlatego terminy „płaska czwórka” i „bokser-czwórka” są często używane jako synonimy.

Zaletami układu boxer-cztery są doskonałe wibracje wtórne (skutkujące minimalnymi wibracjami), nisko położony środek ciężkości i krótka długość silnika. Układ nadaje się również do wydajnego chłodzenia powietrzem, a przepływ powietrza jest równomiernie rozłożony na cztery cylindry. W samolotach pozwala to uniknąć konieczności przenoszenia ciężkich systemów chłodzenia wodą.

Wadami silników typu boxer-cztery (w porównaniu z silnikami rzędowymi-cztery) są ich dodatkowa szerokość, zwiększone koszty związane z posiadaniem dwóch głowic cylindrów zamiast jednej oraz długi kolektor wydechowy wymagany do uzyskania równomiernych impulsów wydechowych. Ze względu na te czynniki, silniki rzędowe cztery są częściej stosowane niż silniki płaskie, a silniki V6 są często używane tam, gdzie wymagane są większe pojemności.

Równowaga silnika

Równe i przeciwstawne siły generowane w silniku typu boxer-cztery skutkują doskonałą równowagą wtórną (w przeciwieństwie do niezrównoważonych sił pionowych wytwarzanych przez silniki rzędowe cztery). Silniki Boxer-cztery są zatem lepiej przystosowane do przemieszczeń powyżej 2,0 l (122 cali sześciennych), ponieważ nie wymagają wałków wyrównoważających w celu zmniejszenia drgań wtórnych.

W praktyce każdy cylinder w silniku typu bokser jest nieznacznie przesunięty w stosunku do swojej przeciwnej pary ze względu na odległość między czopami korbowymi wzdłuż wału korbowego. Ta odległość przesunięcia oznacza, że ​​równe i przeciwne siły z każdej pary cylindrów wytwarzają parę kołysania . Powstające wibracje zwykle nie są wystarczająco wysokie, aby wymagać wałków wyważających.

Jak we wszystkich silnikach czterosuwowych z czterema cylindrami lub mniej, brak nakładania się skoków mocy powoduje pulsacyjne dostarczanie momentu obrotowego do koła zamachowego , powodując drgania skrętne wzdłuż osi wału korbowego. W razie potrzeby drgania te można zminimalizować za pomocą tłumika harmonicznych .

Kolektor wydechowy

Typowa kolejność zapłonu silnika typu boxer-cztery to zapłon lewego rzędu cylindrów jeden po drugim, a następnie prawego (lub odwrotnie), przy czym interwał zapłonu jest równomiernie rozłożony pod kątem 180 stopni. Tradycyjnie wydechy z dwóch cylindrów na każdym rzędzie były połączone, a wynikające z tego nierównomierne impulsy wydechu powodowały charakterystyczny dźwięk wydechu „płaski, czterocylindrowy”.

Inną powszechną konfiguracją wydechu (taką jak używana przez Subaru od połowy 2000 roku) jest sparowanie cylindrów z przesunięciem interwału zapłonu wynoszącym 360 stopni, aby zoptymalizować impulsy wydechu . Ta konfiguracja wymaga długich kolektorów wydechowych, aby sparować cylindry na przeciwległych brzegach, co skutkuje mniej charakterystycznym dźwiękiem wydechu.

Użyj w samochodach

1900-1935

1904 silnik Wilsona-Pilchera chłodzony wodą

W 1900 roku firma Benz & Cie wyprodukowała pierwszy płaski czterocylindrowy silnik , oparty na silniku Benz typu „contra” z 1897 roku. Silnik ten był używany w samochodach wyścigowych Benz, wytwarzał 20 KM (15 kW), miał pojemność skokową 5,4 l (330 cu in) i został zaprojektowany przez Georga Diehla.

Londyńska firma Wilson-Pilcher wypuściła swój pierwszy samochód w 1901 roku, który był napędzany płaskim czterosilnikiem. Silnik ten był montowany wzdłużnie w podwoziu, chłodzony wodą, wytwarzał 9 KM (7 kW) i miał pojemność skokową 2,4 l (146 cali cu). Niezwykle jak na swój dzień otwór i skok były równe, a każdy z nich wynosił 95 mm (3,7 cala).

W 1902 roku samochód Buffum został wyposażony w przeciwstawne czterocylindrowe silniki o mocy 16 koni mechanicznych. Herbert H. Buffum wyprodukował amerykański samochód o nazwie Buffum w Abington w stanie Massachusetts od 1903 do 1907 roku.

Po wcześniejszej produkcji płaskich silników, Tatra 30 z 1926 r. był pierwszym modelem czeskiej firmy napędzanym płaskim czterosilnikiem. Tatra produkowała różne modele płasko-czterosilnikowe w latach 20. i 30. XX wieku.

1936-1999

1952 Jowett Jupiter chłodzony wodą silnik
Silnik chłodzony powietrzem Porsche 550 Spyder z 1955 r.

Tatra T97 z 1936 r. był pionierem w konstrukcji chłodzonego powietrzem płaskiego czterocylindrowego podwozia z tylnym silnikiem (używanym później przez Volkswagena Beetle), a w tym samym czasie, choć niepowiązany, pojawił się Steyr 50 z Austrii, wyposażony w przedni bokser 4 silnik z napędem na tylne koła. Również w 1936 r. angielska firma Jowett rozszerzyła swoją gamę modeli z płaskich silników bliźniaczych na również z płaskimi czterema silnikami. Produkcja płaskich czterech silników Jowett trwała do 1954 roku, kiedy to zaprzestano produkcji modeli sportowych Jowett Javelin i Jowett Jupiter .

Najdłuższym seryjnym czterocylindrowym silnikiem jest chłodzony powietrzem silnik Volkswagena , który był produkowany od 1938 do 2006 roku i był najsłynniej stosowany w Volkswagen Beetle z tylnym silnikiem z lat 1938-2006 i Volkswagen Transporter z lat 1950-1990 . Ten chłodzony powietrzem silnik został zaprojektowany przez Porsche i był również używany w 1948-1965 Porsche 356 , 1953-1956 Porsche 550 , 1965-1969 Porsche 912 i 1969-1976 Porsche 914 . W 1982 roku, aby zachować zgodność z przepisami dotyczącymi emisji spalin, w modelu Volkswagen Transporter (T3) wprowadzono wersję chłodzoną wodą o nazwie Volkswagen Wasserboxer.

W latach 60. i 70. kilku producentów produkowało silniki flat-four, w tym chłodzony powietrzem silnik Citroën flat-four , chłodzony wodą silnik Alfa Romeo flat-four , chłodzony wodą silnik Lancia flat-four oraz chłodzony wodą Subaru. Silnik EA .

Dwa ważne silniki zaprojektowane w tym okresie, ale nigdy nie ujrzały światła dziennego w produkcji seryjnej, to silnik z zaworami bocznymi Morrisa o pojemności 800 cm3 autorstwa Aleca Issigonisa z 1947 r., pierwotnie przeznaczony dla Morrisa Minora, oraz 2,2-litrowy silnik SOHC Ferguson firmy Claude Hill z 1966 r. w ramach projektu badawczego pojazdu R5.

2000-obecnie

2012-obecnie silnik Subaru FA chłodzony wodą

Do roku 2000 większość producentów zastąpiła czterocylindrowe silniki rzędowymi czterocylindrowymi. Godnym uwagi wyjątkiem jest Subaru, z najnowszą iteracją jego płaskiego czterocylindrowego silnika, chłodzony wodą silnik Subaru EJ dostępny w wersji z turbodoładowaniem w sportowym sedanie Subaru WRX i jego odpowiedniku World Rally Car . Przyjęcie przez Subaru napędu na wszystkie koła było czynnikiem w utrzymaniu płaskiego silnika na cztery koła , ponieważ krótsza długość tego silnika pomaga w dopasowaniu elementów napędu na wszystkie koła do podwozia. Chociaż jest droższy niż rzędowy czterocylindrowy silnik, płaski czterocylindrowy silnik pozwala Subaru zbudować pojazd z napędem na wszystkie koła przy niewielkich dodatkowych kosztach z napędu na dwa koła.

W 2012 roku w Toyocie 86 (zwanym również „Subaru BRZ” i „Scion FR-S”), sportowym coupe z napędem na tylne koła , zastosowano wolnossącą wersję silnika Subaru FA . Ten silnik jest chłodzony wodą, ma bezpośredni wtrysk benzyny , wytwarza 147 kW (197 KM) i ma pojemność skokową 2,0 l (122 cu in)

Samochody sportowe Porsche Boxster/Cayman (982) z 2016 r. ze średnim silnikiem zostały zredukowane z wolnossącego sześciocylindrowego silnika do turbodoładowanego czterocylindrowego silnika, pierwszego płaskiego czterocylindrowego silnika od połowy lat 70. XX wieku. Silnik ten jest produkowany w pojemnościach 2,0-2,5 l (122-153 CU) i wytwarza do 365 KM (272 kW). Kilku recenzentów skrytykowało Boxster/Cayman za mało inspirujący dźwięk silnika.

Zastosowanie w motocyklach

Większość motocykli z czterocylindrowymi silnikami wykorzystuje układ czterech silników rzędowych , jednak w motocyklach z napędem wałowym zastosowano kilka płaskich silników czterosilnikowych :

Użyj w samolotach

ULPower UL260i silnik samolotu

Lekkie samoloty zwykle używają płaskich czterech silników o pojemności skokowej do 6,4 l (390 cali sześciennych) od producentów takich jak Lycoming Engines , Continental Motors i Franklin Engine Company .

Dla samolotów sterowanych radiowo , płaskie cztery silniki o pojemności 40-50 cm3 (2,4-3,1 cu in) są produkowane przez firmy takie jak OS Engines .

Zobacz też

Bibliografia