Inline variklis: tipai, įrenginiai, privalumai ir trūkumai

2024 Autorius: Erin Ralphs | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-19 17:41

Inline vidaus degimo variklis yra vienas iš paprasčiausių variklių. Šie agregatai vadinami tokiais, nes cilindrai yra išdėstyti iš eilės. Stūmokliai priverčia vieną alkūninį veleną suktis, kai variklis veikia. Eilinis variklis buvo vienas iš pirmųjų, kurie buvo sumontuoti automobiliuose. Jie buvo suprojektuoti ir pagaminti automobilių pramonės pradžioje.

Kaip viskas prasidėjo?

Šiuolaikinio eilinio vidaus degimo variklio protėvis buvo vieno cilindro variklis. Suprojektavo ir pastatė Etienne Lenoir 1860 m. Visuotinai pripažįstama, kad taip yra, nors šio variklio patentą buvo bandoma gauti dar prieš Lenoirą. Tačiau būtent jo plėtra yra kuo panašesnė į tuos dizainus, kurie šiuo metu montuojami po daugumos pigių serijinių lengvųjų automobilių gaubtais.

Variklis turėjo tik vieną cilindrą, o jo galia prilygo 1,23 arklio galių, tuo metu didžiulė. Palyginimui, šiuolaikinis „Oka“1111 turi du cilindrus ir jo galia yra nuo 30 iki 53 arklio galių.

Didesnis ir galingesnis

Lenoiro idėja pasirodė puiki. Daug inžinierių ir išradėjųpraleido metus ir pastangas stengdamasis kiek įmanoma patobulinti variklį (žinoma, tuo metu buvusių techninių galimybių lygiu). Pagrindinis dėmesys buvo skiriamas galios didinimui.

Iš pradžių dėmesys buvo sutelktas į vieną cilindrą – jie bandė padidinti jo dydį. Tada visiems atrodė, kad padidinus dydį galite gauti daugiau galios. O padidinti apimtį tada buvo lengviausia. Tačiau vieno cilindro nepakako. Teko gerokai padidinti likusias detales – švaistiklį, stūmoklį, bloką.

Visi tie varikliai pasirodė labai nestabilūs, turėjo didelę masę. Tokio variklio veikimo metu tarp mišinio uždegimo ciklų buvo didžiulis laiko skirtumas. Žodžiu, kiekviena tokio įrenginio detalė barškėjo ir drebėjo, o tai privertė inžinierius galvoti apie sprendimą. Ir jie įrengė sistemą balansu.

Akligatvis

Netrukus visiems tapo aišku, kad tyrimai pateko į aklavietę. Lenoir variklis negalėjo normaliai ir tinkamai veikti, nes galios, svorio ir dydžio santykis buvo baisus. Norint vėl padidinti cilindro tūrį, prireikė daug papildomos energijos. Daugelis idėją sukurti variklį pradėjo laikyti žlugimu. Ir žmonės vis tiek važinėtų arkliais ir vežimais, jei ne vienas techninis sprendimas.

Dizaineriai pradėjo suprasti, kad alkūninį veleną galima sukti ne tik vienu stūmokliu, bet ir keliais iš karto. Paprasčiausias buvo eilinio variklio gamyba – jie pridėjo dar kelis cilindrus.

19 amžiaus pabaigoje pasaulis galėjo pamatyti pirmąjį keturių cilindrų bloką. Neįmanoma palyginti jo galios su šiuolaikiniu varikliu. Tačiau efektyvumo požiūriu jis buvo aukštesnis nei visi kiti pirmtakai. Galia buvo padidinta dėl padidėjusio darbinio tūrio, tai yra, pridedant cilindrus. Gana greitai įvairių įmonių specialistai sugebėjo sukurti kelių cilindrų variklius iki 12 cilindrų.

Veikimo principas

Kaip veikia ICE? Be to, kad kiekvienas variklis turi skirtingą cilindrų skaičių, eilinis variklis su šešiais ar keturiais cilindrais veikia taip pat. Principas pagrįstas tradicinėmis bet kurio vidaus degimo variklio charakteristikomis.

Visi cilindrai bloke išdėstyti vienoje eilėje. Alkūninis velenas, varomas stūmokliais dėl kuro degimo energijos, yra vienintelis visoms cilindrų-stūmoklių grupės dalims. Tas pats pasakytina ir apie cilindro galvutę. Jis yra vienintelis visiems cilindrams. Iš visų esamų linijinių variklių galima išskirti subalansuotą ir nesubalansuotą dizainą. Toliau apsvarstysime abi parinktis.

Balansas

Tai svarbu dėl sudėtingos alkūninio veleno konstrukcijos. Balansavimo poreikis priklauso nuo cilindrų skaičiaus. Kuo daugiau jų konkrečiame ICE, tuo didesnis turėtų būti balansas.

Nesubalansuotas variklis gali būti tik tokios konstrukcijos, kur yra ne daugiau kaip keturi cilindrai. Priešingu atveju darbo metu atsiras vibracijos, kurių jėga gali sunaikinti alkūninį veleną. Netgi pigūs šešių cilindrų varikliaisu balansuotoju bus geriau nei brangūs inline ketureiliai be balansavimo velenų. Taigi, norint pagerinti pusiausvyrą, eiliniame keturių stūmoklių variklyje kartais taip pat gali reikėti sumontuoti stabdančius velenus.

Variklio padėtis

Tradiciniai keturių cilindrų agregatai dažniausiai montuojami išilgai arba skersai po automobilio gaubtu. Tačiau šešių cilindrų bloką galima montuoti tik išilgai ir nieko daugiau (išskyrus kai kuriuos Volvo modelius ir Chevrolet Epica automobilius).

Linijinis vidaus degimo variklis, kurio konstrukcija yra asimetriška alkūninio veleno atžvilgiu, taip pat turi savybių. Dažnai velenas gaminamas su kompensaciniais liejiniais – šie liejiniai turi slopinti inercijos jėgą, atsirandančią veikiant stūmoklio sistemai.

Inline-six šiandien jau turi mažiau populiarumo – visa tai dėl didelių degalų sąnaudų ir didelių gabaritų. Tačiau net nepaisant ilgo cilindrų bloko, variklis puikiai subalansuotas.

Įrenginio privalumai ir trūkumai

Neskaitant kelių niuansų, linijiniai vidaus degimo varikliai turi tuos pačius privalumus ir tuos pačius trūkumus, kaip ir dauguma V formos variklių ir kitos konstrukcijos variklių. Keturių cilindrų variklis yra labiausiai paplitęs, yra paprasčiausias ir patikimiausias. Masė palyginti nedidelė, remonto kaštai palyginti maži. Vienintelis trūkumas yra balansinių velenų trūkumas konstrukcijoje. Tai geriausias vidaus degimo variklis šiuolaikiniams, net ir vidutinės klasės automobiliams. Taip pat yra mažos talpos eilėje varikliai su mažesniu kiekiucilindrų skaičius. Pavyzdžiui, dviejų cilindrų ekonomiškas SeAZ Oka 1111.

Šešių cilindrų agregatai turi puikų balansą ir čia kompensuojamas „keturių“trūkumas. Tačiau už pusiausvyrą reikia mokėti. Todėl, nepaisant žymiai geresnių charakteristikų, lyginant su „keturiais“, šie vidaus degimo varikliai su eilėje cilindrų išdėstymu variklyje yra retesni. Alkūninis velenas ilgas, gamybos sąnaudos gana didelės, o matmenys palyginti dideli.

Techninis apribojimas

Dabar ne XIX amžius, bet šiuolaikiniams jėgos agregatams dar toli iki techninio tobulumo. Ir čia nepadės net modernios turbinos ir didelio oktaninio skaičiaus kuras. Vidaus degimo variklio efektyvumas siekia apie 20 proc., o visa kita energija eikvojama trinčiai, inercijai ir detonacijai. Tik penktadalis benzino ar dyzelino bus skirta naudingam darbui.

Jau sukurtos pagrindinės variklių savybės, kurių efektyvumas yra didžiausias. Tuo pačiu metu degimo kamerų ir stūmoklių grupės tūriai ir matmenys yra žymiai mažesni. Dėl kompaktiško dydžio dalys turi mažesnę inerciją – tai sumažina žalos dėl detonacijos tikimybę.

Kompaktiškų stūmoklių konstrukcijos ypatybės turi tam tikrų apribojimų. Esant dideliam suspaudimo laipsniui, dėl mažo dydžio sumažėja stūmoklio slėgio perdavimas į švaistiklį. Jei stūmokliai yra didesnio skersmens, dėl didžiulio sudėtingumo neįmanoma pasiekti tikslaus subalansuoto darbo. Tokių turi net modernus BMW variklistrūkumų, nors jį sukūrė vokiečių inžinieriai.

Išvada

Deja, variklių gamyba pasiekė savo technologinę ribą. Vargu ar mokslininkai padarys rimtų techninių atradimų ir pasieks didesnį vidaus degimo variklio efektyvumą. Taigi visi tikimės, kad ateis elektromobilių era.