Поршеньді қозғалтқыштардағы цилиндр диаметрі мен поршень жүрісінің арақатынасы

Кіріспе

Механикалық өлшеу

Штут қатынасы, бүгінде цилиндр диаметрінің поршень жүрісіне қатынасы ретінде жалпыға бірдей анықталады, бұл поршендік қозғалтқыштағы цилиндр диаметрі мен поршень жүрісінің ұзындығы арасындағы қатынасты сипаттау үшін қолданылатын термин. Бұл ішкі жану қозғалтқышы үшін, онда отын қозғалтқыштың цилиндрлерінде жағады, немесе сыртқы жану қозғалтқышы үшін, мысалы, бу қозғалтқышы үшін қолданылуы мүмкін, онда отынның жануы қозғалтқыштың жұмыс цилиндрлерінен тыс жерде жүзеге асырылады.

Ұңғыма/жол қатынасы

Цилиндр тесігінің диаметрі поршеньнің жүрісінің ұзындығына бөлінеді, нәтижесінде қатынас шығады.

Квадрат

Квадратты қозғалтқышта цилиндр диаметрі мен поршеньнің жүрісі бірдей болады, нәтижесінде диаметр/жүріс қатынасы дәл 1:1-ге тең.

Квадратты қозғалтқыш үлгілері

1953 – Ferrari 250 Europa-да Lampredi V12 ұңғымасы мен соққысы болды. 1967 – FIAT 125, 124Sport қозғалтқышы 125A000 90 а.к., 125B000 100 а.к., 125BC000 110 а.к., 1608 см³, DOHC, ұңғымасы мен соққысы болды. 1970 – Ford 400-де ұңғымасы мен соққысы болды. 1973 – Kawasaki Z1 және KZ(Z)900-де ұңғымасы мен соққысы болды. 1973 – British Leyland компаниясының Австралиялық бөлімшесі Rover V8 қозғалтқышының 4,4 литрлік нұсқасын жасады, оның ұңғымасы мен соққысы 88,9 мм-ге тең. Бұл қозғалтқыш тек Leyland P76 машинасына орнатылды. 1982 – Honda Nighthawk 250 және Honda CMX250C Rebel-де ұңғымасы мен соққысы бар, бұл оны шаршы қозғалтқышқа айналдырады. 1983 – Mazda FE 2.0L қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқышында ұңғымасы мен соққысы бірдей. Бұл қозғалтқыш сондай-ақ 1,75:1 штанга/соққы арақатынасына ие. 1987 – Opel/Vauxhall 2.0 л GM Family II қозғалтқыштары ұңғымасы мен соққысы бойынша шаршы; мысалы C20XE, C20NE, C20LET, X20A, X20XEV, X20XER, Z20LET, Z20LEH, Z20LER, A20NHT, A20NFT. 1989 – Nissan SR20DE шаршы қозғалтқыш, ұңғымасы мен соққысы бірдей. 1990 – Maserati Shamal-да AM 479 екі турбо V8 қозғалтқышы бар, ұңғымасы мен соққысы болды. Бұл қозғалтқыш кейіннен Quattroporte IV және 3200 GT машиналарына орнатылды. 1990–2010 – Saab B234/B235 шаршы қозғалтқыш, ұңғымасы мен соққысы бірдей. 1991 – Ford 4.6 V8 OHC қозғалтқышының ұңғымасы мен соққысы бар. Ол Ford V8 қозғалтқышы бар машиналар мен жүк көліктерінің негізгі бөлігі болды. 1995 – 2793 текше сантиметрлік BMW M52 қозғалтқышы – ұңғымасы мен соққысы бірдей кемелденген шаршы қозғалтқыштың үлгісі. 1996 – Jaguar AJ V8 4.0 литрлік қозғалтқышының ұңғымасы 86,0 мм, соққысы да 86,0 мм. 2000 – Mercedes Benz 4.0 литрлік OM628 V8 дизельдік қозғалтқышы – ұңғымасы мен соққысы бірдей шаршы қозғалтқыштың үлгісі. Volkswagen Group-тың 2005 жылғы W16 қозғалтқышы, Bugatti Veyron машинасына орнатылған, сондай-ақ ұңғымасы мен соққысы бірдей. Peugeot XU10 қозғалтқыштарының желісі – көлемі 1998 текше сантиметр – ұңғымасы мен соққысы бірдей кемелденген шаршы қозғалтқыштың үлгісі. Toyota 2JZ, 1TR және 4U қозғалтқыштары шаршы, ұңғымасы мен соққысы бірдей. Toyota 2TR FE – ұңғымасы мен соққысы бірдей шаршы қозғалтқыш. Toyota 1G – ұңғымасы мен соққысы бірдей шаршы қозғалтқыш. Toyota 3NR FE және Daihatsu 3NR VE – ұңғымасы мен соққысы бірдей шаршы қозғалтқыштар. Honda J30A қозғалтқышының ұңғымасы мен соққысы бар. Suzuki AX100 қозғалтқышының ұңғымасы мен соққысы бар. Yamaha YBR125 қозғалтқышының ұңғымасы мен соққысы бар.

1953 – Ferrari 250 Europa had Lampredi V12 with bore and stroke. 1967 – FIAT 125, 124Sport engine 125A000 90 hp, 125B000 100 hp, 125BC000 110 hp, 1608 ccm, DOHC, bore and stroke. 1970 – Ford 400 had a bore and stroke. 1973 – Kawasaki Z1 and KZ(Z)900 had a bore and stroke. 1973 – British Leyland's Australian division created a 4.4 litre version of the Rover V8 engine, with bore and stroke both measuring 88.9 mm. This engine was exclusively used in the Leyland P76. 1982 Honda Nighthawk 250 and Honda CMX250C Rebel have a bore and stroke, making it a square engine. 1983 – Mazda FE 2.0L inline four cylinder engine with a perfectly squared bore and stroke. This engine also features the ideal 1.75:1 rod/stroke ratio. 1987 – The Opel/Vauxhall 2.0 L GM Family II engines are square at bore and stroke; example as C20XE C20NE C20LET X20A X20XEV X20XER Z20LET Z20LEH Z20LER A20NHT A20NFT. 1989 – Nissan's SR20DE is a square engine, with an bore and stroke. 1990 – Maserati Shamal had biturbo V8 engine AM 479 with bore and stroke. This engine, after modifications, was later installed in Quattroporte IV and 3200 GT. 1990–2010 Saab B234/B235 is a square engine, with a bore and stroke. 1991 – Ford's 4.6 V8 OHC engine has a bore and stroke. It has been the backbone of Ford V8 powered cars and trucks in different power levels and head designs for two decades. 1995 – The BMW M52 engine with a displacement of 2793 cubic centimeters is an example of a perfect square engine with an bore and stroke. 1996 – Jaguar's AJ V8 engine in 4.0 litre form has an 86.0 mm bore and stroke. 2000 – Mercedes Benz 4.0 litre OM628 V8 diesel engine is an example of a square engine – with an bore and stroke. The Volkswagen Group's 2005 W16 engine as used in the Bugatti Veyron also using a bore and stroke. The Peugeot XU10 engine line – with a displacement of 1998 cubic centimeters – is an example of a perfect square engine with an bore and stroke. Toyota's 2JZ, 1TR and 4U are square engines, with bore and stroke. Toyota's 2TR FE is a square engine, with bore and stroke. Toyota's 1G is a square engine with an bore and stroke. Toyota's 3NR FE and Daihatsu 3NR VE are square engines with bore and stroke. Honda's J30A engine has an bore and stroke. Suzuki AX100 engine has a bore and stroke. Yamaha YBR125 engine has a bore and stroke.

Квадраттық

Егер цилиндрлердің диаметрі поршень жүрісінен үлкен болса, онда поршень жүрісіне қатысты диаметрінің арақатынасы 1:1-ден жоғары болса, қозғалтқыш "артық квадратты" немесе "қысқа поршеньді" деп сипатталады. Артық квадратты қозғалтқыш цилиндр басындағы көбірек және ірі клапандарға, поршеньнің ең жоғары жылдамдығын төмендету арқылы жоғары айналымдарға және бірдей (айналма) жылдамдық үшін поршеньге түсетін күштің төмендеуіне мүмкіндік береді. Осы сипаттамалар жоғары қозғалтқыш айналымдарын жақсартады, сондықтан артық квадратты қозғалтқыштар көбінесе салыстырмалы түрде жоғары айналымдарда ең жоғары моментті дамыту үшін реттеліп бапталады. Поршень мен цилиндр басының беттік ауданы ұлғайғандықтан, диаметр/поршень жүрісі арақатынасы артқан сайын жылу шығыны да артады. Осылайша, тым жоғары арақатынас басқа қозғалтқыш конструкцияларымен салыстырғанда жылу тиімділігінің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Жану камерасының жану кезіндегі үлкен көлемі/ені ауа-отын қоспасының біртектілігін төмендетуі мүмкін, нәтижесінде шығарындылардың көбеюіне себеп болады. Поршень жүрісінің қысқа болуы цилиндрдің және кейде поршень білігінің де қысқа болуына мүмкіндік береді, нәтижесінде артық квадратты қозғалтқыштар ұқсас көлемді төмен квадратты қозғалтқыштардан көбінесе биіктігі төмен, бірақ ені кең болады.

Оверскварелі қозғалтқыштар мысалдары

Оверскварт қозғалтқыштар (әлде "қысқа соққылы қозғалтқыштар" деп те аталады) өте кең таралған, себебі олар поршеньнің шамадан тыс жылдамдығынсыз жоғары айналымға (сонымен қатар, қуатты арттыруға) мүмкіндік береді. Мысалға, Chevrolet және Ford кіші блоктарының V8 қозғалтқыштарын келтіруге болады; GMC 478 V6 қозғалтқышының диаметрі мен соққысы арақатынасы 1.33-ке тең. BMW N45 бензиндік қозғалтқышының 1.6 литрлік нұсқасының диаметрі мен соққысы арақатынасы 1.167 құрайды. Көлденең қарама-қарсы, сондай-ақ "Боксер" немесе "жазық" қозғалтқыштар көбінесе оверскварт конструкцияға ие, өйткені соққы ұзындығының кез келген артуы қозғалтқыштың жалпы енінің екі есеге өсуіне әкеледі. Бұл әсіресе Subaru қозғалтқыштарының алдыңғы орналасуында маңызды, онда алдыңғы дөңгелектердің бұрылу бұрышы қозғалтқыштың енімен шектеледі. Subaru EJ181 қозғалтқышы ең жоғары айналым моментін 3200 айналымда дамытады. Nissan RB, VQ, VK, VH және VR38DETT қозғалтқыштарының барлығы оверскварт болып табылады. Сонымен қатар, Nissan Pulsar VZ R және VZ R N1 модельдерінде қолданылатын SR16VE қозғалтқышы – диаметрі мен соққысы бар, бірақ салыстырмалы түрде төмен айналым моментіне ие оверскварт қозғалтқыш. Экстремалды оверскварт қозғалтқыштар Формула-1 жарыс машиналарынде кездеседі, онда қатаң ережелер көлемін шектейді, сондықтан қуатты жоғары айналымдар арқылы қол жеткізу қажет. 2.5:1 шамасындағы соққы қатынастарына рұқсат етіледі, бұл қозғалтқыштың айналу жылдамдығын 18 000 айналымға дейін көтеруге мүмкіндік береді, сонымен қатар бірнеше жарыстарға сенімділікпен жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Ducati Panigale мотоциклінің қозғалтқышы өте оверскварт, оның диаметрі мен соққысы арақатынасы 1.84:1 құрайды. Ducati оған итальян тілінен шамамен "супер квадрат" деп аударатын "SuperQuadro" деген ат берді. Бельгиялық D Motor LF26 әуе қозғалтқышының бүйір клапанының диаметрі мен соққысы арақатынасы 1.4:1-ге тең. Алғашқы Mercedes-Benz M116 қозғалтқыштарында 3.5 литрлік V8 үшін диаметрі және соққысы болды.

Төменгі квадрат

Егер цилиндрлердің диаметрі (кеңдігі) поршеньнің жүрісінен (пистонның қозғалыс ұзындығы) кіші болса, онда арақатынас 1:1-ден кем болады, мұндай қозғалтқыш "төменгі шаршы" немесе "ұзақ соққылы" деп сипатталады. Белгілі бір қозғалтқыш айналымдарында поршеньнің ұзын жүрісі қозғалтқыш ішіндегі үйкелісті арттырады және поршеньнің жоғары үдеуіне байланысты коленвалға түсетін жүктемені ұлғайтады. Диаметрдің кіші болуы цилиндр басындағы клапандарға арналған аумақты азайтады, сондықтан клапандардың мөлшері кішірек немесе саны аз болуы керек. "Төменгі шаршы" қозғалтқыштар көбінесе кіші клапандары мен жоғары поршень жылдамдығының салдарынан жоғары айналымдарға жету мүмкіндігі шектеулі болғандықтан, "жоғарғы шаршы" қозғалтқыштарға қарағанда төменгі айналымдарда жоғары моментті көрсетеді.

Квадратсыз қозғалтқыштар үлгілері

Көптеген тік қозғалтқыштар, әсіресе алдыңғы дөңгелекті автомобильдерге көлденең орнатылғандары, төменгі шаршылы конструкцияны пайдаланады. Кішірек диаметрі қозғалтқышты қысқартады, бұл алдыңғы дөңгелектердің басқаруы үшін көбірек орын береді. Мұндай мысалдарға Volkswagen, Nissan, Honda және Mazda қозғалтқыштарын келтіруге болады. Toyota Aygo, Citroën C1 және Peugeot 107 автомобильдерінде қолданылатын 1KR FE қозғалтқышы FF компоновкасындағы автомобильдерде кеңінен қолданылатын қазіргі заманғы ұзақ соққылы қозғалтқыштың мысалы болып табылады. Бұл қозғалтқыштың диаметрі мен соққысы 0,845:1 арақатынасын құрайды. Алдыңғы дөңгелекті автомобильдерден (мысалы, Mazda MX-5) қозғалтқыш алған кейбір артқы дөңгелекті автомобильдер төменгі шаршылы конструкцияны қолданады. BMW-нің танымал S54B32 M54 қозғалтқышы ), сол кездегі атмосфералық қозғалтқыштар үшін литрге шаққандағы ең жоғары крутящий моменттің әлемдік рекордын көрсетті; бұл рекорд Ferrari 458 Italia ұсынылғанға дейін сақталды. Көптеген британдық автомобиль компаниялары 1950 жылдарға дейін төменгі шаршылы конструкцияларды қолданды, себебі цилиндр диаметріне қарай салық салынатын моторлық салық жүйесі болды. Бұл BMC A сериялы қозғалтқышын және көптеген Nissan туындыларын қамтиды. Trojan Car екі цилиндрлі, тік орналасқан, екі тактылі, екі поршеньді қозғалтқышты пайдаланды; бұл ішінара салықтық жеңілдіктер үшін, ішінара оның пропорциялары әрбір U-тәрізді цилиндрдің екі поршеніне арналған V-тәрізді жалғауыштардың иілуіне мүмкіндік берді, бұл екі жалғауышты қосымша подшипникпен біріктіруге қарағанда арзан әрі қарапайым болды. Олардың француз және неміс бәсекелестері де салықтық себептер болмаған жағдайда төменгі шаршылы конструкцияларды қолданды, мысалы, Renault Billancourt және Opel 6 тік қозғалтқыштары. 225 куб. дюймдік (3,7 литрлік) Chrysler Slant 6 қозғалтқышы төменгі шаршылы, диаметрі мен соққысы (диаметр/соққы арақатынасы = 0,819:1). Ford 5.4L модульдік қозғалтқышының диаметрі мен соққысы 0,852:1 арақатынасын құрайды. Соққысы диаметрінен әлдеқайда ұзын болғандықтан, осы қозғалтқыштың SOHC 16V (цилиндрге екі клапан) нұсқасы 2501 айналымда 350 фунт-футқа дейін максималды крутящий моментті тудыра алады. Willys Jeep L134 және F134 қозғалтқыштары төменгі шаршылы, диаметрі мен соққысы (диаметр/соққы арақатынасы = 0,714:1). Dodge Power Wagon 230 куб. дюймдік (3,8 л) Chrysler Flathead тік алты цилиндрлі қозғалтқышын пайдаланды, оның диаметрі мен соққысы 0,709:1 болатын айқын төменгі шаршылы диаметр/соққы арақатынасын құрады. Австралиялық Ford Falcon-ның 4 литрлік Barra Inline 6 қозғалтқышы диаметрі мен соққысы 0,929:1 диаметр/соққы арақатынасына тең. 292 Chevrolet I6 де төменгі шаршылы, диаметрі мен соққысы (диаметр/соққы арақатынасы = 0,939:1). Mitsubishi Lancer Evolution-ның көптеген буындарында қолданылатын Mitsubishi 4G63T қозғалтқышы Jaguar XK6 қозғалтқышы 1949 жылдан 1987 жылға дейін барлық 6 цилиндрлі Jaguar автомобильдерінде қолданылды және төменгі шаршылы болды. Мысалы, 4,2 литрлік қозғалтқыштың диаметрі мен соққысы 0,869:1 арақатынасын қамтамасыз етеді. Әскери авиацияда қолданылатын барлық поршеньді қозғалтқыштар ұзақ соққылы болды. PW R 2800, Wright R 3350, Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major, Rolls Royce Merlin (1650), Allison V 1710 және Hispano Suiza 12Y Z – жүзден астам мысалдардың тек бірнешеуі ғана. Барлық дизельді кемелерде әдетте крейцкопфты пайдаланатын, өте төменгі шаршылы теңіз қозғалтқыштары орнатылған. Wärtsilä екі тактылі теңіз дизельдік қозғалтқышының диаметрі мен соққысы 0,384:1 (диаметр/соққы арақатынасы = 0,384:1). Көптеген қазіргі заманғы мотоциклдердің қозғалтқыштары квадратты немесе артық квадратты, бірақ кейбіреулері төменгі шаршылы. Kawasaki Z1300 тік алты цилиндрлі қозғалтқышы қозғалтқыштың енін азайту үшін төменгі шаршылы жасалған, ал жақында Honda NC700 сериясы үшін жаңа тік екі цилиндрлі қозғалтқыш отынды тиімді жағу үшін және жанармай тұтынуды азайту үшін төменгі шаршылы конструкцияны пайдаланды.

Many inline engines, particularly those mounted transversely in front wheel drive cars, utilize an undersquare design. The smaller bore allows for a shorter engine that increases room available for the front wheels to steer. Examples of this include many Volkswagen, Nissan, Honda, and Mazda engines. The 1KR FE engine used in the Toyota Aygo, Citroën C1 and Peugeot 107 amongst others is an example of a modern long stroke engine widely used in FF layout cars. This engine has a bore and stroke of stroke giving it a bore/stroke ratio of 0.845:1. Some rear wheel drive cars that borrow engines from front wheel drive cars (such as the Mazda MX 5) use an undersquare design. BMW's acclaimed S54B32 M54 engine was undersquare with a bore and stroke of ), offering a world record torque per litre figure for normally aspirated production engines at the time; this record stood until Ferrari unveiled the 458 Italia. Many British automobile companies used undersquare designs until the 1950s, largely because of a motor tax system that taxed cars by their cylinder bore. This includes the BMC A Series engine, and many Nissan derivatives. The Trojan Car used an undersquare, split piston, two stroke, two cylinder inline engine; this was partly for this tax advantage and partly because its proportions allowed flexing V shaped connecting rods for the two pistons of each U shaped cylinder, which was cheaper and simpler than two connecting rods joined with an additional bearing. Their French and German competitors at the time also used undersquare designs even in absence of the tax reasoning, e. g. Renault Billancourt engine and Opel straight 6 engine. The 225 cu in (3.7 litre) Chrysler Slant 6 engine is undersquare, with a bore and stroke of stroke (bore/stroke ratio = 0.819:1). The Ford 5.4L Modular Engine features a bore and stroke of , which makes a bore/stroke ratio of 0.852:1. Since the stroke is significantly longer than the bore, the SOHC 16V (2 valve per cylinder) version of this engine is able to generate a peak torque of 350 lb·ft as low as 2501 rpm. The Willys Jeep L134 and F134 engines were undersquare, with a bore and stroke of stroke (bore/stroke ratio = 0.714:1). The Dodge Power Wagon used a straight six Chrysler Flathead engine of 230 cu in (3.8 L) with a bore and stroke of , yielding a substantially undersquare bore/stroke ratio of 0.709:1. The 4 litre Barra Inline 6 engine from the Australian Ford Falcon, uses a bore and stroke of stroke, which equates to a 0.929:1 bore stroke ratio. The 292 Chevrolet I6 is also undersquare, with a bore and stroke of in (bore/stroke ratio = 0.939:1). Mitsubishi's 4G63T engine found primarily in many generations of Mitsubishi Lancer Evolution is an undersquare engine with a bore and stroke of
The Jaguar XK6 engine, used in all 6 cylinder Jaguars from 1949 to 1987 was undersquare. For example, the 4.2 litre engine had a bore and stroke of , providing a bore/stroke ratio of 0.869:1. Virtually all piston engines used in military aircraft were long stroke engines. The PW R 2800, Wright R 3350, Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major, Rolls Royce Merlin (1650), Allison V 1710, and Hispano Suiza 12Y Z are only a few of more than a hundred examples. All diesel powered ships have massively undersquare marine engines, usually using crossheads. A Wärtsilä two stroke marine diesel engine has a bore and stroke of , (bore/stroke ratio = 0.384:1). While most modern motorcycle engines are square or oversquare, some are undersquare. The Kawasaki Z1300's straight six engine was made undersquare to minimise engine width, more recently, a new straight twin engine for the Honda NC700 series used an undersquare design to achieve better combustion efficiency in order to reduce fuel consumption.