Кіріспе

Көлденең орналасқан төрт цилиндрлі поршеньді қозғалтқыш

Көлденең төрт цилиндрлі қозғалтқыш, сондай-ақ көлденең орналасқан төрт цилиндрлі қозғалтқыш немесе боксерлік қозғалтқыш деп те аталады, – жалғыз коленвалдың екі жағында орналасқан цилиндр қатарлары бар төрт цилиндрлі поршеньді қозғалтқыш. Көлденең төрт цилиндрлі қозғалтқыштардың ең көп таралған түрі – боксерлік төрт цилиндрлі қозғалтқыш, онда қарама-қарсы поршеньдердің әр жұбы бір уақытта ішке және сыртқа қарай қозғалады. Боксерлік төрт цилиндрлі қозғалтқыш өте жақсы біріншілік және екіншілік тепе-теңдікке ие, алайда екі цилиндрлік бас конструкцияны тік төрт цилиндрлі қозғалтқыштан гөрі өндіруге қымбатқа түседі. Поршеньдердің бір жағындағы жұп жоғарғы өлі нүктеде (ЖӨН), ал екінші жағындағы жұп төменгі өлі нүктеде (ТӨН) болғанда, поршеньдер жазықтығында шағын, екіншілік тепе-теңсіз айналу моменті импульсі пайда болады. ЖӨН жұбы ТӨН жұбынан үлкен айналу моментін жасайды, сондықтан таза тепе-теңсіз айналу импульсі – осы айырмашылық. ЖӨН және ТӨН инерциялық күштерінің айырмашылығы қозғалтқыш тепе-теңдігі бөлімінде түсіндіріледі. Боксерлік төрт цилиндрлі қозғалтқыштар 1897 жылдан бері автомобильдерде қолданылып келеді, әсіресе Volkswagen және Subaru компанияларында. Олар кейде мотоциклдерде, ал көбінесе ұшақтарда қолданылады. Cessna және Piper әлемдегі ең көп таралған азаматтық ұшақтарында – Cessna 172 және Piper Cherokee моделінде Lycoming және Continental компанияларынан көлденең төрт цилиндрлі қозғалтқыштарды пайдаланады, ал көптеген ультражеңіл және LSA ұшақтары Rotax 912 үлгілерін қолданады.

Дизайн

Төрт цилиндрлі қарама-қарсы поршеньді қозғалтқышта, қарсы тұрған поршеньдердің әр жұбы бірінен соң бірі ішке және сыртқа қарай қозғалады. Боксерлік төрт қозғалтқыш конструкциясының артықшылықтары – екінші деңгейдегі дірілдің толыққанды жойылуы (ең аз дірілге әкеледі), төмен орналасқан ауырлық орталығы және қозғалтқыштың қысқа ұзындығы. Flat four қозғалтқыштары ауамен салқындатуды табысты қолданды, бірақ ауамен салқындатылған қозғалтқыштар сұйық салқындату жүйесі бар қозғалтқыштарға қарағанда шулырақ және аз қуатты болады. Жеңіл ұшақтарда, салмақ аса маңызды болғандықтан, ауамен салқындату дәстүрлі түрде қолданылып келеді. Боксерлік төрт қозғалтқыштардың кемшіліктері (қатарлы төрт қозғалтқыштармен салыстырғанда) – олардың кеңдігі, бір емес, екі цилиндр басының болуымен байланысты қосымша шығындар, сондай-ақ тең аралықтағы эгзостық импульстарды алу үшін қажетті ұзын эгзостық коллектор. Осы факторларға байланысты, автомобильдерде қатарлы төрт қозғалтқыштар Flat four қозғалтқыштардан жиі кездеседі, ал үлкен көлем қажет болған жағдайларда көбінесе V6 қозғалтқыштары қолданылады.

Қозғалтқыштың тепе-теңдігі

Төрт буксельді қозғалтқышта туындайтын тең және қарама-қарсы күштер мінсіз екіншілік тепе-теңдікке алып келеді (қатарлы төрт қозғалтқыштардағы тепе-теңсіз тік күштерден өзгеше). Сондықтан, боксерлік төрт қозғалтқыштар үлкен көлемді қозғалтқыштар үшін жақсырақ, себебі олар екіншілік дірілді азайту үшін тепе-теңдеу біліктерін қажет етпейді. Боксерлік қозғалтқышта әрбір цилиндр өз қарсы цилиндрінен шамалы ығысқан болады, бұл ығысу коленвал журналы арасындағы қашықтықпен байланысты. Бұл ығысу аз мөлшерде тербеліс моментін тудырады, бірақ одан туындайтын діріл көбінесе тепе-теңдеу біліктерін орнатуды қажет етпейді. Барлық төрт тактілі, төрт цилиндрлі немесе одан аз цилиндрлі қозғалтқыштардағыдай, қуат соққыларының үлеспемеуінен айналу моменті инерциялық дөңгелекке үздіксіз берілмейді, бұл коленвал осі бойымен бұралу дірілін тудырады. Егер мұндай діріл шамадан асып кетсе, оны гармониялық демпфер арқылы азайтуға болады.

Құю коллекторы

Боксерлік төрт қозғалтқыштың стандартты тұтандыру реті цилиндрлердің сол қанатындағылары бірінен кейін бірі тұтанады, содан кейін оң қанатындағылары (немесе керісінше), ал тұтандыру аралығы 180 градусқа тең аралықпен орналасады. Дәстүр бойынша, әр қанаттағы екі цилиндрдің шығарындылары біріктірілді, нәтижесінде тепе-тең емес шығарынды импульстары ерекше "жазық төрттің құбылуы" (flat four burble) деп аталатын дыбыс тудыратын. Басқа кең таралған шығарынды конфигурациясы (мысалы, Subaru 2000 жылдардың ортасынан бері қолданып келеді) – шығарынды импульстарын оңтайландыру үшін цилиндрлерді 360 градусқа ығыстырылған тұтандыру аралығымен жұптастыру. Бұл конфигурация цилиндрлерді қарама-қарсы қанаттарда жұптастыру үшін ұзын шығарынды коллекторларын қажет етеді және нәтижесінде шығарынды дыбысы азырақ ерекшеленеді.

1900-1935 жылдар

1900 жылы Benz & Cie компаниясы алғашқы төрт цилиндрлі қозғалтқышты шығарды, ол 1897 жылғы Benz компаниясының "Contra" екі цилиндрлі қозғалтқышының негізінде жасалған. Бұл қозғалтқыш Benz жарыс машиналарын қуаттандырды, Georg Diehl жобалаған және оның жұмыс көлемі құрады. 1901 жылы лондондық Wilson Pilcher компаниясы төрт цилиндрлі қозғалтқышпен жұмыс істейтін алғашқы көлігін шығарды. Бұл қозғалтқыш шассиге бойлық бағытта орнатылған, сумен салқындатылған, қуаты құрады және жұмыс көлемі болды. Көрсеткіштері бойынша, оның цилиндр диаметрі мен поршеньнің қозғалыс ұзындығы тең болды, әрқайсысы . 1902 жылы Buffum машинасы 16 ат күшіне ие қарама-қарсы орналасқан төрт цилиндрлі қозғалтқыштармен жабдықталды. Герберт Х. Буффам 1903 жылдан 1907 жылға дейін Массачусетс штатының Абингтон қаласында Buffum деп аталатын американдық автомобиль өндірді. Бұрын екі цилиндрлі қозғалтқыштарды өндірген, 1926 жылғы Tatra 30 – чехиялық компанияның төрт цилиндрлі қозғалтқышпен жабдықталған алғашқы моделі болды. Tatra компаниясы 1920-1930 жылдар аралығында түрлі төрт цилиндрлі қозғалтқыштармен жабдықталған модельдерді өндірді.

19361999 жыл

1936 жылғы Tatra T97 артқы қозғалтқышты, ауамен салқындатылған, қатар орналасқан төрт цилиндрлі, арқалық шассиді (кейін Volkswagen Beetle қолданды) алғаш рет пайдаланған. Сол жылдың өзінде, бірақ байланысы жоқ, Австриядан Steyr 50 шықты, ол алдыңғы боксерлік төрт цилиндрлі қозғалтқышы және артқы дөңгелек жетегімен жабдықталған. 1936 жылы ағылшын компаниясы Jowett өзінің модельдік қатарын қатар орналасқан екі цилиндрлі қозғалтқыштардан қатар орналасқан төрт цилиндрлі қозғалтқыштарды қоса кеңейтті. Jowett төрт цилиндрлі қозғалтқыштарының өндірісі 1954 жылға дейін жалғасты, содан кейін Jowett Javelin седаны мен Jowett Jupiter спорттық үлгілері өндірістен шығарылды. Ең ұзақ өндірілген төрт цилиндрлі қозғалтқыш – Volkswagen ауамен салқындатылатын қозғалтқышы, ол 1938 жылдан 2006 жылға дейін өндірілді және ең танымал түрде 1938–2003 жылдарғы Volkswagen Beetle және 1950–1983 жылдарғы Volkswagen Transporter артқы қозғалтқышты модельдерінде қолданылды. Бұл ауамен салқындатылатын қозғалтқышты Porsche компаниясы жобалаған, сондай-ақ ол 1948–1965 жылдарғы Porsche 356, 1953–1956 жылдарғы Porsche 550, 1965–1969 жылдарғы Porsche 912 және 1969–1976 жылдарғы Porsche 914 автомобильдерінде де қолданылды. 1984 жылы, қатаң шығарындылар нормаларына сәйкес келу үшін Volkswagen Transporter (T3) моделіне Volkswagen Wasserboxer деп аталатын сумен салқындатылатын нұсқасы енгізілді.

1960 және 1970 жылдары бірнеше өндірушілер төрт цилиндрлі қозғалтқыштарды өндірді, олардың ішінде ауамен салқындатылатын Citroën төрт цилиндрлі қозғалтқышы, сумен салқындатылатын Alfa Romeo төрт цилиндрлі қозғалтқышы, сумен салқындатылатын Lancia төрт цилиндрлі қозғалтқышы және сумен салқындатылатын Subaru EA қозғалтқышы бар. Осы кезеңде жобаланған, бірақ сериялық өндіріске енгізілмеген екі маңызды қозғалтқыш – 1947 жылы Алек Иссигонис жасаған Morris 800cc бүйірлі клапанды қозғалтқышы, ол бастапқыда Morris Minor үшін арналған, және 1966 жылы Клод Хиллдің R5 көлік зерттеу жобасының бөлігі ретінде жасаған Ferguson 2.2 литрлік SOHC қозғалтқышы.

2000 жылдан қазіргі уақытқа дейін

2000 жылға қарай көптеген өндірушілер қатарлы төрт қозғалтқышты орнына тік төрт қозғалтқыштарға көшті. Ерекше жағдай – Subaru, олардың сумен салқындатылатын Subaru EJ қозғалтқышы Subaru WRX спорттық седанында және оның World Rally Car нұсқасында турбо күйінде қол жетімді. Subaru-ның толық жетекке көшуі қатарлы төрт қозғалтқышты сақтап қалуға ықпал етті, себебі осы қозғалтқыштың қысқа ұзындығы шассиге толық жетек компоненттерін орнатуға көмектеседі. Тік төрт қозғалтқыштан қымбатқа түсетін болса да, қатарлы төрт қозғалтқыш Subaru-ға екі жетектегі көліктен аз қосымша шығынмен толық жетектегі көлікті құрастыруға мүмкіндік береді. Бұл қозғалтқыш сумен салқындатылады, жанармайды тікелей шашыратады және жылдамдығы 2016 жылғы Porsche Boxster/Cayman (982) ортада орналасқан спорттық автомобильдері табиғи сорулы қатарлы алты қозғалтқыштан турболанған қатарлы төрт қозғалтқышқа көшті, бұл Porsche-тің 1970 жылдардың ортасынан бергі алғашқы қатарлы төрт қозғалтқышы. Бұл қозғалтқыш көлемі және дейін шығарылады, ал қуаты жоғарылайды. Бірнеше сарапшылар Boxster/Cayman-ды қозғалтқыштың көңілсіз дыбысы үшін сынады.

Әуе кемелерінде пайдалану

Жеңіл ұшақтар көбінесе Lycoming Engines, Continental Motors және Franklin Engine Company сияқты өндірушілерден шығарылған, 1.295 см³ дейін көлемі бар төрт цилиндрлі қозғалтқыштарды пайдаланады. Радиомен басқарылатын ұшақтар үшін O. S. Engines сияқты компаниялар төрт цилиндрлі қозғалтқыштарды шығарады. Белгілі бір жаңа төрт цилиндрлі авиациялық қозғалтқыш – бельгиялық D Motor LF26, ол бүйірлік клапанды қозғалтқыш. Көптеген автомобильдік қолданыстарда бүйірлік клапанды формат ұзақ уақыттан бері қолданылмайды, себебі оның жану камерасы қозғалтқыштың жоғары айналымдарына кедергі келтіреді, бірақ өте үлкен квадраттан астам (1.295:1) қатынасы бар D Motor өте қарапайым, төмен айналымды, ықшам, сенімді және жеңіл авиациялық қозғалтқыш болып табылады (ОHV клапандық механизмінің ауырлығынсыз).