Кіріспе

Төрт цилиндрлі тік поршенді қозғалтқыш – цилиндрлер ортақ коленвал бойымен бір қатарға орналасқан төрт цилиндрлі поршенді қозғалтқыш. Автомобильдердегі төрт цилиндрлі қозғалтқыштардың көпшілігі тік төрт конфигурациясын қолданады, бұл орналасу мотоциклдерде және басқа да техникаларда да кең таралған. Сондықтан, "төрт цилиндрлі қозғалтқыш" термині көбінесе тік төрт қозғалтқышты білдіреді. Егер тік төрт қозғалтқыш еңкейтілген бұрышта орнатылса (цилиндрлер тік бағытта емес), онда оны кейде көлбеу төрт деп атайды. 2005-2008 жылдар аралығында АҚШ-та сатылған төрт цилиндрлі жаңа көліктердің үлесі 30%-дан 47%-ға дейін өсті. 2020 жылғы модельге келген кезде жеңіл көліктер арасындағы үлес 59%-ға жетті.

Дизайн

Төрт тактты тік төрт қозғалтқышта әрқашан қуат тақтысында цилиндр болады, цилиндрлердің саны аз қозғалтқыштардан өзгеше, ондай қозғалтқыштарда кейбір уақыттарда қуат тақтысы жүрмейді. V4 қозғалтқышымен немесе қатарлы төрт қозғалтқышпен салыстырғанда, тік төрт қозғалтқышта тек бір цилиндр басы болады, бұл конструкцияны жеңілдетіп, өндіріс шығындарын төмендетеді.

Көшіру

Қазіргі заманғы өндіріс автомобильдерінде қолданылатын бензинді төрт цилиндрлі қозғалтқыштардың көлемі әдетте , бірақ бұрын үлкен қозғалтқыштар да қолданылған, мысалы, 1927–1931 жылдарғы Bentley 4½ литрлік қозғалтқышы. Дизельдік қозғалтқыштар үлкен көлеммен шығарылған, мысалы, 3,2 литрлік турбожылдамдатқышты Mitsubishi қозғалтқышы (Pajero / Shogun / Montero SUV көліктерінде қолданылған) және 3,0 литрлік Toyota қозғалтқышы. 7,5–18 тонна жалпы салмағы бар еуропалық және азиялық жүк көліктерінде әдетте 5 литр көлемді төрт цилиндрлі тізбекті дизельдік қозғалтқыштар қолданылады. Локомотивтерде, теңіз және стационарлық қозғалтқыштарда одан да үлкен көлемдер кездеседі. Көлем өте кішкентай да болуы мүмкін, мысалы, Жапонияда сатылатын kei автомобильдерінде. Бұл қозғалтқыштардың бірнешесінде төрт цилиндр болған, сол кезде ережелер бойынша максималды көлем 550 см³ болуы керек еді; қазіргі уақытта максималды көлем 660 см³ құрайды.

Бастапқы және екінші реттік баланс

Төрт цилиндрлі қозғалтқыштарда, ең қолайлы коленвал конфигурациясы болғанда, бірінші деңгейдегі тепе-теңдік тамаша болады. Бұл себебі поршеньдер жұптармен қозғалады, және бір жұп поршень әрқашан бір уақытта жоғары, ал екінші жұп төмен қарай қозғалады. Дегенмен, төрт цилиндрлі қозғалтқыштарда екінші деңгейдегі тепе-теңсіздік болады. Бұл коленвалдың жоғарғы жарты айналымында поршеньдердің үдеуі/баяулауы, коленвалдың төменгі жарты айналымындағы поршеньдердің үдеуінен артық болуына байланысты (себебі жалғауыштар шексіз ұзын емес). Нәтижесінде, екі поршень әрқашан бір бағытта жылдамдап, ал қалған екеуі екінші бағытта баяулайды, бұл екінші динамикалық тепе-теңсіздікке алып келеді, ол коленвалдың айналу жылдамдығының екі еселенген жиілігінде жоғары-төмен дірілдеуге себеп болады. Бұл тепе-теңсіздік барлық поршеньді қозғалтқыштарға тән, бірақ төрт тактілі, тік төрт цилиндрлі қозғалтқыштарда оның әсері ерекше күшті, себебі екі поршень әрқашан бірге қозғалады. Бұл тепе-теңсіздіктің күші поршеньнің инерциялық массасымен, жалғауыштың ұзындығы мен ход арақатынасымен, сондай-ақ поршеньнің ең жоғары жылдамдығымен анықталады. Сондықтан, кішкентай көлемді және жеңіл поршеньдері бар қозғалтқыштарда бұл әсер аз байқалады, ал жарыс қозғалтқыштарында ұзын жалғауыштар қолданылады. Алайда, бұл әсер қозғалтқыштың айналу жылдамдығымен (айн/мин) квадратикалық түрде өседі.

Қуат жеткізудегі пульсациялар

Бес немесе одан көп цилиндрлі төрт такті қозғалтқыштарда кез келген сәтте кем дегенде бір цилиндрдің жұмыс тактысын орындауы мүмкін. Дегенмен, төрт цилиндрлі қозғалтқыштарда қуат беруде үзілістер болады, себебі әрбір цилиндр келесі поршень жаңа жұмыс тактын бастамас бұрын өзінің жұмыс тактын аяқтайды. Осы үзілісті қуат беру салдарынан төрт цилиндрден көп цилиндрлі қозғалтқыштарға қарағанда діріл көбірек болады.

Жарыс машиналарында қолдану

Көптеген ерте жарыс машиналарын төрт тік цилиндрлі қозғалтқыштармен жабдықталған, алайда 1913 жылы Индианаполис 500 жарысын жеңіп алған Peugeot қозғалтқышы өте әсерлі болды. Эрнест Генри жобалаған бұл қозғалтқышта әр цилиндрге төрт клапанмен қос жоғары орналасқан кәмшафт (DOHC) болды, бұл конструкция бүгінгі күнге дейін жарысқа арналған тік төрт цилиндрлі қозғалтқыштар үшін стандартқа айналды. Peugeot дизайнынан шабыт алған қозғалтқыштардың ішінде 1920-шы және 1930-шы жылдардың басында табысты жарыс қозғалтқышы болған Миллер қозғалтқышы да бар еді. Миллер қозғалтқышы Оффенхаузер қозғалтқышына эволюциялады, ол 1933 жылдан 1981 жылға дейін үлкен жетістіктерге жетті, соның ішінде 1971 жылдан 1976 жылға дейін Индианаполис 500 жарысында бес рет тікелей жеңіске жетті.

Мотоциклдерде қолдану

Бельгиялық FN Herstal қару-жарақ өндірушісі 1901 жылдан бері мотоциклдер жасап келеді. 1905 жылы FN Four – қатарлы төрт цилиндрлі алғашқы мотоциклдерді шығара бастады. FN Four мотоциклінің қозғалтқышы тік орнатылған, ал коленвал бойлық бағытта орналасқан. Осындай конструкцияны Pierce, Henderson, Ace, Cleveland және Indian (АҚШ), Nimbus (Дания), Windhoff (Германия) және Wilkinson (Ұлыбритания) сияқты өндірушілер де қолданды. Төрт цилиндрлі алғашқы мотоцикл – 1939 жылғы Gilera 500 Rondine, ол екі жоғарғы валға, мәжбүрлі индукциялық суперчарджерге және сұйық салқындату жүйесіне ие болды. Қазіргі заманғы қатарлы төрт цилиндрлі мотоцикл қозғалтқыштары 1969 жылы Honda-ның SOHC CB750 моделімен танымал болды, ал 1970 жылдары басқа өндірушілер де осы үлгіні ұсынды. Содан бері қатарлы төрт цилиндрлі конструкция жол мотоциклдерінде ең көп таралған қозғалтқыш конфигурациясының біріне айналды. Круизерлер санатынан басқа, қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыштар өнімділік пен баға арақатынасының жоғары болуына байланысты ең көп қолданылады. Барлық ірі жапондық мотоцикл өндірушілері, сондай-ақ MV Agusta және BMW қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыштармен жабдықталған мотоциклдерді ұсынады. BMW-дің алғашқы қатарлы төрт цилиндрлі мотоциклдері рама бойымен көлденең орнатылған, бірақ қазіргі барлық төрт цилиндрлі BMW мотоциклдері көлденең қозғалтқыштармен жабдықталған. Triumph компаниясы да қатарлы төрт цилиндрлі мотоциклдерді ұсынған, бірақ олар үш цилиндрлі модельдерге алмастырылды. 2009 жылғы Yamaha R1 мотоцикліндегі қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыш 180 градус интервалмен тұтанбайды. Оның орнына, ол коленвалдың қиылысқан конструкциясын пайдаланады, бұл поршеньдердің бір мезгілде жоғарғы өлі нүктеге жетуіне кедергі келтіреді. Бұл жақсырақ екіншілік тепе-теңдікке әкеледі, бұл әсіресе жоғары айналымдарда тиімді, ал «үлкен жарылыс» теориясы бойынша, артқы дөңгелекке иррегуляр түрде берілетін күш бұрыштардағы жылдамдықпен жүру кезінде бақылауды жеңілдетеді. Қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыштар MotoGP жарысында да қолданылады – Suzuki (2015 жылдан бері) және Yamaha (2002 жылдан бері) командалары осы қозғалтқыштарды пайдаланады. 2010 жылы төрт тактылі Moto2 класы енгізілген кезде, кластың қозғалтқыштары Honda CBR600RR негізінде жасалған қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыштар болды. 2019 жылдан бастап олар Triumph үш цилиндрлі қозғалтқыштарымен ауыстырылды.

Жеңіл және орташа жүк тасымалданатын коммерциялық көліктерде қолдану

Төрт цилиндрлі қозғалтқыштар Karsan Jest және Mercedes Benz Sprinter сияқты жеңіл жүк көліктерінде де қолданылады.