Отношение диаметра к ходу поршня в двигателях

Введение

Механическое измерение

Отношение хода, которое сегодня повсеместно определяется как отношение диаметра цилиндра к ходу поршня, – это термин, описывающий соотношение между диаметром цилиндра и длиной хода поршня в двигателе с возвратно-поступательным движением поршня. Это применимо как к двигателям внутреннего сгорания, где топливо сжигается внутри цилиндров двигателя, так и к двигателям внешнего сгорания, например, к паровым двигателям, где сгорание топлива происходит за пределами рабочих цилиндров двигателя.

Отношение отверстия к пробегу

Диаметр цилиндра делится на длину хода поршня для вычисления этого соотношения.

Квадрат

Квадратный двигатель имеет равные диаметр цилиндра и ход поршня, что обеспечивает соотношение диаметра цилиндра к ходу поршня точно 1:1.

Примеры квадратных двигателей

1953 – Ferrari 250 Europa имел двигатель Lampredi V12 с диаметром цилиндра и ходом поршня. 1967 – FIAT 125, двигатель 124Sport 125A000 90 л.с., 125B000 100 л.с., 125BC000 110 л.с., 1608 см³, DOHC, с диаметром цилиндра и ходом поршня. 1970 – Ford 400 имел диаметр цилиндра и ход поршня. 1973 – Kawasaki Z1 и KZ(Z)900 имели диаметр цилиндра и ход поршня. 1973 – Австралийское подразделение British Leyland создало 4,4-литровую версию двигателя Rover V8, с диаметром цилиндра и ходом поршня, оба измеряются в 88,9 мм. Этот двигатель использовался исключительно в Leyland P76. 1982 – Honda Nighthawk 250 и Honda CMX250C Rebel имеют диаметр цилиндра и ход поршня, что делает его квадратным двигателем. 1983 – Mazda FE 2.0L рядный четырехцилиндровый двигатель с идеально квадратным диаметром цилиндра и ходом поршня. Этот двигатель также отличается идеальным соотношением длины шатуна к ходу поршня 1.75:1. 1987 – Двигатели Opel/Vauxhall 2.0 L GM Family II имеют квадратные характеристики – диаметр цилиндра равен ходу поршня; примеры: C20XE C20NE C20LET X20A X20XEV X20XER Z20LET Z20LEH Z20LER A20NHT A20NFT. 1989 – Nissan SR20DE – квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня. 1990 – Maserati Shamal имел битурбо V8 двигатель AM 479 с диаметром цилиндра и ходом поршня. Этот двигатель, после модификаций, позже был установлен в Quattroporte IV и 3200 GT. 1990–2010 Saab B234/B235 – квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня. 1991 – Двигатель Ford 4.6 V8 OHC имеет диаметр цилиндра и ход поршня. Он был основой автомобилей и грузовиков Ford V8 с различной мощностью и конструкцией головки блока цилиндров на протяжении двух десятилетий. 1995 – Двигатель BMW M52 объемом 2793 кубических сантиметра является примером идеального квадратного двигателя с диаметром цилиндра и ходом поршня. 1996 – Двигатель Jaguar AJ V8 объемом 4.0 литра имеет диаметр цилиндра 86.0 мм и ход поршня. 2000 – Дизельный двигатель Mercedes Benz 4.0 литра OM628 V8 является примером квадратного двигателя – с диаметром цилиндра и ходом поршня. Двигатель W16 группы Volkswagen 2005 года, используемый в Bugatti Veyron, также имеет диаметр цилиндра и ход поршня. Линейка двигателей Peugeot XU10 с объемом 1998 кубических сантиметров является примером идеального квадратного двигателя с диаметром цилиндра и ходом поршня. Toyota 2JZ, 1TR и 4U – это квадратные двигатели с диаметром цилиндра и ходом поршня. Toyota 2TR FE – квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня. Toyota 1G – квадратный двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня. Toyota 3NR FE и Daihatsu 3NR VE – квадратные двигатели с диаметром цилиндра и ходом поршня. Двигатель Honda J30A имеет диаметр цилиндра и ход поршня. Двигатель Suzuki AX100 имеет диаметр цилиндра и ход поршня. Двигатель Yamaha YBR125 имеет диаметр цилиндра и ход поршня.

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.

Оверскварт

Двигатель описывается как сверхквадратный или с коротким ходом, если диаметр цилиндра больше длины хода поршня, что дает отношение диаметра к ходу более 1:1. Сверхквадратный двигатель позволяет установить большее количество и более крупные клапаны в головке блока цилиндров, достичь более высоких оборотов за счет снижения максимальной скорости поршня и уменьшить нагрузку на коленчатый вал благодаря снижению пикового ускорения поршня при той же скорости вращения двигателя. Поскольку эти характеристики благоприятствуют высоким оборотам, сверхквадратные двигатели часто настраивают для достижения пикового крутящего момента на относительно высоких оборотах. Увеличение площади поверхности поршня и головки блока цилиндров приводит к увеличению теплопотерь с ростом отношения диаметра к ходу. Следовательно, чрезмерно высокое отношение может снизить тепловую эффективность по сравнению с другими конструкциями двигателя. Большой объем/ширина камеры сгорания в момент зажигания может вызвать повышенную неоднородность топливовоздушной смеси в процессе сгорания, что приводит к увеличению выбросов. Уменьшенная длина хода позволяет сделать цилиндр короче, а иногда и шатун короче, что обычно делает сверхквадратные двигатели менее высокими, но более широкими, чем двигатели с длинным ходом аналогичного рабочего объема.

Примеры двигателей с квадратным углом

Двигатели с большим диаметром цилиндра, чем ход поршня (также известные как "двигатели с коротким ходом") очень распространены, поскольку они позволяют достигать более высоких оборотов (и, следовательно, большей мощности) без чрезмерной скорости поршня. Примеры включают в себя как двигатели Chevrolet, так и Ford small block V8; GMC 478 V6 имеет отношение диаметра цилиндра к ходу поршня 1,33. 1,6-литровый вариант бензинового двигателя BMW N45 имеет отношение диаметра цилиндра к ходу поршня 1,167. Горизонтально оппозитные двигатели, также известные как "Boxer" или "flat", обычно имеют конструкцию с большим диаметром цилиндра, чем ход поршня, поскольку любое увеличение длины хода приведет к удвоению общей ширины двигателя. Это особенно актуально для переднемоторной компоновки Subaru, где угол поворота передних колес ограничен шириной двигателя. Двигатель Subaru EJ181 развивает пиковый крутящий момент на скоростях всего 3200 об/мин. Двигатели Nissan RB, VQ, VK, VH и VR38DETT также имеют конструкцию с большим диаметром цилиндра, чем ход поршня. Кроме того, двигатель SR16VE, установленный на Nissan Pulsar VZ R и VZ R N1, является двигателем с большим диаметром цилиндра, чем ход поршня, с диаметром и ходом, что обеспечивает относительно небольшой крутящий момент.

Экстремально "переквадратные" двигатели используются в гоночных автомобилях Формулы-1, где строгие правила ограничивают рабочий объем, что требует достижения мощности за счет высоких оборотов двигателя. Допускается отношение хода поршня к диаметру цилиндра, приближающееся к 2,5:1, что позволяет двигателю работать на скорости 18 000 об/мин, оставаясь при этом надежным на протяжении нескольких гонок. Двигатель Ducati Panigale чрезвычайно "переквадратный" с отношением диаметра цилиндра к ходу поршня 1,84:1. Компания Ducati дала ему название "SuperQuadro", что с итальянского примерно переводится как "суперквадратный". Бельгийский авиационный двигатель D Motor LF26 с боковыми клапанами имеет отношение диаметра цилиндра к ходу поршня 1,4:1. Ранние двигатели Mercedes-Benz M116 имели диаметр и ход для 3,5-литрового V8.

Под квадрат

Двигатель считается "неквадратным" или с большим ходом, если диаметр его цилиндров (ширина, диаметр) меньше хода поршня (длина хода поршня), что дает соотношение меньше 1:1. При заданной скорости вращения коленчатого вала, больший ход увеличивает трение в двигателе и повышает нагрузку на коленчатый вал из-за более высокого пикового ускорения поршня. Меньший диаметр цилиндра также уменьшает площадь, доступную для клапанов в головке блока цилиндров, что требует использования клапанов меньшего размера или их меньшего количества. "Неквадратные" двигатели часто демонстрируют пиковый крутящий момент на более низких оборотах, чем "квадратные" двигатели, из-за меньших клапанов и высокой скорости поршня, ограничивающих их способность к высоким оборотам.

Примеры двигателей с нечетным квадратным углом

Многие рядные двигатели, особенно те, которые устанавливаются поперечно в переднеприводных автомобилях, используют подквадратную конструкцию. Меньший диаметр цилиндра позволяет сделать двигатель короче, что увеличивает пространство для маневрирования передними колесами. Примеры включают в себя многие двигатели Volkswagen, Nissan, Honda и Mazda. Двигатель 1KR FE, используемый в Toyota Aygo, Citroën C1 и Peugeot 107, среди прочих, является примером современного двигателя с длинным ходом, широко применяемого в автомобилях с передним приводом (FF). Этот двигатель имеет диаметр цилиндра и ход поршня, что дает соотношение диаметра к ходу 0,845:1. Некоторые заднеприводные автомобили, использующие двигатели от переднеприводных (например, Mazda MX-5), также применяют подквадратную конструкцию. Признанный двигатель BMW S54B32 M54 был подквадратным, с диаметром цилиндра и ходом поршня, обеспечивая рекордный крутящий момент на литр среди атмосферных серийных двигателей того времени; этот рекорд продержался до появления Ferrari 458 Italia. Многие британские автомобильные компании использовали подквадратные конструкции до 1950-х годов, в основном из-за системы налогообложения, которая зависела от диаметра цилиндра. Это относится к двигателю BMC A Series и многим модификациям Nissan. В Trojan Car использовался подквадратный, двухтактный, двухцилиндровый рядный двигатель с разделенными поршнями; это было частично обусловлено налоговыми льготами, а также тем, что его конструкция позволяла использовать V-образные шатуны для двух поршней каждого U-образного цилиндра, что было дешевле и проще, чем два шатуна, соединенных дополнительной шейкой. Их французские и немецкие конкуренты в то время также использовали подквадратные конструкции, даже без налоговых причин, например, двигатель Renault Billancourt и рядный шестицилиндровый двигатель Opel. Двигатель Chrysler Slant 6 объемом 225 кубических дюймов (3,7 литра) имеет подквадратную конструкцию, с диаметром цилиндра и ходом поршня (соотношение диаметра к ходу = 0,819:1). Модульный двигатель Ford 5.4L имеет диаметр цилиндра и ход поршня, что дает соотношение диаметра к ходу 0,852:1. Поскольку ход поршня значительно больше диаметра цилиндра, версия этого двигателя SOHC 16V (2 клапана на цилиндр) способна развивать максимальный крутящий момент 350 фунт-футов при всего лишь 2501 об/мин. Двигатели Willys Jeep L134 и F134 были подквадратными, с диаметром цилиндра и ходом поршня (соотношение диаметра к ходу = 0,714:1). Dodge Power Wagon использовал рядный шестицилиндровый двигатель Chrysler Flathead объемом 230 кубических дюймов (3,8 л) с диаметром цилиндра и ходом поршня, что давало существенно подквадратное соотношение диаметра к ходу 0,709:1. 4-литровый рядный шестицилиндровый двигатель Barra от австралийского Ford Falcon имеет диаметр цилиндра и ход поршня, что соответствует соотношению диаметра к ходу 0,929:1. 292 Chevrolet I6 также имеет подквадратную конструкцию, с диаметром цилиндра и ходом поршня (соотношение диаметра к ходу = 0,939:1). Двигатель Mitsubishi 4G63T, устанавливаемый на многие поколения Mitsubishi Lancer Evolution, является подквадратным двигателем с диаметром цилиндра и ходом поршня. Двигатель Jaguar XK6, использовавшийся во всех 6-цилиндровых Jaguar с 1949 по 1987 год, был подквадратным. Например, 4,2-литровый двигатель имел диаметр цилиндра и ход поршня, обеспечивая соотношение диаметра к ходу 0,869:1. Практически все поршневые двигатели, используемые в военной авиации, были двигателями с длинным ходом. PW R 2800, Wright R 3350, Pratt & Whitney R 4360 Wasp Major, Rolls Royce Merlin (1650), Allison V 1710 и Hispano Suiza 12Y Z – лишь некоторые из более чем ста примеров. Все дизельные суда оснащены массивными подквадратными судовыми двигателями, обычно с крейцкопфной конструкцией. Двухтактный судовой дизельный двигатель Wärtsilä имеет диаметр цилиндра и ход поршня, (соотношение диаметра к ходу = 0,384:1). Хотя большинство современных мотоциклетных двигателей имеют квадратную или сверхквадратную конструкцию, некоторые являются подквадратными. Рядный шестицилиндровый двигатель Kawasaki Z1300 был сделан подквадратным для минимизации ширины двигателя, а недавно новый рядный двухцилиндровый двигатель для серии Honda NC700 использовал подквадратную конструкцию для повышения эффективности сгорания и снижения расхода топлива.

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.