Động cơ nội tuyến: loại, thiết bị, ưu điểm và nhược điểm

2025 Tác giả: Erin Ralphs | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-22 21:22

Động cơ đốt trong là một trong những động cơ đơn giản nhất. Những đơn vị này được gọi như vậy bởi vì các xi lanh được sắp xếp thành một hàng. Các piston làm cho một trục khuỷu quay khi động cơ đang chạy. Động cơ trong dòng là một trong những động cơ đầu tiên được lắp đặt trên ô tô. Chúng được thiết kế và chế tạo vào buổi bình minh của ngành công nghiệp ô tô.

Tất cả bắt đầu như thế nào?

Tổ tiên của động cơ đốt trong thẳng hàng hiện đại là động cơ xi-lanh đơn. Được thiết kế và xây dựng bởi Etienne Lenoir vào năm 1860. Người ta thường chấp nhận rằng điều này là như vậy, mặc dù đã có những nỗ lực để có được bằng sáng chế cho động cơ này ngay cả trước Lenoir. Nhưng chính sự phát triển của nó càng giống với những thiết kế hiện đang được lắp đặt dưới mui xe của hầu hết các xe du lịch nối tiếp bình dân.

Động cơ chỉ có một xi-lanh, và công suất của nó là 1,23 mã lực, rất lớn vào thời điểm đó. Để so sánh, "Oka" 1111 hiện đại có hai xi-lanh và công suất của nó từ 30 đến 53 mã lực.

Lớn hơn và mạnh hơn

Ý tưởng củaLenoir hóa ra rất tuyệt vời. Nhiều kỹ sư và nhà phát minhđã dành nhiều năm và nỗ lực để cố gắng cải thiện động cơ nhiều nhất có thể (tất nhiên là ở mức khả năng kỹ thuật tồn tại vào thời điểm đó). Trọng tâm chính là tăng sức mạnh.

Ban đầu, sự chú ý tập trung vào một hình trụ đơn - họ đã cố gắng tăng kích thước của nó. Sau đó, mọi người dường như cho rằng bằng cách tăng kích thước, bạn có thể nhận được nhiều sức mạnh hơn. Và việc tăng khối lượng sau đó là dễ dàng nhất. Nhưng một xi lanh là không đủ. Tôi đã phải tăng rất nhiều phần còn lại của các chi tiết - thanh kết nối, pít-tông, khối.

Tất cả những động cơ đó hóa ra rất không ổn định, có khối lượng lớn. Trong quá trình hoạt động của một động cơ như vậy, có sự khác biệt rất lớn về thời gian giữa các chu kỳ đánh lửa của hỗn hợp. Theo nghĩa đen, mọi chi tiết trong một đơn vị như vậy đều rung và lắc, điều này buộc các kỹ sư phải nghĩ ra giải pháp. Và họ đã trang bị hệ thống cân bằng.

Đường cụt

Mọi người sớm thấy rõ rằng cuộc nghiên cứu đã đi vào ngõ cụt. Động cơ Lenoir không thể hoạt động bình thường và chính xác, vì tỷ lệ giữa công suất, trọng lượng và kích thước rất khủng khiếp. Cần phải bổ sung rất nhiều năng lượng để tăng thể tích của hình trụ trở lại. Nhiều người bắt đầu coi ý tưởng / u200b / u200 tạo ra một động cơ là một sự sụp đổ. Và mọi người vẫn sẽ cưỡi ngựa và xe, nếu không có một giải pháp kỹ thuật.

Các nhà thiết kế bắt đầu nhận ra rằng có thể quay trục khuỷu không chỉ với một piston, mà với nhiều piston cùng một lúc. Đơn giản nhất là sản xuất động cơ thẳng hàng - họ đã bổ sung thêm một vài xi lanh.

Thế giới có thể nhìn thấy đơn vị bốn xi-lanh đầu tiên vào cuối thế kỷ 19. Không thể so sánh sức mạnh của nó với một động cơ hiện đại. Tuy nhiên, về mặt hiệu quả, nó cao hơn tất cả các phiên bản tiền nhiệm khác. Công suất được tăng lên do khối lượng làm việc tăng lên, nghĩa là bằng cách thêm các xi lanh. Khá nhanh chóng, các chuyên gia từ nhiều công ty khác nhau đã có thể tạo ra động cơ nhiều xi-lanh cho đến những con quái vật 12 xi-lanh.

Nguyên lý hoạt động

ICE hoạt động như thế nào? Ngoài thực tế là mỗi động cơ có số lượng xi lanh khác nhau, động cơ thẳng hàng có sáu hoặc bốn xi lanh hoạt động theo cùng một cách. Nguyên tắc dựa trên các đặc tính truyền thống của bất kỳ động cơ đốt trong nào.

Tất cả các xi lanh trong khối được xếp thành một hàng. Trục khuỷu, được dẫn động bởi các piston nhờ năng lượng của quá trình đốt cháy nhiên liệu, là trục khuỷu duy nhất cho tất cả các bộ phận của nhóm xylanh-piston. Điều tương tự cũng áp dụng cho đầu xi lanh. Nó là cái duy nhất cho tất cả các xi lanh. Trong tất cả các động cơ trong dòng hiện có, thiết kế cân bằng và không cân bằng có thể được phân biệt. Chúng tôi sẽ xem xét cả hai lựa chọn bên dưới.

Dư

Điều quan trọng là do thiết kế phức tạp của trục khuỷu. Sự cần thiết phải cân bằng phụ thuộc vào số lượng xi lanh. Càng nhiều trong số chúng trong một ICE cụ thể, số dư càng lớn.

Một động cơ không cân bằng chỉ có thể là thiết kế đó, nơi không có nhiều hơn bốn xi-lanh. Nếu không, các rung động sẽ xuất hiện trong quá trình hoạt động, lực này sẽ có thể phá hủy trục khuỷu. Ngay cả động cơ sáu xi-lanh giá rẻvới một bộ cân bằng sẽ tốt hơn so với những chiếc bốn chân nội tuyến đắt tiền mà không có trục cân bằng. Vì vậy, để cải thiện sự cân bằng, động cơ bốn pít-tông thẳng hàng đôi khi cũng có thể yêu cầu lắp trục tĩnh.

Vị trí động cơ

Các đơn vị bốn xi-lanh truyền thống thường được gắn dọc hoặc ngang dưới mui xe ô tô. Nhưng đơn vị sáu xi-lanh chỉ có thể được lắp đặt theo chiều dọc và không có gì hơn (ngoại trừ một số mẫu xe Volvo và xe Chevrolet Epica).

Động cơ đốt trong thẳng hàng, có thiết kế không đối xứng với trục khuỷu, cũng có các tính năng. Thường thì trục được chế tạo bằng các vật đúc bù - những vật đúc này phải làm giảm lực quán tính do hoạt động của hệ thống piston.

Inline-six ngày nay đã ít phổ biến hơn - tất cả đều là lỗi của mức tiêu thụ nhiên liệu đáng kể và kích thước tổng thể lớn. Nhưng ngay cả khi có khối xi-lanh dài, động cơ vẫn cân bằng hoàn hảo.

Ưu nhược điểm của đơn vị

Ngoài một số sắc thái, động cơ đốt trong thẳng hàng có những ưu điểm và nhược điểm giống như hầu hết các động cơ chữ V và động cơ có kiểu dáng khác. Động cơ bốn xi-lanh là loại động cơ phổ biến nhất, đơn giản nhất và đáng tin cậy nhất. Khối lượng tương đối nhẹ, chi phí sửa chữa tương đối thấp. Hạn chế duy nhất là thiếu trục cân bằng trong thiết kế. Đây là động cơ đốt trong tốt nhất cho các dòng xe hiện đại, thậm chí là tầng lớp trung lưu. Ngoài ra còn có các động cơ thẳng hàng công suất nhỏ với ítsố lượng xi lanh. Ví dụ, xe hai xi-lanh SeAZ Oka 1111.

Các đơn vị sáu xi-lanh có sự cân bằng hoàn hảo và ở đây sự thiếu hụt "bốn" được bù đắp. Nhưng có một cái giá phải trả cho sự cân bằng. Vì vậy, mặc dù có những đặc điểm tốt hơn đáng kể so với "bốn", nhưng động cơ đốt trong với sự sắp xếp thẳng hàng của các xi lanh trong động cơ ít phổ biến hơn. Trục khuỷu dài, chi phí sản xuất khá cao và kích thước tương đối lớn.

Giới hạn kỹ thuật

Bây giờ không phải là thế kỷ 19, nhưng các đơn vị điện hiện đại vẫn chưa hoàn thiện về mặt kỹ thuật. Và ở đây, ngay cả những tuabin hiện đại và nhiên liệu có trị số octan cao cũng không giúp được gì. Hiệu suất của động cơ đốt trong là khoảng 20%, và tất cả năng lượng khác được dành cho ma sát, quán tính và kích nổ. Chỉ 1/5 xăng hoặc dầu diesel sẽ có ích.

Đã phát triển các đặc tính cơ bản của động cơ với hiệu suất lớn nhất. Đồng thời, các buồng đốt và nhóm piston có thể tích và kích thước nhỏ hơn đáng kể. Do kích thước nhỏ gọn, các bộ phận có quán tính ít hơn - điều này làm giảm khả năng hư hỏng do kích nổ.

Các tính năng thiết kế của piston nhỏ gọn có những hạn chế nhất định. Với độ nén lớn, do kích thước nhỏ nên việc truyền áp suất của piston đến thanh truyền bị giảm. Nếu các piston có đường kính lớn hơn, thì không thể có được một công việc cân bằng chính xác do độ phức tạp rất lớn. Ngay cả một động cơ BMW hiện đại cũng có nhữngthiếu sót, mặc dù nó được phát triển bởi các kỹ sư người Đức.

Kết

Thật không may, việc chế tạo động cơ đã đạt đến giới hạn công nghệ. Không chắc các nhà khoa học sẽ có những khám phá kỹ thuật nghiêm túc và đạt được hiệu suất cao hơn từ động cơ đốt trong. Vì vậy, tất cả đều hy vọng rằng kỷ nguyên của xe điện sẽ đến.