อินไลน์เอ็นจิ้น: ประเภท อุปกรณ์ ข้อดีและข้อเสีย

2024 ผู้เขียน: Erin Ralphs | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-19 19:26

เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอินไลน์เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ที่ง่ายที่สุด หน่วยเหล่านี้เรียกว่าเช่นนี้เพราะกระบอกสูบถูกจัดเรียงเป็นแถว ลูกสูบทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหนึ่งตัวหมุนเมื่อเครื่องยนต์ทำงาน เครื่องยนต์อินไลน์เป็นหนึ่งในเครื่องยนต์กลุ่มแรกๆ ที่ติดตั้งในรถยนต์ พวกเขาได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในช่วงเริ่มต้นของอุตสาหกรรมยานยนต์

มันเริ่มต้นยังไง

บรรพบุรุษของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอินไลน์ที่ทันสมัยคือเครื่องยนต์สูบเดียว ออกแบบและสร้างโดยเอเตียน เลอนัวร์ในปี พ.ศ. 2403 เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเป็นเช่นนั้น แม้ว่าจะมีความพยายามที่จะขอรับสิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์นี้ก่อนเลอนัวร์ แต่มันคือการพัฒนาอย่างแม่นยำซึ่งคล้ายกับการออกแบบที่ติดตั้งในปัจจุบันภายใต้ประทุนของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลราคาประหยัดส่วนใหญ่

มอเตอร์มีกระบอกเดียวและกำลังเท่ากับ 1.23 แรงม้า ซึ่งใหญ่มากในตอนนั้น สำหรับการเปรียบเทียบ "Oka" 1111 ที่ทันสมัยมีสองกระบอกสูบและมีกำลังตั้งแต่ 30 ถึง 53 แรงม้า

ยิ่งใหญ่และทรงพลังยิ่งขึ้น

ไอเดียของเลอนัวร์กลับกลายเป็นว่ายอดเยี่ยม วิศวกรและนักประดิษฐ์มากมายใช้เวลาหลายปีและพยายามปรับปรุงเครื่องยนต์ให้มากที่สุด (แน่นอนในระดับความสามารถทางเทคนิคที่มีอยู่ในขณะนั้น) เน้นที่การเพิ่มพลังเป็นหลัก

ในตอนแรก ความสนใจมุ่งไปที่กระบอกเดียว - พวกเขาพยายามเพิ่มขนาด ดูเหมือนว่าทุกคนจะสามารถเพิ่มพลังได้โดยการเพิ่มขนาด และการเพิ่มปริมาณก็ง่ายที่สุดแล้ว แต่กระบอกเดียวไม่เพียงพอ ฉันต้องเพิ่มรายละเอียดที่เหลืออย่างมาก - ก้านสูบ, ลูกสูบ, บล็อก

เครื่องยนต์ทั้งหมดนั้นไม่เสถียรและมีมวลมาก ระหว่างการทำงานของมอเตอร์ดังกล่าว รอบการจุดระเบิดของส่วนผสมมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างเวลา แท้จริงทุกรายละเอียดในหน่วยดังกล่าวสั่นสะเทือนและสั่นสะเทือนซึ่งทำให้วิศวกรต้องคิดหาวิธีแก้ไข และพวกเขาติดตั้งระบบด้วยบาลานเซอร์

ทางตัน

ในไม่ช้าทุกคนก็เห็นชัดเจนว่าการวิจัยได้มาถึงทางตันแล้ว เครื่องยนต์ Lenoir ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติและถูกต้อง เนื่องจากอัตราส่วนของกำลัง น้ำหนัก และขนาดนั้นแย่มาก จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมจำนวนมากเพื่อเพิ่มปริมาตรของกระบอกสูบอีกครั้ง หลายคนเริ่มพิจารณาแนวคิดในการสร้างเครื่องยนต์พัง และผู้คนยังคงขี่ม้าและเกวียน หากไม่มีวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคอย่างใดอย่างหนึ่ง

นักออกแบบเริ่มตระหนักว่าสามารถหมุนเพลาข้อเหวี่ยงได้ไม่เพียงแค่ลูกสูบเดียว แต่หลายอันพร้อมกันได้ ที่ง่ายที่สุดคือการผลิตเครื่องยนต์อินไลน์ - พวกเขาเพิ่มกระบอกสูบอีกสองสามกระบอก

โลกจะได้เห็นรถสี่สูบแรกในปลายศตวรรษที่ 19 เป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปรียบเทียบกำลังของมันกับเครื่องยนต์สมัยใหม่ อย่างไรก็ตามในแง่ของประสิทธิภาพนั้นสูงกว่ารุ่นก่อนทั้งหมด กำลังเพิ่มขึ้นเนื่องจากปริมาณการทำงานที่เพิ่มขึ้นนั่นคือโดยการเพิ่มกระบอกสูบ ค่อนข้างเร็ว ผู้เชี่ยวชาญจากบริษัทต่างๆ สามารถสร้างเครื่องยนต์หลายสูบได้ถึงมอนสเตอร์ 12 สูบ

หลักการทำงาน

ICE ทำงานอย่างไร? นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่าแต่ละเครื่องยนต์มีจำนวนกระบอกสูบต่างกัน เครื่องยนต์แบบอินไลน์ที่มีกระบอกสูบหกหรือสี่สูบก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน หลักการนี้ยึดตามลักษณะดั้งเดิมของเครื่องยนต์สันดาปภายในใดๆ

กระบอกสูบทั้งหมดในบล็อกถูกจัดเรียงเป็นแถวเดียว เพลาข้อเหวี่ยงซึ่งขับเคลื่อนด้วยลูกสูบอันเนื่องมาจากพลังงานของการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นเพียงเพลาเดียวสำหรับทุกส่วนของกลุ่มลูกสูบและกระบอกสูบ เช่นเดียวกับหัวถัง เป็นกระบอกเดียวสำหรับกระบอกสูบทั้งหมด จากเครื่องยนต์อินไลน์ที่มีอยู่ทั้งหมด การออกแบบที่สมดุลและไม่สมดุลสามารถแยกแยะได้ เราจะพิจารณาทั้งสองตัวเลือกด้านล่าง

ยอดคงเหลือ

มันสำคัญเพราะการออกแบบที่ซับซ้อนของเพลาข้อเหวี่ยง ความจำเป็นในการทรงตัวขึ้นอยู่กับจำนวนกระบอกสูบ ยิ่งใน ICE หนึ่งๆ มากเท่าไหร่ ความสมดุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เครื่องยนต์ที่ไม่สมดุลสามารถเป็นได้เพียงการออกแบบเท่านั้น โดยที่มีกระบอกสูบไม่เกินสี่สูบ มิฉะนั้นจะเกิดการสั่นสะเทือนระหว่างการทำงานซึ่งแรงจะทำลายเพลาข้อเหวี่ยงได้ เครื่องยนต์หกสูบราคาถูกด้วยบาลานเซอร์จะดีกว่าอินไลน์โฟร์ราคาแพงที่ไม่มีเพลาบาลานเซอร์ ดังนั้น เพื่อปรับปรุงการทรงตัว บางครั้งเครื่องยนต์สี่ลูกสูบแบบอินไลน์อาจต้องติดตั้งเพลาเก็บเสียงด้วย

ตำแหน่งมอเตอร์

รถสี่สูบแบบดั้งเดิมมักจะติดตั้งตามยาวหรือตามขวางใต้ฝากระโปรงรถ แต่หน่วยหกสูบสามารถติดตั้งได้ทางยาวเท่านั้นและไม่มีอะไรเพิ่มเติม (ยกเว้นรถวอลโว่บางรุ่นและรถยนต์เชฟโรเลต Epica)

เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอินไลน์ซึ่งมีการออกแบบที่ไม่สมมาตรสำหรับเพลาข้อเหวี่ยงก็มีคุณสมบัติเช่นกัน บ่อยครั้งที่เพลาถูกสร้างขึ้นด้วยการหล่อแบบชดเชย - การหล่อเหล่านี้ต้องรองรับแรงเฉื่อยที่เกิดจากการทำงานของระบบลูกสูบ

Inline-six วันนี้ได้รับความนิยมน้อยลง - ความผิดพลาดทั้งหมดจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่สำคัญและขนาดโดยรวมที่ใหญ่ แต่ถึงแม้บล็อกกระบอกสูบจะยาว แต่เครื่องยนต์ก็สมดุลอย่างสมบูรณ์แบบ

ข้อดีและข้อเสียของตัวเครื่อง

นอกจากความแตกต่างเล็กน้อยแล้ว เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบอินไลน์ก็มีข้อดีและข้อเสียเหมือนกันกับเครื่องยนต์วีและมอเตอร์ส่วนใหญ่ที่มีการออกแบบอื่นๆ เครื่องยนต์สี่สูบเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดเรียบง่ายและน่าเชื่อถือที่สุด มวลค่อนข้างเบา ค่าซ่อมค่อนข้างต่ำ ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวคือการขาดความสมดุลในการออกแบบ นี่คือเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ดีที่สุดสำหรับรถยนต์สมัยใหม่ แม้แต่รถระดับกลาง นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์อินไลน์ความจุขนาดเล็กที่มีน้อยกว่าจำนวนกระบอกสูบ ตัวอย่างเช่น รถสองสูบ SeAZ Oka 1111.

หกสูบมีความสมดุลที่สมบูรณ์แบบ และขาด "สี่" จะได้รับการชดเชย แต่มีราคาที่ต้องจ่ายเพื่อความสมดุล ดังนั้น แม้ว่าจะมีคุณลักษณะที่ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับ "สี่" แต่เครื่องยนต์สันดาปภายในเหล่านี้ที่มีการจัดเรียงกระบอกสูบในบรรทัดในเครื่องยนต์นั้นพบได้น้อยกว่า เพลาข้อเหวี่ยงยาว ต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูงและขนาดค่อนข้างใหญ่

ขีดจำกัดทางเทคนิค

ตอนนี้ไม่ใช่ศตวรรษที่ 19 แต่หน่วยพลังงานที่ทันสมัยยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบทางเทคนิค และที่นี่แม้แต่กังหันสมัยใหม่และเชื้อเพลิงออกเทนสูงก็ไม่ช่วยอะไร ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในอยู่ที่ประมาณ 20% และพลังงานอื่นๆ ทั้งหมดถูกใช้ไปกับแรงเสียดทาน ความเฉื่อย และการระเบิด น้ำมันเบนซินหรือดีเซลเพียงหนึ่งในห้าเท่านั้นที่จะนำไปใช้ประโยชน์

พัฒนาคุณสมบัติพื้นฐานของมอเตอร์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุดแล้ว ในเวลาเดียวกัน ห้องเผาไหม้และกลุ่มลูกสูบจะมีปริมาตรและขนาดที่เล็กลงอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากขนาดที่เล็ก ชิ้นส่วนจึงมีแรงเฉื่อยน้อยลง ซึ่งจะช่วยลดโอกาสเกิดความเสียหายจากการระเบิด

คุณสมบัติการออกแบบของลูกสูบขนาดกะทัดรัดมีข้อจำกัดบางประการ ด้วยกำลังอัดระดับสูง เนื่องจากขนาดที่เล็ก การส่งแรงดันลูกสูบไปยังก้านสูบจึงลดลง หากลูกสูบมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะได้งานที่สมดุลแม่นยำเนื่องจากความซับซ้อนมหาศาล แม้แต่เครื่องยนต์ BMW สมัยใหม่ก็มีสิ่งเหล่านี้ข้อบกพร่องแม้ว่าจะได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรชาวเยอรมัน

สรุป

น่าเสียดายที่การสร้างเครื่องยนต์ถึงขีดจำกัดทางเทคโนโลยีแล้ว ไม่น่าเป็นไปได้ที่นักวิทยาศาสตร์จะทำการค้นพบทางเทคนิคอย่างจริงจังและบรรลุประสิทธิภาพมากขึ้นจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน ทุกคนจึงหวังว่ายุคของยานยนต์ไฟฟ้าจะมาถึง