กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง

เครื่องยนต์ แบบสี่สูบเรียงแนวนอน (เรียกอีกอย่างว่า เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอน หรือ เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ [ 1 ] ) เป็น เครื่องยนต์ลูกสูบ...

เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง

เครื่องยนต์ลูกสูบสำหรับเครื่องบิน ULPower UL360iS

เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอน (เรียกอีกอย่างว่าเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอนหรือเครื่องยนต์บ็อกเซอร์[ 1 ] ) เป็น เครื่องยนต์ลูกสูบสี่สูบที่มีกระบอกสูบสองแถววางอยู่ด้านตรงข้ามของเพลาข้อเหวี่ยงร่วมกัน ประเภทที่พบมากที่สุดของเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอนคือเครื่องยนต์แบบสี่สูบบ็อกเซอร์โดยลูกสูบแต่ละคู่ที่อยู่ตรงข้ามกันจะเคลื่อนที่เข้าและออกพร้อมกัน

เครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์มีการสมดุลหลักและรองที่สมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตาม การมีฝาสูบสองอันทำให้การออกแบบนี้มีต้นทุนการผลิตสูงกว่าเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงจะมีแรงบิดหมุนที่ไม่สมดุลเล็กน้อยในระนาบของลูกสูบ เมื่อลูกสูบคู่หนึ่งอยู่ที่จุดสูงสุด (TDC) และอีกคู่หนึ่งอยู่ที่จุดต่ำสุด (BDC) ลูกสูบคู่ที่ TDC จะสร้างแรงบิดมากกว่าลูกสูบคู่ที่ BDC ดังนั้นแรงบิดที่ไม่สมดุลสุทธิจึงเป็นผลต่าง ความแตกต่างของแรงเฉื่อยที่ TDC และ BDC จะอธิบายไว้ใน ส่วน การสมดุลของเครื่องยนต์เครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์ถูกนำมาใช้ในรถยนต์ตั้งแต่ปี 1897 โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Volkswagen และ Subaru นอกจากนี้ยังมีการใช้ในรถจักรยานยนต์บ้างเป็นครั้งคราว และใช้ในเครื่องบินบ่อยครั้ง CessnaและPiperใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงจากLycomingและContinentalในเครื่องบินพลเรือนที่พบได้ทั่วไป มากที่สุด ในโลก เช่นCessna 172และPiper Cherokee ในขณะที่เครื่องบิน อัลตร้าไลท์และLSAหลายลำใช้เครื่องยนต์Rotax 912 รุ่นต่างๆ

ออกแบบ

แอนิเมชั่นนักมวยสี่คน

ในเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงลูกสูบ แต่ละคู่ที่อยู่ตรง ข้ามกันจะเคลื่อนที่เข้าและออกพร้อมกันอย่างต่อเนื่อง ข้อดีของการจัดวางแบบบ็อกเซอร์สี่สูบคือการสั่นสะเทือนรองที่สมบูรณ์แบบ (ส่งผลให้การสั่นสะเทือนน้อยที่สุด) จุดศูนย์ถ่วง ต่ำ และความยาวเครื่องยนต์สั้น เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงประสบความสำเร็จในการใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศแม้ว่าเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศจะมีเสียงดังกว่าและมีกำลังขับต่ำกว่าเครื่องยนต์ที่มีขนาดเท่ากันซึ่งระบายความร้อนด้วยของเหลวในเครื่องบินขนาดเล็กซึ่งความเบาเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก การระบายความร้อนด้วยอากาศจึงเป็นเรื่องปกติมาโดยตลอด[ 2 ]

ข้อเสียของเครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์สี่สูบ (เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์แบบอินไลน์โฟร์) คือความกว้างที่เพิ่มขึ้น ต้นทุนที่สูงขึ้นอันเนื่องมาจากการมีฝาสูบสองอันแทนที่จะเป็นอันเดียว และท่อไอเสีย ที่ยาวขึ้น ซึ่งจำเป็นเพื่อให้ได้จังหวะการปล่อยไอเสียที่สม่ำเสมอ[ 3 ]ด้วยเหตุผลเหล่านี้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงจึงพบได้ทั่วไปในรถยนต์มากกว่าเครื่องยนต์แบบสี่สูบแบน และเครื่องยนต์ V6มักถูกใช้ในกรณีที่ต้องการปริมาตรกระบอกสูบที่ใหญ่กว่า[ 4 ]

การปรับสมดุลเครื่องยนต์

แรงที่เท่ากันและตรงข้ามกันที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์ส่งผลให้เกิดสมดุลทุติยภูมิ ที่สมบูรณ์แบบ (แตกต่างจากแรงในแนวดิ่งที่ไม่สมดุลซึ่งเกิดจากเครื่องยนต์แบบอินไลน์โฟร์) ดังนั้น เครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์จึงเหมาะสมกับปริมาตรกระบอกสูบที่มากกว่า2.0 ลิตร (122 ลูกบาศก์นิ้ว)เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เพลาสมดุลเพื่อลดการสั่นสะเทือนทุติยภูมิ   

ในเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ กระบอกสูบแต่ละกระบอกจะเยื้องไปเล็กน้อยจากคู่ตรงข้ามเนื่องจากระยะห่างระหว่าง เพลาข้อ เหวี่ยงการเยื้องนี้ทำให้เกิดแรงคู่โยก เล็กน้อย [ 5 ] : 27แต่การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นมักจะไม่มากพอที่จะต้องใช้เพลาสมดุล

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สี่จังหวะทั้งหมดที่มีสี่สูบหรือน้อยกว่านั้น การที่จังหวะกำลัง ไม่ทับซ้อนกัน ส่งผลให้แรงบิดที่ส่งไปยังล้อช่วยแรง เป็นแบบเป็นจังหวะ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบบิดตัวตามแกนเพลาข้อเหวี่ยง[ 6 ]การสั่นสะเทือนดังกล่าว หากมากเกินไป อาจลดให้น้อยที่สุดได้โดยใช้แดมเปอร์ฮาร์มอนิ

ท่อร่วมไอเสีย

ลำดับการจุดระเบิดตามปกติของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์โฟร์คือ กระบอกสูบฝั่งซ้ายจะจุดระเบิดทีละกระบอก ตามด้วยกระบอกสูบฝั่งขวา (หรือกลับกัน) โดยมีช่วงเวลาการจุดระเบิดเท่าๆ กันที่ 180 องศา ตามธรรมเนียมแล้ว ไอเสียจากกระบอกสูบสองกระบอกในแต่ละฝั่งจะถูกรวมเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดจังหวะไอเสียที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งก่อให้เกิดเสียงท่อไอเสียที่เป็นเอกลักษณ์ของเครื่องยนต์แบบ "แฟลตโฟร์เบอร์"

การกำหนดค่าท่อไอเสียทั่วไปอีกแบบหนึ่ง (เช่นที่ Subaru ใช้ตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 2000) คือการจับคู่กระบอกสูบโดยมีช่วงเวลาการจุดระเบิดที่เหลื่อมกัน 360 องศา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของ พัล ส์ไอเสีย[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]การกำหนดค่านี้ต้องใช้ท่อร่วมไอเสียที่ยาว เพื่อจับคู่กระบอกสูบที่อยู่ฝั่งตรงข้าม และส่งผลให้เสียงท่อไอเสียไม่โดดเด่นเท่าที่ควร

ใช้ในรถยนต์

ค.ศ. 1900–1935

เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำWilson-Pilcherปี 1904

ในปี ค.ศ. 1900 บริษัทเบนซ์ แอนด์ ซีอีผลิตเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงนอนเครื่องแรก โดยอิงจากเครื่องยนต์แบบสองสูบเรียงนอน "คอนทรา" ของเบนซ์ที่พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1897 เครื่องยนต์นี้ถูกนำไปใช้ในรถแข่งของเบนซ์ มีกำลัง 20 แรงม้า (15 กิโลวัตต์)ปริมาตรกระบอกสูบ5.4 ลิตร (330 ลูกบาศก์นิ้ว)และได้รับการออกแบบโดย จอร์จ ดีห์ล     

บริษัทวิลสัน-พิลเชอร์ ในลอนดอน ได้เปิดตัวรถยนต์คันแรกในปี 1901 ซึ่งใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงนอน เครื่องยนต์นี้ติดตั้งตามแนวยาวของตัวถัง ระบายความร้อนด้วยน้ำ ให้กำลัง9 แรงม้า (7 กิโลวัตต์)และมีปริมาตรกระบอกสูบ2.4 ลิตร (146 ลูกบาศก์นิ้ว)ที่น่าแปลกใจสำหรับยุคนั้นคือ เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบและระยะชักเท่ากัน โดยแต่ละส่วนมีขนาด95 มิลลิเมตร (3.7 นิ้ว )       

ในปี พ.ศ. 2445 รถยนต์บัฟฟัมได้รับการติดตั้งเครื่องยนต์สี่สูบแบบวางตรงข้ามที่มีกำลัง 16 แรงม้า เฮอร์เบิร์ต เอช. บัฟฟัม ผลิตรถยนต์อเมริกันชื่อบัฟฟัมในเมืองอบิงตัน รัฐแมสซาชูเซตส์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2446 ถึง พ.ศ. 2450 [ 10 ]

หลังจากที่เคยผลิตเครื่องยนต์แบบสองสูบเรียงมาก่อนแล้ว รถยนต์Tatra 30 ปี 1926 เป็นรุ่นแรกของบริษัทเช็กที่ใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง Tatra ผลิตรถยนต์รุ่นต่างๆ ที่ใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงตลอดช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930

1936–1999

เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำJowett Jupiterปี 1952
เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศของ Porsche 550 Spyderปี 1955

รถยนต์ Tatra T97ปี 1936 เป็นผู้บุกเบิกโครงสร้างแชสซีแบบแบ็คโบน (ซึ่งต่อมาถูกนำไปใช้ใน Volkswagen Beetle ) โดยวางเครื่องยนต์ไว้ด้านหลังแบบสี่สูบเรียงระบายความร้อนด้วยอากาศและในเวลาเดียวกัน แม้จะไม่เกี่ยวข้องกัน แต่ก็มี รถยนต์ Steyr 50จากออสเตรีย ซึ่งใช้เครื่องยนต์บ็อกเซอร์สี่สูบวางด้านหน้าและขับเคลื่อนล้อหลัง นอกจากนี้ ในปี 1936 บริษัทJowett จากอังกฤษ ได้ขยายรุ่นรถจากเครื่องยนต์สองสูบเรียงไปเป็นเครื่องยนต์สี่สูบเรียง การผลิตเครื่องยนต์สี่สูบเรียงของ Jowett ดำเนินต่อไปจนถึงปี 1954 เมื่อ รถยนต์รุ่น Jowett Javelin saloon และJowett Jupiter sport ยุติการผลิต

เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงที่ผลิตต่อเนื่องยาวนานที่สุดคือเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศของ Volkswagenซึ่งผลิตตั้งแต่ปี 1938 จนถึงปี 2006 และเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดในรถยนต์Volkswagen Beetle ที่วางเครื่องยนต์ไว้ด้านหลังในช่วงปี 1938–2003 และVolkswagen Transporterใน ช่วงปี 1950–1983 [ 11 ]เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศนี้ได้รับการออกแบบโดย Porsche และยังใช้ในPorsche 356 ในช่วงปี 1948–1965 , Porsche 550 ในช่วงปี 1953–1956 , Porsche 912 ในช่วงปี 1965–1969 และPorsche 914 ในช่วงปี 1969–1976 ในปี 1984 เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการปล่อยไอเสีย จึงมีการนำเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำที่เรียกว่าVolkswagen Wasserboxerมาใช้ในVolkswagen Transporter (T3)

ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 ผู้ผลิตหลายรายได้ผลิตเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอน ซึ่งรวมถึงเครื่องยนต์สี่สูบเรียงแนวนอนระบายความร้อนด้วยอากาศของ Citroën เครื่องยนต์สี่สูบ เรียง แนวนอนระบายความร้อนด้วยน้ำของ Alfa Romeo เครื่องยนต์สี่สูบเรียงแนวนอนระบายความร้อนด้วยน้ำ ของ Lancia และ เครื่องยนต์ EAระบายความร้อนด้วยน้ำ ของ Subaru

เครื่องยนต์สำคัญสองรุ่นที่ได้รับการออกแบบในช่วงเวลานั้น แต่ไม่เคยถูกผลิตออกสู่ตลาดในเชิงพาณิชย์ ได้แก่ เครื่องยนต์วาล์วข้างขนาด 800 ซีซีของมอร์ริส โดยอเล็ก อิสซิโกนิส ในปี 1947 ซึ่งเดิมทีมีไว้สำหรับรถมอร์ริส ไมเนอร์ และเครื่องยนต์ SOHC ขนาด 2.2 ลิตรของเฟอร์กูสัน โดยโคลด ฮิลล์ ในปี 1966 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยรถยนต์ R5

ปี 2000 – ปัจจุบัน

เครื่องยนต์Subaru FA ระบายความร้อนด้วยน้ำ ปี 2012–ปัจจุบัน

ภายในปี 2000 ผู้ผลิตส่วนใหญ่ได้เปลี่ยนเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอนเป็นเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวตั้งแล้ว ข้อยกเว้นที่น่าสนใจคือ Subaru ซึ่งใช้เครื่องยนต์ Subaru EJ ระบายความร้อนด้วยน้ำในรูปแบบเทอร์โบชาร์จในรถ สปอร์ตซีดานSubaru WRX และ รถแรลลี่โลกรุ่นเดียวกัน การที่ Subaru นำระบบขับเคลื่อนสี่ล้อมาใช้เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ยังคงใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอน เนื่องจากความยาวที่สั้นกว่าของเครื่องยนต์ชนิดนี้ช่วยให้สามารถติดตั้งชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนสี่ล้อลงในแชสซีได้[ 12 ] แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวตั้ง แต่เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอนช่วยให้ Subaru สามารถสร้างรถยนต์ขับเคลื่อนสี่ล้อได้โดยมีต้นทุนเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับระบบขับเคลื่อนสองล้อ[ 12 ]

ในปี 2012 เครื่องยนต์ Subaru FAเวอร์ชันดูดอากาศธรรมชาติถูกนำมาใช้ในรถสปอร์ตคูเป้ขับเคลื่อนล้อหลังToyota 86 (เรียกอีกอย่างว่า "Subaru BRZ" และ "Scion FR-S") [ 13 ]เครื่องยนต์นี้ระบายความร้อนด้วยน้ำ มี ระบบ ฉีดน้ำมันเบนซินโดยตรงให้กำลัง147 กิโลวัตต์ (197 แรงม้า)และมีปริมาตรกระบอกสูบ2.0 ลิตร (122 ลูกบาศก์นิ้ว)     

รถสปอร์ตเครื่องยนต์วางกลางรุ่น Porsche Boxster/Cayman (982)ปี 2016 ลดขนาดจากเครื่องยนต์หกสูบเรียงแบบไม่มีระบบอัดอากาศมาเป็นเครื่องยนต์สี่สูบเรียงแบบเทอร์โบชาร์จ ซึ่งเป็นเครื่องยนต์สี่สูบเรียงรุ่นแรกของ Porsche นับตั้งแต่กลางทศวรรษ 1970 เครื่องยนต์นี้ผลิตในขนาดความจุ2.0–2.5 ลิตร (122–153 ลูกบาศก์นิ้ว)และให้กำลังสูงสุดถึง365 แรงม้า (272 กิโล วัตต์) [ 14 ]ผู้วิจารณ์หลายคนวิจารณ์ Boxster/Cayman ว่ามีเสียงเครื่องยนต์ที่ไม่น่าประทับใจ[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]     

ในปี 2025 บริษัทผู้ผลิตรถยนต์จีนBYD Autoได้เปิดตัวเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงเป็นครั้งแรกในรถยนต์ ซีดานหรู Yangwang U7ซึ่งถือเป็นการฟื้นฟูรูปแบบเครื่องยนต์บ็อกเซอร์ในยุคปัจจุบัน เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จระบายความร้อนด้วยน้ำนี้ผสมผสานเทคโนโลยีการฉีดตรงและไฮบริด ให้กำลัง 268 แรงม้า (200 กิโลวัตต์) ในขณะที่ยังคงรักษารูปทรงกะทัดรัดซึ่งเหมาะสำหรับระบบขับเคลื่อนสี่ล้อของรถซีดาน เครื่องยนต์นี้ได้รับแรงบันดาลใจจากเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จแบบสี่สูบเรียงของ Porsche และแสดงให้เห็นถึงความพยายามของ BYD ในการพัฒนาเครื่องยนต์สมรรถนะสูงควบคู่ไปกับกลุ่มผลิตภัณฑ์รถยนต์ไฟฟ้า[ 18 ] [ 19 ]

ใช้ในรถจักรยานยนต์

ฮอนด้า GL1000

รถจักรยานยนต์ส่วนใหญ่ที่มีเครื่องยนต์สี่สูบใช้ โครงสร้าง เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง (ส่วนใหญ่เป็นแบบระนาบราบ ยกเว้น Yamaha R1/R1M ที่เป็นแบบระนาบขวาง) อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงหลายรุ่นก็ถูกนำมาใช้ใน รถจักรยานยนต์ แบบขับเคลื่อนด้วยเพลา :

ใช้ในเครื่องบิน

เครื่องยนต์อากาศยานULPower UL260i

เครื่องบินขนาดเล็กมักใช้เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงนอนที่มีปริมาตรกระบอกสูบไม่เกิน6.4 ลิตร (390 ลูกบาศก์นิ้ว)จากผู้ผลิตเช่นRotax , Lycoming Engines , Continental MotorsและFranklin Engine Company   

สำหรับเครื่องบินบังคับวิทยุเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงนอนที่มีปริมาตรกระบอกสูบ40–50 ซีซี (2.4–3.1 ลูกบาศก์นิ้ว)ผลิตโดยบริษัทต่างๆ เช่นOS Engines   

เครื่องยนต์อากาศยานแบบสี่สูบเรียงแบนที่โดดเด่นในช่วงไม่นานมานี้คือเครื่องยนต์ D-Motor LF26ของเบลเยียมแบบวาล์วข้าง[ 22 ]แม้ว่ารูปแบบวาล์วข้างจะถูกยกเลิกไปนานแล้วสำหรับการใช้งานในรถยนต์ส่วนใหญ่ เนื่องจากห้องเผาไหม้เป็นอุปสรรคต่อรอบ เครื่องยนต์สูง แต่ D-Motor ที่มีอัตราส่วนกำลังอัดสูงมาก (1.295:1) เป็นเครื่องยนต์อากาศยานที่เรียบง่าย รอบต่ำ ขนาดกะทัดรัด เชื่อถือได้ และมีน้ำหนักเบา (โดยไม่มีความซับซ้อนของระบบวาล์วohv ) [ 23 ]

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Flat-four_engine&oldid=1353398928 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง

เครื่องยนต์ แบบสี่สูบเรียงแนวนอน (เรียกอีกอย่างว่า เครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียงแนวนอน หรือ เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ [ 1 ] ) เป็น เครื่องยนต์ลูกสูบ...

ออกแบบ

ในเครื่องยนต์แบบสี่สูบเรียง ลูกสูบ แต่ละคู่ที่อยู่ตรง ข้ามกันจะเคลื่อนที่เข้าและออกพร้อมกันอย่างต่อเนื่อง ข้อดีของการจัดวางแบบบ็อกเซอร์สี่สูบคือการสั่นสะเทือนรองที่สมบูรณ์แบบ (ส่งผลให้การสั่นสะเทือนน้อยที่สุด) จุดศูนย์ถ่วง ต่ำ และความยาวเครื่องยนต์สั้น...

การปรับสมดุลเครื่องยนต์

แรงที่เท่ากันและตรงข้ามกันที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์ส่งผลให้เกิด สมดุลทุติยภูมิ ที่สมบูรณ์แบบ (แตกต่างจากแรงในแนวดิ่งที่ไม่สมดุลซึ่งเกิดจากเครื่องยนต์แบบอินไลน์โฟร์) ดังนั้น เครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์โฟร์จึงเหมาะสมกับปริมาตรกระบอกสูบที่มากกว่า 2.

ท่อร่วมไอเสีย

ลำดับการจุดระเบิดตามปกติของเครื่องยนต์บ็อกเซอร์โฟร์คือ กระบอกสูบฝั่งซ้ายจะจุดระเบิดทีละกระบอก ตามด้วยกระบอกสูบฝั่งขวา (หรือกลับกัน) โดยมี ช่วงเวลาการจุดระเบิด เท่าๆ กันที่ 180 องศา ตามธรรมเนียมแล้ว ไอเสียจากกระบอกสูบสองกระบอกในแต่ละฝั่งจะถูกรวมเข้าด้วยกัน...