Inline engine: typy, zařízení, výhody a nevýhody

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-19 13:01

Řadový spalovací motor je jedním z nejjednodušších motorů. Tyto jednotky se nazývají takové, protože válce jsou uspořádány v řadě. Písty otáčejí jeden klikový hřídel, když motor běží. Řadový motor byl jedním z prvních, který byl instalován do automobilů. Byly navrženy a vyrobeny na úsvitu automobilového průmyslu.

Jak to všechno začalo?

Předchůdcem moderního řadového spalovacího motoru byl jednoválcový motor. Navrhl a postavil Etienne Lenoir v roce 1860. Všeobecně se má za to, že tomu tak je, i když pokusy získat patent na tento motor byly již před Lenoirem. Ale je to právě jeho vývoj, který je co nejpodobnější těm designům, které jsou v současnosti instalovány pod kapoty většiny levných sériových osobních vozů.

Motor měl pouze jeden válec a jeho výkon se rovnal 1,23 koňské síle, na tu dobu obrovský. Pro srovnání, moderní „Oka“1111 má dva válce a jeho výkon je od 30 do 53 koní.

Větší a výkonnější

Lenoirův nápad se ukázal jako skvělý. Mnoho inženýrů a vynálezcůstrávil roky a úsilí snahou o co největší vylepšení motoru (samozřejmě na úrovni technických možností, které v té době existovaly). Hlavní důraz byl kladen na zvýšení výkonu.

Na začátku se pozornost soustředila na jediný válec – snažili se zvětšit jeho velikost. Pak se všem zdálo, že zvětšením velikosti můžete získat větší výkon. A zvýšení objemu pak bylo nejjednodušší. Jeden válec ale nestačil. Musel jsem výrazně zvětšit zbytek detailů - ojnici, píst, blok.

Všechny tyto motory se ukázaly jako velmi nestabilní a měly velkou hmotnost. Při provozu takového motoru byl obrovský časový rozdíl mezi zapalovacími cykly směsi. Doslova každý detail v takové jednotce rachotil a třásl se, což přinutilo inženýry přemýšlet o řešení. A vybavili systém vyvažovačem.

Slepá ulička

Brzy bylo všem jasné, že výzkum dospěl do slepé uličky. Motor Lenoir nemohl fungovat normálně a správně, protože poměr výkonu, hmotnosti a velikosti byl hrozný. K opětovnému zvětšení objemu válce bylo potřeba hodně další energie. Mnozí začali považovat myšlenku vytvoření motoru za kolaps. A lidé by stále jezdili na koních a vozících, nebýt jednoho technického řešení.

Konstruktéři si začali uvědomovat, že je možné otáčet klikovou hřídelí nejen jedním pístem, ale i několika najednou. Nejjednodušší byla výroba řadového motoru - přidali několik dalších válců.

Svět mohl vidět první čtyřválcovou jednotku na konci 19. století. Srovnávat jeho výkon s moderním motorem nelze. Z hlediska účinnosti však byla vyšší než u všech ostatních předchůdců. Výkon byl zvýšen díky zvětšenému pracovnímu objemu, tedy přidáním válců. Poměrně rychle byli specialisté z různých společností schopni vytvořit víceválcové motory až po 12válcová monstra.

Princip fungování

Jak funguje ICE? Kromě toho, že každý motor má jiný počet válců, funguje stejně řadový motor se šesti nebo čtyřmi válci. Princip je založen na tradičních vlastnostech jakéhokoli spalovacího motoru.

Všechny válce v bloku jsou uspořádány v jedné řadě. Klikový hřídel, poháněný písty díky energii spalování paliva, je jediný pro všechny části skupiny válec-píst. Totéž platí pro hlavu válců. Je jediný pro všechny válce. Ze všech existujících řadových motorů lze rozlišit vyvážená a nevyvážená provedení. Níže zvážíme obě možnosti.

Zůstatek

Je to důležité kvůli složité konstrukci klikového hřídele. Potřeba vyvážení závisí na počtu válců. Čím více jich je v konkrétním ICE, tím větší by měl být zůstatek.

Nevyvážený motor může mít pouze takovou konstrukci, kde nejsou více než čtyři válce. V opačném případě se během provozu objeví vibrace, jejichž síla bude schopna zničit klikový hřídel. I levné šestiválces vyvažovačem bude lepší než drahé inline čtyřky bez vyvažovacích hřídelí. Aby se zlepšilo vyvážení, může řadový čtyřpístový motor někdy vyžadovat instalaci utahovacích hřídelí.

Pozice motoru

Tradiční čtyřválcové jednotky se obvykle montují podélně nebo příčně pod kapotu automobilu. Šestiválcovou jednotku lze ale instalovat pouze podélně a nic víc (s výjimkou některých modelů Volvo a vozů Chevrolet Epica).

Řadový spalovací motor, který má asymetrickou konstrukci vzhledem ke klikové hřídeli, má také své vlastnosti. Hřídel je často vyrobena z kompenzačních odlitků - tyto odlitky musí tlumit setrvační sílu vyplývající z činnosti pístového systému.

Řadová šestka se dnes již těší menší oblibě - za všechno může značná spotřeba paliva a velké celkové rozměry. Ale i přes dlouhý blok válců je motor perfektně vyvážený.

Výhody a nevýhody jednotky

Kromě několika nuancí mají řadové spalovací motory stejné výhody a stejné nevýhody jako většina V-motorů a motorů jiných konstrukcí. Čtyřválcový motor je nejběžnější, je nejjednodušší a nejspolehlivější. Hmota je relativně lehká, náklady na opravu jsou relativně nízké. Jedinou nevýhodou je chybějící vyvažovací hřídele v konstrukci. Jedná se o nejlepší spalovací motor pro moderní vozy i střední třídy. Existují i maloobjemové řadové motory s méněpočet válců. Jako příklad dvouválcový ekonomický SeAZ Oka 1111.

Šestiválcové jednotky mají dokonalé vyvážení a zde je nedostatek „čtyřky“kompenzován. Ale za rovnováhu se platí. Proto i přes výrazně lepší charakteristiku oproti „čtyřce“jsou tyto spalovací motory s řadovým uspořádáním válců v motoru méně obvyklé. Klikový hřídel je dlouhý, výrobní náklady jsou poměrně vysoké a rozměry jsou relativně velké.

Technický limit

Teď sice není 19. století, ale moderní pohonné jednotky mají k technické dokonalosti stále daleko. A tady nepomohou ani moderní turbíny a vysokooktanové palivo. Účinnost spalovacího motoru je asi 20 % a veškerá ostatní energie se vynakládá na tření, setrvačnost a detonaci. Pouze pětina benzínu nebo nafty půjde na užitečnou práci.

Již vyvinuty základní vlastnosti motorů s největší účinností. Spalovací komory a skupina pístů mají přitom výrazně menší objemy a rozměry. Díky kompaktní velikosti mají díly menší setrvačnost – to snižuje pravděpodobnost poškození v důsledku detonace.

Konstrukční prvky kompaktních pístů představují určitá omezení. Při vysokém stupni komprese se díky malé velikosti snižuje přenos tlaku pístu na ojnici. Pokud mají písty větší průměr, pak je nemožné získat přesně vyváženou práci kvůli obrovské složitosti. Ty má i moderní motor BMWnedostatky, ačkoli byl vyvinut německými inženýry.

Závěr

Konstrukce motorů bohužel dosáhla svého technologického limitu. Je nepravděpodobné, že vědci učiní vážné technické objevy a dosáhnou vyšší účinnosti spalovacího motoru. Všichni tedy doufají, že přijde éra elektrických vozidel.