스트레이트 포 엔진

Straight-four engine
DOHC 스트레이트 4 엔진 다이어그램
1989-2006 Ford I4 DOHC 엔진(실린더 헤드 탈거)
2006-2009 닛산 M9R 디젤 엔진

직진 4기통 엔진(인라인 4라고도 함)은 실린더가 공통 크랭크축을 따라 일렬로 배열되는 4기통 피스톤 엔진입니다.

대부분의 자동차용 4기통 엔진은 직선 4배열을[1]: pp. 13–16 사용하며(스바루와 [2]포르쉐가 생산한 4기통 엔진은 제외), 이 배치는 오토바이 및 기타 기계에서도 매우 일반적입니다.따라서 "4기통 엔진"이라는 용어는 보통 4기통 엔진과 동의어입니다.대부분의 예에서는 액체 냉각수를 사용하여 열 축적을 관리하고 공랭식 예제를 제조합니다.

2005년과 2008년 사이에 미국에서 4기통 엔진을 장착한 신차 판매 비율은 30%에서 47%[3][4]로 증가했습니다.2020년식까지 경차 점유율은 59%[5]까지 상승했습니다.

설계.

4행정 스트레이트 포 엔진은 특정 시간에 파워 스트로크가 발생하지 않는 실린더 수가 적은 엔진과 달리 파워 스트로크에 항상 실린더가 있습니다.V4 엔진이나 플랫4 엔진에 비해 스트레이트4 엔진은 실린더 헤드가 1개뿐이어서 복잡성과 생산 비용이 절감됩니다.

직선 4 엔진을 (기통을 수직으로 향하지 않고) 기울어진 각도로 설치하는 경우, 때때로 경사 4라고 합니다.

변위

현대 생산 차량에 사용되는 가솔린 스트레이트 4 엔진은 일반적으로 배기량이 1.3~2.5L(79~153cuin)이지만, 이전에는 1927~1931년식 Bentley 4µL와 같은 대형 엔진이 사용되었습니다.

디젤 엔진은 3.2L 터보차지 미쓰비시 엔진(파제로/쇼군/몬테로 SUV 사용)과 3.0L 도요타 엔진 등 더 큰 배기량으로 생산되었습니다.차량 총중량 7.5톤에서 18톤 사이의 유럽 및 아시아 트럭은 일반적으로 배기량이 약 [6][7][8][9][10][11][12]5리터인 직렬 4기통 디젤 엔진을 사용합니다.더 큰 배기량은 기관차, 선박 및 정지 엔진에서 발견됩니다.

배기량도 일본에서 판매되는 케이카에서 볼 수 있듯이 매우 작을 수 있습니다.이 엔진들 중 몇 개는 규정상 최대 배기량이 550cc로 정해져 있을 때 한 번에 4개의 실린더를 가지고 있었습니다. 현재 최대 크기는 660cc입니다.

프라이머리 및 세컨더리 밸런스

선호하는 크랭크축 구성의 직진 4개 엔진은 완벽한 [1]: p. 12 기본 밸런스를 갖춥니다.이는 피스톤이 쌍으로 이동하며 피스톤 한 쌍은 항상 다른 쌍이 아래로 이동하면서 동시에 위로 이동하기 때문입니다.

단, 스트레이트 4 엔진은 2차 불균형이 있습니다.이는 크랭크축 회전의 상반부 동안 피스톤의 가속/감속이 크랭크축 회전의 하반부에 있는 피스톤의 가속/감속보다 크기 때문에 발생합니다(커넥팅 로드가 무한히 길지 않기 때문에).그 결과 2개의 피스톤은 항상 한 방향으로 가속이 빨라지고 나머지 2개의 피스톤은 다른 방향으로 가속이 느려지기 때문에 크랭크축 속도의 2배에서 상하 진동이 발생하는 2차 동적 불균형이 발생합니다.이러한 불균형은 모든 피스톤 엔진에서 공통적으로 발생하지만 두 피스톤이 항상 함께 움직이기 때문에 인라인 4에서 특히 효과가 큽니다.

이 불균형의 강도는 왕복 질량, 스트로크에 대한 커넥팅 로드 길이의 비율 및 피크 피스톤 속도에 의해 결정됩니다.따라서 피스톤이 가벼운 소형 배기량 엔진은 효과가 거의 없고, 레이싱 엔진은 긴 커넥팅 로드를 사용합니다.그러나 효과는 엔진 속도(rpm)에 따라 기하급수적으로 증가합니다.

전원 공급 시 맥동

인라인 4 엔진 애니메이션

5기통 이상의 4행정 엔진은 임의의 시점에서 파워 스트로크를 실행하는 적어도 1기통을 가질 수 있다.그러나 4기통 엔진은 다음 피스톤이 새로운 파워 스트로크를 시작하기 전에 각 실린더가 파워 스트로크를 완료하기 때문에 동력 공급에 갭이 있습니다.이 맥동력 전달은 실린더가 4개 이상인 엔진보다 더 많은 진동을 일으킵니다.

밸런스 샤프트 사용

밸런스축 시스템은 종종 배기량이 큰 엔진에서 직진 4단 엔진에서 발생하는 진동을 줄이기 위해 사용됩니다.밸런스축 시스템은 1911년에 발명되었으며 크랭크축의 [1]: pp. 42–44 두 배 속도로 반대 방향으로 회전하는 동일한 편심 중량을 운반하는 두 개의 축으로 구성됩니다.이 시스템은 1970년대에 미쓰비시자동차에 의해 특허를 받았으며, 그 후 몇몇 다른 [13][14]회사들에 의해 라이선스 하에 사용되고 있다.

그러나 모든 대형 배기량 스트레이트 4 엔진에서 밸런스 샤프트를 사용한 것은 아닙니다.밸런스 샤프트가 없는 비교적 큰 엔진의 예로는 2.4L 시트로엥 DS 엔진, 2.6L 오스틴-힐리 100 엔진, 3.3L 포드 모델 A(1927) 엔진 및 2.5L GM 아이언 듀크 엔진이 있습니다.소련/러시아의 GAZ Volga와 최대 배기량 2.9리터의 UAZ 엔진은 1950년대부터 1990년대까지 밸런스 샤프트 없이 생산되었지만, 이들은 상대적으로 저회전 엔진이었기 때문에 밸런스 [1]: pp. 40–44 샤프트 시스템의 필요성이 줄어들었다.

생산차에서의 사용

1908~1941년 포드 모델 T 엔진
1970년식 알파 로미오 트윈캠 엔진

자동차에 사용되는 대부분의 현대식 직진 엔진의 배기량은 1.5~2.5L(92~153cuin)입니다.1963~1967년식 혼다 T360의 배기량 356cc(21.7cuin)의 자동차용 스트레이트 4M41 디젤 엔진은 미쓰비시 파제로에 사용된 1999~2019년식 미쓰비시 4M41 디젤 엔진으로 배기량 3.2L(195년식)[15][16]의 배기량이다.

주요 4인승 차량 엔진은 다음과 같습니다.

레이싱카에서의 사용

1980년대 BMW M12/13 F1 엔진

많은 초기 경주용 자동차들은 직진 4개의 엔진을 사용했지만, 1913년식 인디애나폴리스 500을 수상한 푸조 엔진은 매우 영향력 있는 엔진이었다.Ernest Henry가 설계한 이 엔진은 실린더당 4개의 밸브가 있는 이중 오버헤드 캠축(DOHC)을 가지고 있었으며, 이 레이아웃은 오늘날까지 인라인 4 엔진의 [19]: pp. 14–17 표준이 되었습니다.

푸조 디자인에서 영감을 받은 엔진 중에는 1920년대와 1930년대 초반까지 성공적인 레이싱 엔진이었던 밀러 엔진이 있었다.밀러 엔진은 오펜하우저 엔진으로 발전하여 1933년부터 1981년까지 매우 성공적이었으며 1971년부터 [19]: pp. 182–185 1976년까지 인디애나폴리스 500에서 5연승을 거두었습니다.

제2차 세계대전 이전의 그랑프리 모터 레이싱 카테고리에서 생산된 많은 차들은 인라인 4 엔진 디자인을 사용했습니다.1.5L 슈퍼차지 엔진은 마세라티 4CL이나 다양한 영국 레이싱 자동차(ERA) 모델 등에 도입되었습니다.이들은 전쟁 후 부활해 포뮬러 원(F1)이 되는 토대를 형성했다. 비록 8대 슈퍼차지 알페타스가 F1의 초기 몇 년을 지배했다.

레이싱 역사에서 중요한 역할을 한 또 다른 엔진은 아우렐리오 램프레디가 디자인한 4단 페라리 엔진이다.이 엔진은 원래 페라리 500용 2L Formula 2 엔진으로 설계되었지만 페라리 625의 [19]: pp. 78–81, 86–89 Formula One에 경쟁하기 위해 2.5L로 진화했습니다.스포츠카 레이싱의 경우 페라리 860 몬자의 경우 용량이 3.4L까지 증가했습니다.

코번트리 클라이맥스 스트레이트 포뮬러 2 엔진으로 탄생한 코번트리 클라이맥스 4 엔진은 매우 성공적인 레이싱 엔진이었습니다.1958년 포뮬러 원 2.0리터까지 확장되어 1959년과 [19]: pp. 130–133 1960년 쿠퍼의 섀시에서 열린 포뮬러 원 챔피언십에서 우승한 2,495cc급 대형 FPF로 발전했습니다.

포뮬라 원에서 1980년대는 1,500cc 터보차지가 주를 이뤘다.BMW M12/13 엔진은 높은 부스트 압력과 성능으로 유명했습니다.주철 블록은 표준 도로 차량 블록에 기반하여 Brabham, Arrows, Venetton의 F1 차량에 동력을 공급하고 1983년 세계 선수권 대회에서 우승했습니다.1986년 버전의 엔진은 적격 [20]트림에서 약 1,300hp(969kW)의 출력을 낸다고 알려져 있습니다.

오토바이에서의 사용

다음 항목도 참조하십시오.모터사이클 엔진
1970년식 혼다 CB750 엔진

1901년부터 오토바이를 만들어 온 벨기에 무기 제조업체 FN 헤르스탈은 [21]1905년부터 인라인 4가 장착된 최초의 오토바이를 생산하기 시작했다.FN 4는 엔진을 크랭크축 종방향으로 수직으로 장착했습니다.이 레이아웃을 사용한 다른 제조업체로는 미국의 피어스, 헨더슨, 에이스, 클리블랜드 및 인디언, 덴마크의 님버스, 독일의 윈드호프, 영국의 [22]윌킨슨이 있습니다.

최초의 크로스 프레임 4기통 오토바이는 1939년식 레이서 질레라 500 론다인으로, 더블 오버 헤드 캠축, 강제 유도 슈퍼차저, 액체로 [23]냉각되었습니다.최신 인라인 4 오토바이 엔진은 1969년 혼다의 SOHC CB750으로 처음 인기를 끌었고, 1970년대에 다른 엔진들이 그 뒤를 이었다.그 이후로 인라인 4는 스트리트 바이크에서 가장 일반적인 엔진 구성 중 하나가 되었습니다.크루저 카테고리 이외에서는 인라인4가 가장 일반적인 설정입니다.이는 비교적 높은 비용 [citation needed]대비 퍼포먼스비 때문입니다.일본의 주요 모터사이클 메이커에서는, MV 아구스타나 BMW와 같이 인라인 4 엔진을 탑재한 오토바이를 제공하고 있습니다.이전의 인라인 4 기통 오토바이는 프레임을 따라서 수평으로 장착되었지만, 현재의 4 기통 BMW 오토바이는 모두 횡단 엔진을 탑재하고 있습니다.현대의 트라이엄프사는 인라인 4동력 오토바이를 제공했지만 트리플을 선호하여 단종되었다.

2009년식 야마하 R1에는 180°의 일정한 간격으로 발화하지 않는 인라인 4 엔진이 탑재되어 있습니다.대신 피스톤이 상사점에 동시에 도달하는 것을 방지하는 크로스 플레인 크랭크축을 사용합니다.이를 통해 2차 밸런스가 개선되어 rpm 범위가 높을 때 특히 유리하며, "빅뱅 점화 순서" 이론에 따르면 경주 속도에서 토크가 불규칙하게 리어 타이어로 전달되면 코너에서 미끄러져 제어하기가 쉬워진다고 합니다.

인라인 4 엔진은 스즈키(2015년 이후)와 야마하(2002년 이후) 팀에서도 MotoGP에 사용되고 있습니다.2010년 4행정 Moto2 클래스가 도입되었을 때, 이 클래스의 엔진은 혼다사가 제조한 600cc(36.6cuin) 인라인 4 엔진으로, 최고 출력 110kW(150hp)의 CBR600R을 기반으로 제작되었습니다.2019년부터 엔진은 트라이엄프 765cc(46.7cuin) 트리플 엔진으로 교체되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크