Quatro motores em linha - Straight-four engine

Diagrama de um motor DOHC de quatro cilindros em linha
Motor Ford I4 DOHC 1989-2006 com a cabeça do cilindro removida
Motor diesel Nissan M9R 2006-2009

Um motor de quatro cilindros em linha (também chamado de quatro em linha ) é um motor de pistão de quatro cilindros em que os cilindros são dispostos em uma linha ao longo de um virabrequim comum.

A grande maioria dos motores de quatro cilindros automóveis usam uma disposição linear e quatro (com as excepções dos planas de quatro motores produzidas por Subaru e Porsche) e a disposição também é muito comum em motociclos e outra maquinaria. Portanto, o termo "motor de quatro cilindros" é geralmente sinônimo de motores de quatro cilindros em linha. A maioria dos exemplos usa refrigerante líquido para gerenciar o acúmulo de calor, enquanto os exemplos resfriados a ar também são fabricados.

Entre 2005 e 2008, a proporção de veículos novos vendidos nos Estados Unidos com motores de quatro cilindros passou de 30% para 47%. No ano modelo 2019, a participação de veículos leves aumentou para 57%.

Projeto

Um motor de quatro tempos em linha reta sempre tem um cilindro em seu curso de potência, ao contrário de motores com menos cilindros, onde não há curso de potência ocorrendo em determinados momentos. Comparado com um motor V4 ou um motor de quatro cilindros , um motor de quatro cilindros em linha tem apenas uma cabeça de cilindro, o que reduz a complexidade e o custo de produção.

Quando um motor de quatro cilindros em linha é instalado em um ângulo inclinado (em vez de com os cilindros orientados verticalmente), às vezes é chamado de quatro inclinado .

Deslocamento

Os motores a gasolina de quatro cilindros em linha usados ​​em carros de produção modernos normalmente têm uma cilindrada de 1,3–2,5 L (79–153 pol. Cúbicos), no entanto motores maiores foram usados ​​no passado, por exemplo, o Bentley 4½ Litro 1927-1931 .

Os motores a diesel foram produzidos em deslocamentos maiores, como um motor Mitsubishi turboalimentado de 3,2 L (usado o Pajero / Shogun / Montero SUV) e um motor Toyota de 3,0 L. Os caminhões europeus e asiáticos com peso bruto do veículo entre 7,5 e 18 toneladas normalmente usam motores a diesel de quatro cilindros em linha com cilindradas em torno de 5 litros. Deslocamentos maiores são encontrados em locomotivas, motores marítimos e estacionários.

O deslocamento também pode ser muito pequeno, como encontrado nos carros kei vendidos no Japão. Vários desses motores tinham quatro cilindros em uma época em que os regulamentos ditavam um deslocamento máximo de 550 cc; o tamanho máximo atualmente é de 660 cc.

Saldo primário e secundário

Os motores de quatro cilindros em linha com a configuração preferencial de virabrequim têm equilíbrio primário perfeito . Isso ocorre porque os pistões estão se movendo em pares, e um par de pistões está sempre se movendo para cima ao mesmo tempo que o outro par está se movendo para baixo.

No entanto, motores de quatro cilindros em linha têm um desequilíbrio secundário . Isso é causado pela aceleração / desaceleração dos pistões durante a metade superior da rotação do virabrequim sendo maior do que a dos pistões na metade inferior da rotação do virabrequim (porque as bielas não são infinitamente longas). Como resultado, dois pistões estão sempre acelerando mais rápido em uma direção, enquanto os outros dois estão acelerando mais lentamente na outra direção, o que leva a um desequilíbrio dinâmico secundário que causa uma vibração para cima e para baixo com o dobro da velocidade do virabrequim. Esse desequilíbrio é comum entre todos os motores a pistão, mas o efeito é particularmente forte no quatro em linha por causa dos dois pistões sempre se movendo juntos.

A força desse desequilíbrio é determinada pela massa recíproca, a relação entre o comprimento da biela e o curso e a velocidade de pico do pistão. Portanto, os motores de pequeno deslocamento com pistões leves apresentam pouco efeito, e os motores de corrida usam bielas longas. No entanto, o efeito cresce exponencialmente com a rotação do motor (rpm).

Pulsações no fornecimento de energia

Animação de um motor Inline-quatro

Motores de quatro tempos com cinco ou mais cilindros podem ter pelo menos um cilindro executando seu curso de força em qualquer ponto do tempo. No entanto, os motores de quatro cilindros têm lacunas no fornecimento de potência, uma vez que cada cilindro completa seu curso de potência antes que o próximo pistão inicie um novo curso de potência. Essa entrega pulsante de potência resulta em mais vibrações do que os motores com mais de quatro cilindros.

Uso de eixos de equilíbrio

Um sistema de eixo de equilíbrio às vezes é usado para reduzir as vibrações criadas por um motor de quatro cilindros em linha, mais frequentemente em motores com cilindradas maiores. O sistema de eixo de equilíbrio foi inventado em 1911 e consiste em dois eixos carregando pesos excêntricos idênticos que giram em direções opostas com o dobro da velocidade do virabrequim. Este sistema foi patenteado pela Mitsubishi Motors na década de 1970 e desde então tem sido usado sob licença por várias outras empresas.

No entanto, nem todos os motores de quatro cilindros em linha de grande cilindrada usaram eixos de equilíbrio. Exemplos de motores relativamente grandes sem veios de equilíbrio incluem o 2,4 litros Citroën DS motor, a 2,6 litros Austin Healey 100 motor, a 3,3 L de Ford Modelo A (1927) do motor e o 2,5 L motor GM Iron Duke . Os motores soviéticos / russos GAZ Volga e UAZ com cilindradas de até 2,9 litros foram produzidos sem eixos de equilíbrio entre os anos 1950 e 1990, no entanto, eram motores de rotação relativamente baixa, o que reduz a necessidade de um sistema de eixo de equilíbrio.

Uso em carros de produção

Motor Ford Modelo T de 1908-1941
Motor Alfa Romeo Twin Cam 1970

A maioria dos motores modernos de quatro cilindros em linha usados ​​em carros tem uma cilindrada de 1,5–2,5 L (92–153 pol. Cúbicos). O menor motor automotivo de quatro cilindros em linha foi usado no caminhão Honda T360 kei 1963-1967 e tem um deslocamento de 356 cc (21,7 cu in), enquanto o maior motor de quatro cilindros em linha produzido em massa é o diesel Mitsubishi 4M41 de 1999–2019 motor que foi usado no Mitsubishi Pajero e tem um deslocamento de 3,2 L (195 cu in).

Os principais motores de quatro carros em linha incluem:

Uso em carros de corrida

Motor BMW M12 / 13 de Fórmula Um dos anos 1980

Muitos dos primeiros carros de corrida usavam quatro motores em linha, no entanto, o motor Peugeot que venceu o Indianápolis 500 de 1913 foi um motor altamente influente. Projetado por Ernest Henry , esse motor tinha eixos de comando de válvulas duplos (DOHC) com quatro válvulas por cilindro, um layout que se tornaria o padrão até hoje para motores de corrida em linha - quatro.

Entre os motores inspirados no design da Peugeot estava o motor Miller , que foi um motor de corrida de sucesso durante os anos 1920 e início dos anos 1930. O motor Miller evoluiu para o motor Offenhauser, que teve um grande sucesso de 1933 a 1981, incluindo cinco vitórias consecutivas nas 500 milhas de Indianápolis de 1971 a 1976.

Muitos carros produzidos para a categoria de corridas motorizadas voiturette Grand Prix anteriores à Segunda Guerra Mundial usavam designs de quatro motores em linha. Motores de 1,5 L sobrealimentados encontraram seu caminho em carros como o Maserati 4CL e vários modelos English Racing Automobiles (ERA). Eles ressuscitaram após a guerra e formaram a base do que mais tarde se tornaria a Fórmula 1 , embora os oito Alfettas superalimentados dominassem os primeiros anos da F1.

Outro motor que desempenhou um papel importante na história das corridas é o motor Ferrari de quatro cilindros em linha projetado por Aurelio Lampredi . Este motor foi originalmente projetado como um motor de 2 L de Fórmula 2 para o Ferrari 500, mas evoluiu para 2,5 L para competir na Fórmula 1 no Ferrari 625. Para corridas de carros esportivos, a capacidade foi aumentada para 3,4 L para o Ferrari 860 Monza.

O motor de quatro cilindros em linha Coventry Climax também foi um motor de corrida de muito sucesso, que começou como um motor de Fórmula 2 de 1,5 litro. Ampliado para 2,0 litros para a Fórmula 1 em 1958, evoluiu para o grande FPF de 2.495 cc que venceu o campeonato de Fórmula Um com o chassi de Cooper em 1959 e 1960.

Na Fórmula 1, a década de 1980 foi dominada pelos carros turboalimentados de 1.500 cc. O motor BMW M12 / 13 era notável na época por suas altas pressões de impulso e desempenho. O bloco de ferro fundido foi baseado em um bloco de carro de estrada padrão e impulsionou os carros de F1 de Brabham, Arrows e Benetton e ganhou o campeonato mundial em 1983. A versão de 1986 do motor produzia cerca de 1.300 hp (969 kW) na qualificação aparar.

Uso em motocicletas

Veja também: Motor de motocicleta
1970 Honda CB750 motor

A fabricante de armas belga FN Herstal , que fabricava motocicletas desde 1901, começou a produzir as primeiras motocicletas com quatros em linha em 1905. A FN Four tinha o motor montado na vertical com o virabrequim longitudinal . Outros fabricantes que usaram esse layout incluem Pierce , Henderson , Ace , Cleveland e Indian nos Estados Unidos, Nimbus na Dinamarca, Windhoff na Alemanha e Wilkinson no Reino Unido.

A primeira motocicleta de 4 cilindros em toda a estrutura foi a Gilera 500 Rondine de 1939 , ela também tinha eixos de comando de válvulas duplos, supercharger de indução forçada e refrigeração líquida . Os modernos motores de quatro motocicletas em linha se tornaram populares pela primeira vez com o SOHC CB750 da Honda lançado em 1969, e outros se seguiram na década de 1970. Desde então, o quatro em linha se tornou uma das configurações de motor mais comuns em bicicletas de rua. Fora da categoria de cruzeiros , o quatro em linha é a configuração mais comum por causa de sua relação desempenho-custo relativamente alta. Todos os principais fabricantes japoneses de motocicletas oferecem motocicletas com quatro motores em linha, assim como MV Agusta e BMW . As primeiras quatro motocicletas em linha da BMW eram montadas horizontalmente ao longo do quadro, mas todas as motocicletas BMW de quatro cilindros atuais têm motores transversais . A empresa Triumph moderna ofereceu motocicletas com quatro motores em linha, embora tenham sido descontinuadas em favor das triplas .

A Yamaha R1 de 2009 tem um motor de quatro em linha que não dispara em intervalos regulares de 180 °. Em vez disso, ele usa um virabrequim de plano cruzado que evita que os pistões atinjam simultaneamente o ponto morto superior. Isso resulta em melhor equilíbrio secundário , o que é particularmente benéfico na faixa de rpm mais alta, e a teoria da " ordem de tiro big-bang " diz que a entrega irregular de torque ao pneu traseiro torna o deslizamento nas curvas em velocidades de corrida mais fácil de controlar.

Os quatro motores em linha também são usados ​​no MotoGP pelas equipes Suzuki (desde 2015 ) e Yamaha (desde 2002 ). Em 2010 , quando a classe Moto2 a quatro tempos foi introduzida, os motores para a classe eram 600 cc (36,6 cu in) em linha e quatro feitos pela Honda com base na CBR600RR com uma potência máxima de 110 kW (150 CV) . A partir de 2019 , os motores foram substituídos por um motor triplo Triumph 765 cc (46,7 cu in) .

Veja também

Referências

links externos