Плоский двухцилиндровый двигатель — это двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания , цилиндры которого расположены на противоположных сторонах коленчатого вала. Наиболее распространенным типом оппозитного двухцилиндрового двигателя является оппозитный двухцилиндровый двигатель , в котором оба поршня движутся одновременно внутрь и наружу.
Конструкция оппозитного двухцилиндрового двигателя была запатентована Карлом Бенцем в 1896 году, и первый серийный оппозитный двухцилиндровый двигатель был использован в автомобиле Lanchester Phaeton мощностью 8 л.с., выпущенном в 1900 году. С тех пор оппозитный двухцилиндровый двигатель использовался в нескольких других автомобилях, однако более распространенным является использование в мотоциклах; В ранних моделях цилиндры располагались на одной линии с рамой, однако в более поздних моделях цилиндры были расположены перпендикулярно раме, чтобы обеспечить равномерное охлаждение обоих цилиндров.
Плоско-сдвоенные двигатели также использовались в нескольких самолетах до 1930-х годов и в различных стационарных установках с 1930-х по 1960-е годы.
Австралийский производитель газонокосилок Victa с августа 1975 по 1980 год также производил толкающую косилку с плоским сдвоенным двигателем, получившую название «Twin 500», а позже «Supreme». Эти двигатели были произведены в Канаде. Они очень востребованы, поскольку их было произведено в небольшом количестве, скорее всего, из-за проблем с зажиганием и топливом в ранних моделях. В Supreme ( более поздняя модель) все эти проблемы были устранены за счет заднего куполообразного поршня, картера-смесителя и доработанной системы зажигания .
В большинстве оппозитных двухцилиндровых двигателей коленчатый вал имеет оппозитную конфигурацию , поэтому их называют оппозитными двухцилиндровыми двигателями. В оппозитном двухцилиндровом двигателе коленчатый вал на 180° перемещает поршни синхронно друг с другом, поэтому силы, создаваемые одним поршнем, компенсируются другим, что приводит к превосходному первичному балансу. Равномерный порядок стрельбы также помогает снизить вибрацию. Однако равные и противоположные силы в оппозитном двухцилиндровом двигателе создают пару качаний из-за смещения расстояния между поршнями вдоль коленчатого вала. [1] : 27
Обычно используемая система зажигания представляет собой бесполезную искру [2] , которая представляет собой простую систему зажигания, в которой используется двусторонняя катушка зажигания, запускающая обе свечи зажигания на каждом обороте (т.е. во время тактов сжатия и выпуска). Эта система не имеет распределителя и требует только одного прерывателя контакта и катушки для двигателя. [3]
Конфигурация оппозитного двухцилиндрового двигателя может вызывать повышение давления в картере во время каждого хода поршня внутрь и сброс давления во время каждого хода поршня наружу, поскольку оба поршня движутся внутрь или наружу одновременно. Этот эффект прокачки картера (также встречающийся в одноцилиндровых двигателях и двухцилиндровых двигателях с поворотом на 360°) обычно устраняется с помощью системы вентиляции картера. [4]
Оппозитный двухцилиндровый двигатель Citroën 2CV использовал этот эффект накачки для поддержания частичного вакуума внутри картера, чтобы уменьшить утечки масла при неисправности сальника. Это было достигнуто за счет использования одностороннего клапана (кожаной или резиновой заслонки над отверстием в картере), позволяющего воздуху выходить из картера, но не проникать в него. [5]
.jpg/1280px-Citroen_A-series_2CV_602cc_Engine_(18770871302).jpg)
Начало созданию плоского двухцилиндрового двигателя было положено в 1896 году, когда Карл Бенц получил патент на эту конструкцию. Год спустя его компания Benz & Cie представила первый оппозитный оппозитный двигатель, получивший название «контра-двигатель». [6]
В 1900 году компания Lanchester Engine Company начала производство Lanchester Phaeton мощностью 8 л.с. , в котором использовался оппозитный двухцилиндровый двигатель. [7] [8] Этот двигатель имел необычную конструкцию: два коленчатых вала, вращающихся в противоположных направлениях, причем каждый поршень прикреплен к коленчатому валу толстым шатуном. [7] Каждый поршень также был соединен с другим коленчатым валом двумя более тонкими шатунами, в результате чего два поршня двигались по одной оси. [7] [8] Также реакция крутящего момента одного коленчатого вала компенсировала реакцию крутящего момента другого, отменяя реакцию крутящего момента в двигателе. [7] Ланчестер использовал эту конструкцию двигателя до 1904 года. [8]
Другими ранними вариантами использования оппозитных двухцилиндровых двигателей были Ford Model A 1903–04 годов , Ford Model C 1904–1905 годов, Ford Model F 1905–1906 годов . [9] [10] : 38–44 и несколько моделей Jowett Cars с 1910 по 1937 год. [11] [12] : 188–189.
Citroën 2CV , выпускавшийся с 1948 по 1990 год, был одним из первых переднеприводных автомобилей, в которых использовался оппозитный двигатель. 2CV был оснащен оппозитным двухцилиндровым двигателем с воздушным охлаждением. Также в 1948 году был выпущен Panhard Dyna X с передним приводом и оппозитным двухцилиндровым двигателем воздушного охлаждения. Другими автомобилями после Второй мировой войны с оппозитными двухцилиндровыми двигателями были фургон Jowett Bradford 1945–1954 годов , [12] : 373 , DAF Daffodil 1961–1976 годов, Toyota Publica 1961–1978 годов , спортивный автомобиль Toyota Sports 800 1965–1969 годов и несколько автомобилей. переднеприводные модели от Citroën и Panhard . Несколько заднемоторных автомобилей также производились с оппозитными двухцилиндровыми двигателями, изначально предназначенными для мотоциклов, например, Puch 500 1957–1975 годов, BMW 600 1957–1959 годов и BMW 700 1959–1965 годов . Бразильский производитель Gurgel Motores использовал оппозитный двухцилиндровый двигатель с водяным охлаждением собственной разработки (двигатель Enertron) и оппозитный четырехцилиндровый двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением в нескольких моделях с 1988 по 1994 год.
Двигатель Toyota U представлял собой оппозитный двухцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением, производившийся с 1961 по 1976 год. Представленный в малолитражном автомобиле Toyota Publica , двигатель U также использовался в небольшом коммерческом автомобиле Toyota MiniAce и спортивном автомобиле Toyota Sports 800 .
Преимущества использования оппозитного двухцилиндрового двигателя, установленного с коленчатым валом, расположенным перпендикулярно раме (следовательно, цилиндры располагаются на одной линии с рамой), заключаются в низком центре тяжести [13] и возможности использования системы ременного или цепного привода. использоваться для передачи привода на заднее колесо. [13] [14] Однако недостатками являются неравномерное распределение тепла (передний цилиндр охлаждается сильнее, чем задний) [13] [14] и часто требуется более длинная колесная база из-за длины двигателя. [13]
Первый двухцилиндровый двигатель для мотоциклов был построен в 1905 году компанией Light Motors в Великобритании. Первоначально названный Fée (переименованный в «Fairy» вскоре после его появления), [15] он был разработан как «система велосипедного двигателя», которая передавала мощность на шкив на заднем колесе через цепь. [16] Производство Феи было передано компании Douglas Engineering Company , одному из поставщиков Light Motors, когда компания Light Motors закрылась в 1907 году. [1] : 218–219 Позже, в 1907 году, Дуглас заменил трансмиссию с цепной и конструкция шкива с системой ременной передачи, приводимой непосредственно от двигателя. [17] Более поздние разработки мотоцикла Douglas производились с цилиндрами, расположенными на одной линии с рамой, до Второй мировой войны. [1] : 51
Другие ранние мотоциклы с плоским сдвоенным двигателем использовали аналогичную компоновку: их цилиндры располагались вдоль рамы и, следовательно, с коленчатым валом, расположенным поперек рамы. [ нужна цитата ]
В 1914 году компания Sturmey-Archer , главный поставщик коробок передач с задней ступицей , представила 3-скоростную коробку передач с промежуточным валом и встроенным кик-стартером, [18] что создало проблему проектирования мотоциклов с поперечно установленными оппозитными двигателями. Эту коробку передач можно было относительно легко разместить за одноцилиндровым или V-образным двигателем, однако такое расположение привело бы к чрезмерно длинной колесной базе для оппозитных двухцилиндровых двигателей. Решения этой проблемы включали использование промежуточного вала под двигателем (как в Douglas Fairy) [19] или коробки передач, расположенной над двигателем, [13] [20] , хотя в некоторых случаях цилиндры были достаточно короткими, чтобы использовать коробку передач. в традиционном месте за двигателем. [21]
В 1916 году в большинстве мотоциклов с двухцилиндровым оппозитным двигателем все еще использовался поперечно расположенный двигатель. Европейские модели в то время включали модели Bradbury мощностью 3,5 л.с. (2,6 кВт), Brough HB , модели Douglas мощностью 2,75 л.с. (2,05 кВт) и 4 л.с. (3,0 кВт), модели Humber мощностью 3,5 л.с. и 6 л.с. (4,5 кВт), Matchless мощностью 6 л.с., Montgomery мощностью 6 л.с., Williamson Flat Twin мощностью 8 л.с. (6,0 кВт) и Bayerische Flugzeugwerke Helios (предшественник первого мотоцикла BMW). В число моделей, производимых в США, входили Indian Model O и Harley-Davidson Model W. [22] [14] [1] : 26 [23]
Основное преимущество установки оппозитного двухцилиндрового двигателя с коленчатым валом на одной линии с рамой (следовательно, цилиндры располагаются в раме сбоку) заключается в том, что двигатель с воздушным охлаждением получает одинаковое количество охлаждения для каждого цилиндра. [1] : 26–27 [13] Harley -Davidson XA , в котором использовался оппозитный двухцилиндровый двигатель с расположением цилиндров поперек рамы, поддерживал температуру масла на 100 °F (56 °C) ниже, чем Harley-Davidson WLA с V-образный твин с цилиндрами, расположенными на одной линии с рамой. [24] Дополнительным преимуществом является то, что цилиндры обеспечивают защиту водителя в случае столкновения или падения, а также сохраняют ноги в тепле в холодную погоду. [13] [1] : 27 Недостатками является то, что двигатель невозможно установить как можно ближе к земле (иначе цилиндры могут царапать землю при прохождении поворотов) [25] и что это подвергает цилиндры и клапанные крышки опасности столкновения повреждать. [13] [1] : 27
Продольная установка также означает, что реакция крутящего момента будет поворачивать мотоцикл в одну сторону (например, при резком ускорении/замедлении или при открытии дроссельной заслонки в нейтральном положении) вместо смещения баланса веса между передними и задними колесами. Однако многие современные мотоциклы уменьшают этот эффект, вращая маховики или генераторы в направлении, противоположном направлению коленчатого вала. [26] [27]
Одним из первых мотоциклов с продольно установленным оппозитным двухцилиндровым двигателем был ABC 1916 года выпуска, построенный в Великобритании. [22] Для обеспечения цепного привода компания ABC использовала конический привод коробки передач, позволяющий изменять направление привода на девяносто градусов. [1] : 10 Первый мотоцикл BMW, BMW R 32 1923 года , был еще одним ранним примером продольно установленного оппозитного двухцилиндрового двигателя, хотя в данном случае мощность передавалась на заднее колесо через вал. [1] : 26
Со временем продольная установка стала более распространенной для оппозитных двухцилиндровых двигателей. BMW имеет долгую историю производства мотоциклов с плоскими двухмоторными двигателями, [1] : 26–32 [28] , как и Урал (Россия) и Днепр (Украина).
В 1902 году моноплан Пирса (который позже стал одним из первых летательных аппаратов) был оснащен двухцилиндровым оппозитным двигателем, построенным на ферме изобретателем-любителем. [29] [30] [31] В этом двигателе использовалась необычная конструкция с одной общей шатунной шейкой и поршнями двойного действия. [32] [33] В 1908 году французская компания Dutheil-Chalmers начала производство плоских сдвоенных авиационных двигателей, в которых использовались два коленчатых вала, вращающихся в противоположных направлениях. [34] [35] Двигатель Dutheil-Chlamers использовался в экспериментальном самолете Santos-Dumont Demoiselle No. 20 1907 года , а более поздние версии этого самолета производились с плоско-сдвоенными двигателями от Darracq и Clément-Bayard .
Большинство самолетов с поршневыми двигателями использовали более двух цилиндров, однако другие авиационные двигатели с плоскими сдвоенными двигателями 1920-х и 1930-х годов включают американские Aeronca E-107 и Aeronca E-113 , британский Bristol Cherub и чехословацкий Praga B2 . HKS 700E — это плоский двухместный самолет с масляным охлаждением для сверхлегких самолетов, который в настоящее время [ когда? ] в производстве. [36]
В более крупных самолетах во вспомогательных силовых установках (ВСУ) использовались плоско-сдвоенные двигатели . Яркий пример был сделан компанией ABC Motors в 1920-х и 1930-х годах. [37] Во время Второй мировой войны фирма Riedel в Германии разработала и изготовила двухтактный плоско-двухцилиндровый двигатель в качестве стартера реактивных двигателей для реактивных двигателей Junkers Jumo 004, BMW 003 и Heinkel HeS 011 [38] [39]
Плоско-сдвоенные двигатели Maytag «Модель 72», производившиеся с 1937 года до некоторого времени между 1952 и 1960 годами , использовались в различных приложениях, включая стиральные машины. [40] [41] [42] [43] [44]
Электрические генераторы с использованием двухцилиндровых двигателей были построены компанией Norman Engineering Company с 1932 по 1968 год и компанией Douglas во время Второй мировой войны. [45] Enfield Industrial Engines (часть Royal Enfield ) во время Второй мировой войны производила двухтактные оппозитные бензиновые двигатели, которые использовались для генераторов и других военных целей. После 1945 года Enfield производила оппозитные двухцилиндровые дизельные двигатели, которые применялись, в том числе, на фермах и на море. Coventry Victor представила дизельную версию своего существующего бензинового оппозитного двухцилиндрового двигателя объемом 688 куб.см в 1932 году и продолжала производить оппозитные дизельные и бензиновые двигатели для различных промышленных и морских целей до 1950-х годов. [46] : 111
Двухтактные оппозитные двухцилиндровые двигатели часто использовались в качестве подвесных моторов для лодок, [ когда? ] , поскольку они были более плавными, чем одноцилиндровые двигатели. В 1940-х годах их в основном заменили двухтактные рядные двигатели, которые было легче запускать и которые больше не имели чрезмерной вибрации. [47]
Один кривошип располагался над другим, и каждый поршень имел три шатуна — два легких внешних и более тяжелый в центре.
Легкие стержни подключались к одному кривошипу, тяжелые – к другому, и два вала вращались в противоположных направлениях.
Как и в ранних «Дугласах», двигатель модели О располагался в раме так, чтобы цилиндры были обращены вперед и назад, а не торчали в стороны...
При создании Sport Twin Харли взял на себя инициативу Дугласа и расположил цилиндры на одной линии с рамой.
Механически большие ребра охлаждения торчали прямо на ветру, благодаря чему температура масла в XA, как сообщается, была на 100 градусов ниже, чем в стандартном Harley 45.
Однако это создает некоторые проблемы для продольного развития мотоцикла, поскольку оппозитные баллоны приходится располагать высоко от земли, чтобы защитить их от царапин на земле при наклоне в поворотах.
Хотя Valkyrie также имеет продольный коленчатый вал, эта реакция крутящего момента была устранена за счет того, что некоторые компоненты, такие как генератор переменного тока, вращаются в противоположном направлении двигателя.
Благодаря тому, что остальные внутренние детали двигателя вращаются в направлении, противоположном коленчатому валу, их силы нивелируются без необходимости прибегать к весу, сложности и трению, связанным с двумя коленчатыми валами.
Оба лектора обсудили возможности вспомогательного двигателя для обеспечения рабочей мощности.
Это хорошо известный британский пример: плоский близнец ABC.
Порядок запуска следующий: пусковой двигатель запускается замыканием электропраймера, затем
включаются зажигание турбореактивного двигателя и зажигание и электростартер двигателя
Риделя (этот двигатель можно запустить и вручную, потянув за трос).
После достижения агрегатом Риделя частоты вращения около 300 об/мин он автоматически включает вал компрессора турбореактивного двигателя.
Примерно при 800 об/мин пускового двигателя включается пусковой топливный насос, а при 1200 об/мин - основное (J-2) топливо.
Стартер остается включенным до тех пор, пока турбореактивный двигатель не достигнет 2000 об/мин, после чего стартер и пусковое топливо выключаются, турбореактивный двигатель быстро разгоняется до номинальной скорости 9500 об/мин на топливе J-2.
Твин, или 72, как его обычно называли, использовался в основном в качестве источника энергии для стиральных машин Maytag.
Даже в начале 30-х годов стиральные машины некоторых марок имели ручное управление;
таким образом, готовый источник энергии, такой как близнец, оказал большое влияние на рабочие привычки американцев.
Двигатели Maytag, часто оснащенные ножным кик-стартером, были доступны как в одноцилиндровом, так и в оппозитном двухцилиндровом исполнении.
