Рядный двухцилиндровый двигатель , также известный как рядный двухцилиндровый , вертикальный двухцилиндровый или параллельный двухцилиндровый , представляет собой двухцилиндровый поршневой двигатель , цилиндры которого расположены в ряд вдоль общего коленчатого вала.
Двухцилиндровые двигатели в основном используются в мотоциклах; также их можно использовать в автомобилях, морских судах, снегоходах, гидроциклах , вездеходах, тракторах и сверхлегких самолетах.
Для рядных двухцилиндровых двигателей используются различные конфигурации коленчатого вала, наиболее распространенными из которых являются 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов.
Компоновка с прямым расположением цилиндров также называется «параллельным сдвоенным», «вертикальным сдвоенным» и «рядным сдвоенным». [1] Некоторые из этих терминов изначально имели конкретные значения, связанные с углом поворота коленчатого вала или ориентацией двигателя; однако, они часто также используются взаимозаменяемо. [1] [2]
В Соединенном Королевстве термин «параллельный-твин» традиционно используется для двигателей с углом коленчатого вала 360 градусов, поскольку два поршня находятся в одном направлении (т. е. параллельны друг другу). [ необходима цитата ] «Вертикальный-твин» использовался для описания двигателей с углом коленчатого вала 180 градусов, [ необходима цитата ] что заставляет поршни двигаться в противоположных направлениях. Термины «прямой-твин» и «рядный-твин» использовались более обобщенно для любого угла коленчатого вала.
Для мотоциклов термин «рядный двухцилиндровый» иногда относится либо к продольной ориентации двигателя (т. е. с коленчатым валом на одной линии с шасси) [3] [4] или к U-образному двигателю ( тандемный двухцилиндровый двигатель ), где цилиндры расположены продольно в шасси (хотя два коленчатых вала на самом деле ориентированы поперечно). [5]
По сравнению с двигателями V-twin и плоскими двухцилиндровыми двигателями , рядные двухцилиндровые двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и более дешевы в производстве. [6] Рядные двухцилиндровые двигатели могут быть подвержены вибрации либо из-за нерегулярного интервала зажигания, присутствующего в двигателях с кривошипно-шатунным механизмом на 180°, либо из-за большой неуравновешенной возвратно-поступательной массы в двигателях с кривошипно-шатунным механизмом на 360°. Рядные двухцилиндровые двигатели также больше страдают от крутящего момента и вибрации. [7]
Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для рядных двухцилиндровых двигателей — 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов. [8] [9] [10]
В двигателе с 360-градусным коленчатым валом оба поршня движутся вверх и вниз одновременно. Однако интервал зажигания смещен между цилиндрами, при этом один из цилиндров зажигается во время первого поворота коленчатого вала, а затем другой цилиндр — во время следующего поворота. Такая настройка приводит к равномерному 360-градусному интервалу зажигания в отличие от других конфигураций коленчатого вала в рядных двухцилиндровых двигателях. Двигатели с 360-градусным поворотом могут использовать одну систему зажигания для обоих цилиндров, используя систему с холостой искрой .
Несовершенный первичный баланс соответствует одноцилиндровому двигателю эквивалентной возвратно-поступательной массы. Ранние двигатели пытались уменьшить вибрацию с помощью противовесов на коленчатом валу; однако более поздние методы также включали балансировочные валы и отдельный утяжеленный шатун. По сравнению с одноцилиндровым двигателем, более частый интервал зажигания (360 градусов по сравнению с 720 градусами) приводит к более плавным рабочим характеристикам, несмотря на схожий динамический дисбаланс.
С 1930-х годов большинство британских четырехтактных рядных двухцилиндровых мотоциклетных двигателей использовали коленчатый вал на 360 градусов, [11] поскольку это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска других конфигураций, тем самым устраняя необходимость в двух карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном перешли на коленчатые валы на 180 градусов для двигателей объемом от 250 до 500 куб. см, различные меньшие и большие двигатели продолжали использовать коленчатый вал на 360 градусов. Вибрация была меньшей проблемой для меньших двигателей, таких как Honda CB92 1965 года и Honda CM185 1979 года . Более крупные двигатели, такие как Yamaha XS 650 1969 года и Yamaha TX750 1972 года , часто использовали балансировочные валы для уменьшения вибрации. [12] Более поздние двигатели Honda CB250N/CB400N 1978–1984 годов также использовали коленчатый вал на 360 градусов, как и Yamaha XTZ750 Super Ténéré 1989 года . Мотоциклы BMW F серии с параллельными двухцилиндровыми двигателями 2008 года также использовали коленчатые валы на 360 градусов с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим как противовес) и ограничением оборотов в 9000 об/мин для снижения вибраций. [13] В 2009 году Fiat выпустил рядные двухцилиндровые автомобильные двигатели Multiair , которые использовали коленчатый вал на 360 градусов, который опирался на балансировочные валы для снижения вибраций.
В двигателе с коленчатым валом 180 градусов один поршень поднимается, когда другой опускается. В четырехтактном двигателе интервал зажигания неравномерен, при этом второй цилиндр срабатывает через 180 градусов после первого, за которым следует промежуток в 540 градусов, пока первый цилиндр снова не сработает. Неравномерный интервал зажигания вызывает вибрации и приводит к «комковатой» подаче мощности. Двигатель 180° также требует отдельной системы зажигания для каждого цилиндра.
Идеальный первичный баланс возможен с рядным двухцилиндровым двигателем с углом развала 180 градусов; однако конструкция создает качающуюся пару , которая требует использования балансировочного вала для снижения вибрации. Рядный двухцилиндровый двигатель с углом развала 180 градусов имеет вторичный дисбаланс (похожий на рядный четырехцилиндровый двигатель); однако меньшая возвратно-поступательная масса означает, что это часто не требует лечения.
Двигатель с коленчатым валом 180° имеет меньшие насосные потери, чем двухцилиндровый двигатель с коленчатым валом 360°, поскольку рабочий объем картера относительно неизменен при движении поршней.
В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность позволяла развивать более высокие обороты и, следовательно, более высокую выходную мощность. Например, двигатель Honda CB450 1966 года с коленчатым валом 180 градусов имеет такую же выходную мощность, как и современные британские двигатели с коленчатым валом 360 градусов, несмотря на меньший рабочий объем в 450 куб. см по сравнению с 650 куб. см. [14] [15] [16] Как Yamaha TX500 1973 года , так и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал с углом поворота 180 градусов и балансировочный вал. С 1993 года большинство мотоциклетных двигателей Honda с прямыми двухцилиндровыми двигателями используют коленчатые валы с углом поворота 180 градусов.
Двухтактные двигатели обычно используют коленчатый вал на 180 градусов, так как это приводит к двум равномерно распределенным рабочим ходам за один оборот. Основная частота вибрации в два раза больше, чем у эквивалентного одноцилиндрового двигателя; однако амплитуда уменьшается вдвое. [17] Двухтактные двигатели, которые не используют коленчатый вал на 180 градусов, включают Yankee 1972 года .
В двигателе с 270-градусным коленчатым валом один поршень отстает на три четверти оборота от другого. Это приводит к неравномерному интервалу зажигания, когда второй цилиндр срабатывает через 270 градусов после первого, за которым следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр снова не сработает. Это та же картина, что и у 90-градусного V-образного двухцилиндрового двигателя , и в результате обе конфигурации имеют похожий «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в 270-градусном прямом двухцилиндровом двигателе никогда не бывают неподвижны одновременно (как в 90-градусном V-образном двухцилиндровом двигателе), тем самым уменьшая чистый обмен импульсом между кривошипом и поршнями во время полного оборота.
Несовершенный первичный баланс создается в 270-градусном рядном двухцилиндровом двигателе из-за комбинации свободной силы и пары качания; для компенсации этого часто используется балансировочный вал. Вторичный баланс 270-градусного двигателя идеален; однако конфигурация приводит к неуравновешенной паре качания.
Первые серийные 270-градусные рядные двухцилиндровые мотоциклетные двигатели были установлены на Yamaha TRX850 и Yamaha TDM 1996 года . [9] [18] [10] Более поздние примеры включают Triumph Thunderbird 2009 года , Norton Commando 961 2010 года , Honda NC700 series 2012 года , Yamaha MT-07 2014 года , Triumph Thruxton 1200 2016 года и Royal Enfield Interceptor 650 & Continental GT 2018 года . Такая архитектура становится популярной среди производителей, которые модернизируют модели, ранее оснащенные другими типами двигателей, например, Honda Africa Twin 2016 года (ранее V-twin ), Honda Hornet 2023 года (ранее inline-4 ) или V-Strom 800 2023 года (старая конструкция оснащена V-twin ).
Каждый цилиндр в рядном двухцилиндровом двигателе имеет отдельную шатунную шейку , в отличие от двигателей V-twin, которые могут использовать общую шатунную шейку для обоих шатунов . Большинство старинных британских рядных двухцилиндровых мотоциклетных двигателей (таких как Triumph, BSA, Norton и Royal Enfield) имели два коренных подшипника . [19] Начиная с конца 1950-х годов, большинство рядных двухцилиндровых двигателей Honda имели четыре коренных подшипника. [20] [21] Последующие рядные двухцилиндровые двигатели имели четыре или иногда три коренных подшипника. [12]
Первый в мире серийный мотоцикл, Hildebrand & Wolfmüller 1894 года , использовал рядный двухцилиндровый двигатель. Цилиндры располагались плоско и были обращены вперед, а поршни были соединены непосредственно с задним колесом с помощью шатуна, как у локомотива. В 1903 году мотоцикл Werner Motocyclette стал второй серийной моделью мотоцикла, в которой использовался рядный двухцилиндровый двигатель с вертикальными цилиндрами. Двигатель Werner использует чугунные цилиндры со встроенными головками, боковыми клапанами и имеет рабочий объем 500 куб. см. [22]
Triumph Speed Twin 1938 года был успешным мотоциклом с прямым двухцилиндровым двигателем, который также привел к тому, что двигатели с прямым двухцилиндровым двигателем стали более широко использоваться другими брендами. Двигатель был разработан Эдвардом Тернером и Вэлом Пейджем и изначально использовался в коляске Triumph 6/1 1933 года (которая выиграла серебряную медаль на международных шестидневных гонках и приз Maudes Trophy 1933 года ). [23] Во время разработки двигателя было обнаружено, что угол поворота коленчатого вала в 360 градусов лучше подходит для использования одного карбюратора, чем угол поворота коленчатого вала в 180 градусов. [24]
Следуя тенденции, созданной Triumph Speed Twin, наиболее распространенной конструкцией, используемой британскими производителями мотоциклов до середины 1970-х годов, был четырехтактный рядный двухцилиндровый двигатель с коленчатым валом 360 градусов. [25] [26] Производителями, производившими эти мотоциклы, были BSA , Norton , Triumph , Ariel , Matchless и AJS . Рядные двухцилиндровые двигатели также производили итальянские и немецкие производители, [27] [28] [29] а также американский производитель Indian . [30]
В 1949 году AJS E-90 Porcupine выиграл чемпионат мира 500 1949 Grand Prix , став первым и единственным мотоциклом с рядным твином, выигравшим чемпионат. Этот двигатель является одним из немногих четырехтактных рядных твинов, в которых цилиндры были ориентированы горизонтально, а не вертикально. [31]
С 2000-х годов BMW и несколько японских производителей продолжили выпускать рядные двухцилиндровые двигатели, в основном для моделей среднего веса. [32] Несколько больших скутеров также использовали рядные двухцилиндровые двигатели, такие как Yamaha TMAX 2001 года [33] и Honda Silver Wing 2001 года . [34] Рядные двухцилиндровые двигатели также используются в мотокроссовых гонках с колясками. [35]
Многие крупные британские мотоциклы с 1945 по 1960-е годы использовали поперечный двигатель с прямым расположением цилиндров (т. е. ориентированный с коленчатым валом, перпендикулярным раме), такие как Triumph Bonneville и Norton Commando . Такая компоновка хорошо подходит для воздушного охлаждения, поскольку оба цилиндра получают одинаковый поток воздуха, а выхлоп может выходить в хорошо охлаждаемом месте спереди каждого цилиндра. [36]
Конструкция с поперечным расположением двигателя и прямым двухцилиндровым двигателем в значительной степени была заменена двигателями V-twin ; однако конструкция с прямым двухцилиндровым двигателем имеет преимущество в виде более простой компоновки вспомогательных устройств (таких как воздушный фильтр, карбюратор и компоненты зажигания), что также улучшает доступ к вспомогательным устройствам для обслуживания/ремонта. [37] Двигатель с прямым двухцилиндровым двигателем, использующий коленчатый вал под углом 270 градусов, может иметь похожий звук и ощущение, что и двигатель с V-образным двухцилиндровым двигателем с неравномерным порядком работы цилиндров.
Мотоциклы с продольным двигателем и рядным двухцилиндровым двигателем встречаются реже; однако, примерами могут служить Dresch Monobloc 1930–1938 годов [38] и Sunbeam S7 и S8 1949–1956 годов . [39] [40]
Такая ориентация двигателя позволяет мотоциклу быть таким же узким, как одноцилиндровый двигатель, [41] , что снижает аэродинамическое сопротивление, особенно для целей гонок на мотоциклах. Однако, главный недостаток двигателей с воздушным охлаждением заключается в том, что задний цилиндр нагревается сильнее, чем передний. [7] [42]
Хотя двухцилиндровые двигатели встречаются в автомобилях довольно редко, рядная двухцилиндровая компоновка использовалась в нескольких автомобильных двигателях с течением времени.
Первый известный двигатель с рядным двухцилиндровым двигателем был вариантом двигателя Phoenix компании Daimler Motors , представленного в 1895 году; в том же году эти двигатели использовались в автомобилях Panhard . [43] Другим ранним автомобилем с рядным двухцилиндровым двигателем был Decauville Voiturelle 1898 года , в котором использовалась пара цилиндров, взятых из модели de Dion, установленных спереди и сзади и расположенных под сиденьем. [44]
Рядные двухцилиндровые двигатели использовались в различных небольших автомобилях, таких как Fiat 500 1957 года , Subaru 360 1958 года , NSU Prinz 1958 года , [45] Mitsubishi Minica 1962 года, Honda N360 1967 года , Honda Z600 1970 года , Fiat 126 1972 года , [ 46] [47] VAZ Oka 1988 года , [48] Dacia Lăstun 1988 года , [49] Daihatsu Cuore 1980 года , [50] и Tata Nano 2008 года . [51]
По состоянию на январь 2024 года в серийных автомобилях используются только бензиновые рядные двухцилиндровые двигатели Fiat TwinAir (используется в различных моделях Fiat, Lancia и Alfa Romeo).
До 2020 года в Piaggio Porter использовался дизельный рядный двухцилиндровый двигатель. [52]
Двигатели с прямыми двухцилиндровыми цилиндрами часто использовались в качестве стационарных и подвесных моторов, а также двигателей водометных насосов . [53]
В начале XX века британские рыболовные суда с багром, такие как Morecambe Bay Prawners Lancashire Nobbys, иногда оснащались встроенным двигателем, например, Lister или бензиново-керосиновым двигателем Kelvin E2 объемом 3,0 литра.
С 1950-х годов производители подвесных лодочных моторов остановились на использовании базовой конструкции рядного двигателя, цилиндры которого были установлены друг на друга, а коленчатый вал приводил в движение гребной вал . В 1989 году был представлен внешний двигатель Suzuki 15. [54]
Другие области применения включают тракторы (например, различные модели John Deere до 1960 года), [55] снегоходы , [56] [57] персональные водные транспортные средства , [58] [59] и вездеходные транспортные средства . [60] [61] [62] Варианты конструкции включают двухтактные, четырехтактные, бензиновые, дизельные, [63] с воздушным охлаждением , водяным охлаждением , естественным всасыванием и турбонаддувом . [64]
Сверхлегкие самолеты , одноместные автожиры и небольшие самодельные самолеты также использовали рядные двухцилиндровые двигатели, [65] часто используя двигатели, изначально разработанные для снегоходов, такие как Hirth 2704 и Cuyuna 430-D. [56] [66] [67] Специально разработанные двигатели для сверхлегких самолетов включают Rotax 503 и Rotax 582. [ 68] Рядные двухцилиндровые двигатели иногда также используются в крупномасштабных радиоуправляемых самолетах . [69] [70]
рядный Компоновка двигателя, в которой цилиндры расположены в ряд и на одной линии с колесами машины... параллельный двухцилиндровый Компоновка двухцилиндрового двигателя, в которой оба цилиндра расположены рядом и установлены поперек рамы.
...и Sunbeam S7, этот цивилизованный, но маломощный рядный двухцилиндровый двигатель с карданным приводом, который, как надеялась BSA, займет нишу машины для джентльменов...
Необработанная поковка коленчатого вала с углом развала 270 градусов для двухцилиндрового двигателя. (Honda)
...в America используется 270-градусный коленвал. Это дает America более неровную каденцию на холостом ходу, которая является честной копией ритма V-twin, хотя обновленные балансирные валы держат вибрации под контролем.
Стильный, легкий, отзывчивый, плавный и изысканный, Speed Twin изменил направление дизайна мотоциклов и доминировал в нем в течение тридцати лет.
Характеристики двигателя 4-тактный, параллельный твин, автоматический
Двигатель больше не является увеличенным, подверженным вибрации одноцилиндровым, а представляет собой плавный и достаточно мощный рядный двухцилиндровый двигатель.
Однако если надавить на него, Джим, скорее всего, расскажет о своем S7 Sunbeam 1947 года – «двухцилиндровый двигатель на резиновых опорах. Они были рядными двухцилиндровыми, а не крест-накрест в раме, как обычные твины».
В некоторых конструктивных схемах поперечная ширина такая же, как у одноцилиндрового двигателя, что позволяет использовать очень узкие рамы и кузова с небольшими лобовыми площадями.
бензиновый двигатель объемом 623 куб. см, приводящий его в движение, приводит в движение задние колеса и расположен прямо над ними справа от задней части автомобиля, а четырехступенчатая механическая коробка передач расположена сразу слева от него.
Оснащенный турбированным 4-тактным двигателем Parallel Twin, рабочий объем которого вдвое меньше, чем у наддувного GTX Sea-Doo, легкий Polaris MSX 150 почти такой же быстрый и на 2200 долларов дешевле.
Теперь важными силовыми установками будут параллельные твины объемом от 399 до 440 куб. см.
Под кузовом вы найдете 597-кубовый параллельный двухцилиндровый двигатель с верхним расположением клапанов и двумя клапанами на цилиндр, питаемый 34-миллиметровым карбюратором.
Взяв за основу рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 1124 куб. см без наддува, компания выбрала конфигурацию рядного двухцилиндрового двигателя, поскольку она обеспечивает наименьшее трение и тепловые потери.