Płaski podwójny silnik - Flat-twin engine
Silnik płaskim bliźniaczy jest dwu-cylindrowy silnik spalinowy z cylindrów po przeciwnych stronach wału korbowego. Najpopularniejszym typem silnika typu flat-twin jest silnik typu boxer-twin , w którym oba cylindry poruszają się jednocześnie do wewnątrz i na zewnątrz.
Konstrukcja typu flat-twin została opatentowana przez Karla Benza w 1896 r., a pierwszy produkcyjny silnik typu flat-twin zastosowano w samochodzie Lanchester o mocy 8 KM Phaeton wydanym w 1900 roku. zastosowanie jest w motocyklach; wczesne modele orientowały cylindry zgodnie z ramą, jednak późniejsze modele przestawiały się na cylindry prostopadłe do ramy, aby zapewnić równomierne chłodzenie obu cylindrów.
Płaskie silniki typu twin były również używane w kilku samolotach do lat 30. XX wieku oraz w różnych zastosowaniach stacjonarnych od lat 30. do 60. XX wieku.
Australijski producent kosiarek Victa wyprodukował również kosiarkę pchaną z płaskim silnikiem od sierpnia 1975 do 1980 roku, nazwaną „Twin 500” i „Supreme”. ze względu na problemy związane z zapłonem i paliwem we wczesnych modelach, najwyższy model (będący później modelem) naprawił wszystkie te problemy z tylnym tłokiem kopułowym, mieszaczami skrzyni korbowej i udoskonalonym układem zapłonowym
Typowy projekt
Większość silników typu flat-twin wykorzystuje konfigurację typu bokser dla wału korbowego i dlatego nazywa się je silnikami typu „boxer-twin”. W silniku typu boxer-twin wał korbowy 180° przesuwa tłoki w fazie względem siebie, dzięki czemu siły generowane przez jeden tłok są niwelowane przez drugi, co zapewnia doskonałą równowagę pierwotną. Równomiernie rozmieszczona kolejność odpalania pomaga również zredukować wibracje. Jednak równe i przeciwne siły w silniku typu boxer-twin generują parę kołysania , ze względu na odległość przesunięcia między tłokami wzdłuż wału korbowego.
Powszechnie stosowanym układem zapłonowym jest wasteted spark , który jest prostym układem zapłonowym wykorzystującym dwustronną cewkę zapalającą obie świece zapłonowe na każdym obrocie (tj. zarówno podczas suwu sprężania, jak i wydechu). Ten system jest bezdystrybutorowy i wymaga tylko jednego wyłącznika stykowego i cewki dla silnika.
Ciśnienie w skrzyni korbowej
Konfiguracja typu boxer-twin może powodować zwiększanie ciśnienia w skrzyni korbowej podczas każdego suwu tłoka do wewnątrz i obniżanie ciśnienia podczas każdego suwu tłoka na zewnątrz, ponieważ oba tłoki poruszają się jednocześnie do wewnątrz lub na zewnątrz. Ten efekt pompowania skrzyni korbowej (znajdujący się również w silnikach jednocylindrowych i silnikach 360° z dwoma silnikami równoległymi) jest zwykle rozwiązywany za pomocą odpowietrznika skrzyni korbowej.
Silnik Citroën 2CV typu boxer-twin wykorzystał ten efekt pompowania, aby utrzymać częściowe podciśnienie w skrzyni korbowej, aby zmniejszyć wycieki oleju w przypadku awarii uszczelnienia olejowego. Osiągnięto to dzięki zastosowaniu zaworu jednokierunkowego (skórzana lub gumowa klapka nad otworem w skrzyni korbowej), aby powietrze mogło uciec ze skrzyni korbowej, ale nie dostało się do niej.
Aplikacje
Samochody
.jpg)
Początki płaskiego silnika bliźniaczego sięgają 1896 roku, kiedy Karl Benz uzyskał patent na projekt. Rok później jego firma Benz & Cie zaprezentowała pierwszy płaski silnik typu twin, bokser, zwany „silnikiem contra”.
W 1900 r. The Lanchester Engine Company rozpoczęło produkcję Lanchester 8 hp Phaeton , w którym zastosowano płaski silnik typu twin. Silnik ten miał niezwykłą konstrukcję dwóch obracających się w przeciwnych kierunkach wałów korbowych, z każdym tłokiem przymocowanym do wału korbowego grubym korbowodem. Każdy tłok był również połączony z drugim wałem korbowym za pomocą dwóch cieńszych korbowodów, dzięki czemu dwa tłoki poruszały się na tej samej osi. Miał również reakcję momentu obrotowego jednego wału korbowego, który znosił reakcję momentu obrotowego drugiego, anulując reakcję momentu obrotowego w silniku. Lanchester używał tej konstrukcji silnika do 1904 roku.
Inne wczesne zastosowania płaskich silników to 1903-04 Ford Model A , 1904-1905 Ford Model C , 1905-1906 Ford Model F . oraz kilka modeli Jowett Cars od 1910 do 1937.
Citroën 2CV , produkowanym od 1948 do 1990 roku, był jednym z pierwszych samochodów z napędem na przednie koła użyć płaskiego silnika. 2CV był napędzany chłodzonym powietrzem silnikiem typu boxer-twin. Również w 1948 roku wypuszczono Panhard Dyna X z napędem na przednie koła i chłodzonym powietrzem silnikiem typu boxer-twin. Inne samochody po II wojnie światowej z silnikami typu boxer-twin to furgon Jowett Bradford z lat 1945-1954 , DAF Daffodil z lat 1961-1976, Toyota Publica z lat 1961-1978 , samochód sportowy Toyota Sports 800 z lat 1965-1969 oraz kilka modeli z napędem na przednie koła. od Citroëna i Panharda . Kilka samochodów z tylnym silnikiem było również produkowanych z silnikami typu boxer-twin pierwotnie zaprojektowanymi dla motocykli, takich jak Puch 500 z lat 1957-1975 , BMW 600 z lat 1957-1959 i BMW 700 z lat 1959-1965 . Brazylijski producent Gurgel Motores zastosował chłodzony wodą silnik typu boxer-twin (boxer-cztery chłodzony powietrzem Volkswagena) w kilku modelach od 1988 do 1994 roku.
Silnik Toyoty U był chłodzonym powietrzem, płaskim silnikiem, produkowanym od 1961 do 1976 roku. Wprowadzony w subkompaktowym samochodzie Toyota Publica , silnik U był również stosowany w małym samochodzie dostawczym Toyota MiniAce i samochodzie sportowym Toyota Sports 800 .
Motocykle
Montaż poprzeczny
Korzyści płynące z zastosowania silnika typu flat-twin zamontowanego z wałem korbowym obracającym się prostopadle do ramy (a więc cylindry są w jednej linii z ramą) to nisko położony środek ciężkości oraz możliwość zastosowania napędu pasowego lub łańcuchowego do przenieść napęd na tylne koło. Wadą jest jednak nierównomierny rozkład ciepła (przedni cylinder jest mocniej chłodzony niż tylny) i często wymagany jest dłuższy rozstaw osi ze względu na długość silnika.
Pierwszy płaski silnik motocyklowy został zbudowany w 1905 roku przez firmę Light Motors Company w Wielkiej Brytanii. Pierwotnie nazwany Fée (przemianowany na „Fairy” wkrótce po jego wprowadzeniu), został zaprojektowany jako „system silnika rowerowego”, który przenosi moc na koło pasowe na tylnym kole za pomocą łańcucha. Produkcja Fairy została przejęta przez Douglas Engineering Company , jednego z dostawców Light Motors, kiedy Light Motors Company upadła w 1907 roku. Później, w 1907 roku, Douglas zmienił układ napędowy z łańcucha i koła pasowego na napęd paskowy bezpośrednio z silnika. Późniejsze udoskonalenia motocykla Douglas były wykonywane z cylindrami w jednej linii z ramą, aż do II wojny światowej.
Inne wczesne płaskie motocykle twin wykorzystywały podobny układ, z cylindrami ustawionymi wzdłuż ramy, a zatem z wałem korbowym biegnącym poprzecznie do ramy.
W 1914 r. główny dostawca skrzyń biegów z tylną piastą, Sturmey-Archer , wprowadził 3-biegową skrzynię biegów z wałkiem pośrednim ze zintegrowanym rozrusznikiem nożnym, co stanowiło problem konstrukcyjny dla motocykli z poprzecznie montowanymi płaskimi silnikami. Ta skrzynia biegów mogłaby być stosunkowo łatwo umieszczona za silnikiem jednocylindrowym lub V-twin, jednak taki układ skutkowałby zbyt długim rozstawem osi w przypadku silników płaskich. Rozwiązaniem tego problemu było zastosowanie wałka pośredniego pod silnikiem (tak jak używał go Douglas Fairy) lub skrzyni biegów umieszczonej nad silnikiem, chociaż w niektórych przypadkach cylindry były wystarczająco krótkie, aby użyć skrzyni biegów w tradycyjnym miejscu za silnikiem.
W 1916 roku większość płaskich motocykli podwójnych nadal używała silnika montowanego poprzecznie. Modele europejskie w tym czasie obejmowały modele Bradbury 3,5 KM, Brough HB , Douglas 2,75 KM i modele 4 KM, modele Humber 3,5 KM i 6 KM, Matchless 6 KM, Montgomery 6 KM, Williamson Flat Twin 8 KM, oraz Bayerische Flugzeugwerke Helios (poprzednik pierwszego motocykla BMW). Modele produkowane w Stanach Zjednoczonych to Indian Model O i Harley-Davidson Model W .
Montaż wzdłużny
Główną zaletą montażu płaskiego silnika z wałem korbowym w jednej linii z ramą (a więc cylindrami bocznymi w ramie) jest to, że silnik chłodzony powietrzem otrzymuje taką samą ilość chłodzenia na każdy cylinder. Harley Davidson XA , który stosuje się w silnik płaską podwójnymi z cylindrami w poprzek ramy, utrzymuje temperaturę oleju w 100 ° F (56 ° C) chłodnicę niż Harley Davidson WLA z V bliźniaczych z cylindrów zgodnie z rama. Dodatkową korzyścią jest to, że butle zapewniają ochronę kierowcy w przypadku kolizji lub upadku i utrzymują stopy w cieple w chłodne dni. Minusem jest to, że silnik nie może być zamontowany tak blisko ziemi (w przeciwnym razie cylindry mogą ocierać się o podłoże podczas pokonywania zakrętów) oraz że naraża to cylindry i pokrywy zaworów na niebezpieczeństwo uszkodzenia kolizji.
Montaż wzdłużny oznacza również, że reakcja momentu obrotowego spowoduje skręcenie motocykla w jedną stronę (na przykład podczas gwałtownego przyspieszania/zwalniania lub otwierania przepustnicy w położeniu neutralnym), zamiast przenosić ciężar między przednimi i tylnymi kołami. Jednak wiele nowoczesnych motocykli zmniejsza ten efekt, obracając koła zamachowe lub alternatory w kierunku przeciwnym do kierunku wału korbowego.
Jednym z pierwszych motocykli z montowanym wzdłużnie płaskim silnikiem był 1916 ABC , który został zbudowany w Wielkiej Brytanii. Aby dostosować się do napędu łańcuchowego, ABC zastosowało napęd ukośny w skrzyni biegów, aby zmienić kierunek napędu o dziewięćdziesiąt stopni. Pierwszy motocykl BMW, BMW R 32 z 1923 r., był kolejnym wczesnym przykładem montowanego wzdłużnie płaskiego silnika dwucylindrowego, chociaż w tym przypadku moc była przenoszona na tylne koło za pośrednictwem wału napędowego.
Z biegiem czasu montaż wzdłużny stał się bardziej powszechny w przypadku płaskich silników bliźniaczych. BMW ma długą historię motocykli z płaskimi silnikami, podobnie jak Ural (Rosja) i Dniepr (Ukraina).
Lotnictwo
W 1902 r. jednopłatowiec Pearse (który później stał się jednym z pierwszych samolotów, które uzyskały lot) był napędzany płaskim, dwucylindrowym silnikiem zbudowanym na farmie przez wynalazcę hobbystę. Ten silnik wykorzystywał niezwykłą konstrukcję pojedynczego wspólnego sworznia korby i tłoków dwustronnego działania. W 1908 roku francuska firma Dutheil-Chalmers rozpoczęła produkcję płaskich silników lotniczych, w których zastosowano dwa przeciwbieżne wały korbowe. Silnik Dutheil-Chlamers był używany przez eksperymentalny samolot Santos-Dumont Demoiselle No. 20 z 1907 roku , a późniejsze wersje tego samolotu były produkowane z płaskimi silnikami Darracq i Clément-Bayard .
Większość samolotów z silnikiem tłokowym wykorzystywała więcej niż dwa cylindry, jednak inne silniki do płaskich samolotów z lat 20. i 30. XX wieku to amerykańskie Aeronca E-107 i Aeronca E-113 , brytyjski Bristol Cherub i czechosłowacka Praga B2 . HKS_700E jest płaska Twin chłodzony olejem dla ultralekkiego statku powietrznego, który znajduje się obecnie w produkcji.
W większych samolotach w pomocniczych zespołach napędowych (APU) stosowano płaskie silniki bliźniacze . Godnym uwagi przykładem jest firma ABC Motors w latach 20. i 30. XX wieku. Podczas II wojny światowej firma Reidel w Niemczech zaprojektowała i wyprodukowała dwusuwowy, płaski silnik dwucylindrowy jako rozrusznik silników odrzutowych do silników odrzutowych Junkers Jumo 004, BMW 003 i Heinkel HeS 011
Inne zastosowania
The Maytag „model 72” płaski-twin engines- produkowany od 1937 roku aż do pewnego czasu między 1952 i 1960- zostały wykorzystane w różnych zastosowaniach, w tym ubrania pralek.
Generatory elektryczne z płaskimi silnikami zostały zbudowane przez Norman Engineering Company w latach 1932-1968 oraz przez Douglasa podczas II wojny światowej. Enfield Industrial Engines (część Royal Enfield ) wyprodukowała dwusuwowe silniki benzynowe płaskie podczas II wojny światowej, które były używane do generatorów i innych zastosowań wojskowych. Po 1945 roku Enfield wyprodukował płaskie, dwucylindrowe silniki wysokoprężne, mające zastosowanie m.in. w rolnictwie i na morzu. Coventry Victor wprowadził wersję diesla swojego istniejącego benzynowego, dwucylindrowego silnika o pojemności 688 cm3 w 1932 r., a następnie w latach pięćdziesiątych produkował płaskie, dwucylindrowe silniki wysokoprężne i benzynowe do różnych zastosowań przemysłowych i morskich.
Dwusuwowe płaskie bliźniaki były często używane jako silniki zaburtowe do łodzi, ponieważ były bardziej płynne niż silniki jednocylindrowe. W latach 40. zostały one w dużej mierze zastąpione przez dwusuwowe silniki rzędowe, które były łatwiejsze do uruchomienia i nie miały już nadmiernych wibracji.
Bibliografia