Оппозитный двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания

Введение

Двигатель с двумя цилиндрами, расположенными в противоположных направлениях.

Плоский двухцилиндровый двигатель – это двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены по обе стороны от коленчатого вала. Наиболее распространенным типом плоского двухцилиндрового двигателя является оппозитный (боксерский) двигатель, в котором оба поршня двигаются внутрь и наружу одновременно. Конструкция плоского двухцилиндрового двигателя была запатентована Карлом Бенцем в 1896 году, а первый серийно выпускаемый двигатель такого типа был установлен на автомобиль Lanchester 8 л.с. Phaeton, выпущенный в 1900 году. Плоские двухцилиндровые двигатели использовались и в других автомобилях, однако более широкое применение они получили в мотоциклах. В ранних моделях цилиндры ориентировались вдоль рамы, но в более поздних моделях их стали располагать перпендикулярно раме для обеспечения равномерного охлаждения обоих цилиндров. Плоские двухцилиндровые двигатели также применялись в нескольких самолетах до 1930-х годов и в различных стационарных установках с 1930-х по 1960-е годы. Австралийский производитель газонокосилок Victa также выпускал газонокосилку с плоским двухцилиндровым двигателем с августа 1975 по 1980 год под названием ‘Twin 500’, а затем ‘Supreme’. Эти двигатели производились в Канаде. Они пользуются большим спросом, поскольку были выпущены в небольшом количестве, вероятно, из-за проблем с зажиганием и подачей топлива в ранних моделях. В модели ‘Supreme’ (более поздней версии) все эти проблемы были устранены благодаря использованию поршня с куполообразной задней частью, смесителей в картере и усовершенствованной системы зажигания.

Типичный дизайн

Большинство оппозитных двухцилиндровых двигателей используют боксерную компоновку коленчатого вала и поэтому называются "боксерными двухцилиндровыми" двигателями. В оппозитном двухцилиндровом двигателе коленчатый вал с углом развала 180° приводит в движение поршни в противофазе, поэтому силы, создаваемые одним поршнем, компенсируются силами другого, обеспечивая отличный первичный баланс. Равномерный порядок работы цилиндров также способствует снижению вибрации. Однако равные и противоположные силы в оппозитном двухцилиндровом двигателе создают крутящий момент качания из-за смещения поршней относительно друг друга вдоль коленчатого вала. Это простая система зажигания, использующая двухвыводную катушку, которая зажигает обе свечи за один оборот коленчатого вала (то есть как на такте сжатия, так и на такте выпуска). Эта система не имеет трамблера и требует только одного прерывателя-распределителя и катушки зажигания для двигателя.

Давление картерного корпуса

Конфигурация оппозитного двигателя может вызывать повышение давления в картерном корпусе во время каждого такта сжатия и снижение давления во время каждого такта выпуска, поскольку оба поршня двигаются внутрь или наружу одновременно. Этот эффект перекачки картера (также встречается в одноцилиндровых и параллельных двухцилиндровых двигателях с развалом коленвала в 360°) обычно компенсируется системой вентиляции картера. Оппозитный двигатель Citroën 2CV использовал этот эффект для поддержания частичного вакуума в картере, чтобы уменьшить утечки масла при выходе из строя сальника. Это достигалось за счет использования обратного клапана (кожаного или резинового перекрытия отверстия в картерном корпусе), который позволял воздуху выходить из картера, но не входить в него.

Автомобили

Начало разработки оппозитного двухцилиндрового двигателя относится к 1896 году, когда Карл Бенц получил патент на его конструкцию. Год спустя его компания Benz & Cie представила первый оппозитный двухцилиндровый двигатель, боксер, получивший название "мотор-контра". В 1900 году The Lanchester Engine Company начала производство Lanchester 8 л.с. Phaeton, оснащенного оппозитным двухцилиндровым двигателем. Этот двигатель имел необычную конструкцию с двумя коленчатыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, при этом каждый поршень был соединен со своим коленчатым валом толстым шатуном. Также двигатель устанавливался на несколько моделей Jowett Cars с 1910 по 1937 год. Citroën 2CV, выпускавшийся с 1948 по 1990 год, был одним из первых автомобилей с передним приводом, использующих оппозитный двигатель. 2CV был оснащен двухцилиндровым оппозитным двигателем с воздушным охлаждением. В 1948 году также был выпущен Panhard Dyna X с передним приводом и двухцилиндровым оппозитным двигателем с воздушным охлаждением. Среди других автомобилей после Второй мировой войны, использовавших оппозитные двухцилиндровые двигатели, были фургон Jowett Bradford 1945–1954 годов, а также возможность использования ременной или цепной передачи для передачи крутящего момента на заднее колесо. Однако к недостаткам относится неравномерное распределение тепла (передний цилиндр охлаждается сильнее, чем задний). Он был разработан как "система велосипедного двигателя", передававшая мощность на шкив заднего колеса через цепь. Производство Fairy было перенято компанией Douglas Engineering Company, одним из поставщиков Light Motors, после ликвидации Light Motors Company в 1907 году. Позже, в 1907 году, Douglas изменил приводную систему с цепи и шкива на ременную передачу, приводимую непосредственно от двигателя. Последующие разработки мотоцикла Douglas осуществлялись с цилиндрами, расположенными вдоль рамы, до Второй мировой войны. Это создавало конструктивную проблему для мотоциклов с поперечно установленными оппозитными двухцилиндровыми двигателями. Коробку передач можно было относительно легко разместить за одноцилиндровым или V-образным двухцилиндровым двигателем, однако такая компоновка приводила бы к чрезмерно длинной колесной базе для оппозитных двухцилиндровых двигателей. Решениями этой проблемы были использование промежуточного вала под двигателем (как в Douglas Fairy) или коробки передач, расположенной над двигателем, хотя в некоторых случаях цилиндры были достаточно короткими, чтобы использовать коробку передач в традиционном месте за двигателем. В 1916 году большинство оппозитных двухцилиндровых мотоциклов все еще использовали поперечно установленный двигатель. Европейские модели того времени включали Bradbury, Brough HB, Douglas и модели, Humber 3,5 л.с. и модели, Matchless 6 л.с., Montgomery 6 л.с., Williamson Flat Twin и Bayerische Flugzeugwerke Helios (предшественник первого мотоцикла BMW). Модели, производимые в Соединенных Штатах, включали Indian Model O и Harley Davidson Model W.

The beginnings of the flat twin engine were in 1896, when Karl Benz obtained a patent for the design. A year later, his company Benz & Cie unveiled the first flat twin engine, a boxer design called the "contra engine". In 1900, The Lanchester Engine Company began production of the Lanchester 8 hp Phaeton, which used a flat twin engine. This engine had an unusual design of two counter rotating crankshafts, with each piston attached to its crankshaft by a thick connecting rod. and several Jowett Cars models from 1910 to 1937. The Citroën 2CV, produced from 1948 to 1990, was one of the first front wheel drive cars to use a flat engine. The 2CV was powered by an air cooled boxer twin engine. Also in 1948, the Panhard Dyna X was released with front wheel drive and an air cooled boxer twin engine. Other cars following World War II using boxer twin engines were the 1945 1954 Jowett Bradford van, and that a belt drive or chain drive system can be used to transmit drive to the rear wheel. However, the downsides are uneven heat distribution (the front cylinder is more heavily cooled than the rear cylinder) it was designed as a "bicycle engine system" which transmitted power to a pulley on the rear wheel via a chain. Manufacture of the Fairy was taken over by the Douglas Engineering Company, one of Light Motors' suppliers, when the Light Motors Company folded in 1907. Later in 1907, Douglas changed the drivetrain from the chain and pulley design to a belt drive system driven directly from the engine. Later developments of the Douglas motorcycle were made with the cylinders in line with the frame until the Second World War. which posed a design problem for motorcycles with transversely mounted flat twin engines. This gearbox could be relatively easily located behind a single cylinder or V twin engine, however this arrangement would result in an excessively long wheelbase for flat twin engines. Solutions to this problem included using a countershaft below the engine (as used by the Douglas Fairy), or a gearbox located above the engine, although in some cases the cylinders were short enough to use the gearbox in the traditional location behind the engine. In 1916, most flat twin motorcycles still used a transversely mounted engine. The European models at this time included the Bradbury , the Brough HB, the Douglas and models, the Humber 3.5 hp and models, the Matchless 6 hp, the Montgomery 6 hp, Williamson Flat Twin , and the Bayerische Flugzeugwerke Helios (the predecessor to BMW's first motorcycle). Models produced in the United States included the Indian Model O and the Harley Davidson Model W.

Продольная установка

Основное преимущество установки оппозитного двигателя с коленчатым валом, расположенным вдоль рамы (следовательно, с цилиндрами, ориентированными вбок), заключается в том, что двигатель воздушного охлаждения обеспечивает одинаковый уровень охлаждения для каждого цилиндра. Дополнительным преимуществом является то, что цилиндры служат защитой для водителя в случае столкновения или падения, а также согревают ноги в холодную погоду. Однако это также подвергает цилиндры и крышки клапанов риску повреждения при столкновении. Одним из первых мотоциклов с продольно установленным оппозитным двигателем был ABC 1916 года выпуска, произведенный в Великобритании, как и мотоциклы марок "Урал" (Россия) и "Днепр" (Украина).

Авиация

В 1902 году моноплан Пирса (который впоследствии стал одним из первых самолетов, совершивших полет) был оснащен плоским двухцилиндровым двигателем, построенным на ферме изобретателем-любителем. Этот двигатель использовал необычную конструкцию с одним общим пальцем шатуна и поршнями двойного действия. В 1908 году французская компания Dutheil Chalmers начала производство плоских двухцилиндровых авиационных двигателей, в которых использовались два встречно вращающихся коленчатых вала. Двигатель Dutheil Chalmers использовался в экспериментальном самолете Santos Dumont Demoiselle No. 20 1907 года, а более поздние версии этого самолета оснащались плоскими двухцилиндровыми двигателями от Darracq и Clément Bayard. Большинство самолетов с поршневыми двигателями использовали более двух цилиндров, однако другие плоские двухцилиндровые авиационные двигатели 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 масляно-охлаждаемый плоский двухцилиндровый двигатель для сверхлегких самолетов, который в настоящее время производится. В больших самолетах плоские двухцилиндровые двигатели использовались во вспомогательных силовых установках (APU). Примечательный пример был разработан компанией ABC Motors в 1920-х и 1930-х годах. Во время Второй мировой войны фирма Riedel в Германии разработала и изготовила двухтактный плоский двухцилиндровый двигатель в качестве пусковых двигателей для реактивных двигателей Junkers Jumo 004, BMW 003 и Heinkel HeS 011.

Другие применения

Плоские двухцилиндровые двигатели Maytag "Model 72", производившиеся с 1937 года до периода между 1952 и 1960 годами, использовались в различных областях, включая стиральные машины. Электрические генераторы с использованием плоских двухцилиндровых двигателей строились компанией Norman Engineering Company с 1932 по 1968 год и компанией Douglas во время Второй мировой войны. Enfield Industrial Engines (входящая в состав Royal Enfield) производила плоские двухтактные бензиновые двигатели во время Второй мировой войны, которые применялись для генераторов и других военных нужд. После 1945 года Enfield производила плоские дизельные двухцилиндровые двигатели, используемые в сельском хозяйстве и морском деле. В 1932 году Coventry Victor представила дизельную версию своего существующего 688-кубового бензинового плоского двухцилиндрового двигателя, а затем продолжила выпускать плоские дизельные и бензиновые двигатели для различных промышленных и морских применений вплоть до 1950-х годов. Двухтактные плоские двухцилиндровые двигатели часто использовались в качестве подвесных моторов для лодок, поскольку они работали плавнее, чем одноцилиндровые. В 1940-х годах их в значительной степени заменили рядные двухтактные двигатели, которые было легче запускать и которые не имели сильной вибрации.