Прямой образный двигатель , также известный как встроенные-близнецы , вертикальный-двойник , или параллельно-твин представляет собой двухцилиндровый поршневой двигатель , где два цилиндра расположен в линии вдоль общий коленчатый вал.
Прямые двухместные двигатели в основном используются в мотоциклах; другие виды использования включают автомобили, морские суда, снегоходы, водные мотоциклы, вездеходы, тракторы и сверхлегкие самолеты.
Для рядных двухцилиндровых двигателей использовались различные конфигурации коленчатого вала, наиболее распространенными из которых являются 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов.
Прямо-сдвоенная компоновка также упоминается как «параллельная-двойная», «вертикальная-двойная» и «линейная-двойная». [1] Некоторые из этих терминов изначально имели определенные значения, относящиеся к углу коленчатого вала или ориентации двигателя, однако они также часто используются как взаимозаменяемые. [1] [2]
В Соединенном Королевстве термин «параллельный-твин» традиционно используется для двигателей с углом поворота коленчатого вала 360 градусов, поскольку два поршня расположены в одном направлении (т. Е. Параллельно друг другу). [ необходима цитата ] "Вертикальный сдвоенный двигатель" использовался для описания двигателей с углом поворота коленчатого вала 180 градусов, [ необходимая цитата ], который заставляет поршни двигаться в противоположных направлениях. Термины «прямой твин» и «рядный твин» использовались в более общем смысле для любого угла поворота коленчатого вала.
Для мотоциклов «рядный сдвоенный двигатель» иногда относился либо к продольной ориентации двигателя (т. Е. С коленчатым валом на одной линии с шасси) [3] [4], либо к U-образному двигателю ( тандемный сдвоенный двигатель ), в котором цилиндры расположены продольно в шасси (хотя на самом деле два коленчатых вала ориентированы поперечно). [5]
По сравнению с V-образными двухцилиндровыми двигателями и двухцилиндровыми двигателями , прямые двухцилиндровые двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и дешевле в производстве. [6] Прямолинейные спаренные двигатели могут быть подвержены вибрации либо из-за неравномерного интервала между включениями, присутствующего в кривошипно-шатунных двигателях на 180 °, либо из-за большой массы не встречного возвратно-поступательного движения в кривошипно-шатунных двигателях на 360 °. Рядные близнецы также больше страдают от реакций крутящего момента и вибрации. [7]
Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для прямолинейных сдвоенных двигателей - это 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов. [8] [9] [10]
В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 360 градусов, оба поршня движутся вверх и вниз одновременно. Однако интервал зажигания смещен между цилиндрами, причем один цилиндр работает во время первого оборота коленчатого вала, а затем другой цилиндр при следующем вращении. В 360-градусных двигателях может использоваться одна система зажигания для обоих цилиндров с использованием отработанной системы искры .
Несовершенный первичный баланс соответствует одноцилиндровому двигателю с эквивалентной возвратно-поступательной массой. Ранние двигатели пытались уменьшить вибрацию с помощью противовесов на коленчатом валу, однако более поздние методы также включали балансирные 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 ходовым характеристикам, несмотря на аналогичный динамический дисбаланс.
С 1930-х годов в большинстве британских четырехтактных прямолинейных сдвоенных мотоциклетных двигателей использовался коленчатый вал на 360 градусов [11] , поскольку это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска, характерной для других конфигураций, тем самым предотвращая необходимость в сдвоенных карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном использовали коленчатый вал с углом поворота 180 градусов для двигателей объемом от 250 до 500 куб. См, различные двигатели меньшего и большего размера продолжали использовать коленчатый вал с углом поворота 360 градусов. Вибрация была меньшей проблемой для двигателей меньшего размера, таких как Honda CB92 1965 года и Honda CM185 1979 года . В более крупных двигателях, таких как Yamaha XS 650 1969 года и Yamaha TX750 1972 года , часто использовались балансирные валы для уменьшения вибрации. [12] Поздние 1978-1984 гг.В двигателях Honda CB250N / CB400N также использовался коленчатый вал на 360 градусов. Мотоциклы BMW F с параллельным сдвоенным двигателем 2008 года также используют коленчатые валы на 360 градусов, с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим как противовес) и ограничением числа оборотов 9000 об / мин для уменьшения вибраций. [13]
В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 180 градусов, один поршень поднимается, а другой опускается. В четырехтактном двигателе интервал зажигания неравномерен: второй цилиндр работает на 180 градусов после первого, за которым следует зазор в 540 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Неравномерный интервал зажигания вызывает вибрацию и приводит к "неровной" подаче мощности. Для двигателя 180 ° также требуется отдельная система зажигания для каждого цилиндра.
Идеальный первичный баланс возможен с прямым сдвоенным двигателем на 180 градусов, однако конструкция создает качающуюся пару, которая требует использования уравновешивающего вала для уменьшения вибрации. Прямо-сдвоенный двигатель 180 градусов имеет вторичный дисбаланс (аналогичный рядному четырехцилиндровому двигателю), однако меньшая возвратно-поступательная масса означает, что это часто не требует лечения.
Двигатель с коленчатым валом 180 ° имеет меньшие насосные потери, чем двухцилиндровый двигатель на 360 °, потому что смещение картера относительно не изменяется при перемещении поршней.
В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность хода позволяла увеличить число оборотов и, следовательно, более высокую выходную мощность. Например, двигатель Honda CB450 1966 года с коленчатым валом 180 градусов имеет такую же выходную мощность, что и современные британские двигатели с коленчатым валом 360 градусов, несмотря на меньший рабочий объем 450 куб. См по сравнению с 650 куб. [14] [15] [16] И Yamaha TX500 1973 года, и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал 180 градусов и балансирный вал. С 1993 года большинство двигателей Honda с прямыми сдвоенными двигателями для мотоциклов используют коленчатый вал 180 градусов.
Двухтактные двигатели обычно используют коленчатый вал 180 градусов, так как это приводит к двум равномерно распределенным рабочим ходам на оборот. Основная частота колебаний вдвое больше , чем эквивалентный одноцилиндровый двигатель, однако уменьшается вдвое амплитуда. [17] Двухтактные двигатели, в которых не используется коленчатый вал на 180 градусов, включают Yankee 1972 года и военную версию Jawa 350 1964 года , в обоих из которых вместо этого используется коленчатый вал на 360 градусов.
В двигателе с коленчатым валом на 270 градусов один поршень следует на три четверти оборота за другим. Это приводит к неравномерному интервалу зажигания, когда второй цилиндр стреляет на 270 градусов после первого, за которым следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр не срабатывает снова. Это та же модель, что и у 90-градусного V-образного двигателя , и в результате обе конфигурации имеют схожий «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов никогда не бывают неподвижными одновременно (как в двухцилиндровом двигателе на 90 градусов), тем самым уменьшая чистый обмен импульсом между кривошипом и поршнями во время полного вращения.
Несовершенный первичный баланс создается в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов из-за комбинации свободной силы и качающейся пары; для компенсации этого часто используется уравновешивающий вал. Вторичный баланс двигателя на 270 градусов идеален, однако конфигурация действительно приводит к неуравновешенной качающейся паре.
Первые серийные 270-градусные прямые сдвоенные мотоциклетные двигатели были установлены на Yamaha TRX850 и Yamaha TDM 1996 года . [9] [18] [10] Более поздние примеры включают в себя 2009 Triumph Thunderbird , 2010 Norton Commando 961 , 2012 серии Honda NC700 , 2014 Yamaha MT-07 , 2016 г. Триумф Thruxton 1200 и 2018 Royal Enfield перехватчик 650 & Continental GT ,.
В двухцилиндровых двигателях с прямым приводом каждый цилиндр имеет отдельный шатун , в отличие от двигателей с V-образным сдвигом, в которых для обоих шатунов может использоваться общий шатун . Большинство старинных британских прямолинейных двухцилиндровых мотоциклетных двигателей (таких как Triumph, BSA, Norton и Royal Enfield) имели два основных подшипника . [19] Начиная с конца 1950-х годов, большинство прямолинейных сдвоенных двигателей Honda имели четыре основных подшипника. [20] [21] Последующие прямые двухдвигательные двигатели имели четыре, а иногда и три основных подшипника. [12]
Первый в мире серийный мотоцикл 1894 года Hildebrand & Wolfmüller использовал рядный двухцилиндровый двигатель. Цилиндры лежали плоско и обращены вперед, а поршни соединялись непосредственно с задним колесом с помощью шатуна локомотивного типа. В 1903 году Werner Motocyclette стал второй серийной моделью мотоцикла, в которой использовался рядный двухцилиндровый двигатель с вертикальными цилиндрами. Двигатель Вернера использует чугунные цилиндры со встроенными головками, боковыми клапанами и имеет рабочий объем 500 куб. [22]
Triumph Speed Twin 1938 года был успешным мотоциклом с прямым сдвоенным двигателем, который также привел к тому, что рядные двигатели стали более широко использоваться другими брендами. Двигатель был разработан Эдвардом Тернером и Вэлом Пейджем и первоначально использовался в тягаче с коляской Triumph 6/1 1933 года (который выиграл серебряную медаль International Six Days Trial и 1933 Maudes Trophy ). [23] Во время разработки двигателя было обнаружено, что угол поворота коленчатого вала 360 градусов лучше подходит для использования одного карбюратора, чем угол поворота коленвала 180 градусов. [24]
Следуя тенденции, созданной Triumph Speed Twin, наиболее распространенной конструкцией, используемой британскими производителями мотоциклов до середины 1970-х годов, был четырехтактный прямой двухцилиндровый двигатель с коленчатым валом на 360 градусов. [25] [26] Среди производителей этих мотоциклов были BSA , Norton , Triumph , Ariel , Matchless и AJS . Прямолинейные двигатели также производились итальянскими и немецкими производителями [27] [28] [29] вместе с американским производителем Indian . [30]
В 1949 году AJS E-90 Porcupine выиграл чемпионат мира по Гран-при 500 1949 года , став первым и единственным мотоциклом с прямым двойным двигателем, выигравшим чемпионат. Этот двигатель - один из немногих четырехтактных двигателей с прямым расположением цилиндров, ориентированных не вертикально, а горизонтально. [31]
С 2000-х годов BMW и несколько японских производителей продолжали выпускать рядные двухцилиндровые двигатели, в основном для моделей среднего веса. [32] Некоторые большие скутеры также использовали прямые сдвоенные двигатели, такие как Yamaha TMAX 2001 года [33] и Honda Silver Wing 2001 года . [34] Прямо-сдвоенные двигатели также используются в мотокроссе с коляской. [35]
Многие большие британские мотоциклы с 1945 по 1960 годы использовали прямо-сдвоенный поперечный двигатель (т. Е. Ориентированный коленчатым валом перпендикулярно раме), такие как Triumph Bonneville и Norton Commando . Эта компоновка хорошо подходит для воздушного охлаждения, поскольку оба цилиндра получают равный воздушный поток, а выхлоп может выходить в хорошо охлаждаемом месте в передней части каждого цилиндра. [36] Минимально возможная длина колесной базы определяется шириной двигателя.
Конструкция с прямым сдвоенным двигателем с поперечным расположением двигателя была в значительной степени заменена двигателями с V-образным сдвоенным двигателем , однако конструкция с прямым сдвоенным двигателем имеет преимущество, заключающееся в более простой упаковке вспомогательного оборудования (такого как воздушный фильтр, карбюратор и компоненты системы зажигания), что также улучшает доступ вспомогательному персоналу для обслуживания / ремонта. [37] Прямой двухцилиндровый двигатель, использующий коленчатый вал на 270 градусов, может иметь такой же звук и ощущение, что и V-образный двухцилиндровый двигатель с неравномерным порядком зажигания.
Мотоциклы с прямыми сдвоенными двигателями и продольными двигателями встречаются реже, однако примеры включают в себя моноблок Dresch 1930-1938 годов [38] и Sunbeam S7 и S8 1949-1956 годов . [39] [40]
Такая ориентация двигателя позволяет использовать мотоцикл столь же узким, как одноцилиндровый двигатель [41], что снижает аэродинамическое сопротивление, особенно для целей мотогонок. Однако основным недостатком двигателей с воздушным охлаждением является то, что задний цилиндр нагревается сильнее, чем передний. [7] [42]
Хотя двухцилиндровые двигатели довольно редко встречаются в автомобилях, прямая двухцилиндровая компоновка со временем использовалась для нескольких автомобильных двигателей.
Первый известный прямой двухцилиндровый двигатель был вариантом двигателя Phoenix компании Daimler Motors, представленного в 1895 году; эти двигатели использовались в автомобилях Panhard в том году. [43] Другим ранним двухмоторным автомобилем с прямым двигателем был Decauville Voiturelle 1898 года , в котором использовалась пара цилиндров, взятых из модели de Dion, установленная вперед и назад и располагавшаяся под сиденьем. [44]
Прямые сдвоенные 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] 1988 ВАЗ Ока , [48] 1988 Dacia Lăstun , [49] и 1980 Daihatsu Cuore . [50]
Бензиновые двухцилиндровые двигатели, которые в настоящее время используются в серийных автомобилях, включают Tata Nano [51] и двигатель Fiat TwinAir (используемый в различных моделях Fiat, Lancia и Alfa Romeo). В настоящее время производятся дизельные двухцилиндровые двигатели, в том числе двигатель Piaggio Porter . [52]
Прямолинейные двигатели часто использовались в качестве бортовых двигателей , подвесных двигателей и двигателей для струйных насосов . [53]
В начале 20-го века британские рыболовные суда с багровым вооружением, такие как Morecambe Bay Prawners Lancashire Nobbys , иногда оснащались бортовыми двигателями, такими как Lister или 3,0-литровый бензин-парафиновый двигатель Kelvin E2 .
С 1950-х годов производители подвесных моторов решили использовать базовую конструкцию рядных двигателей, когда цилиндры располагались друг над другом, а коленчатый вал приводил в движение карданный вал . Сузуки 15 исходящий двигатель был введен в 1989 году [54]
Другие применения включают тракторы (например, различные модели John Deere до 1960 года), [55] снегоходы , [56] [57] личные плавсредства , [58] [59] и вездеходы . [60] [61] [62] Конструктивные изменения включают двухтактные, четырехтактные, бензиновые, дизельные, [63] воздушные , водяные , естественные и турбонаддувные . [64]
Сверхлегкие самолеты , одноместные автожиры и небольшие самодельные самолеты также использовали прямые сдвоенные двигатели [65], часто с двигателями, изначально разработанными для снегоходов, таких как Hirth 2704 и Cuyuna 430-D. [56] [66] [67] Специальные двигатели для сверхлегких самолетов включают Rotax 503 и Rotax 582 . [68] Прямо-сдвоенные двигатели иногда также используются в крупномасштабных радиоуправляемых самолетах . [69] [70]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с прямоточными двигателями . |
в линии компоновка двигателя , в котором цилиндры расположены в ряде, и в линии с колесами машины ... параллельный твин двухцилиндровый расположением двигателя , в котором оба цилиндр находится рядом друг с другом и установлен на раме.
... и Sunbeam S7, этот цивилизованный, но маломощный рядный двухцилиндровый двигатель, который, как надеялась BSA, занял нишу в качестве джентльменской машины ...
Необработанная поковка коленчатого вала с углом поворота 270 градусов для параллельно-сдвоенного двигателя. (Хонда)
... Америка использует кривошип на 270 градусов.
Это дает Америке более грубую частоту вращения педалей на холостом ходу, что является хорошей копией V-образного твинов, хотя обновленные балансирные валы удерживают вибрации под контролем.
Стильный, легкий, отзывчивый, плавный и изысканный Speed Twin изменил направление дизайна мотоциклов и доминировал в нем на протяжении тридцати лет.
Технические характеристики двигателя 4-тактный, параллельный сдвоенный, автоматический
Двигатель больше не является негабаритным, подверженным вибрации синглом, а представляет собой плавный и достаточно мощный рядный двухцилиндровый двигатель.
Однако, если вы нажмете на него, Джим, вероятно, расскажет о своем S7 Sunbeam 1947 года: «двухцилиндровый двигатель с резиновым креплением. Это был рядный двухцилиндровый двигатель, а не поперечный в раме, как у обычных близнецов».
В некоторых конструктивных решениях ширина в поперечном направлении такая же, как у одноцилиндрового двигателя, что позволяет использовать очень узкие рамы и кузов с небольшими лобовыми площадями.
Двухцилиндровый бензиновый двигатель объемом 623 куб. См. Приводит в движение задние колеса и расположен прямо над ними справа от задней части автомобиля, а четырехступенчатая механическая коробка передач находится слева от него.
Оснащенный 4-тактным двигателем Parallel Twin с турбонаддувом, объем которого вдвое меньше, чем у GTX с наддувом Sea-Doo, легкий Polaris MSX 150 почти так же быстр и на 2200 долларов дешевле.
Важнейшими силовыми установками теперь будут параллельные двухцилиндровые двигатели от 399 до 440 куб. См.
Под кузовом вы найдете параллельный твин с верхним расположением клапанов объемом 597 куб. См с двумя клапанами на цилиндр, питаемый от 34-мм карбюратора.
Взяв за основу безнаддувный четырехцилиндровый двигатель объемом 1 124 куб. См, он выбрал конфигурацию рядного двухцилиндрового двигателя как имеющую наименьшее трение и тепловые потери.