История плоского двухцилиндрового двигателя (и что делает его таким уникальным)

В 1859 году в мастерской Этьена Ленуара произошло событие, столь же знаменательное, как появление колеса. Бельгийский изобретатель преобразовал паровой двигатель для воспламенения смеси воздуха и угольного газа с помощью двухтактного детонационного цикла.

Новый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) нашел применение в качестве источника энергии для маломощного оборудования на насосных станциях и в типографиях. Это было скромное начало функциональной, но крайне неэффективной системы. Мало кто мог себе представить, что это новое чудо в эпоху технологических чудес изменит ход человеческой истории.

В 1886 году Карл Бенц из Мангейма, Германия, запатентовал любопытное применение этой новой формы производства электроэнергии. В его «моторизованном (sic) велосипеде», как описал его один свидетель, использовался четырехтактный одноцилиндровый двигатель. Хотя внедрение его «бензиновой повозки» поначалу встретило неутешительную поддержку, к началу века более 1700 машин скакали и тряслись по дорогам Англии, Франции и Соединенных Штатов.

Среди других своих значительных достижений Бенц разработал в 1896 году новую конфигурацию ДВС. Он назвал ее «контра-двигатель два» из-за контрастной работы цилиндров. Название не прижилось, но двигатель прижился. Плоский двухцилиндровый, оппозитный, блинчатый или оппозитный двухцилиндровый двигатель до сих пор широко используется в некоторых из самых сложных машин нашего времени. Это уникальная история плоского двухцилиндрового двигателя.

(Изображение Йоханнеса Максимилиана через Wikimedia Commons | Обрезано и масштабировано | CC BY-SA 2.0)

Что такое оппозитный двухцилиндровый двигатель?

Большинство двигателей внутреннего сгорания генерируют мощность по одному и тому же принципу: контролируемый взрыв внутри цилиндра приводит в движение поршень. Есть исключения, такие как роторный двигатель, чаще всего ассоциируемый с Mazda, но подавляющее большинство двигателей ДВС являются поршневыми.

Подсказка обычно кроется в названии. В V8 используются восемь цилиндров, расположенных V-образно, в то время как в рядном шестицилиндровом двигателе используются шесть вертикальных (или почти вертикальных) цилиндров, расположенных в ряд. Поршни внутри цилиндра, соединенные коленчатым валом, чередуются, совершая изящно сбалансированный танец. Каждая конфигурация имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения эффективности и подачи мощности.

Плоский близнец предлагает определенные преимущества. Его конфигурация имеет низкий центр тяжести, а хорошо спроектированный плоский сдвоенный двигатель значительно снижает собственную вибрацию. В двухцилиндровом двигателе с поперечным расположением каждый цилиндр имеет равный доступ к воздуху, что снижает потребность в жидкостном охлаждении. С другой стороны, плоские двухцилиндровые двигатели шире, чем другие двухцилиндровые двигатели, и при продольной установке могут вызывать реакции крутящего момента, а для некоторых работ требуется больше мощности, чем могут обеспечить два цилиндра.

С момента его создания компанией Benz в 1896 году до его современного применения в мотоциклах BMW уникальные преимущества оппозитного двухцилиндрового двигателя сделали его популярным выбором во всем, от самолетов до садового инвентаря.

(Изображение Майкла Фрея через Wikimedia Commons | Обрезано и масштабировано | CC BY-SA 3.0)

Как это работает в автомобиле

На закате XIX века возникло множество автомобильных фирм. Одной из таких компаний была Lanchester Motor Company из Бирмингема, Англия. Основанная пионером авиации и автомобилестроения Фредериком Уильямом Ланчестером, который построил первый британский автомобиль в 1896 году, компания использовала оппозитный твин в своей модели Lanchester Ten 1900 года.

На автомобиле использовался 4,0-литровый двигатель уникальной конструкции. Один из цилиндров располагался выше другого, но оставался горизонтально противоположным. В двигателе использовались два коленчатых вала и шесть шатунов. Каждый поршень был соединен с одним коленчатым валом двумя легкими шатунами, а с другим коленчатым валом — тяжелым шатуном. Два коленчатых вала вращались в противоположных направлениях, в результате чего получился сложный, но элегантный двухцилиндровый оппозитный двигатель мощностью 10,5 л.с. при 1250 об/мин.

По мере расцвета автомобильной промышленности автопроизводители по обе стороны Атлантического океана начали использовать этот двигатель. Генри Форд использовал их в некоторых ранних автомобилях, в том числе в моделях A, Model C и F 1903–1904 годов. Автомобильная компания Jowett использовала их в каждой модели, проданной в период с 1906 по 1936 год. Toyota выпустила Publica в 1961 году с двигателем объемом 700 куб. оппозитный двухцилиндровый двигатель в сантиметр (куб.см) мощностью 28 лошадиных сил. Модель Publica была вдохновлена ​​оппозитным двухцилиндровым двигателем Citroen 2CV, который часто сравнивают с классическим Volkswagen Beetle, выпускавшимся с 1948 по 1990 год.

Несмотря на удивительно долгую карьеру в качестве толкача автомобилей, плоские близнецы также добились признания в качестве небесной силовой установки.

(Изображение от Constructionicecream через Wikimedia Commons | Обрезано и масштабировано | CC BY-SA 3.0)

Как это работает в авиации

Большие, мощные поршневые и реактивные двигатели сегодня поднимают самолеты в небо, но на заре полета чем легче, тем лучше. Деревянным самолетам требовался легкий двигатель, вырабатывающий достаточную мощность, чтобы подняться в воздух и оставаться там.

Благодаря своей относительной простоте, плоский твин сыграл значительную роль в истории авиации. Например, новозеландский любитель и изобретатель велосипедов Ричард Пирс разработал в 1902 году свой собственный плоский твин для использования в самодельном моноплане. Рекорды невелики, но Пирс, возможно, совершил полет на 50 ярдов в 1903 году, в том же году, что и полет братьев Райт.

Пионер бразильской авиации Альберто Сантос-Дюмон, экспериментировавший с летательными аппаратами легче воздуха, находился под значительным влиянием новостей о полете братьев Райт. Он использовал различные плоско-сдвоенные двигатели для достижения многочисленных новинок в авиации, включая первый полет крылатого самолета в Европе и разработку Demoiselle, моноплана с высоким крылом.

Плоский двухцилиндровый двигатель продолжал использоваться в самолетах вплоть до 1930-х годов. На самолетах Aeronca C-2, C-3, E-107 и E-113, а также на построенных в Чехии Praga B2 и британском Bristol Cherub использовались двухцилиндровые оппозитные двигатели. Хотя требования к мощности и вес плоскосдвоенных двигателей не позволяли использовать их на боевых самолетах времен Второй мировой войны, наземные экипажи часто использовали их во вспомогательных силовых установках, в том числе в тех, которые использовались для запуска некоторых из самых ранних прототипов реактивных самолетов.

(Изображение Fletcher6 через Wikimedia Commons | Обрезано и масштабировано | CC BY-SA 3.0)

В мотоциклах

Плоские сдвоенные двигатели нашли наиболее широкое применение в мотоциклах. Низкий центр тяжести в сочетании с открытым характером мотоциклов и низким энергопотреблением сделали их невероятно эффективной конфигурацией.

Плоский твин мог устанавливаться вдоль или перпендикулярно оси мотоцикла. Каждая установка имела свои преимущества. Если установить один цилиндр позади другого, у мотоцикла будет более низкий центр тяжести, что улучшит устойчивость и управляемость, но снизит эффективность воздушного охлаждения. Двигатели с поперечным расположением охлаждались эффективнее и обеспечивали более простое крепление ременного или цепного привода, но имели более высокий центр тяжести и создавали более широкий мотоцикл.

Fée, выпускавшийся компанией Light Motors в период с 1905 по 1907 год, был одним из первых, кто его принял. Хотя Фея, переименованная в Фею, просуществовала недолго, многие другие просуществовали недолго. Harley-Davidson выпустила двухцилиндровый мотоцикл под названием XA. Он был основан на конструкциях немецкого BMW R71 времен Второй мировой войны и советского днепровского ИМЗ М-72М.

BMW использует оппозитный двигатель, разновидность оппозитного двухцилиндрового двигателя, в своих мотоциклах с 1923 года, когда был представлен оригинальный мотоцикл BMW R 32. Немецкий автопроизводитель до сих пор использует его в основной части своего модельного ряда. Одна из его самых современных итераций — двигатель объемом 1254 куб.см и мощностью 130 л.с., приводящий в движение приключенческий мотоцикл R1250 GS. R 12, недавно анонсированный как новый мотоцикл в линейке BMW 2025 года, указывает на то, что BMW видит место для плоского твина в своем будущем.

Другое использование

Помимо применения в крупном машиностроении, плоский сдвоенный двигатель доказал свою универсальность в ряде приборов и других устройствах, требующих ДВС. Начиная с 1937 года компания Maytag использовала запатентованный плоский сдвоенный двигатель собственной разработки для питания стиральной машины модели 72. Эта стиральная машина, свидетельствующая об универсальности плоского сдвоенного двигателя, стала одним из решений, позволяющих сэкономить время и изменивших образ семейной жизни. в западном мире.

Энфилд построил двигатели объемом 250 и 350 куб.см для генераторов и других военных целей, а позже разработал плоские двойные двигатели с дизельным двигателем для использования в сельском хозяйстве и морском транспорте. Плавная работа оппозитного двухцилиндрового двигателя была большим благом для подвесных лодочных двигателей по сравнению с неравномерной подачей мощности одноцилиндрового двигателя, которая вызывает вибрацию и шум, пока их не узурпировали двухцилиндровые конфигурации.

С тех пор как Карл Бенц запатентовал свой двигатель «контра» в 1896 году, оппозитный двухцилиндровый двигатель использовался практически во всех устройствах, требующих двигателей внутреннего сгорания. Его постоянное развитие и совершенствование в некоторых из самых сложных машин современности красноречиво говорят о его надежности. Плоский сдвоенный двигатель, символ надежности, выдержал испытание временем.