Motore a quattro cilindri - Flat-four engine
Un motore a quattro cilindri , noto anche come motore a quattro cilindri contrapposti orizzontalmente , è un motore a pistoni a quattro cilindri con due bancate di cilindri che giacciono sui lati opposti di un albero motore comune. Il tipo più comune di motore flat-four è il motore boxer-four , ogni coppia di cilindri contrapposti si muove verso l'interno e verso l'esterno allo stesso tempo.
Un motore boxer quattro ha un perfetto equilibrio primario e secondario, tuttavia, le due testate dei cilindri significano che il design è più costoso da produrre rispetto a un motore a quattro cilindri in linea. I motori Boxer-quattro sono stati utilizzati nelle auto dal 1897, in particolare da Volkswagen e Subaru. Sono stati anche occasionalmente utilizzati nelle motociclette e frequentemente negli aerei. Cessna e Piper utilizzano quattro motori piatti di Lycoming e Continental negli aerei civili più comuni al mondo: il Cessna 172 e il Piper Cherokee .
Design
La maggior parte dei motori flat-four sono progettati in modo che ogni coppia di pistoni opposti si muova verso l'interno e verso l'esterno allo stesso tempo, che è nota come configurazione "boxer" (un po' come i concorrenti di boxe che prendono a pugni i guanti prima di un combattimento). Pertanto, i termini "flat-four" e "boxer-four" sono spesso usati come sinonimi.
I vantaggi del layout boxer-four sono la perfetta vibrazione secondaria (con conseguente vibrazione minima), un baricentro basso e una lunghezza del motore ridotta. Il layout si presta anche a un efficiente raffreddamento ad aria con il flusso d'aria distribuito uniformemente sui quattro cilindri. Negli aerei, questo evita la necessità di trasportare pesanti sistemi di raffreddamento ad acqua.
Gli aspetti negativi dei motori boxer-quattro (rispetto ai motori a quattro cilindri in linea) sono la loro larghezza extra, i maggiori costi associati all'avere due testate invece di una e il lungo collettore di scarico necessario per ottenere impulsi di scarico equidistanti. A causa di questi fattori, i motori a quattro cilindri in linea sono più comunemente usati rispetto ai motori a quattro cilindri e i motori V6 sono spesso utilizzati dove sono richieste cilindrate maggiori.
Bilanciamento del motore
Le forze uguali e opposte generate in un motore boxer a quattro determinano un perfetto equilibrio secondario (a differenza delle forze verticali sbilanciate prodotte dai motori a quattro cilindri in linea). I motori Boxer-quattro sono quindi più adatti a cilindrate superiori a 2,0 L (122 cu in), poiché non richiedono alberi di equilibratura per ridurre le vibrazioni secondarie.
In pratica, ogni cilindro in un motore boxer è leggermente sfalsato rispetto alla sua coppia contrapposta a causa della distanza tra i perni di biella lungo l'albero motore. Questa distanza di offset significa che le forze uguali e opposte di ciascuna coppia di cilindri producono una coppia oscillante . La vibrazione risultante non è solitamente abbastanza elevata da richiedere alberi di equilibratura.
Come per tutti i motori a quattro tempi con quattro cilindri o meno, la mancanza di sovrapposizione nelle corse di potenza si traduce in un'erogazione pulsante di coppia al volano , provocando una vibrazione torsionale lungo l'asse dell'albero motore. Se necessario, questa vibrazione può essere ridotta al minimo utilizzando uno smorzatore armonico .
Collettore di scarico
L'ordine di accensione tipico per un motore boxer-quattro prevede che la bancata di cilindri sinistra si accenda uno dopo l'altra, seguita dalla banca di cilindri destra (o viceversa), con l' intervallo di accensione uniformemente distanziato di 180 gradi. Tradizionalmente, gli scarichi dei due cilindri su ciascuna bancata venivano uniti, con i risultanti impulsi di scarico irregolari che causavano un caratteristico suono di scarico "flat-four burble".
L'altra configurazione di scarico comune (come quella usata da Subaru dalla metà degli anni 2000) è quella di accoppiare i cilindri con un offset dell'intervallo di accensione di 360 gradi, al fine di ottimizzare gli impulsi di scarico . Questa configurazione richiede collettori di scarico lunghi, per poter accoppiare i cilindri su sponde opposte, e si traduce in un sound di scarico meno caratteristico.
Uso nelle automobili
1900-1935
Nel 1900, il primo motore flat-four fu prodotto da Benz & Cie , basato sul motore bicilindrico "contra" del 1897 di Benz. Questo motore è stato utilizzato nelle auto da corsa Benz, ha prodotto 20 CV (15 kW), aveva una cilindrata di 5,4 L (330 cu in) ed è stato progettato da Georg Diehl.
La società londinese Wilson-Pilcher pubblicò la sua prima auto nel 1901, che era alimentata da un motore a quattro cilindri. Questo motore era montato longitudinalmente nel telaio, raffreddato ad acqua, produceva 9 CV (7 kW) e aveva una cilindrata di 2,4 L (146 cu in). Insolitamente per i suoi tempi, l'alesaggio e la corsa erano uguali, ciascuno di 95 mm (3,7 pollici).
Nel 1902 l'automobile Buffum fu equipaggiata con motori a quattro cilindri contrapposti che erano valutati a 16 cavalli. Herbert H. Buffum produsse un'automobile americana chiamata Buffum ad Abington, nel Massachusetts, dal 1903 al 1907.
Avendo precedentemente prodotto motori flat-twin, il 1926 Tatra 30 è stato il primo modello dell'azienda ceca alimentato da un motore flat-four. Tatra ha prodotto vari modelli a quattro motori piatti negli anni '20 e '30.
1936–1999
Il Tatra T97 del 1936 ha aperto la strada al layout del telaio a quattro cilindri a quattro cilindri con motore posteriore, raffreddato ad aria (in seguito utilizzato dal Maggiolino Volkswagen), e allo stesso tempo, sebbene non correlato, è arrivato lo Steyr 50 dall'Austria, con un boxer anteriore 4 motore con trazione posteriore. Sempre nel 1936, l'azienda inglese Jowett ampliò la sua gamma di modelli dai motori flat-twin per includere anche i motori flat-four. La produzione dei motori a quattro cilindri Jowett continuò fino al 1954, quando la berlina Jowett Javelin e i modelli sportivi Jowett Jupiter terminarono la produzione.
Il motore flat-four di produzione più lungo è il motore raffreddato ad aria Volkswagen , che è stato prodotto dal 1938 al 2006 ed è stato utilizzato soprattutto nel Volkswagen Beetle del 1938-2006 con motore posteriore e nel Volkswagen Transporter del 1950-1990 . Questo motore raffreddato ad aria è stato progettato da Porsche ed è stato utilizzato anche nel 1948-1965 Porsche 356 , 1953-1956 Porsche 550 , 1965-1969 Porsche 912 e 1969-1976 Porsche 914 . Nel 1982, per conformarsi alle normative sulle emissioni di scarico, nel Volkswagen Transporter (T3) è stata introdotta una versione raffreddata ad acqua denominata Volkswagen Wasserboxer
Durante gli anni '60 e '70, diversi produttori hanno prodotto motori flat-four tra cui il motore flat-four Citroën raffreddato ad aria, il motore flat-four raffreddato ad acqua Alfa Romeo , il motore flat-four Lancia raffreddato ad acqua e la Subaru raffreddata ad acqua. motore EA .
Due importanti motori progettati in questo periodo, ma mai visti la luce nella produzione di serie, furono il motore Morris 800cc a valvole laterali di Alec Issigonis nel 1947 originariamente destinato alla Morris Minor, e il motore SOHC Ferguson 2.2 litri di Claude Hill nel 1966 nell'ambito del progetto di ricerca sui veicoli R5.
2000-oggi
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Entro l'anno 2000, la maggior parte dei produttori aveva sostituito i motori a quattro cilindri con motori a quattro cilindri in linea. Un'eccezione degna di nota è Subaru, con l'ultima iterazione del suo motore flat-four, il motore Subaru EJ raffreddato ad acqua disponibile in forma turbo nella berlina sportiva Subaru WRX e nella sua controparte World Rally Car . L'adozione da parte di Subaru della trazione integrale è stata un fattore nel mantenere il motore a quattro ruote motrici , poiché la lunghezza più corta di questo motore aiuta a montare i componenti della trazione integrale nel telaio. Sebbene sia più costoso di un motore a quattro cilindri in linea, il motore a quattro ruote motrici consente a Subaru di costruire un veicolo a trazione integrale con un piccolo costo aggiuntivo rispetto alle due ruote motrici.
Nel 2012, una versione aspirato del motore Subaru FA è stata utilizzata nella coupé sportiva a trazione posteriore Toyota 86 (chiamata anche "Subaru BRZ" e "Scion FR-S"). Questo motore è raffreddato ad acqua, ha iniezione diretta di benzina , produce 147 kW (197 CV) e ha una cilindrata di 2,0 L (122 cu in)
Le auto sportive a motore centrale Porsche Boxster/Cayman (982) del 2016 sono state ridimensionate da un motore a sei cilindri aspirato a un motore a quattro cilindri turbocompresso, il primo quattro cilindri a stella di Porsche dalla metà degli anni '70. Questo motore è prodotto in cilindrate di 2,0-2,5 L (122-153 cu in) e produce fino a 365 CV (272 kW). Diversi recensori hanno criticato la Boxster/Cayman per un suono del motore poco interessante.
Uso in moto
La maggior parte delle motociclette con motori a quattro cilindri utilizza un layout del motore a quattro cilindri in linea , tuttavia, diversi motori a quattro motori piatti sono stati utilizzati nelle motociclette con trasmissione ad albero :
- 1938-1939 Zündapp K800 (raffreddato ad aria)
- 1974-1987 Honda Gold Wing (raffreddato a liquido)
- 1955-1956 Wooler 500cc (raffreddato ad aria)
- 1981-1982 BFG 1300 (in francese) , utilizzando il motore a quattro cilindri Citroën raffreddato ad aria. Ne furono costruiti circa 450, di cui un quarto acquistati dalla polizia francese.
Uso in aereo
Gli aerei leggeri usano comunemente motori flat-four con cilindrate fino a 6,4 L (390 cu in) di produttori come Lycoming Engines , Continental Motors e Franklin Engine Company .
Per gli aerei radiocomandati , i motori flat-four con cilindrate di 40-50 cc (2,4-3,1 cu in) sono prodotti da aziende come OS Engines .