Motore bicilindrico - Flat-twin engine
Un motore bicilindrico è un motore a combustione interna a due cilindri con i cilindri sui lati opposti dell'albero motore. Il tipo più comune di motore bicilindrico è il motore boxer-twin , in cui entrambi i cilindri si muovono verso l'interno e verso l'esterno allo stesso tempo.
Il design bicilindrico fu brevettato da Karl Benz nel 1896 e il primo motore bicilindrico di produzione fu utilizzato nell'auto Lanchester da 8 CV Phaeton rilasciata nel 1900. Il motore bicilindrico fu utilizzato in molte altre vetture poiché, tuttavia, un motore più comune l'uso è in motociclette; i primi modelli orientavano i cilindri in linea con il telaio, tuttavia i modelli successivi passarono ai cilindri perpendicolari al telaio per fornire un raffreddamento uniforme su entrambi i cilindri.
I motori flat-twin furono utilizzati anche in diversi velivoli fino agli anni '30 e in varie applicazioni stazionarie dagli anni '30 agli anni '60.
Il produttore australiano di tosaerba Victa ha anche prodotto un tosaerba a spinta con motore bicilindrico piatto dall'agosto 1975 al 1980 soprannominato "Twin 500" e "Supreme", questi motori sono stati fabbricati in Canada, sono molto discreti poiché la produzione ha visto solo pochi numeri molto probabilmente a causa di problemi relativi all'accensione e al carburante nei primi modelli, il supremo (essendo il modello successivo) aveva risolto tutti questi problemi con un pistone a cupola posteriore, miscelatori del basamento e un raffinato sistema di accensione
Design tipico
La maggior parte dei motori flat-twin utilizza una configurazione boxer per l' albero motore e sono quindi chiamati motori "boxer-twin". In un bicilindrico boxer, l'albero motore a 180° muove i pistoni in fase tra loro, quindi le forze generate da un pistone vengono annullate dall'altro, ottenendo un ottimo equilibrio primario. L' ordine di sparo uniformemente distanziato aiuta anche a ridurre le vibrazioni. Le forze uguali e opposte in un motore boxer-twin generano però una coppia oscillante , dovuta alla distanza di sfalsamento tra i pistoni lungo l'albero motore.
Un sistema di accensione comunemente usato è la scintilla sprecata , che è un semplice sistema di accensione che utilizza una bobina a doppia estremità che accende entrambe le candele ad ogni giro (cioè sia durante la fase di compressione che di scarico). Questo sistema è senza distributore e richiede solo un singolo interruttore di contatto e bobina per il motore.
Pressione del carter
La configurazione boxer-twin può causare la pressione del basamento durante ogni corsa del pistone verso l'interno e la depressurizzazione durante ogni corsa del pistone verso l'esterno, poiché entrambi i pistoni si muovono verso l'interno o verso l'esterno contemporaneamente. Questo effetto di pompaggio del basamento (presente anche sui motori monocilindrici e sui motori bicilindrici paralleli a 360°) viene solitamente affrontato mediante uno sfiato del basamento.
Il motore bicilindrico boxer Citroën 2CV ha sfruttato questo effetto di pompaggio per mantenere un vuoto parziale all'interno del carter, al fine di ridurre le perdite di olio in caso di malfunzionamento di un paraolio. Ciò è stato ottenuto utilizzando una valvola unidirezionale (un lembo di pelle o gomma su un foro nel carter), per far uscire l'aria dal carter ma non entrarvi.
Applicazioni
automobili
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Gli inizi del motore bicilindrico furono nel 1896, quando Karl Benz ottenne un brevetto per il design. Un anno dopo, la sua azienda Benz & Cie ha presentato il primo motore bicilindrico piatto, un design boxer chiamato "motore contro".
Nel 1900, The Lanchester Engine Company iniziò la produzione della Phaeton Lanchester da 8 CV , che utilizzava un motore bicilindrico piatto. Questo motore aveva un design insolito di due alberi a gomiti controrotanti, con ciascun pistone attaccato al suo albero a gomiti da una spessa biella. Ciascun pistone era inoltre collegato all'altro albero motore da due bielle più sottili, facendo muovere i due pistoni sullo stesso asse. Aveva anche la reazione di coppia di un albero motore che annullava la reazione di coppia dell'altro, annullando la reazione di coppia nel motore. Lanchester ha utilizzato questo design del motore fino al 1904.
Altri primi utilizzi dei motori bicilindrici furono la Ford Model A del 1903-04 , la Ford Model C del 1904-1905 , la Ford Model F del 1905-1906 . e diversi modelli Jowett Cars dal 1910 al 1937.
La Citroën 2CV , prodotta dal 1948 al 1990, è stata una delle prime auto a trazione anteriore ad utilizzare un motore piatto. La 2CV era alimentata da un motore bicilindrico boxer raffreddato ad aria. Sempre nel 1948, la Panhard Dyna X fu rilasciata con trazione anteriore e motore bicilindrico boxer raffreddato ad aria. Altre auto dopo la seconda guerra mondiale che utilizzavano motori boxer-twin furono il furgone Jowett Bradford del 1945-1954 , il DAF Daffodil del 1961-1976, la Toyota Publica del 1961-1978 , l' auto sportiva Toyota Sports 800 del 1965-1969 e diversi modelli a trazione anteriore da Citroën e Panhard . Diverse auto con motore posteriore furono prodotte anche con motori boxer-twin originariamente progettati per motociclette, come la Puch 500 del 1957-1975 , la BMW 600 del 1957-1959 e la BMW 700 del 1959-1965 . Il produttore brasiliano Gurgel Motores ha utilizzato un motore boxer-twin raffreddato ad acqua (boxer-four raffreddato ad aria Volkswagen) in diversi modelli dal 1988 al 1994.
Il motore Toyota U era un motore bicilindrico raffreddato ad aria prodotto dal 1961 al 1976. Introdotto nell'utilitaria Toyota Publica , il motore U è stato utilizzato anche nel piccolo veicolo commerciale Toyota MiniAce e nell'auto sportiva Toyota Sports 800 .
Motociclette
Montaggio trasversale
I vantaggi dell'utilizzo di un motore bicilindrico montato con l'albero motore perpendicolare al telaio (quindi i cilindri essendo in linea con il telaio) sono un baricentro basso e un sistema di trasmissione a cinghia o catena può essere utilizzato per trasmettere la trazione alla ruota posteriore. Tuttavia, gli svantaggi sono la distribuzione irregolare del calore (il cilindro anteriore è più pesantemente raffreddato rispetto al cilindro posteriore) e spesso è necessario un passo più lungo a causa della lunghezza del motore.
Il primo motore bicilindrico per motocicletta fu costruito nel 1905 dalla Light Motors Company nel Regno Unito. Originariamente chiamato Fée (ribattezzato "Fata" subito dopo la sua introduzione), è stato progettato come un "sistema motore di bicicletta" che trasmetteva potenza a una puleggia sulla ruota posteriore tramite una catena. La produzione della Fata fu rilevata dalla Douglas Engineering Company , uno dei fornitori di Light Motors, quando la Light Motors Company chiuse nel 1907. Più tardi, nel 1907, Douglas cambiò la trasmissione dal design a catena e puleggia a un sistema di trasmissione a cinghia. direttamente dal motore. Gli sviluppi successivi della motocicletta Douglas furono realizzati con i cilindri in linea con il telaio fino alla seconda guerra mondiale.
Altre prime moto bicilindriche usavano un layout simile, con i cilindri allineati lungo il telaio e quindi con l'albero motore che scorreva trasversalmente al telaio.
Nel 1914 il principale fornitore di cambi a mozzo posteriore, Sturmey-Archer , introdusse un cambio a contralberi a 3 velocità con avviamento a pedale integrato, che poneva un problema di progettazione per le motociclette con motori bicilindrici montati trasversalmente. Questo cambio potrebbe essere posizionato relativamente facilmente dietro un motore monocilindrico o bicilindrico a V, tuttavia questa disposizione comporterebbe un passo eccessivamente lungo per i motori bicilindrici. Le soluzioni a questo problema includevano l'utilizzo di un contralbero sotto il motore (come usato dalla Douglas Fairy) o un cambio situato sopra il motore, sebbene in alcuni casi i cilindri fossero abbastanza corti da utilizzare il cambio nella posizione tradizionale dietro il motore.
Nel 1916, la maggior parte delle moto bicilindriche utilizzava ancora un motore montato trasversalmente. I modelli europei in questo momento includevano il Bradbury 3.5 hp, il Brough HB , i modelli Douglas 2.75 hp e 4 hp, i modelli Humber 3.5 hp e 6 hp, il Matchless 6 hp, il Montgomery 6 hp, Williamson Flat Twin 8 hp, e il Bayerische Flugzeugwerke Helios (il predecessore della prima motocicletta BMW). I modelli prodotti negli Stati Uniti incluso il modello indiano O e la Harley-Davidson modello W .
Montaggio longitudinale
Il vantaggio principale di montare un motore bicilindrico con l'albero motore in linea con il telaio (quindi i cilindri seduti lateralmente nel telaio) è che un motore raffreddato ad aria riceve la stessa quantità di raffreddamento per ciascun cilindro. L' Harley-Davidson XA , che utilizzava un motore bicilindrico piatto con i cilindri sul telaio, manteneva una temperatura dell'olio di 100 °F (56 °C) più fredda di una Harley-Davidson WLA con un bicilindrico a V con i cilindri in linea con la cornice. Un vantaggio collaterale è che i cilindri forniscono protezione al pilota in caso di collisione o caduta e mantengono i piedi caldi quando fa freddo. Gli svantaggi sono che il motore non può essere montato così vicino al suolo (altrimenti i cilindri possono raschiare il terreno in curva) e che espone i cilindri e i coperchi delle valvole al pericolo di danni da collisione.
Il montaggio longitudinale significa anche che la reazione di coppia torcerà la motocicletta su un lato (come in caso di brusche accelerazioni/decelerazione o quando si apre l'acceleratore in folle) invece di spostare il bilanciamento del peso tra le ruote anteriori e posteriori. Tuttavia, molte motociclette moderne riducono questo effetto ruotando i volani o gli alternatori nella direzione opposta a quella dell'albero motore.
Una delle prime motociclette con motore bicilindrico piatto montato longitudinalmente fu la ABC del 1916 , costruita nel Regno Unito. Per ospitare la trasmissione a catena, l'ABC ha utilizzato una trasmissione conica sul cambio per cambiare la direzione della trasmissione di novanta gradi. La prima motocicletta BMW, la BMW R 32 del 1923, fu un altro dei primi esempi di motore bicilindrico piatto montato longitudinalmente, sebbene in questo caso la potenza fosse trasmessa alla ruota posteriore tramite una trasmissione a cardano.
Nel tempo, il montaggio longitudinale è diventato più comune per i motori bicilindrici. BMW ha una lunga storia di motociclette con motore bicilindrico, così come Ural (Russia) e Dnepr (Ucraina).
Aviazione
Nel 1902, il monoplano Pearse (che in seguito sarebbe diventato uno dei primi velivoli a volare) era alimentato da un motore bicilindrico costruito in una fattoria da un inventore dilettante. Questo motore utilizzava il design insolito di un singolo perno di manovella condiviso e pistoni a doppio effetto. Nel 1908, la società francese Dutheil-Chalmers iniziò la produzione di motori per aerei a due cilindri piatti, che utilizzavano due alberi a gomiti controrotanti. Il motore Dutheil-Chlamers è stato utilizzato dall'aereo sperimentale Santos-Dumont Demoiselle n. 20 del 1907 , con versioni successive di questo aereo prodotte con motori flat-twin di Darracq e Clément-Bayard .
La maggior parte dei velivoli con motore a pistoni utilizzava più di due cilindri, tuttavia altri motori a due cilindri degli anni '20 e '30 includono l'americano Aeronca E-107 e Aeronca E-113 , il britannico Bristol Cherub e il cecoslovacco Praga B2 . L' HKS_700E è un flat twin raffreddato ad olio per velivoli ultraleggeri attualmente in produzione.
Negli aerei più grandi, i motori flat-twin sono stati utilizzati nelle unità di alimentazione ausiliarie (APU). Un esempio notevole è stato fatto da ABC Motors negli anni '20 e '30. Durante la seconda guerra mondiale, l' azienda Reidel in Germania progettò e produsse un motore bicilindrico a due tempi come motorino di avviamento per motori a reazione per motori a reazione Junkers Jumo 004, BMW 003 e Heinkel HeS 011
Altri usi
La Maytag 'modello 72' boxer Motori a prodotta dal 1937 fino a qualche tempo tra il 1952 e 1960- stati utilizzati in diverse applicazioni, tra cui lavabiancheria.
I generatori elettrici che utilizzano motori flat-twin furono costruiti dalla Norman Engineering Company dal 1932 al 1968 e dalla Douglas durante la seconda guerra mondiale. Enfield Industrial Engines (parte di Royal Enfield ) ha prodotto motori a benzina a due tempi a due tempi durante la seconda guerra mondiale che sono stati utilizzati per generatori e altri usi militari. Dopo il 1945, Enfield produsse motori diesel flat-twin, con applicazioni che includevano l'uso agricolo e marittimo. Coventry Victor ha introdotto una versione diesel del suo esistente bicilindrico a benzina da 688 cc nel 1932 e ha continuato a produrre motori diesel e benzina bicilindrici per una varietà di usi industriali e marini negli anni '50.
I flat-twin a due tempi erano spesso usati come motori fuoribordo per le barche, poiché erano più fluidi dei motori monocilindrici. Negli anni '40 furono in gran parte sostituiti da motori bicilindrici a due tempi, che erano più facili da avviare e non avevano più vibrazioni eccessive.
Riferimenti