Motore piatto - Flat engine
Un motore piatto , noto anche come motore orizzontalmente opposto , è un motore a pistoni in cui i cilindri si trovano su entrambi i lati di un albero motore centrale . Un motore piatto non deve essere confuso con il motore a pistoni contrapposti , in cui ogni cilindro ha due pistoni che condividono una camera di combustione centrale.
La configurazione più comune dei motori piatti è il motore boxer , in cui i pistoni di ciascuna coppia di cilindri contrapposti si muovono verso l'interno e verso l'esterno contemporaneamente. I motori boxer sono un tipo di motore piatto; tuttavia, i motori piatti non sono necessariamente motori boxer. L'altra configurazione è effettivamente un motore a V con un angolo di 180 gradi tra le bancate dei cilindri. Ogni coppia di cilindri condivide un singolo perno di biella, in modo che quando un pistone si muove verso l'interno, l'altro si sposta verso l'esterno.
Il primo motore piatto fu costruito nel 1897 da Karl Benz . I motori piatti sono stati utilizzati nelle applicazioni aeronautiche, motociclistiche e automobilistiche. Ora sono meno comuni nelle auto rispetto ai motori diritti (per motori con meno di sei cilindri) e motori a V (per motori con sei o più cilindri). Sono molto più comuni negli aerei, dove i motori diritti sono una rarità e i motori a V sono quasi scomparsi tranne che negli aerei storici. Hanno persino sostituito i motori radiali in molte installazioni più piccole.
Design
I vantaggi dei motori flat sono la lunghezza ridotta, il baricentro basso e l'idoneità al raffreddamento ad aria .
Rispetto ai motori rettilinei - il layout più comune - i motori piatti hanno un migliore equilibrio primario (con conseguente minore vibrazione); tuttavia gli svantaggi sono l'aumento della larghezza e la necessità di avere due testate. Rispetto ai motori a V - il layout più comune per i motori con sei cilindri o più - i motori piatti hanno un baricentro più basso (e un migliore equilibrio primario rispetto ai motori V6), tuttavia di solito hanno una larghezza maggiore.
Gli usi più comuni dei motori flat sono:
- I motori bicilindrici sono usati principalmente nelle motociclette. Occasionalmente è stato utilizzato in auto leggere, aerei e applicazioni industriali, principalmente fino agli anni '60.
- I motori flat-four sono per lo più utilizzati nelle auto (in particolare nei primi modelli Volkswagen da 1 a 4 e da Subaru nella maggior parte dei loro modelli) e occasionalmente sono stati utilizzati nelle motociclette. Il loro uso più comune è in velivoli monomotore più piccoli in cui sono ancora fabbricati e utilizzati fino ad oggi.
- I motori a sei cilindri sono utilizzati principalmente nelle automobili (in particolare dalla vettura sportiva Porsche 911) e occasionalmente sono stati utilizzati in motociclette e aerei.
- I motori a otto cilindri sono stati utilizzati in diverse auto da corsa, principalmente da Porsche negli anni '60.
- Non è noto che i motori Flat-ten abbiano raggiunto la produzione. Un prototipo di motore per auto da strada è stato costruito da Chevrolet negli anni '60.
- I motori a dodici cilindri sono stati utilizzati in varie auto da corsa, in particolare la Porsche 917K , negli anni '60 e '70, e nelle vetture stradali Ferrari dal 1973 al 1996.
- Non è noto che i motori a sedici piatti abbiano raggiunto la produzione. I prototipi di motori per auto da corsa furono costruiti da Coventry e Porsche negli anni '60 e '70.
Configurazione boxer
La maggior parte dei motori piatti utilizza una configurazione "boxer", in cui ogni coppia di pistoni opposti si muove verso l'interno e verso l'esterno allo stesso tempo, un po' come i concorrenti di boxe che prendono a pugni i guanti prima di un combattimento. I motori boxer hanno basse vibrazioni, poiché sono l'unica configurazione comune che non ha forze sbilanciate indipendentemente dal numero di cilindri. I motori boxer quindi non richiedono un albero di bilanciamento o contrappesi sull'albero motore per bilanciare il peso delle parti alternative. Tuttavia, nel caso di motori boxer con meno di sei cilindri, è presente una coppia oscillante , poiché ciascun cilindro è leggermente sfalsato rispetto alla coppia contrapposta, a causa della distanza tra i perni di biella lungo l'albero motore.
Motore a V di 180 gradi
Una configurazione alternativa per i motori piatti è un motore a V di 180 gradi , che è stato utilizzato sulla maggior parte dei motori piatti a dodici cilindri. In questa configurazione, ogni coppia di pistoni condivide un perno di biella , piuttosto che la configurazione boxer in cui ogni pistone ha il proprio perno di biella.
Uso aeronautico
Nel 1902, il monoplano Pearse (che in seguito sarebbe diventato uno dei primi velivoli a volare) era alimentato da un motore bicilindrico. Tra i primi velivoli prodotti commercialmente ad utilizzare un motore piatto c'è la gamma di aeroplani Santos-Dumont Demoiselle del 1909 , che era alimentata da motori boxer-twin.
Diversi motori boxer-4 sono stati prodotti appositamente per velivoli leggeri. Diversi produttori hanno prodotto motori per aerei boxer-sei durante gli anni '30 e '40.
Durante la seconda guerra mondiale, i motori boxer-twin chiamati "Riedel starter" furono usati come motorino di avviamento/ APU meccanico per i primi motori a reazione tedeschi come Junkers Jumo 004 e BMW 003 . Progettati da Norbert Riedel , questi motori hanno un rapporto di corsa molto quadrato di 2:1 in modo che possano essere inseriti nel deviatore di aspirazione, direttamente davanti al compressore della turbina.
Uso moto
I motori piatti offrono diversi vantaggi per i motocicli tra cui un baricentro basso , basse vibrazioni, idoneità alla trasmissione ad albero e persino raffreddamento dei cilindri (per motori raffreddati ad aria). Il design più comune di motori piatti per motociclette è il bicilindrico boxer, a partire dalla Fée del 1905 prodotta dalla Light Motors Company, che è stata la prima motocicletta di produzione a utilizzare un motore piatto. BMW Motorrad ha una lunga storia di motociclette boxer, iniziata nel 1923 con la BMW R32
Diverse motociclette sono state prodotte con motori flat-four, come la Zündapp K800 del 1938-1939 e la Honda Gold Wing del 1974-1987 . Nel 1987, il motore Honda Gold Wing è stato ridimensionato a un design a sei cilindri.
Uso automobilistico
Quando vengono utilizzati in auto, i vantaggi dei motori piatti sono un baricentro basso (che migliora la maneggevolezza dell'auto), lunghezza ridotta, basse vibrazioni e idoneità al raffreddamento ad aria (grazie alla superficie ben esposta e ampia, alle teste dei cilindri e alle lunghezza). Tuttavia, la maggiore larghezza dei motori piatti (rispetto ai più comuni layout in linea e a V) è uno svantaggio, in particolare quando il motore si trova tra le ruote sterzanti.
I motori piatti sono stati utilizzati da varie case automobilistiche, per lo più con un design boxer-quattro, fino alla fine degli anni '90. Da allora, solo Porsche e Subaru sono rimaste come importanti produttori di motori piatti.
Disposizione della trasmissione
A causa della lunghezza ridotta dei motori piatti, l'ubicazione di un motore piatto al di fuori del passo dell'auto comporta uno sbalzo minimo. Pertanto, molte auto con motore piatto hanno utilizzato un layout con motore posteriore e trazione posteriore . Gli esempi includono la BMW 600 (1957-1959) e la BMW 700 (1959-1965); i quattro piatti Tatra 97 (1936-1939), Volkswagen Beetle (1938-2003) e Porsche 356 (1948-1965); e la Chevrolet Corvair a sei cilindri (1959-1969), la Porsche 911 (1963-oggi) e la Tucker 48 (1947-1948).
Il layout opposto, trazione anteriore con motore anteriore , era comune anche per le auto con motore piatto. Esempi includono Citroën 2CV (1948-1990), Panhard Dyna X (1948-1954), Lancia Flavia (1961-1970), Citroën GS (1970-1986), Alfa Romeo Alfasud (1971-1989) e Subaru Leone (1971- 1994).
Subaru produce automobili con motore anteriore e quattro ruote motrici alimentate da motori piatti (per lo più boxer quattro motori) dal 1971. Esempi includono Subaru Leone (1971-1994), Subaru Legacy (1989-oggi) e Subaru Impreza (1992-oggi). I semiassi anteriori fuoriescono da un differenziale anteriore che fa parte del cambio. Un albero di trasmissione posteriore collega il cambio ai semialberi posteriori.
Il layout tradizionale con motore anteriore e trazione posteriore è relativamente raro per le auto con motore piatto, tuttavia alcuni esempi includono la Toyota 86 / Subaru BRZ (2012-oggi), Jowett Javelin (1947-1953), Glas Isar (1958- 1965) e i Tatra 11 (1923-1927).
Storia
.jpg)
Il primo motore piatto fu prodotto nel 1897 dall'ingegnere tedesco Karl Benz . Chiamato il motore kontra , era un design boxer-twin. I primi usi dei motori piatti nelle auto includono il boxer gemello Phaeton da 8 CV del 1900 , il boxer quattro Wilson-Pilcher del 1901 , il boxer sei Wilson-Pilcher del 1904 da 18/24 CV e il Ford Model A del 1903 , il Ford Model del 1904 C e la Ford Model F del 1905 .
Nel 1938, il Maggiolino Volkswagen (allora chiamato "KdF-Wagen") fu rilasciato con un motore a quattro cilindri montato posteriormente. Questo motore Volkswagen raffreddato ad aria è stato prodotto per molti anni e utilizzato anche nella Volkswagen Tipo 2 (Transporter, Kombi o Microbus), nella vettura sportiva Volkswagen Karmann Ghia e nella vettura compatta Volkswagen Tipo 3 . Una versione raffreddata ad acqua, nota come Wasserboxer , fu introdotta nel 1982 e alla fine sostituì le versioni raffreddate ad aria.
La maggior parte delle auto sportive nella storia di Porsche sono alimentate da motori piatti, a cominciare dalla sua prima auto; la Porsche 356 del 1948-1965 utilizzava un motore boxer quattro raffreddato ad aria. Anche la Porsche 914 del 1969-1976 , la Porsche 912 del 1965-1969 e la Porsche Boxster/Cayman (982) del 2016-oggi utilizzavano motori boxer-quattro . La Porsche 911 ha utilizzato esclusivamente motori boxer sei dalla sua introduzione nel 1964 fino ad oggi. Nel 1997, la Porsche 911 passò dal raffreddamento ad aria al raffreddamento ad acqua.
I motori a otto cilindri Porsche furono utilizzati in varie auto da corsa negli anni '60, come la Porsche 804 Formula 1 del 1962 e la Porsche 908 del 1968-1971 . Un motore piatto dodici è stato prodotto anche da Porsche per l' auto sportiva Porsche 917 1969-1973 .
Chevrolet ha utilizzato un motore a 6 cilindri raffreddato ad aria orizzontalmente nella sua linea Corvair durante l'intero ciclo di produzione dal 1960 al 1969 in varie applicazioni e potenze, incluso uno dei primi usi di un turbocompressore in un'automobile prodotta in serie.
Il motore Subaru EA fu introdotto nel 1966 e diede inizio alla linea Subaru di motori boxer-quattro che rimangono in produzione fino ad oggi. La maggior parte dei modelli Subaru è alimentata da un motore boxer quattro in forma aspirato o turbocompresso. Una pubblicità stampata per la coupé Subaru GL del 1973 si riferiva al motore come "quadrozontal". L'azienda ha anche prodotto motori boxer-sei dal 1988 al 1996 e dal 2001 al 2019. Nel 2008, il motore Subaru EE è diventato il primo motore boxer diesel al mondo per autovetture. Questo motore è un boxer-quattro turbo con iniezione common rail.
La Ferrari ha utilizzato motori flat-dodici per varie vetture di Formula 1 negli anni '70. Un motore piatto dodici per auto da strada (utilizzando una configurazione V12 di 180 gradi) è stato utilizzato per la Ferrari Berlinetta Boxer del 1973-1984 , la Ferrari Testarossa del 1984-1996 e le loro derivate.
Toyota utilizza la designazione Toyota 4U-GSE per il motore boxer-quattro nelle versioni targate Toyota dei gemelli Toyota 86 / Subaru BRZ , sebbene il motore sia effettivamente progettato e costruito da Subaru come motore Subaru FA20 .