Reihenmotor - Straight-twin engine
Ein Straight-Twin-Motor , auch als Inline-Twin , Vertical-Twin oder Parallel-Twin bekannt, ist ein Zweizylinder- Kolbenmotor, bei dem zwei Zylinder entlang einer gemeinsamen Kurbelwelle in einer Reihe angeordnet sind.
In Motorrädern werden vor allem Reihensechszylinder-Motoren eingesetzt; andere Verwendungen umfassen Automobile, Seeschiffe, Schneemobile, Jetskis, Geländefahrzeuge, Traktoren und Ultraleichtflugzeuge.
Für Straight-Twin-Motoren wurden verschiedene Kurbelwellenkonfigurationen verwendet, wobei die gängigsten 360 Grad, 180 Grad und 270 Grad sind.
Terminologie
Das Straight-Twin-Layout wird auch als "Parallel-Twin", "Vertical-Twin" und "Inline-Twin" bezeichnet. Einige dieser Begriffe hatten ursprünglich spezifische Bedeutungen in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel oder die Motorausrichtung, sie werden jedoch oft auch austauschbar verwendet.
In Großbritannien wird der Begriff "Parallel-Twin" traditionell für Motoren mit einem Kurbelwellenwinkel von 360 Grad verwendet, da die beiden Kolben in die gleiche Richtung (also parallel zueinander) stehen. "Vertical-Twin" wurde verwendet, um Motoren mit einem Kurbelwellenwinkel von 180 Grad zu beschreiben, wodurch sich die Kolben in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Die Begriffe "Straight-Twin" und "Inline-Twin" wurden allgemeiner für jeden Kurbelwellenwinkel verwendet.
Bei Motorrädern hat sich "Inline-Twin" manchmal entweder auf eine Längsmotorausrichtung (dh mit der Kurbelwelle in einer Linie mit dem Chassis) oder einen U-Motor ( Tandem-Twin ) bezogen, bei dem die Zylinder längs im Chassis angeordnet sind (obwohl die beiden Kurbelwellen sind eigentlich quer ausgerichtet).
Entwurf
Im Vergleich zu V-Twin-Motoren und Flat-Twin-Motoren sind Straight -Twin-Motoren kompakter, einfacher konstruiert und billiger in der Herstellung. Straight-Twin-Motoren können anfällig für Vibrationen sein, entweder aufgrund des unregelmäßigen Zündintervalls bei 180 ° -Kurbelmotoren oder der großen ungebremsten Hubmasse bei 360 ° -Kurbelmotoren. Inline-Twins leiden außerdem unter Torsionsdrehmomentreaktionen und Vibrationen.
Kurbelwellenwinkel
Die gängigsten Kurbelwellenkonfigurationen für Straight-Twin-Motoren sind 360 Grad, 180 Grad und 270 Grad.
- 360 Grad
Bei einem Motor mit 360-Grad-Kurbelwelle bewegen sich beide Kolben gleichzeitig auf und ab. Das Zündintervall ist jedoch zwischen den Zylindern versetzt, wobei ein Zylinder während der ersten Kurbelwellenumdrehung und dann der andere Zylinder in der folgenden Umdrehung zündet. Die 360-Grad-Motoren können ein einziges Zündsystem für beide Zylinder verwenden, wobei ein Wasted-Spark- System verwendet wird.
Die unvollkommene Primärbalance entspricht der eines Einzylindermotors mit äquivalenter Hubmasse. Frühe Motoren versuchten, Vibrationen durch Gegengewichte an der Kurbelwelle zu reduzieren, spätere Methoden beinhalteten jedoch auch Ausgleichswellen und eine separate gewichtete Pleuelstange. Im Vergleich zu einem Einzylindermotor führt der häufigere Zündabstand (360 Grad gegenüber 720 Grad) zu einem ruhigeren Laufverhalten trotz ähnlicher dynamischer Unwucht.
Ab den 1930er Jahren verwendeten die meisten britischen Viertakt-Reihen-Twin-Motorradmotoren eine 360-Grad-Kurbelwelle, da dies das ungleichmäßige Einlasspulsieren anderer Konfigurationen verhinderte und somit die Notwendigkeit von Doppelvergasern vermieden wurde. In den 1960er Jahren, obwohl japanische Motorräder meist auf 180-Grad-Kurbelwellen für Motoren mit einer Größe von 250 bis 500 ccm umgestellt wurden, verwendeten verschiedene kleinere und größere Motoren weiterhin eine 360-Grad-Kurbelwelle. Vibration war weniger ein Problem für kleinere Motoren, wie die 1965 Honda CB92 und 1979 Honda CM185 . Größere Motoren, wie der Yamaha XS 650 von 1969 und der Yamaha TX750 von 1972 , verwendeten oft Ausgleichswellen, um die Vibrationen zu reduzieren. Die späteren Honda CB250N/CB400N Motoren von 1978-1984 verwendeten ebenfalls eine 360-Grad-Kurbelwelle. Die Parallel-Twin- Motorräder der BMW F-Serie von 2008 verwenden ebenfalls 360-Grad-Kurbelwellen mit einer dritten "Rest"-Pleuel (die als Gegengewicht dient) und einer Drehzahlbegrenzung von 9.000 U / min, um Vibrationen zu reduzieren.
- 180 Grad
Bei einem Motor mit einer 180-Grad-Kurbelwelle hebt sich ein Kolben, während der andere fällt. Bei einem Viertaktmotor ist das Zündintervall ungleichmäßig, wobei der zweite Zylinder 180 Grad nach dem ersten zündet, gefolgt von einer Lücke von 540 Grad, bis der erste Zylinder erneut zündet. Das ungleichmäßige Zündintervall verursacht Vibrationen und führt zu einer „klumpigen“ Leistungsentfaltung. Ein 180°-Motor erfordert auch für jeden Zylinder ein separates Zündsystem.
Eine perfekte Primärbalance ist mit einem 180-Grad-Reihen-Twin-Motor möglich, jedoch erzeugt das Design ein Schaukelpaar, das die Verwendung einer Ausgleichswelle erfordert, um die Vibrationen zu reduzieren. Ein 180-Grad-Reihenmotor hat eine sekundäre Unwucht (ähnlich einem Vierzylinder-Reihenmotor), die jedoch aufgrund der geringeren Hubmasse oft nicht behandelt werden muss.
Ein 180°-Kurbelwellenmotor erleidet weniger Pumpverluste als ein 360°-Twin, da der Hubraum des Kurbelgehäuses bei der Bewegung der Kolben relativ unverändert bleibt.
In den 1960er Jahren favorisierten japanische Motorradhersteller den Einsatz von 180-Grad-Kurbelwellen, da die erhöhte Laufruhe höhere Drehzahlen und damit höhere Leistungen ermöglichte. Zum Beispiel hat der Honda CB450 180-Grad-Kurbelwellenmotor von 1966 eine ähnliche Leistung wie zeitgenössische britische 360-Grad-Kurbelwellenmotoren, obwohl er einen kleineren Hubraum von 450 ccm im Vergleich zu 650 ccm hat. Sowohl die Yamaha TX500 von 1973 als auch die Suzuki GS400 von 1977 hatten eine 180-Grad-Kurbelwelle und eine Ausgleichswelle. Seit 1993 verwenden die meisten Honda Straight-Twin-Motorradmotoren 180-Grad-Kurbelwellen.
Zweitaktmotoren verwenden typischerweise eine 180-Grad-Kurbelwelle, da dies zu zwei gleichmäßig beabstandeten Arbeitstakten pro Umdrehung führt. Die Grundfrequenz der Schwingung ist zweimal die eines äquivalenten Einzylindermotor ist jedoch die Amplitude halbiert wird. Zweitaktmotoren, die keine 180-Grad-Kurbelwelle verwenden, umfassen den Yankee von 1972 und die Militärausgabe des Jawa 350 von 1964 , die beide stattdessen 360-Grad-Kurbelwellen verwenden.
- 270 Grad
Bei einem Motor mit einer 270-Grad-Kurbelwelle folgt ein Kolben drei Viertel einer Umdrehung hinter dem anderen. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Zündintervall, bei dem der zweite Zylinder 270 Grad nach dem ersten zündet, gefolgt von einer Lücke von 450 Grad, bis der erste Zylinder erneut zündet. Dies ist das gleiche Muster wie bei einem 90-Grad- V-Twin-Motor , und beide Konfigurationen haben als Ergebnis ein ähnliches "pulsierendes" Auspuffgeräusch. Die Kolben eines 270-Grad-Reihenmotors stehen nie gleichzeitig still (wie bei einem 90-Grad-V-Twin-Motor), wodurch der Netto-Impulsaustausch zwischen Kurbel und Kolben während einer vollen Umdrehung reduziert wird.
In einem 270-Grad-Reihen-Twin-Motor wird aufgrund einer Kombination aus freier Kraft und Schaukelpaar ein unvollkommenes Primärgleichgewicht geschaffen; zum Ausgleich wird oft eine Ausgleichswelle verwendet. Die Sekundärbalance eines 270-Grad-Motors ist perfekt, die Konfiguration führt jedoch zu einem unausgeglichenen Schaukelpaar.
Die ersten 270-Grad-Straight-Twin-Motorradmotoren wurden 1996 in den Yamaha TRX850 und den Yamaha TDM eingebaut . Spätere Beispiele sind der Triumph Thunderbird 2009 , 2010 Norton Commando 961 , 2012 Honda NC700 Serie , 2014 Yamaha MT-07 , 2016 Triumph Thruxton 1200 und 2018 Royal Enfield Interceptor 650 .
Hauptlager
Jeder Zylinder in einem Straight-Twin-Motor hat einen separaten Kurbelzapfen , im Gegensatz zu V-Twin-Motoren, die einen gemeinsamen Kurbelzapfen für beide Pleuel verwenden können . Die meisten klassischen britischen Straight-Twin-Motorradmotoren (wie Triumph, BSA, Norton und Royal Enfield) hatten zwei Hauptlager . Ab den späten 1950er Jahren hatten die meisten Honda-Reihenmotoren vier Hauptlager. Nachfolgende Straight-Twin-Motoren hatten vier oder gelegentlich drei Hauptlager.
Verwendung in Motorrädern
Geschichte
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Das erste Serienmotorrad der Welt, die Hildebrand & Wolfmüller von 1894, verwendet einen Reihen-Zweizylindermotor. Die Zylinder liegen flach und nach vorne gerichtet, wobei die Kolben über eine lokomotivenartige Pleuelstange direkt mit dem Hinterrad verbunden sind. 1903 wurde die Werner Motocyclette das zweite Serienmotorradmodell mit einem Reihen-Zweizylindermotor mit vertikalen Zylindern. Der Werner-Motor verwendet gusseiserne Zylinder mit integrierten Köpfen, seitlichen Ventilen und hat einen Hubraum von 500 ccm.
Die Triumph Speed Twin von 1938 war ein erfolgreiches Straight-Twin-Motorrad, das auch dazu führte, dass Straight-Twin-Motoren von anderen Marken immer häufiger verwendet wurden. Der Motor wurde von Edward Turner und Val Page entworfen und wurde ursprünglich im 1933er Triumph 6/1 Beiwagenschlepper verwendet (der die Silbermedaille des Internationalen Sechstagerennens und die Maudes Trophy 1933 gewann ). Bei der Entwicklung des Motors hat sich herausgestellt, dass ein Kurbelwinkel von 360 Grad besser für die Verwendung eines einzelnen Vergasers geeignet ist als ein Kurbelwinkel von 180 Grad.
Dem Trend der Triumph Speed Twin folgend, war die bis Mitte der 1970er Jahre am häufigsten verwendete Konstruktion der britischen Motorradhersteller ein Viertakt-Reihenmotor mit einer 360-Grad-Kurbelwelle. Zu den Herstellern dieser Motorräder gehörten BSA , Norton , Triumph , Ariel , Matchless und AJS . Reihenmotoren wurden auch von italienischen und deutschen Herstellern sowie dem amerikanischen Hersteller Indian produziert .
Im Jahr 1949 gewann die AJS E-90 Porcupine die 500 Grand Prix-Weltmeisterschaft 1949 und wurde das erste und einzige Straight-Twin-Motorrad, das die Meisterschaft gewann. Dieser Motor ist einer der wenigen Viertakt-Reihen-Zwillinge für uns Zylinder, die eher horizontal als vertikal ausgerichtet sind.
Seit den 2000er Jahren produzieren BMW und mehrere japanische Hersteller weiterhin Reihensechszylinder-Motoren, hauptsächlich für Mittelgewichtsmodelle. Mehrere große Roller haben auch Straight-Twin-Motoren verwendet, wie der 2001er Yamaha TMAX und der 2001er Honda Silver Wing . Auch im Motorcross-Seitenwagenrennen werden Reihensechszylinder-Motoren eingesetzt.
Quermotor-Modelle
Viele große britische Motorräder von 1945 bis in die 1960er Jahre verwendeten einen quer eingebauten Reihen-Twin- Motor (dh mit der Kurbelwelle senkrecht zum Rahmen ausgerichtet), wie die Triumph Bonneville und Norton Commando . Dieses Layout ist gut für die Luftkühlung geeignet, da beide Zylinder den gleichen Luftstrom erhalten und die Abgase an der gut gekühlten Stelle an der Vorderseite jedes Zylinders austreten können. Die minimal mögliche Länge des Radstandes wird durch die Breite des Motors bestimmt.
Die Quermotor-Reihenmotorbauweise wurde weitgehend durch V-Twin-Motoren ersetzt , jedoch hat die Reihenmotorbauweise den Vorteil einer einfacheren Unterbringung von Nebenaggregaten (wie Luftfilter, Vergaser und Zündungskomponenten), was auch die Zugänglichkeit verbessert an Nebenaggregate für Wartung/Reparaturen. Ein Straight-Twin-Motor mit einer 270-Grad-Kurbelwelle kann einen ähnlichen Klang und ein ähnliches Gefühl haben wie ein V-Twin-Motor mit einer ungleichmäßigen Zündfolge.
Modelle mit Längsmotor
Längsmotor-Reihenmotorräder sind weniger verbreitet, aber Beispiele sind der Dresch Monobloc von 1930-1938 und der Sunbeam S7 und S8 von 1949-1956 .
Diese Motorausrichtung ermöglicht ein Motorrad so schmal wie ein Einzylindermotor, was den Luftwiderstand insbesondere für Motorradrennen reduziert. Der Hauptnachteil bei luftgekühlten Motoren besteht jedoch darin, dass der hintere Zylinder heißer läuft als der vordere.
Verwendung in Automobilen
Obwohl Zweizylinder-Motoren in Autos recht ungewöhnlich sind, wurde das Straight-Twin-Layout im Laufe der Zeit für mehrere Automotoren verwendet.
Der erste bekannte Reihenmotor war eine Variante des 1895 eingeführten Phoenix- Motors von Daimler Motors ; diese Motoren wurden in diesem Jahr in Panhard- Autos verwendet. Ein weiteres frühes Auto mit geradem Doppelmotor war der Decauville Voiturelle von 1898 , der ein Zylinderpaar aus einem de Dion-Modell verwendete, das vorne und hinten montiert und unter dem Sitz positioniert war.
Zweizylinder-Reihenmotoren wurden in verschiedenen Kleinwagen verwendet, wie 1957 Fiat 500 , 1958 Subaru 360 , 1958 NSU Prinz , 1962 Mitsubishi Minica , 1967 Honda N360 , 1970 Honda Z600 , 1972 Fiat 126 , 1988 VAZ Oka , 1988 Dacia Lăstun und 1980 Daihatsu Cuore .
Zu den derzeit in Serienfahrzeugen verwendeten Benzin-Reihenmotoren gehören der Tata Nano und der Fiat TwinAir-Motor (verwendet in verschiedenen Modellen von Fiat, Lancia und Alfa Romeo). Die derzeit in Produktion befindlichen Diesel-Reihenmotoren umfassen den Piaggio Porter- Motor.
Einsatz in Seeschiffen
Straight-Twin-Motoren wurden oft als Innenbordmotoren , Außenbordmotoren und Strahlpumpenmotoren verwendet.
Im frühen 20. Jahrhundert rüsteten britische Fischerboote mit Gaffeln wie die Morecambe Bay Prawners Lancashire Nobbys manchmal einen Innenbordmotor wie den Lister oder den Kelvin E2 3,0-Liter-Benzin-Paraffin-Motor nach.
Ab den 1950er Jahren hatten sich die Hersteller von Außenbordmotoren auf die Verwendung der grundlegenden Reihenmotorkonstruktion festgelegt, bei der die Zylinder übereinander gestapelt sind, wobei die Kurbelwelle die Propellerwelle antreibt . Der Suzuki 15 Outbound-Motor wurde 1989 eingeführt.
Andere Verwendungen
Andere Verwendungen umfassen Traktoren (wie verschiedene John Deere-Modelle bis 1960), Schneemobile , Wassermotorräder und Geländefahrzeuge . Designvarianten umfassen Zweitakt, Viertakt, Benzin, Diesel, Luftkühlung , Wasserkühlung , Saugmotor und Turboaufladung .
Ultraleichtflugzeuge , einsitzige Gyrocopter und kleine selbstgebaute Flugzeuge haben auch Doppelmotoren verwendet, oft mit Motoren, die ursprünglich für Schneemobile wie Hirth 2704 und Cuyuna 430-D entwickelt wurden. Zu den speziell angefertigten Triebwerken für Ultraleichtflugzeuge gehören der Rotax 503 und der Rotax 582 . Doppelmotoren werden manchmal auch in großen ferngesteuerten Flugzeugen verwendet .