フラットツインエンジン

フラットツインエンジンは、クランクシャフトの反対側にシリンダーがある2 気筒内燃エンジンです。最も一般的なタイプのフラットツインエンジンは、両方のピストンが同時に内側と外側に動く ボクサーツインエンジンです。

フラットツイン設計は1896 年にカール ベンツによって特許取得され、最初の量産フラットツイン エンジンは1900 年に発売されたランチェスター 8 馬力フェートン車に使用されました。フラットツイン エンジンはその後もいくつかの車で使用されましたが、より一般的に使用されているのはオートバイです。初期のモデルではシリンダーがフレームと一直線に配置されていましたが、後期のモデルではシリンダーがフレームに対して垂直になり、両方のシリンダーを均等に冷却できるようになりました。

フラットツインエンジンは、1930 年代までいくつかの航空機にも使用され、1930 年代から 1960 年代にかけてはさまざまな固定用途にも使用されました。

オーストラリアの芝刈り機メーカーである Victa も、1975 年 8 月から 1980 年にかけて、フラットツインエンジンの手押し式芝刈り機を製造し、「Twin 500」、後に「Supreme」と名付けました。これらのエンジンはカナダで製造されました。初期のモデルで点火や燃料関連の問題があったため、少数しか生産されなかったため、非常に人気があります。Supreme (後期モデル) では、これらの問題はすべて、後部ドーム型ピストン、クランクケースミキサー、改良された点火システムによって解決されました^[要出典]。

ほとんどのフラットツインエンジンは、クランクシャフトにボクサー構成を使用しているため、「ボクサーツイン」エンジンと呼ばれます。ボクサーツインエンジンでは、180°クランクシャフトがピストンを互いに同位相で動かすため、一方のピストンによって生成された力がもう一方のピストンによって打ち消され、優れた一次バランスが得られます。均等に間隔を置いた点火順序も振動の低減に役立ちます。ただし、ボクサーツインエンジンの等しく反対方向の力は、クランクシャフトに沿ったピストン間のオフセット距離のために、ロッキングカップルを生成します。^{[1] : 27}

一般的に使用されている点火システムはウェイストスパーク^[2]であり、これは両端コイルを使用して各回転（つまり圧縮行程と排気行程の両方）で両方のスパークプラグを点火する単純な点火システムです。このシステムはディストリビューターを必要とせず、エンジンに必要なのは単一のコンタクトブレーカーとコイルだけです。^[3]

ボクサーツイン構成では、両方のピストンが同時に内側または外側に動くため、ピストンが内側に動くたびにクランクケースに圧力がかかり、ピストンが外側に動くたびに圧力が下がることがあります。このクランクケースのポンピング効果（単気筒エンジンや360°パラレルツインエンジンにも見られます）は、通常、クランクケースブリーザーによって対処されます。^[4]

シトロエン2CVボクサーツインエンジンは、このポンプ効果を利用してクランクケース内の部分的な真空を維持し、オイルシールが故障した際のオイル漏れを減らしました。これは、クランクケースから空気を逃がすが、クランクケース内に空気が入らないようにする一方向バルブ（クランクケースの穴を覆う革またはゴムのフラップ）を使用することで実現しました。^[5]

フラットツインエンジンの始まりは、1896年にカール・ベンツが設計の特許を取得したことでした。1年後、彼の会社であるベンツ・アンド・シー社は、最初のフラットツインエンジンであるボクサー設計「コントラエンジン」を発表しました。^[6]

1900年、ランチェスター・エンジン社は、フラットツインエンジンを搭載したランチェスター8馬力フェートンの生産を開始した。 ^{[7] [8]}このエンジンは、2本の逆回転クランクシャフトという珍しい設計で、各ピストンは太いコネクティングロッドによってクランクシャフトに接続されていた。^[7]各ピストンは、2本の細いコネクティングロッドによってもう一方のクランクシャフトにも接続されており、2つのピストンが同じ軸上で動くようになっている。^{[7] [8]}また、一方のクランクシャフトのトルク反応がもう一方のクランクシャフトのトルク反応を打ち消すように設計されており、エンジンのトルク反応が打ち消されていた。^[7]ランチェスター社はこのエンジン設計を1904年まで使用していた。 ^[8]

フラットツインエンジンが初期に使用された他の車としては、1903-04年のフォード・モデルA、1904-1905年のフォード・モデルC、1905-1906年のフォード・モデルFがある。^{[9] [10] ：38–44}、そして1910年から1937年にかけてのジョウェット・カーズのいくつかのモデルがある^{。[11] [12] ：188–189}

1948年から1990年にかけて製造されたシトロエン2CVは、水平対向エンジンを採用した最初の前輪駆動車の1つでした。2CVは空冷式ボクサーツインエンジンを搭載していました。また、1948年には、前輪駆動で空冷式ボクサーツインエンジンを搭載したパナール ダイナXが発売されました。第二次世界大戦後にボクサーツインエンジンを採用した他の車には、1945-1954年のジョウェット ブラッドフォード バン、^{[12] : 373、1961-} 1976年のDAF ダフォディル、1961-1978年のトヨタ パブリカ、​​1965-1969年のトヨタ スポーツ 800スポーツカー、およびシトロエンとパナールの前輪駆動モデルがいくつかありました。 1957年から1975年のPuch 500、1957年から1959年のBMW 600、1959年から1965年のBMW 700など、もともとオートバイ用に設計されたボクサーツインエンジンを搭載したリアエンジン車もいくつか生産されました。ブラジルのメーカーであるGurgel Motoresは、1988年から1994年にかけて、自社開発の水冷式ボクサーツインエンジン（エネルトロンエンジン）とフォルクスワーゲンの空冷式ボクサー4をいくつかのモデルに使用しました。

トヨタUエンジンは、1961年から1976年まで製造された空冷フラットツインエンジンです。トヨタパブリカ小型車に搭載されたUエンジンは、トヨタミニエース小型商用車やトヨタスポーツ800スポーツカーにも搭載されました。

クランクシャフトがフレームに対して垂直に走るように搭載されたフラットツインエンジン（したがってシリンダーがフレームと一直線になる）を使用する利点は、重心が低いこと^[13]と、ベルトドライブまたはチェーンドライブシステムを使用して後輪に駆動力を伝達できることです。^{[13] [14]}しかし、欠点は熱分布が不均一であること（前部のシリンダーは後部のシリンダーよりも強く冷却される）^{[13] [14]}と、エンジンが長いためにホイールベースを長くする必要があることです。^[13]

最初のフラットツインのオートバイ用エンジンは、1905年にイギリスのライトモーターズ社によって製造された。当初はFée（発売後すぐに「フェアリー」に改名）と呼ばれていた^[15]このエンジンは、チェーンを介して後輪のプーリーに動力を伝える「自転車用エンジンシステム」として設計された。^[16]フェアリーの製造は、ライトモーターズ社が1907年に倒産したときに、ライトモーターズのサプライヤーの1つであるダグラスエンジニアリング社に引き継がれた。 ^{[1] : 218–219} 1907年後半、ダグラスはドライブトレインをチェーンとプーリーの設計から、エンジンから直接駆動されるベルトドライブシステムに変更した。^[17]ダグラスのオートバイのその後の開発は、第二次世界大戦までフレームと一列にシリンダーを配置して行われた。^{[1] : 51}

他の初期のフラットツインバイクも同様のレイアウトを採用しており、シリンダーはフレームに沿って配置され、クランクシャフトはフレームに対して横方向に走っていました。^[要出典]

1914年、リアハブギアボックスの主要サプライヤーであるスターメーアーチャーは、キックスターターを内蔵した3速カウンターシャフトギアボックスを発表しましたが、^[18]これは、横置きフラットツインエンジンを搭載したオートバイの設計上の問題を引き起こしました。このギアボックスは、単気筒またはVツインエンジンの後ろに比較的簡単に配置できますが、この配置ではフラットツインエンジンのホイールベースが長くなりすぎます。この問題の解決策としては、カウンターシャフトをエンジンの下に配置すること（ダグラスフェアリーで使用）^[19] 、またはギアボックスをエンジンの上に配置することがありましたが、^{[13] [20]}シリンダーが短かったため、ギアボックスをエンジンの後ろの従来の位置に配置できる場合もありました。^[21]

1916年、ほとんどのフラットツインバイクは、まだ横置きエンジンを使用していました。この頃のヨーロッパのモデルには、ブラッドベリー3.5馬力（2.6kW）、ブラフHB、ダグラス2.75馬力（2.05kW）および4馬力（3.0kW）モデル、ハンバー3.5馬力および6馬力（4.5kW）モデル、マチレス6馬力、モンゴメリー6馬力、ウィリアムソンフラットツイン8馬力（6.0kW）、バイエリッシェ・フルークツォイクヴェルケ・ヘリオス（BMWの最初のバイクの前身）がありました。米国で生産されたモデルには、インディアンモデルOとハーレーダビッドソンモデルWがありました。^{[22] [14] [1] : 26  [23]}

クランクシャフトをフレームと一直線上にしてフラットツインエンジンを搭載する（したがってシリンダーがフレームの横向きに配置される）主な利点は、空冷エンジンでは各シリンダーに同じ量の冷却が受けられることです。^{[1] : 26–27  [13]}シリンダーをフレームに横切ったフラットツインエンジンを使用したハーレーダビッドソンXAは、シリンダーをフレームと一直線上にしたVツインエンジンを搭載したハーレーダビッドソンWLAよりも油温を100 °F（56 °C）低く保ちました。[ 24 ]^副次的な利点は、シリンダーが衝突や転倒の際にライダーを保護し、寒い天候で足を暖かく保つことです。^{[13] [1] : 27}欠点は、エンジンを地面の近くに搭載できない（さもないと、コーナリング中にシリンダーが地面を擦る可能性があります）ことと、シリンダーとバルブカバーが^衝突による損傷の危険にさらされることです。^{[13] [1] : 27}

また、縦置きマウントは、トルク反応によりバイクが片側にねじれる（急加速・減速時やニュートラルでスロットルを開けたときなど）ため、前輪と後輪の重量バランスが変わることはない。しかし、最近のバイクの多くは、フライホイールやオルタネーターをクランクシャフトと逆方向に回転させることにより、この影響を軽減している。^{[26] [27]}

縦置きフラットツインエンジンを搭載した最初のオートバイの1つは、1916年にイギリスで製造されたABCでした。 ^[22]チェーンドライブに対応するために、ABCはギアボックスにベベルドライブを使用して、ドライブの方向を90度変更しました。^{[1] : 10} BMWの最初のオートバイである1923年のBMW R 32は、縦置きフラットツインエンジンの別の初期の例ですが、この場合はシャフトドライブを介して後輪に動力が伝達されました。^{[1] : 26}

時間の経過とともに、フラットツインエンジンの縦置きマウントがより一般的になりました。BMWはフラットツインエンジンのオートバイの長い歴史を持っています。 ^{[1] : 26–32  [28]}ウラル（ロシア）とドニエプル（ウクライナ） も同様です。

1902年、ピアース単葉機（後に飛行に成功した最初の航空機の1つとなる）は、農場で趣味人の発明家が製作したフラットツインエンジンで駆動されていた。^{[29] [30] [31]このエンジンは、1本の共有}クランクピンと複動ピストンという珍しい設計を採用していた。^{[32] [33]} 1908年、フランスの会社デュテイユ・シャルマーズは、2つの逆回転クランクシャフトを使用するフラットツイン航空機エンジンの生産を開始した。^{[34] [35]}デュテイユ・シャルマーズのエンジンは、1907年のサントス・デュモン デモワゼル No. 20実験飛行機で使用され、この飛行機の後のバージョンは、ダラックとクレマン・バイヤールのフラットツインエンジンで製造された。

ピストンエンジンの航空機のほとんどは2気筒以上を使用していたが、1920年代から1930年代の他の水平対向2気筒航空機エンジンには、アメリカのAeronca E-107とAeronca E-113、イギリスのBristol Cherub、チェコスロバキアのPraga B2などがある。HKS 700Eは超軽量航空機用の油冷水平対向2気筒エンジンで、現在^{[いつ? ]}生産中である。^[36]

大型航空機では、フラットツインエンジンは補助動力装置（APU）に使用されています。注目すべき例としては、1920年代から1930年代にかけてABCモーターズ社が製造したものがあります。 ^[37]第二次世界大戦中、ドイツのリーデル社は、ユンカース・ユモ004、BMW 003、ハインケルHeS 011ジェットエンジン用のジェットエンジンスターターモーターとして、2ストロークフラットツインエンジンを設計・製造しました。^{[38] [39]}

メイタグ「モデル72」フラットツインエンジンは1937年から1952年から1960年の間まで製造され、洗濯機を含むさまざまな用途に使用されました。^{[40] [41] [42]} [ ^{43] [44]}

フラットツインエンジンを使用した発電機は、1932年から1968年までノーマンエンジニアリング社によって製造され、第二次世界大戦中にはダグラス社によっても製造された。^[45] エンフィールドインダストリアルエンジンズ（ロイヤルエンフィールドの一部）は、第二次世界大戦中にフラットツイン2ストロークガソリンエンジンを製造し、発電機やその他の軍事用途に使用された。1945年以降、エンフィールドはフラットツインディーゼルエンジンを製造し、農業や船舶用途にも使用された。コベントリービクターは、既存の688ccガソリンフラットツインのディーゼルバージョンを1932年に発表し、1950年代まで様々な産業および船舶用途向けにフラットツインディーゼルエンジンとガソリンエンジンを製造し続けた。^{[46] : 111}

2ストロークのフラットツインは、単気筒エンジンよりもスムーズなため、ボートの船外機としてよく使用されていました^。 1940年代には^、始動が容易で過度の振動もなくなった直列2気筒2ストロークエンジンに大きく置き換えられました。^[47]

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