直列2気筒エンジン

1964年製サングラス ロベナオートバイエンジン(ヒスパノ ヴィリアーズ社製)
1997年式スズキGS500のバイクのエンジン

直列2 気筒エンジン(直列 2 気筒垂直 2 気筒直列 2気筒、並列 2 気筒とも呼ばれる) は、共通のクランクシャフトに沿ってシリンダーが一列に並んだ 2 気筒ピストン エンジンです。

直列 2 気筒エンジンは主にオートバイに使用されますが、その他の用途としては自動車、船舶、スノーモービル、ジェット スキー、全地形対応車、トラクター、超軽量航空機などがあります。

直列 2 気筒エンジンではさまざまなクランクシャフト構成が使用されていますが、最も一般的なのは 360 度、180 度、270 度です。

用語

直列2気筒レイアウトは、「パラレルツイン」、「バーチカルツイン」、「インラインツイン」とも呼ばれます。[ 1 ]これらの用語の中には、もともとクランクシャフトの角度やエンジンの向きに関連した特定の意味を持つものもありますが、現在では互換的に使用されることも多いです。[ 1 ] [ 2 ]

イギリスでは、クランクシャフト角度が360度のエンジンは「パラレルツイン」という用語で呼ばれるのが通例です。これは、2つのピストンが同じ方向(つまり互いに平行)にあるためです。一方、「バーチカルツイン」は、クランクシャフト角度が180度のエンジンを指し、ピストンが逆方向に移動することを意味します。「ストレートツイン」と「インラインツイン」という用語は、より一般的な意味で、あらゆるクランクシャフト角度を指すために使用されていました。

オートバイの場合、「直列2気筒」は、縦置きエンジン(クランクシャフトが車体と一直線になっている)[ 3 ] [ 4 ]、またはシリンダーが車体内で縦置きになっているU型エンジン(タンデム2気筒)(実際には2つのクランクシャフトは横置きになっている)を指すことがある。[ 5 ]

デザイン

Vツインエンジンフラットツインエンジンと比較して、直列2気筒エンジンはよりコンパクトで、設計がシンプルで、製造コストも安価です。[ 6 ]直列2気筒エンジンは、180°クランクエンジンの不規則な点火間隔や、360°クランクエンジンの大きな非カウンターウェイト往復運動により、振動が発生しやすい傾向があります。直列2気筒エンジンは、ねじりトルク反応と振動の影響も受けやすいです。[ 7 ]

クランクシャフト角度

クランクシャフト角度を変えたアニメーション

直列2気筒エンジンで最も一般的なクランクシャフト構成は、360度、180度、270度です。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

360度

360度クランクシャフトを持つエンジンでは、両方のピストンが同時に上下に動きます。しかし、シリンダー間の点火間隔はオフセットされており、クランクシャフトの最初の回転で一方のシリンダーが点火し、次の回転でもう一方のシリンダーが点火します。この構成により、直列2気筒エンジンの他のクランク構成とは異なり、360度の点火間隔が均一になります。360度エンジンでは、無駄な点火システムを使用することで、両シリンダーに単一の点火システムを使用できます。

一次バランスの不完全性は、往復動質量が同等の単気筒エンジンに相当します。初期のエンジンでは、クランクシャフトにカウンターウェイトを取り付けることで振動を低減しようとしていましたが、後期にはバランスシャフトや独立したウェイト付きコネクティングロッドも採用されました。単気筒エンジンと比較すると、点火間隔が短い(720度に対して360度)ため、動的な不均衡は同等であるにもかかわらず、よりスムーズな運転特性が得られます。

1930年代から、ほとんどのイギリス製4ストローク直列2気筒オートバイエンジンは360度クランクシャフトを使用していました。[ 11 ]これにより、他の構成で発生する不均一な吸気脈動を回避でき、ツインキャブレターが不要になったためです。1960年代には、日本製のオートバイは250ccから500ccのエンジンで主に180度クランクシャフトに切り替えましたが、より小型および大型のエンジンでは360度クランクシャフトが使用され続けました。1965年のホンダCB92や1979年のホンダCM185などの小型エンジンでは振動がそれほど問題になりませんでした。1969年のヤマハXS650や1972年のヤマハTX750などの大型エンジンでは、振動を減らすためにバランスシャフトがよく使用されていました。[ 12 ] 1978年から1984年にかけてのホンダCB250N/CB400Nエンジンも360度クランクシャフトを使用しており、1989年のヤマハXTZ750スーパーテネレも同様です。2008年BMW Fシリーズの並列2気筒バイクも360度クランクシャフトを使用しており、3つ目の「痕跡的な」コネクティングロッド(カウンターバランスとして機能)と、振動を低減するための9,000rpmの回転制限を備えています。[ 13 ] 2009年、フィアットは振動を低減するためにバランスシャフトを使用した360度クランクシャフトを使用したマルチエア直列2気筒自動車エンジンを 発売しました。

180度

180度クランクシャフトを持つエンジンでは、一方のピストンが上昇すると同時に、もう一方のピストンが下降します。4ストロークエンジンでは、点火間隔が不均一で、1番シリンダーの点火から180度後に2番シリンダーが点火し、その後540度の間隔を置いてから1番シリンダーが再び点火します。この不均一な点火間隔は振動を引き起こし、出力にムラが生じます。180度エンジンでは、各シリンダーに独立した点火システムが必要になります。

180度直列2気筒エンジンでは完璧な一次バランスを実現できますが、設計上、振動カップルが生じるため、バランスシャフトを使用して振動を低減する必要があります。180度直列2気筒エンジンは(直列4気筒エンジンと同様に)二次アンバランスを生じますが、往復運動質量が小さいため、多くの場合、このアンバランスへの対策は不要です。

180° クランクシャフト エンジンでは、ピストンが動いてもクランクケースの変位が比較的変わらないため、360° ツイン エンジンよりもポンピング損失が少なくなります。

1960年代、日本のオートバイメーカーは180度クランクシャフトの使用を好んだ。これは、滑らかさが向上することで回転数が上がり、ひいては出力が向上するためである。例えば、1966年ホンダCB450の180度クランクシャフトエンジンは、排気量が650ccから450ccに小さいにもかかわらず、当時の英国の360度クランクシャフトエンジンと同等の出力を発揮した。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 1973年ヤマハTX500と1977年スズキGS400はどちらも180度クランクシャフトとバランスシャフトを備えていた。1993年以降、ホンダの直列2気筒オートバイエンジンのほとんどで180度クランクシャフトが使用されている。

2ストロークエンジンは通常、180度クランクシャフトを使用します。これは、1回転あたり均等間隔で2回のパワーストロークが発生するためです。振動の基本周波数は、同等の単気筒エンジンの2倍ですが、振幅は半分になります。[ 17 ] 180度クランクシャフトを使用しない2ストロークエンジンには、1972年式のヤンキーなどがあります。

270度

270度クランクシャフトを持つエンジンでは、片方のピストンがもう片方のピストンより4分の3回転遅れて燃焼します。そのため、2番目のシリンダーが1番目のシリンダーから270度後に燃焼し、その後450度の間隔を置いてから1番目のシリンダーが再び燃焼するという、不均一な点火間隔が生じます。これは90度Vツインエンジンと同じパターンであり、結果として両方の構成で同様の「脈動する」排気音が発生します。270度直列2気筒エンジンでは、両方のピストンが同時に静止することは決してありません(90度Vツインエンジンの場合と同様)。そのため、1回転中にクランクとピストンの間で交換される正味の運動量が減少します。

270度直列2気筒エンジンでは、自由力とロッキングカップルの相互作用により、一次バランスが不完全になります。これを補正するために、バランスシャフトがよく使用されます。270度エンジンの二次バランスは完全ですが、その構成により、アンバランスなロッキングカップルが発生します。

最初の量産型270度直列2気筒エンジンは、1996年ヤマハTRX850ヤマハTDMに搭載された。[ 9 ] [ 18 ] [ 10 ]その後の例としては、2009年トライアンフ・サンダーバード、2010年ノートン・コマンドー961、2012年ホンダNC700シリーズ、2014年ヤマハMT-07、2016年トライアンフ・スラクストン1200、2018年ロイヤルエンフィールド・インターセプター650&コンチネンタルGT、2019年BMW F900Rなどがある。[ 19 ]このアーキテクチャはメーカーの間で人気が高まっており、2016年ホンダアフリカツイン(旧Vツイン)、2023年ホンダホーネット(旧直列4気筒)、2023年V-Strom 800 (旧設計はVツインを搭載)など、以前は他のエンジンタイプを搭載していたモデルをアップグレードしている。

メインベアリング

直列2気筒エンジンでは、両コネクティングロッドに共通のクランクピンを使用できるV型2気筒エンジンとは異なり、各シリンダーには独立したクランクピンが備えられている。ほとんどのビンテージ英国製直列2気筒オートバイエンジン(トライアンフ、BSA、ノートン、ロイヤルエンフィールドなど)には、2つのメインベアリングが搭載されていた。[ 20 ] 1950年代後半以降、ほとんどのホンダ直列2気筒エンジンには4つのメインベアリングが搭載されていた。[ 21 ] [ 22 ]その後の直列2気筒エンジンには、4つ、あるいは稀に3つのメインベアリングが搭載されていた。[ 12 ]

オートバイでの使用

歴史

1938–1966トライアンフ スピードツイン
1973–1975ヤマハ RD350 2ストロークバイク

世界初の量産オートバイである1894年のヒルデブランド&ヴォルフミュラーは、直列2気筒エンジンを搭載していました。シリンダーは平らに前向きに配置され、ピストンは機関車のようなコネクティングロッドを介して後輪に直接接続されていました。1903年には、ヴェルナー・モトサイクレットが2番目の量産オートバイモデルとなり、垂直シリンダーの直列2気筒エンジンを搭載しました。ヴェルナーエンジンは、鋳鉄製シリンダー、一体型ヘッド、サイドバルブを備え、排気量は500ccでした。[ 23 ]

1938年型トライアンフ・スピードツインは、直列2気筒エンジンを搭載した成功を収めたオートバイであり、他のブランドでも直列2気筒エンジンが広く採用されるきっかけとなった。このエンジンはエドワード・ターナーヴァル・ペイジによって設計され、1933年型トライアンフ6/1サイドカーホーラー(国際6日間トライアルで銀メダル、1933年モードトロフィーを受賞)に初めて搭載された。[ 24 ]エンジン開発の過程で、180度クランク角よりも360度クランク角の方がシングルキャブレターの使用に適していることが判明した。[ 25 ]

トライアンフ・スピードツインの流行を受け、1970年代半ばまでイギリスのオートバイメーカーは360度クランクシャフトを備えた4ストローク直列2気筒エンジンを最も多く採用した。[ 26 ] [ 27 ]これらのオートバイを製造したメーカーには、BSAノートントライアンフアリエルマチレスAJSなどがある。直列2気筒エンジンはイタリアやドイツのメーカー、[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]アメリカのメーカーであるインディアンも製造していた。[ 31 ]

1949年、AJS E-90 ポーキュパインは500cc世界選手権グランプリで優勝を果たし 、直列2気筒エンジンを搭載したバイクとしては史上初、そして唯一のチャンピオンシップを獲得しました。このエンジンは、シリンダーを垂直ではなく水平に配置した数少ない4ストローク直列2気筒エンジンの一つです。[ 32 ]

2000年代以降、BMWや日本のいくつかのメーカーは、主に中型車向けに直列2気筒エンジンを生産し続けている。[ 33 ]また、2001年ヤマハTMAX [ 34 ]や2001年ホンダシルバーウイングなど、いくつかの大型スクーターにも直列2気筒エンジンが搭載されている。[ 35 ]直列2気筒エンジンは、モトクロスサイドカーレースでも使用されている。[ 36 ]

横置きエンジンモデル

1974年式ノートン・コマンド・インターステート

1945年から1960年代にかけて製造された多くの大型英国製オートバイは、トライアンフ・ボンネビルノートン・コマンドーのように、直列2気筒横置きエンジン(クランクシャフトがフレームに対して垂直に配置されたエンジン)を搭載していました。このレイアウトは、両シリンダーに均等な空気の流れが与えられ、排気ガスは各シリンダーの前部にある冷却効果の高い位置から排出されるため、空冷式に適しています。[ 37 ]

横置き直列2気筒エンジンは、V型2気筒エンジンに大きく置き換えられましたが、直列2気筒エンジンには、補機類(エアフィルター、キャブレター、点火部品など)のパッケージングが容易になるという利点があり、メンテナンスや修理の際に補機類へのアクセスも容易になります。[ 38 ] 270度クランクシャフトを採用した直列2気筒エンジンは、不等点火順序のV型2気筒エンジンに似た音と感触が得られます。

縦置きエンジンモデル

1951年式サンビームS8

縦置きエンジンの直列2気筒オートバイはあまり一般的ではありませんが、例としては1930~1938年のDresch Monobloc [ 39 ]や1949~1956年のSunbeam S7とS8などがあります。[ 40 ] [ 41 ]

このエンジン配置により、単気筒エンジンと同等の幅の狭いオートバイを実現でき[ 42 ]、特にオートバイレースにおいて空気抵抗を低減できます。しかし、空冷エンジンの主な欠点は、後部シリンダーが前部シリンダーよりも高温になることです[ 7 ] [ 43 ] 。

自動車での使用

フィアット500の後部に搭載された縦置き直列2気筒エンジン

2気筒エンジンは自動車ではあまり一般的ではありませんが、直列2気筒レイアウトは長年にわたっていくつかの自動車エンジンで使用されてきました。

最初の直列2気筒エンジンは、1895年に発表されたダイムラー・モーターズのフェニックスエンジンの派生型で、このエンジンは同年パナールの車に搭載された。 [ 44 ]もう1つの初期の直列2気筒エンジン車は1898年のドコーヴィル・ヴォワチュレルで、ド・ディオンのモデルから取り出された一対のシリンダーを前後に搭載し、座席の下に配置していた。[ 45 ]

直列2気筒エンジンは、1957年型フィアット500、1958年型スバル360、1958年型NSUプリンツ[ 46 ] 1962年型三菱ミニカ、1967年型ホンダN360、1970年型ホンダZ600、1972年型フィアット126 、[47] [48] 1988年型VAZオカ、[49] 1988年型ダチアラストゥン[ 50 ] 1980ダイハツクオーレ、[ 51 ] 2008タタナノなど様々小型車に搭載されてきました。[ 52 ]

2024 年 1 月現在、量産車に搭載されているガソリン直列 2 気筒エンジンは、フィアット ツインエア エンジン(フィアット、ランチア、アルファ ロメオのさまざまなモデルに搭載) のみです。

ピアッジオ・ポーターは2020年までディーゼル直列2気筒エンジンを搭載していた。[ 53 ]

船舶での使用

イーストホープ船舶エンジン、1960年頃

直列2気筒エンジンは、船内機船外機ジェットポンプモーターとしてよく使用されています。[ 54 ]

20 世紀初頭、モアカム ベイ プラウナーズ、ランカシャーノビーズなどのイギリスのガフリグ漁船には、リスターやケルビンE2 3.0 リッター ガソリン パラフィン エンジンなどの船内エンジンが後付けされることがありました。

1950年代以降、船外機メーカーは、シリンダーを積み重ね、クランクシャフトでプロペラシャフトを駆動する直列エンジンの基本設計を採用するようになりました。スズキ15船外機は1989年に発売されました。[ 55 ]

その他の用途

ロータックス503航空機エンジン

その他の用途としては、トラクター(1960年までのジョンディアの様々なモデルなど)[ 56 ] 、スノーモービル[ 57 ][ 58 ] 、パーソナルウォータークラフト[ 59 ][ 60 ]全地形対応車[ 61 ]、[ 62 ] 、 [ 63 ]などがあります。設計のバリエーションには、2ストローク、4ストローク、ガソリン、ディーゼル、[ 64 ] 、空冷水冷自然吸気ターボチャージャーなどがあります。[ 65 ]

超軽量飛行機、単座ジャイロコプター、小型の自作飛行機にも直列2気筒エンジンが使用されており、[ 66 ]ヒルト2704やキュユナ430-Dなど、元々スノーモービル用に設計されたエンジンがよく使用されている。 [ 57 ] [ 67 ] [ 68 ]超軽量飛行機専用のエンジンには、ロータックス503ロータックス582がある。[ 69 ]直列2気筒エンジンは、大型の無線操縦飛行機にも使用されることがある。[ 70 ] [ 71 ]

参照

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