Обзор оппозитного двигателя

Содержание

Дизайн

Boxer всегда строится с четным числом цилиндров, в основном как четырехтактный двигатель . В цилиндрах или банки цилиндров (если есть больше , чем два цилиндра) расположены напротив друг друг (угол крена 180 °) и слегка смещенный друг от друга (смотрите рисунок).

Отличие от V-образного двигателя

Boxer (справа) в отличие от V-180 °, принципиальная схема

Двигатель Boxer (вверху) и двигатель V-180 ° (внизу) в качестве анимации

Отличие от 180 ° V-образного двигателя заключается в расположении шатунов на коленчатом валу :

В оппозитных двигателях шатуны двух противоположных цилиндров расположены на двух на 180 ° . Два поршня движутся в противоположных направлениях и всегда зеркально перевернуты в одном и том же положении, например, оба в верхней точке .
В случае V-образного двигателя два шатуна входят в зацепление с одним и тем же пальцем кривошипа, поэтому поршни движутся в одном направлении. Таким образом, при 180 ° V-образном двигателе каждый поршень находится в «движении вверх» (когда он находится в или ), а другой – в «движении вниз» (то есть во время или ). Поскольку силы инерции противостоящих поршней, в отличие от боксера, не уравновешивают друг друга, такая конструкция имеет смысл только при наличии нескольких пар цилиндров. Хорошо известные двенадцатицилиндровые двигатели , иногда называемые боксерами, являются двигателем Porsche 917 , а также различных Ferrari Berlinetta Boxers (в типах , 512 BB и Testarossa ). Tatra использовала четырехцилиндровые двигатели 180 ° V в Tatra 57 в 1932 году .

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

впуск воздуха или его смеси с топливом;
сжатие рабочей смеси,
рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания

Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Чем хорош и плох оппозитник?

Надо отметить, что в истории автомобиля многие производители в разное время использовали оппозитный двигатель, пытаясь реализовать предоставляемые им преимущества. Однако в настоящий момент чаще других SUBARU применяет подобные моторы на своих автомобилях.

низкий центр тяжести автомобиля, что дает ему дополнительную устойчивость при движении;
уменьшение как шума, так и вибрации за счет движения поршней навстречу, благодаря чему оппозитный двигатель считается тише аналогичных рядных моторов;
значительный ресурс, достигающий миллиона километров при правильной эксплуатации.

Однако не бывает всегда все хорошо, есть минусы и недостатки и у оппозитника. Из них стоит отметить:

ремонт подобного мотора очень сложный;
устройство двигателя также достаточно сложное, и соответственно, у него высокая цена;
затраты на обслуживание велики, а само обслуживание крайне затратное и неудобное, требует высокой квалификации исполнителей;
расход масла при эксплуатации повышенный.

Несмотря на отмеченные минусы и недостатки, на ряд автомобилей (уже упомянутая SUBARU и некоторые модели Porshe), ставятся оппозитные силовые агрегаты. Надо думать, что производители достаточно точно взвешивают их достоинства и недостатки и осознанно идут на применение такого мотора.

Для ДВС расположение цилиндров горизонтально является лишь одним из возможных вариантов построения, но тем не менее, и в этом случае получаемый оппозитный двигатель отличается большими возможностями и значительными перспективами по использованию в автомобиле.

Мне нравится3Не нравится1

Перспективы применения оппозитных двигателей

Самые известные автопроизводители, использующие в выпускаемых моделях оппозитный двигатель – это Porsche и Subaru. Первый переживает период расцвета, а второй не лучшие времена. Это связано с нацеленностью продукции на разную целевую аудиторию: в первом случае автомобили Порш позиционируются как элитная продукция, подразумевающая высокую технологичность и стоимость обслуживания, и во втором – машины среднего класса для любителей иметь гоночные технологии на обычном авто.

За Porsche клиенты готовы отдать достаточно большие суммы денег, но автомобилю с двигателем, немного превышающим по мощности 100 л. с., которому после пробега 130 тыс. км. потребуется дорогой ремонт, особенно если он турбированный, могут отдать предпочтение только самые преданные клиенты. Но учитывая то, что усовершенствованием оппозитов занимаются многие фонды и разработчики, а также тот факт, что они применяются и в мототехнике, позволяет сохранять уверенность в том, что оппозитные двигатели еще долго будут актуальны.

Оппозитный двигатель: плюсы и минусы

Главные преимущества оппозитного двигателя:

Сбалансированная работа и высокий КПД. Это обусловлено расположением поршней по горизонтали, когда они друг другу обеспечивают противовес. Самой эффективной моделью такого двигателя в плане управляемости и баланса считается оппозитная шестерка.
Низкий центр тяжести в автомобиле, повышающий его устойчивость. Такое преимущество не слишком полезно городскому автомобилю, но очень нужно спортивным авто, для которых жизненно важна устойчивость на высокой скорости.
Высокая надежность и долговечность. Большинство из оппозитных моторов способны проработать до капремонта 500 тыс. км, что намного выше ресурса работы двигателей многих бюджетных автомобилей, в том числе Фольксвагена.
Соответствие высоким стандартам пассивной безопасности. В случае лобового столкновения такой двигатель смещается вниз, не нанося вреда пассажирам и водителю.

Слабые стороны оппозитов:

Конструктивные особенности агрегата, делающие ремонт слишком дорогим. Для обслуживания такого двигателя требуется высокий профессионализм мастера, а также использование специального оборудования.
Большие габариты двигателя позволяют его устанавливать только в продольном направлении.
Высокий расход масла, обусловленный сложностью конструкции.

Минусы мотора

Естественно, у агрегатов подобной конструкции есть довольно серьёзные недостатки, от которых ещё не избавились разработчики.

Стоимость обслуживания существенно выше, чем у обычных двигателей. Помимо этого, оппозитный проблематично, а порой практически невозможно ремонтировать самому. Он обладает довольно сложной конструкцией, поэтому лучше, чтобы его ремонтом занимались профессионалы. А это будет стоить немалых денег.
Из-за первого недостатка плавно выливается второй. В маленьких городах можно просто не найти достаточно квалифицированного мастера, который гарантированно произведёт обслуживание с надлежащим качеством.
Сложность конструкции, а также большее количество элементов в несколько раз увеличивает стоимость его запасных частей, а также их количество.
Высокий расход масла для оппозитного двигателя считается нормой. Причём он такой высокий, что при подобном расходе обычному агрегату обязательно следует проводить капитальный ремонт. Из этого вытекает ситуация, когда по незнанию автолюбитель просто не контролировал уровень масла в двигателе, что привело к масляному голоданию. Учитывая горизонтальное расположение поршневой, это довольно быстро может привести к необратимым последствиям.

Владельцы авто с оппозитными моторами должны следить за уровнем масла

Ознакомившись с тем, как работает оппозитный двигатель, можно сделать вывод, что практически все недостатки такого типа двигателей можно отнести к финансовой части, однако для многих автовладельцев это довольно серьёзный фактор, учитываемый при покупке автомобиля.

Представители компании Субару считают, что возвращение к стандартным типам двигателей было бы для них огромным шагом назад, поэтому они не собираются менять оппозитные моторы на другие модели. По их словам, на уровень продаж не влияет ни цена обслуживания, ни цена непосредственно самих автомобилей.

Оппозитные двигатели были разработаны, для того чтобы сэкономить место под капотом. В результате агрегат получился ниже, короче, но значительно шире. То есть из вертикальной плоскости его перевели в горизонтальную. То есть, по сути, ничего не изменилось, кроме возросшей цены, а также сложности обслуживания. А что касается форсированных моделей с одной или несколькими турбинами, то срок их службы составляет от сотни тысяч километров до нескольких сотен, а никак не миллиона. То же самое касается и расхода топлива — он приблизительно на треть выше, чем у аналогичного по мощности стандартного мотора.

Учитывая все преимущества и недостатки настоящего типа двигателей, сложно их назвать каким-либо техническим прорывом в плане автомобилестроения, однако у этих моторов также есть свои фанаты. Вы с нами согласны?

Плюсы оппозитного двигателя

Схема оппозитного двигателя имеет и другое имя: «V-образный мотор с углом развала цилиндров в 180 градусов». Как мы уже упомянули, «оппозитники» – это про военных и про спорт.

Любовь к оппозитным моторам пришла не из любви к практичности или иным потребительским качествам, а сугубо из технических особенностей:

Низкий центр тяжести;

Отсутствие вибраций автомобиля;

Пассивная безопасность в ДТП.

Устойчивость на дороге обеспечивается за счёт того, что мотор, представляющий собой плоскую «плиту», помещается в нижнюю точку автомобиля. Центр тяжести смещается, таким образом машина куда лучше держит дорогу, и водитель чувствует себя увереннее.

Помещение горизонтально расположенных цилиндров в небольшой коробочке поближе к днищу стало прорывом для автоспорта – недаром Subaru прослыли чемпионами ралли.

Комфорт для пассажиров выше за счет того, что цилиндры при работе уравновешивают друг друга, и таким образом самостоятельно гасят вибрации. Что до безопасности в авариях, расположение и конструкция оппозитного мотора не дают ему при сильном столкновении вылететь в салон и причинить вред сидящим спереди людям. Куда чаще «оппозитники» вываливаются на дорогу. Это, конечно, тоже грустно, зато риск, что люди пострадают, ниже.

Смазка

Система смазки

Система смазки двигателя служит для снабжения компонентов двигателя во всех рабочих состояниях достаточным количеством смазки. При этом необходимо постоянно обеспечивать определенное давление масла.

Наряду с предотвращением износа в результате трения к задачам системы смазки двигателя относятся:

Удаление продуктов истирания.
Охлаждение компонентов двигателя.
Запуск процессов управления (например, регулирования впускного распределительного вала в системе VarioCam | VarioCam Plus).

Наиболее часто используемой формой системы смазки двигателя является так называемая циркуляционная система смазки. В этой системе насос всасывает масло из масляного поддона и подает его по трубопроводам и отверстиям к местам смазки двигателя.

В двигателях спортивный автомобилей Porsche используется интегрированная система смазки с сухим картером. В этой системе масло всасывается дополнительными маслооткачивающими насосами в различных местах двигателя и подается назад в интегрированный масляный бак.

Сложности ремонта и обслуживания оппозитных двигателей

Как было сказано ранее, если требуется провести какие-либо манипуляции на двигателе, без помощи специалиста не обойтись. В оппозиционном двигателей без последствий получится собственноручно произвести лишь замену масла.

Одним из факторов, который имеет значительное влияние на срок службы – это вовремя и систематично проведенная раскоксовка. При этой процедуре производится очистка камеры сгорания, клапанов и поршней от скопившегося нагара. Лучше всего данную процедуру проводить осенью, либо в начале весны. Именно в этот период будет разумным и проверка масла с его сменной.

Недостатки этого типа силовых агрегатов

Преимуществ у оппозитных моторов достаточно, но не меньше у них и недостатков, что и привело к не очень распространенному их использованию.

Эти моторы конструктивно сложны, поэтому стоимость их большая, что сказывается на цене обслуживания и ремонта. К тому же сам ремонт их достаточно сложен и требует высокой квалификации от исполнителей. Найти толкового мастера, способного отремонтировать оппозитник крайне сложно.

Горизонтальное положение поршней приводит к тому, что поверхность гильз изнашивается неравномерно, из-за чего в камеры сгорания начинает просачиваться масло. «Жор» масла у автомобилей марки Subaru – явление, можно сказать, обыденное.

Чтобы добиться большего выхода мощности все оппозитные двигатели оснащаются турбонаддувами, которые позволяют увеличить мощностный показатель на 30-40%. Но наличие того же наддува усложняет конструкцию, при этом со временем из-за износа его элементов наддув тоже начнет «гнать» масло в цилиндры, увеличивая в разы его расход.

Трудно сказать, как себя будет показывать двигатель ОРОС в эксплуатации, будут ли у него те же проблемы что и у стандартного оппозитника. Это станет понятным только спустя некоторое время с момента выпуска первых автомобилей с ним.

Попытки использовать оппозитный силовые установки делали многие именитые автомобильные компании, однако практически все они от них отказались. Тем не менее, работы по улучшению оппозитников ведутся постоянно и на исследования выделяются значительные ресурсы.

Недостатки

Может быть, именно они привели к малой распространенности оппозитных двигателей. Ведь многие компании постепенно отказались от их использования. И если в спортивных авто оппозиты еще встречаются, то в, так сказать, бытовых довольно редки.

Самообслуживание двигателя практически сводится к нулю . Сложность его конфигурации приводит к тому, что хозяин может сам разве что масло поменять. Даже для того, чтобы заменить или зачистить свечи, придется ехать на СТО. Рискнувший сделать это самостоятельно имеет высокую вероятность серьезно повредить головку цилиндров.
Содержание автомобиля с оппозитным двигателем обходится куда дороже, чем с рядным. Все автоработы оцениваются мастерами выше, детали в цене превосходят аналогичные для «рядников» в 2-5 раз.
Двигатель-оппозит требует просто катастрофического количества масла. А если свести все недостатки к единому знаменателю, то можно сказать, что они заключаются в чересчур больших денежных затратах. Что не мешает людям, оценившим все плюсы и минусы оппозитного двигателя Субару, отдавать предпочтение таким моделям и все-таки стремиться к желанной покупке.

Оппозитный двигатель минусы.

Однако основные плюсы оппозитного двигателя, как и он сам, с легкой уравновешиваются его минусами, в сравнении с массовой компоновкой двигателей внутреннего сгорания.

В первую очередь это сложность ремонта оппозитных двигателей. Некоторые модификации этих двигателей и вовсе невозможно отремонтировать без извлечения его из моторного отсека. Хотя помимо этого проблемы может вызвать и более сложный механизм газораспределения, да и другие элементы двигателя.

Кроме того давайте не будем забывать о силе притяжения, от которой во время своей эксплуатации больше всего и страдают оппозитные двигатели. Ведь при таком расположении цилиндра, когда поршень движется в нем в горизонтально плоскости, износ гильзы под действием силы тяжести на поршни происходит неравномерно – эллипсоидно. Как следствие, со временем двигатель станет все больше и больше поедать масло.

Следующим моментом, который стоит учитывать, является то, что оппозитный двигатель располагается в моторном отсеке продольно. Поэтому при полном или переднем приводе колес требуется его расположение перед передней осью автомобиля, что, соответственно, увеличивает размер переднего свеса. Последнее не всегда является весьма хорошей характеристикой в развесовке автомобиля и, как следствие, в его устойчивости. Вот все плюсы и уравновесились минусами.

Но реклама и дилеры в салонах вам будут «петь» совсем другое: что оппозитный двигатель — это верх эволюции строения двигателей, а продавцы Subaru помимо этого будут еще ссылаться на то, что именно двигатели такой конструкции ставятся на самолеты, где надежность является элементом выживаемости всей конструкции. Вдобавок ко всему вы также услышите, что автомобили именно этой марки были не однократными призёрами различный ралли.

Да, все это хорошо, но столь ли вам необходимо авиационное и раллийное прошлое в повседневной езде. Авиационное прошлое — это просто маркетинговый ход. Ведь, как известно, к двигателям в авиации предъявляются совершено другие требования, ориентированные на совсем другую нагрузку и условия эксплуатации. Поэтому нельзя сравнивать два этих понятия, так как то, что, возможно, идеально в небе, может плохо работать на земле и наоборот. Ну, а то утверждение, что повседневный автомобиль можно использовать в гонках, тоже весьма спорный аргумент. Двигатели для гонок, проектируются для достижения максимальных показателей, но расплата этому их небольшой срок службы. Излишняя мощность в повседневных поездках по загруженному городу никак не будет проявляться, но сам факт ее присутствия приведет двигатель к более скорому капитальному ремонту, чем стандартная «тяговая лошадка» обычного городского автомобиля.

Ну, а в заключение, хочу сказать, что перед тем, как сделать свой выбор в пользу автомобиля с оппозитным двигателем, ещё раз взвесьте все «за» и «против». Да, если вы в душе прирожденный гонщик и любите индивидуальность во всем, то, несомненно, автомобиль с раллийным корнями и с особым (не таким как у всех) двигателем — это ваше

Ну, а если автомобиль для вас просто средство передвижение из точки А в точку Б, то, пожалуй, стоит обратить внимание на автомобили с классическим двигателем. Так как с их ремонтом будет поменьше проблем, да и при поездках в глубинку, случись что, будет проще найти сервис, который возьмется за ремонт вашего авто, чего не скажешь об автомобилях с оппозитным двигателем, где их особенность в таких ситуациях создает лишь лишние трудности. Видео

Видео

Виды оппозитных двигателей

В данный момент существует несколько вариантов оппозитных моторов. Разница между ними заключается в том, как происходит перемещение поршня внутри цилиндрической поверхности.

Оппозитная силовая установка Boxer.Свое название силовая установка получила благодаря ассоциации, которая возникает при наблюдении за движением поршней. Каждый поршень агрегата занимает место в цилиндре, на постоянном расстоянии относительно другого поршня. Если один поршень занимает максимально отдалённое расстояние в цилиндре, то второй поршень займёт аналогичное место. Оппозитный двигатель такого типа установлен на автомобилях Субару, в том числе, на узнаваемом представителе, Forester.

Мотор Subaru Boxer:

Оппозитная силовая установка OPOCЭтот силовой агрегат делает узнаваемым наличие двух поршней в цилиндре, к тому же детали двигаются, друг навстречу другу. Силовая установка, двухтактный оппозитный двигатель, питание мотора может быть за счет бензина или за счет дизеля. Конструктивно, в механизме не предусмотрены головки блока, не существует устройств, приводящих в действие клапаны. Фиксация обоих поршней выполняется на едином валу, причём назначение каждого поршня своё, один впускает топливо, второй выпускает газы, полученные в процессе сгорания. Поскольку двигатель двухтактный, для него предусмотрен режим, при котором выполняется продувка агрегата. С этой целью установлен электрический мотор, который служит еще и для наддува воздуха.

Мотор эффективен, поскольку потери на трение невелики, прост, так как количество деталей меньше. Компактные размеры, малый вес, топливная экономичность и другие характеристики свидетельствуют о перспективах установки. Недостаток, стадии доработки и испытания, на которых находится силовой агрегат.

Мотор OPOC:

Агрегат 5 ТДФЗа разработку двигателя ответственны отечественные конструкторы, которые рассчитывали применять её на танковой технике. Конструктивно агрегат представляет цилиндр, внутри которого расположены поршни, двигающиеся друг навстречу другу. Особенность разработки, это наличие у каждого поршня индивидуального вала. Воспламенение подаваемой в цилиндр смеси происходит между поршнями, когда те подходят друг к другу на минимальное расстояние. Пять ТДФ для питания может использовать различные виды горючей жидкости, основные, это бензин и дизель. Подача воздуха и удаление отработанных газов происходит за счет турбинного наддува. Конструкция силового агрегата сводит к минимуму габаритные размеры.

Мотор 5 ТДФ:

Оппозитный двигатель – сложность ремонта

Следует сказать, что преимущества оппозитного двигателя проявляются, в основном, на шестицилиндровых моторах. А вот работа четырех и двухцилиндровых оппозитников практически ничем не отличается от стандартных рядных силовых агрегатов. Что касается недостатков, то в первую очередь они заключаются в сложности обслуживания. К тому же, из-за горизонтального расположения цилиндров двигатель занимает в моторном отсеке слишком много места.

Ремонт оппозитного двигателя, как и любого другого, проводится лишь на станциях технического обслуживания. Для продления ресурса мотора необходимо регулярно проводить его раскоксовку. Работа заключается в удалении нагара с поверхности поршней, клапанов и камеры сгорания. Проводить ее рекомендуют перед началом сезона, то есть весной или ранней осенью, что обычно по срокам совпадает с заменой моторного масла.