Устройство автомобилей
Цилиндры современных многоцилиндровых поршневых двигателей внутреннего сгорания могут быть скомпонованы по следующим схемам:
- рядные с вертикальным или горизонтальным расположением цилиндров;
- рядные с наклоном цилиндров относительно вертикальной оси;
- V-образные;
- оппозитные (с углом развала между цилиндрами 180˚);
- звездообразные;
- крестообразные.
Последние два компоновочных решения для автомобильных многоцилиндровых двигателей в настоящее время распространения не получили – их можно встретить, например, в конструкции авиационных поршневых двигателей, аэросаней, судов на воздушной подушке и т. п.
Другие из перечисленных компоновок могут встречаться в двигателях различных фирм-производителей.
Следует отметить, что для легковых автомобилей, микроавтобусов и небольших грузовиков наиболее часто применяется компоновка двигателя с вертикальным расположением цилиндров или под некоторым углом к вертикали. V-образные двигатели нашли широкое применение на автобусах и грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности благодаря определенным достоинствам, о которых упоминается здесь.
В этой статье пойдет речь об оппозитных двигателях, в которых цилиндры располагаются попарно друг напротив друга в одной плоскости, т. е., образно говоря, с углом развала 180 градусов. Такое компоновочное решение редко, но используется на автомобилях некоторых фирм-производителей, в частности – на некоторых моделях легковых автомобилей «Subaru», «Volkswagen» и «Porsche», а также такой известной у нас марки автобуса, как «Икарус». Из перечисленных автопроизводителей фирма «Subaru» использует оппозитные двигатели для большинства моделей выпускаемых автомобилей.
Что касается российских производителей, то применение оппозитников у нас пока ограничено лишь тяжелыми мотоциклами «Урал», выпускаемыми Ирбитским мотоциклетным заводом (с 1992 г. – ОАО «Уралмото»), на которых устанавливаются двухцилиндровые четырехтактные оппозитные двигатели с горизонтальным расположением цилиндров. Аналогичными двигателями комплектовались мотоциклы «Днепр», до недавнего времени выпускавшиеся Киевским мотоциклетным заводом.
Широкому применению оппозитных двигателей на автомобилях препятствуют специфические недостатки, обусловленные самой компоновкой такого типа поршневых ДВС.
1. Горизонтальное (как, впрочем, и вертикальное оппозитное) расположение цилиндров двигателя создает определенные неудобства функционированию смазочной системы – моторное масло не возвращается в поддон самотеком, и значительная его часть сгорает в цилиндрах во время такта рабочего хода, что приводит к повышенному расходу смазочного материала, а также предъявляет особые требования к качеству масла, которое при сгорании не должно образовывать нагар.
Кроме того, «лежачее» положение поршней приводит к характерному «однобокому» износу цилиндров, что тоже способствует повышению расхода масляного материала. Как бы то ни было, повышенный расход моторного масла – «хроническая болезнь» автомобильных оппозитных двигателей.
2. Оппозитная компоновка накладывает ограничения на доступность к обслуживанию отдельных элементов кривошипно-шатунного механизма, как подвижных, так и базовых (блок, головки блока и т. п.). Даже при незначительной поломке или необходимости обслуживания деталей КШМ оппозитный двигатель приходится снимать с автомобиля, чтобы получить доступ к отдельным элементам его конструкции.
Конечное же, этот недостаток в процессе эксплуатации автомобиля проявляется не часто (с учетом высокой надежности современных двигателей), но все же…
3. Некоторое неудобство проектировщикам автомобилей создает нестандартная компоновка оппозитного двигателя – во многих случаях такие двигатели можно разместить лишь вдоль автомобиля, что не всегда соответствует замыслам разработчиков.
4. Определенный недостаток кроется и в дефиците запасных частей к оппозитным двигателям, поскольку такой тип двигателей устанавливается на автомобили крайне редко, что накладывает отпечаток и на стоимости комплектующих, и на их доступность для рядового автолюбителя или небольших автосервисных предприятий.
Сложность и «незаурядность» конструкции оппозитных двигателей тоже накладывает определенный минус на возможности быстрого и качественного ремонта.
Любознательный читатель может задаться вопросом – ведь перечисленные выше фирмы — «Subaru», «Volkswagen» и «Porsche» — далеко не новички среди автопроизводителей, имеют мировую славу и лидируют во многих направлениях своей отрасли. К слову сказать, знаменитые для своего времени автомобили «Volkswagen» модели «Жук» оснащались оппозитными двигателями начиная с 1938 года.
Почему же у таких солидных фирм не ослабевает внимание к оппозитным двигателям, и они нередко устанавливают оппозитники на свои модели?
Для ответа на этот вопрос следует рассмотреть и некоторые достоинства оппозитных двигателей, которые с давних пор привлекают внимание опытных разработчиков автомобильных моторов.
1. Бесспорным преимуществом оппозитных двигателей является их малая габаритная высота, что позволяет использовать это свойство не только для удобства компоновки (как, например, на автобусах «Икарус» с низким уровнем пола), но и для снижения центра тяжести автомобиля.
Низкий центр тяжести особенно привлекателен для скоростных моделей легковых автомобилей (спортивных, гоночных и т. п.), позволяя «закладывать» крутые виражи без риска опрокинуться.
2. Кроме того, для такого типа двигателей характерна незначительная вибрация хорошая сбалансированность во время работы, что связано, в первую очередь, с характером перемещения подвижных деталей поршневой группы. Отмечается, также, меньший уровень производимого оппозитным двигателем шума в сравнении с двигателями других компоновок.
3. К достоинствам оппозитных двигателей можно отнести их относительно безопасное «поведение» во время ДТП с лобовым столкновением – невысокий двигатель с помощью несложных конструктивных решений легко направить под кузов автомобиля, предохраняя водителя и пассажиров от внезапного появления «нежданного гостя» из-под капота. Фирмы-производители в своих рекламных проспектах отмечают такие достоинства оппозитных двигателей, как высокая надежность и внушительный ресурс, малая металлоемкость.
Насколько реалистичны такие утверждения — судить сложно.
Типы автомобильных оппозитных двигателей
Среди сколь-нибудь серьезных разработок оппозитных двигателей можно выделить два типа, применяемых в настоящее время на автомобилях и неплохо себя зарекомендовавших – «Boxer» и «ОРОС». Здесь следует упомянуть оппозитный двигатель типа 5ТДФ, устанавливавшийся в свое время на отечественных танках Т-64 и Т-72, хотя танк, конечно же, не автомобиль.
Рассмотрим, в чем же конструктивное отличие между этими типами оппозитников.
Оппозитный двигатель типа «Boxer»
В двигателях «Boxer» каждый поршень располагается в отдельном цилиндре и перемещается синхронно поршню противоположного цилиндра, при этом расстояние между этими поршнями то уменьшается, то увеличивается во время работы двигателя.
Такой характер движения поршней с шатунами напоминает движение рук боксеров во время поединка (это хорошо видно на приведенном здесь изображении), что и послужило поводом для названия этого типа оппозитников.
Число цилиндров в двигателях типа «Boxer» обычно от 4 до 12. Наибольшей популярностью пользуются 6-ти цилиндровые оппозитные моторы, которые отличаются минимальным уровнем вибрации благодаря хорошей сбалансированности.
Оппозитный двигатель типа «ОРОС»
Следующий тип оппозитных двигателей – «ОРОС» – можно по праву назвать уникальным благодаря необычной конструкции цилиндропоршневой группы. Аббревиатура «ОРОС» расшифровывается как «Opposed Piston Opposed Cylinder» (что-то вроде «противоположные поршни в противоположных цилиндрах»), а особенность конструкции двигателей этого типа заключается в том, что в каждом из цилиндров располагается по два поршня, которые во время работы двигателя перемещаются навстречу друг другу. При этом поршень, расположенный дальше от коленчатого вала связан с ним специальным удлиненным шатуном. Получается, что в таком двигателе камера сгорания располагается между двух поршней, когда они в процессе работы приближаются друг к другу. После сжатия смеси в этот промежуток (между поршнями) подается искра (если двигатель бензиновый) и смесь воспламеняется, при этом рабочий ход поршней направлен в противоположные стороны и усилия через два шатуна передаются коленчатому валу.
Оппозитные двигатели типа «ОРОС», как правило, являются двухтактными, в них отсутствуют головки блока цилиндров и газораспределительные механизмы, поскольку роль ГРМ выполняют золотниковые окна в стенках цилиндров. При этом впускные окна перекрывает и открывает один поршень, а выпускные — другой. Благодаря такой конструкции оппозитные двигатели «ОРОС» имеют относительно небольшие габариты и вес. Двигатели такого типа могут быть как бензиновыми, так и дизельными. Для обеспечения максимальной эффективности работы таких оппозитников необходима система наддува и продувки цилиндров.
Рассмотренный тип оппозитных двигателей, судя по всему, обладает серьезными перспективами дальнейшего развития, поскольку финансированием усовершенствования конструкции «ОРОС» занимается такая знаменитая и сказочно богатая личность, как основатель Microsoft — Билл Гейтс.
Оппозитный двигатель типа 5ТДФ
Оппозитный двигатель типа 5ТДФ является отечественной разработкой. Как уже упоминалось выше, он создавался специально для танков Т-64 и Т-72.
Конструкцию такого оппозитника тоже можно назвать уникальной — так же, как и в оппозитном двигателе «ОРОС», в цилиндрах двигателя 5ТДФ размещается по два поршня, которые в процессе работы двигателя перемещаются навстречу друг другу. Однако в отличие от двигателя типа «ОРОС», каждый из поршней 5ТДФ соединен шатуном с отдельным коленчатым валом, раздельно передавая крутящий момент во время рабочего хода. Камеры сгорания в оппозитных двигателях 5ТДФ также располагаются между поршнями. Для получения высоких динамических показателей в двигателях 5ТДФ используется система наддува.
Используемый принцип встречного движения поршней позволил упростить конструкцию, существенно повысить компактность силовой установки при отличных динамических свойствах. Так, танковый дизельный оппозитный двигатель объемом 13,6 л при частоте вращения коленчатого вала 2000 об/мин развивал мощность почти семьсот лошадиных сил, выгодно отличаясь компактностью от аналогичных по мощности дизелей другой компоновки.
В настоящее время оппозитные двигатели типа 5ТДФ в нашей стране сняты с производства.
Современные танки оснащаются газотурбинными двигателями. В частности, суперсовременный танк российской разработки – Т-14 «Армата» оснащается двигателем А-85-3А (12Н360), который имеет Х-образную компоновку (см. рисунок).
Оппозитный двигатель: устройство и принцип действия (фото и видео)
Оппозитный двигатель — поршневой ДВС, особенность которого заключается в угле между рядами цилиндров, который к слову составляет 180 градусов. При этом не стоит путать его с V-образными двигателями с аналогичными углами.
Различие между оппозитным (вверху) и V-образным с углом развала цилиндров 180 градусов (внизу) двигателями
Описание оппозитного двигателя
Оппозитный двигатель Огнеслава Костовича
Первый оппозитный двигатель был создан Огнеславом Костовичем в 80-х годах 19 столетия для обустройства дирижабля «Россия». В 20 веке был сконструирован и запатентован двухтактный оппозитный мотор, который был высоко оценен мастерами из Европы.
После определенный доработок двигатель устанавливался на мотоциклы, легкую авиацию и отечественные танки. В послевоенное время агрегатом интересовались такие компании как Porsche, VW, Subaru и AlfaRomeo.
По сравнению с ранними моделями и прототипами, нынешние моторы прошли череду доработок и усовершенствований, которые продолжаются и по сей день благодаря FujiHeavyIndustries.
Достоинства оппозитного двигателя
Компактность. Разработка данного типа моторов начиналось именно с желания сохранить как можно больше пространства под капотом, а уменьшение высоты позволило достигнуть заданной цели.
Почти полное отсутствие вибрации достигается за счет «оппозитного» размещения поршней.
Ресурс мотора в среднем составляет от 500 000 км до первого КР. Разумеется, на это число влияет манера вождения, и можно встретить «счастливчиков», которые дожили до 800 000.
Данная конструкция обеспечивает низкий центр тяжести, что особенно ценно в спортивных авто, которым нужно обеспечивать высокую устойчивость.
Недостатки оппозитного двигателя
Наиболее ощутимой проблемой для владельцев субаровских оппозитников является приличная стоимость обслуживания и невозможность совершения «домашнего» ремонта. Также ощутим тот факт, что из-за большого количества модификаций моторов взаимозаменить деталь не представляется возможным.
Неудобства доставляет и процесс шлифования шейки коленвала, который необходимо выполнять не специальном оборудовании. Не стоит забывать и об увеличенном расходе моторного масла, по сравнению с рядными «коллегами».
Обслуживание оппозитного двигателя
Оппозитный двигатель EJ25 (Subaru Legacy Tourer)
Наиболее популярной современной моделью Subaru является Legacy. Рассмотрим процесс его обслуживания.
Система управления двигателем включает в себя функцию самодиагностики. При возникновении неисправности зажигается лампа Check Engine. При соединении клем в разъёме под рулевой колонкой и дальнейшем включении зажигания узнаем код неисправности, расшифровать который можно с помощью книги по ремонту авто Субару.
- Высоковольтные провода меняются через 50 тыс.км
- Срок службы зубчатого ремня распределительного вала составляет около 100 тыс. км, после рекомендуется его замена.
- Ресурс сальников коленчатого и распределительного валов — 100 тыс. км, после которых они пропускают масло.
- Замена топливного фильтра рекомендуется каждые 10 тыс.км.
- Промывка топливных форсунок осуществляется раз в 50 тыс.км, при этом с двигателя они не снимаются.
Вывод
Оппозитный двигатель был создан не как альтернатива существующим ДВС, но он нашел своё место, как в прошлом, так и в нынешнем машиностроении.
Также рекомендуем к просмотру данные видео про оппозитный двигатель, его устройство и принцип работы:
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Оппозитный двигатель — горизонтальное расположение цилиндров
Оппозитный двигатель — определение, устройство, применение. Какими преимуществами и недостатками он обладает.
Оппозитный двигатель представляет собой форму устройства двигателя внутреннего сгорания автомобиля, имеющий особую структуру: его поршни расположены под развернутым углом и осуществляют движение в горизонтальной плоскости навстречу друг другу и в обратные стороны (друг от друга). Другая, соседняя пара поршней, располагается в одном положении (например, вверху).
Взаимодействие поршней внутри двигателя напоминает в чем-то боксерский раунд, отсюда и другое название устройства — боксер. Конструкция механизма предполагает установку каждого поршня на обособленных шейках коленчатого вала. Количество цилиндров в оппозитном двигателе может быть от 2 до 12-ти, но всегда четное. Наиболее популярны устройства с четырьмя и шестью цилиндрами (четырех- и шестицилиндровые боксеры).
На современном автомобильном рынке представлено множество марок машин, каждая из которых придерживается собственной концепции оснащения автомобилей. Разработкой и применением оппозитных двигателей сейчас занимаются две фирмы: Subaru и Porsche. Раньше оппозитный двигатель устанавливался на такие автомобили, как Alfa Romeo, Honda, Chevrolet, Volkswagen, Ferrari и другие.
Первый оппозитный двигатель, работающий на дизельном топливе, был выпущен компанией Субару в 2008 году. Это четырехцилиндровый оппозитник с вместительностью 2 литра, способный развивать мощность до 150 л.с. При его разработке используется система Сommon Rail.
На некоторых моделях машин марки Порше используются двигатели с шестью цилиндрами (Саyman, 911). Для автомобилей спортивного класса были разработаны восьми- и двенадцатицилиндровые оппозитные двигатели повышенной мощности. Многие профессионалы говорят о том, что от работы обычных двигателей отличаются только шестицилиндровые оппозитники, четырех- и двухцилиндровые практически аналогичны.
Оппозитный боксер — основные принципы работы
В целом процесс функционирования оппозитного боксера схож с работой других двигателей внутреннего сгорания. Главной отличительной особенностью его устройства является расположение цилиндров. Цилиндры в нем установлены горизонтально, в отличие от большинства двигателей. Это устанавливает и иное движений поршней: не вверх и вниз, а справа налево и наоборот (от одного края цилиндра к противоположному).
Первоначальная разработка горизонтального оппозитного боксера не принадлежит компании Subaru, как склонны думать многие. Моторы подобного типа уже использовались ранее на пассажирских автобусах Икарус, а также на мотоциклах (как отечественного «Днепр, МТ», так и иностранного производства «эндуро-турист BMW R1200GS и прочие»). Кроме того, подобные двигатели уже давно используются в военном транспорте, в частности, в отечественных танках.Естественно, подобное строение двигателя имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их наиболее подробно.
Преимущества оппозитного боксера
На фотографии оппозитный двигатель Porsche
К главным плюсам двигателя с горизонтально расположенными цилиндрами относят:
-
Способствует смещению центра тяжести. Масса распределяется около оси, что позволяет значительно улучшить управляемость машины. Для многих этот фактор является решающим при выборе двигателя и автомобиля, особенно это актуально для российских дорог.
Недостатки оппозитного двигателя
На фотографии оппозитный двигатель Subaru Outback 2015
Несмотря на значительные преимущества, двигатель подобного типа имеет существенные недостатки, от которых разработчики пока не избавились:
-
Требует дорогостоящего обслуживания. Часто ремонт двигателей обычного строения осуществляют самостоятельно или в автосалонах за небольшую сумму. Однако в случае с оппозитным боксером это невозможно. Его конструкция слишком сложна, поэтому монтаж лучше доверить профессионалам. Причем за подобные услуги придется заплатить приличную сумму денег.
Таким образом, все недостатки устройства прежде всего заключаются в дороговизне его обслуживания. Это может стать значительным фактором для многих автовладельцев. Однако, как считают представители автомобильных компаний Subaru и Porsche, качество его работы стоит затраченных средств на обслуживание.
Компания Subaru не собирается менять оппозитные двигатели на стандартные, так как ее представители склонны считать, что это будет большим шагом назад. На уровень продаж автомобилей данной марки дороговизна обслуживания двигателя никак не влияет, так как машины зарекомендовали себя исключительно с положительной стороны.
Познавательное видео про горизонтально-оппозитный двигатель: