Що ми знаємо про оппозитном двигуні? Те, що поршні в ньому рухаються горизонтально. що даний двигун є особою автомобілів Subaru. Мабуть, все. Давайте дізнаємося трохи більше.
опозитний двигун є однією з компонувальних схем двигуна внутрішнього згоряння, в якій поршні знаходяться під кутом 180 ° і рухаються в горизонтальній площині один до одного і один від одного. При цьому два сусідніх поршня завжди знаходяться в однаковому становищі, наприклад у верхній мертвій точці.
Рух поршнів в двигуні нагадує поєдинок боксерів, тому інша назва опозитного двигуна - боксер (Boxer). Особливістю конструкції опозитного двигуна є установка кожного поршня з шатуном на окремій шатунной шийці колінчастого вала. Опозитний двигун завжди має парну кількість циліндрів (2, 4, 6, 8, 10, 12). Найпоширеніші в даний час чотирьох- і шестициліндрові «оппозитника».
Опозитний двигун не потрібно плутати з V-подібним двигуном і кутом розвалу циліндрів 180 °. При зовнішній схожості в такому двигуні сусідні поршні з шатунами розташовуються на одній шатунной шийці. Тому, коли один поршень досягає верхньої мертвої точки, інший перебуває в нижній мертвій точці.
Незаперечними перевагами опозитного двигуна є низький центр тяжіння, мінімальні вібрації при роботі і високий рівень безпеки при лобовому зіткненні.
Усунутий вниз центр ваги опозитного двигуна дозволяє домогтися кращої стійкості і керованості автомобіля. Низько розташований двигун знаходиться на одній осі з трансмісією, чим досягається більш ефективна передача потужності.
Опозитний двигун практично повністю позбавлений вібрацій (має місце тільки момент від сил інерції другого порядку, який прагне розгорнути двигун навколо вертикальної осі). Взаємно узгоджений рух сусідніх поршнів забезпечує плавну роботу двигуна. Баланс мас в оппозитном двигуні дозволяє зробити установку колінчастого вала на трьох корінних підшипниках (замість звичайних п'яти), що значно скорочує довжину двигуна і його вага.
Опозитний двигун більшою мірою відповідає вимогам пасивної безпеки. При лобовому зіткненні мотор йде вниз під автомобіль і, тим самим, зберігає життя пасажирів в салоні. Не менш важливим для водіїв гідністю опозитного двигуна є характерний звук його роботи, що відрізняється від інших ДВС.
На жаль, опозитний двигун не позбавлений і недоліків. Найсерйознішим, на наш погляд, є висока трудомісткість ремонтних робіт, Пов'язана з особливістю конструкції двигуна. Так, для виконання окремих ремонтів потрібно зняття двигуна з автомобіля. У деяких джерелах зазначається, що горизонтальне рух поршня призводить до нерівномірного зносу гільзи циліндра і, як наслідок, підвищеної витрати масла. зважаючи на певні габаритних розмірів опозитний двигун встановлюється на автомобіль тільки поздовжньо.
В даний час оппозітниє двигуни розробляють і встановлюють на свої автомобілі компанії Subaru і Porsche. Раніше опозитний двигун можна було побачити на автомобілях Alfa Romeo, Citroen, Chevrolet, Honda, Lancia, Toyota, Volkswagen і навіть Ferrari.
Компанія Subaru використовує оппозітниє двигуни з 1963 року. Це чотирьох- і шестициліндрові Boxer. Історія чотирициліндрових двигунів від Subaru налічує три покоління: серія EA (1966-1994); серія EJ (1989-1998, колінчастий вал на 5 корінних підшипниках, 1999-2010, колінчастий вал на трьох корінних підшипниках); серія FB (З 2010 року). Шестициліндрові Boxer пішли в виробництво дещо пізніше - серія ER (1987-1991), серія EG (1992-1997), серія EZ (З 1999 року).
Абсолютна більшість оппозітних моторів це бензинові двигуни з розподіленим уприскуванням палива і верхньої системою газорозподілу. Вони мають один (SOHC) або два (DOHC) розподільних вала, які наводяться від колінчастого вала зубчастим ременем або ланцюгом. Незважаючи на різну кількість розподільних валів в двигунах реалізована чотирьохклапанний схема газообміну. Ряд двигунів оснащений турбонаддувом.
Чотирициліндровий Boxer третього покоління вийшов більш простий, компактний, економічний і нешкідливий. Для зниження витрати палива, зменшення токсичності викидів, збільшення величини крутного моменту і розширення його межі в нових двигунах використано безліч прогресивних технічних рішень:
- збільшена ступінь стиснення за рахунок збільшення ходу поршня і зменшення обсягу камери згоряння;
- понижена вага рухомих деталей (шатуна, поршня, колінчастого вала) за рахунок виготовлення куванням;
- на розподільних валах впускних і випускних клапанів використана система зміни фаз газорозподілу (система активного управління клапанами AVCS);
- застосований новий масляний насос, що забезпечує високу якість мастила і збільшує ресурс двигуна;
- використана система охолодження з роздільними контурами для охолодження блоку циліндрів і головки блоку.
У 2008 році Subaru вперше представила дизельний опозитний двигун. Чотирициліндровий мотор, об'ємом 2,0 літра, розвиває потужність 150 к.с.. У ньому використана система уприскування Common Rail, система турбонаддува з турбіною із змінною геометрією.
На ряд моделей автомобілів Porsche (911, Boxster, Cayman) встановлюються шестициліндрові оппозітниє двигуни. Свого часу для використання в автоперегонах були розроблені 8 і 12-циліндрові оппозітниє двигуни.
з книги В.М. Степанов
Тюнінг автомобільних двигунів: СПб., 2000. - 82 с .: іл.5. МОДЕРНІЗАЦІЯ СИСТЕМИ випуску відпрацьованих газів
У сучасному автомобілі на систему випуску відпрацьованих газів (ОГ) покладається декілька важливих функцій:
- глушіння шуму при випуску ОГ до рівня, що не перевищує встановлених санітарних норм;
- зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ до значень, що не перевищують гранично допустимих концентрацій.
Поряд з виконанням цих функцій система випуску повинна забезпечувати:
- гарне очищення і продування циліндрів двигуна;
- мінімальні втрати енергії ОГ на шляху від випускних клапанів до лопаток соплового апарату турбіни;
- роботу турбіни при мінімальних пульсаціях потоку ОГ.
Крім того, система випуску повинна мати відносно просту конструкцію і бути технологічною у виготовленні. Виконання названих вимог дозволяє отримати прийнятний витрата палива, знизити ймовірність поломки лопаток турбіни, зменшити металоємність системи випуску і полегшити її обслуговування.
Основною проблемою при прагненні оснастити автомобіль ефективною системою глушіння шуму є труднощі розміщення глушника досить великих розмірів. Зазвичай ця проблема вирішується шляхом установки на автомобіль декількох (до трьох) послідовно з'єднаних глушників з меншими габаритами замість одного великого. Важливою вимогою, що пред'являються при цьому до випускного тракту, є наявність мінімального опору руху ОГ і зменшення за рахунок цього втрат потужності двигуна.
Для зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ у випускний тракт сучасних автомобілів встановлюється каталітичний нейтралізатор. Особливість розроблених конструкцій каталітичних нейтралізаторів в тому, що ефективну нейтралізацію містяться
в ОГ токсичних компонентів вони здійснюють лише при значенні коефіцієнта надлишку повітря α \u003d 0,994 ± 0,003. З метою визначення кількості міститься в ОГ кисню і корекції (при необхідності) складу паливо-повітряної суміші, що забезпечує ефективну роботу каталітичного нейтралізатора, в випускному тракті встановлюється датчик зворотнього зв'язку, Так званий лямбда-зонд, який називають також кисневим датчиком. На деяких автомобілях фірми Toyota такий датчик встановлюється як на вході газів в каталітичний нейтралізатор, так і на виході з нього. Це дозволяє блоку управління оцінювати ефективність роботи каталітичного нейтралізатора.
Слід зауважити, що при установці каталітичного нейтралізатора опір випускного тракту неминуче зростає, що супроводжується деяким зменшенням ефективної потужності двигуна (на 2 - 3 кВт). Щоб загальний опір випускного тракту при установці каталітичного нейтралізатора сильно не зростало, останній розміщують зазвичай на місці попереднього глушника. Оскільки максимальна економічність двигуна має місце при роботі на збіднених сумішах (≈α 1,05 ... 1,15), то вимушена робота двигуна у всьому діапазоні навантажень на суміші практично стехіометричного складу неминуче веде до зниження економічності (до 5%).Випускний тракт системи прагнуть виконати таким чином, щоб при здійсненні покладених на нього основних функцій він сприяв би повнішому очищенню камер згоряння від залишкових газів і повнішому наповненню циліндрів двигуна свіжим зарядом. Залежно від способу організації руху потоку ОГ на ділянці від випускних клапанів до входу в турбіну турбокомпресора випускні системи поділяють на системи
постійного тиску,
імпульсні,
імпульсні з перетворювачами імпульсів
ежекційні однотрубні.Випускні системи постійного тиску з-за наявних серйозних недоліків на автомобільних двигунах практично не
застосовуються.
Найбільшого поширення тут набули системи імпульсні і імпульсні з перетворювачами імпульсів. Розглянемо ці системи докладніше.
В силу циклічності протікання робочого процесу в поршневих ДВС в випускному тракті, як і у впускному, виникає коливальний рух газів, в результаті якого утворюється хвиля тиску.
Завдяки великій різниці тисків газу в циліндрі і випускному тракті, в перший момент з початку відкриття випускного клапана з циліндра виходить значна кількість газів. У цей період, званий попередніми випуском, створюється розповсюджується зі швидкістю звуку хвиля тиску. Ця хвиля, відбиваючись від стінок випускного трубопроводу, при певних обставинах може перешкодити подальшому витіканню газу з циліндра, зумовленого великою різницею тисків в початковий період випуску. Подальше очищення циліндра від залишкових газів здійснюється в цьому випадку лише за рахунок виштовхує дії поршня. Очевидно, що за таких умов кількість газів, які залишаються в камері згоряння від попереднього циклу, буде найбільшим. Це негативно позначиться на подальшому наповненні циліндра свіжим зарядом і відповідно на потужності, економічності та екологічних показниках двигуна.
Однак, що утворюється хвилю тиску можна використовувати і для створення за випускним клапаном умов, що сприяють поліпшенню очищення циліндра від залишкових газів. Для цього випускну систему необхідно налаштувати так, щоб до кінця процесу випуску в період наявної фази перекриття клапанів за випускним клапаном при проходженні хвилі утворилося розрідження. Це призведе до збільшення кількості випливають з циліндра залишкових газів і поліпшення наповнення його свіжим зарядом. Налаштування випускної системи здійснюється шляхом підбору довжини і площі перетину випускних трубопроводів. На початковому етапі робіт названі параметри випускної системи попередньо можуть бути визначені розрахунковим методом, проте потім необхідна перевірка та уточнення отриманих результатів на випробувальному стенді. При виконанні цих досить трудомістких робіт з метою скорочення кількості дослідів для отримання очікуваного результату слід скористатися прийомами, відомими з теорії планування експерименту.
Практика конструювання випускних систем показує, що чим більше циліндрів об'єднує один випускний трубопровід, тим менше виникає в трубопроводі результуюча амплітуда тиску, що утворюється в результаті накладення окремих хвиль. Тому, щоб уникнути небажаного накладення хвиль, випускну систему виконують у вигляді декількох розташованих віялом (один над іншим) трубопроводів, в кожен з яких здійснюється випуск газів не більше ніж з трьох циліндрів. Для запобігання небажаного накладення хвиль потоки газу з циліндрів об'єднуються трубопроводами так, щоб забезпечити чергування випусків газу в кожен трубопровід з максимально можливими інтервалами. При цьому необхідно прагнути забезпечити однакову довжину випускних трубопроводів (На практиці це не завжди вдається реалізувати через наявні габаритних обмежень). Виконання таких умов можливо при віялоподібному розташуванні випускних трубопроводів, коли вони розташовуються один над іншим. Забезпечення однакової довжини трубопроводів дозволяє налаштувати систему випуску на певний діапазон частоти обертання КВ. У імпульсною випускною системою підведення ОГ до турбіни здійснюється окремими трубопроводами від кожної групи циліндрів.У імпульсною випускною системою з перетворювачем імпульсів трубопроводи, які об'єднують випуск з двох або трьох циліндрів, переходять в виконує перетворення імпульсів Y-подібну трубу, два тракту якій через певну відстань об'єднуються в один. У порівнянні з класичною імпульсною випускною системою імпульсна система з перетворювачем імпульсів програє за габаритними показниками, але дозволяє підвищити ККД турбокомпресора і збільшити ресурс турбіни.
З одного боку, великі, могутні двигуни V8 іV12 мають свою привабливість, є щось особливе в їх звучанні. Плюс потужність. Але своя дещиця логіки є і в малооб'ємних гоночних моторах, які на максимальних обертах дзижчать немов ті силові агрегати.
Ось наприклад, . Високоспритний опозитний двигун, EJ207, його обожнюють тюнери і є за що. Ось, наприклад, австралійська тюнінг компанія GotitRext вирішила підняти показники «боксера» на нові висоти.
Компанія взялася за тюнінг опозитного двигуна, забезпечивши його новими нутрощами і турбіною Garrett GTW3884. Неймовірно, з мотора в 2.0 літра таким чином вдалося «зняти» 610 к.с. з коліс! Однак, це не найцікавіше.
Найбільшим досягненням команди інженерів стала можливість в реалізації дуже високих обертів. 12 тис. Обертів на хвилину! Ось в який неймовірний «стелю» вперлися показники цього движка.
Незрозуміло, як фірмі GotitRext вдалося вивести показники на такий надзвичайно високий рівень і не втратити в надійності двигуна (в компанії запевняють, що це так). Через те, що не кожна трансмісія витримає такі показники потужності й крутного моменту, трансмісія також була перероблена.
Відрізняються один від одного не тільки по виду споживаного палива, але також і по конструктивними особливостями. Наприклад, велике розмаїття по розташуванню циліндрів. Кожен варіант має свої сильні і слабкі сторони. В даному випадку будуть розглянуті плюси і мінуси опозитного двигуна.
В поршневих двигунах внутрішнього згоряння (А бувають ще і роторні) розміщення циліндрів може бути різним по відношенню один до одного: під гострим кутом, в один ряд, звездообразно і так далі. У випадку з оппозітним циліндри знаходяться в одній площині і розміщені один навпроти одного під кутом 180 градусів. На відміну від багатьох рядних моторів, опозитний агрегат найчастіше має два, а також вертикальний розподіл. Існує кілька типів оппозітних двигунів. Серед них найбільш відомі:
- Boxer ( «Боксер»). Відрізняється тим, що поршні, розташовані один перед одним, рухаються подібно боксерам на рингу. Тобто, коли один з них знаходиться в крайній верхній точці, другий займає крайнє нижнє положення. Вони весь час в рівній мірі віддалені одне одного;
- ОРД - Opposed Piston Opposed Cylinder. Принцип роботи в даному випадку полягає в тому, що поршні попарно знаходяться в одному циліндрі (верхній і нижній поршень). Вони рухаються назустріч один одному, обертаючи коленвал.
- 5 ТДФ. Це двотактний танковий двигун радянського виробництва, яким застосовувався на танках Т-64 і Т-72. Цікава особливість даного агрегату полягає в його многотоплівності. Основне пальне для нього - солярка. Однак за допомогою спеціального перемикача на паливний насос високого тиску, можна було запустити режим роботи на бензині або на суміші бензину з гасом і соляркою, а також двигун міг працювати на реактивному паливі. Правда, потрібно ще й підкоригувати кут запалювання (таймінг уприскування).
Розробкою силових агрегатів активно займалася багато компаній. Наприклад, Volkswagen приділяв увагу даного типу агрегатів з середини 30-х років минулого століття. Це були не просто експерименти, а прагнення розробити власний опозитний мотор, знизити рівень вібрацій, які виникають під час роботи традиційного V-образного або рядного двигуна і т.д. До речі, свою розробку інженери Volkswagen застосували і в легендарному автомобілі Volkswagen Beetle. А з 60-х років оппозітниє двигуни стали активно використовуватися японською компанією Subaru, яка займалася розробками паралельно з німцями.
Переваги оппозитного ДВС
За великим рахунком, робота опозитного двигуна не відрізняється від принципу дії агрегатів інших конструкцій. Однак подібне розташування циліндрів має свої певні переваги, а також і недоліки.
- Найпомітнішим перевагою розглянутих силових установок вважається майже повна відсутність вібрації під час роботи. Такий ефект досягається за рахунок розташування, які врівноважують один одного. Це не тільки додає комфорту, але і істотно збільшує термін експлуатації. Звідси походить другий «плюс»;
- Вражаючий ресурс опозитного двигуна. Є дані про те, що досить часто пробіг до першого капітального ремонту становив мінімум від 500 тисяч кілометрів. Зрозуміло, манера водіння вносить свої суттєві корективи. І, тим не менш, міжремонтний термін досить великий. Втім, часто-густо можна зустріти твердження фахівців і автолюбителів, що 800-900 тисяч до першого - це не більше ніж красива казка;
- Мотори розглянутої в даній статті конструкції забезпечують автомобілям низький центр тяжіння. Особливо це якість цінується в потужних спортивних машинах. Адже, проходячи віражі на великих швидкостях, дуже важливо зберегти стійкість;
- Також не можна не згадати про економію місця під капотом. Хоча багатьом цей пункт здасться спірним, адже виграючи по висоті, потрібно при цьому робити капот ширше або довше.
Ось, мабуть, і всі істотні переваги оппозитника. Тепер потрібно розглянути і недоліки, яких, на жаль, дещо більше.
Основні відмінності, а також переваги і недоліки 8-й клапанних моторів в порівнянні з 16-и клапанними двигунами. який силовий агрегат краще вибрати.
Оппозітним двигуном називається двигун з горизонтальною компонуванням поршнів, тобто, поршні рухаються горизонтально щодо кузова автомобіля. Така компоновка часто зустрічається на двигунах компанії Subaru,.
У оппозитном двигуні поршні розташовані під кутом 180 °, а їх рух знаходиться в одній горизонтальній площині відносно один одного. Сусідні поршні в оппозитном двигуні розташовуються однаково по відношенню один до одного. Друга назва "оппозитника" - "boxer», ця назва мотори отримали за особливість руху поршнів, яке нагадує бій боксерів. Звук роботи опозитного мотора важко сплутати зі звуком звичайного мотора.
На відміну від класичного V-образного, у опозитного мотора кожен поршень з шатуном розташовується на окремій шатунной шийці клонували. У V-образних моторів поршні і шатуни знаходяться на одній шатунной шийці, тому якщо один поршень знаходиться у верхній мертвій точці (ВМТ), то другий - в нижній ВМТ.
Головні незаперечні "плюси" опозитного двигуна:
- Передбачена можливість шипування під час роботи;
- Низький центр ваги;
- Високий ступінь безпеки в разі лобового зіткнення. У разі лобового удару мотор йде під машину, що дозволяє водієві і пасажирові вижити в ДТП і вийти з нього з мінімальними травмами.
- Прекрасна стійкість, машина, що називається "тримає дорогу" і прекрасно справляється навіть з самими крутими поворотами.
- Розташування в одній площині з трансмісією забезпечує максимально ефективну передачу потужності.
У той же час при всіх перерахованих вище перевагах, опозитний мотор має іншу проблему, через особливості конструкції на мотор впливають сили інерції, які намагаються розгорнути його навколо вертикальної осі. Вага цього типу двигунів найчастіше набагато нижче ніж у V-образних аналогів, цього вдається досягти завдяки установці