Оппозитный двигатель

Оппозитный двигатель – поршневой двигатель внутреннего сгорания с углом развала цилиндров в 180 градусов. Главная особенность этого мотора – одновременное достижение поршнями верхней мертвой точки, что принципиально отличает оппозитный двигатель от V-образного горизонтального двигателя, углы развала цилиндров которого тоже расположены под тем же углом.

Оппозитные двигатели занимают второе место по «старшинству» среди всех вариантов ДВС. Первыми появились рядные с вертикальным расположением цилиндров, затем была создана конструкция оппозитных с горизонтальными цилиндрами, а только после этого удалось разработать варианты V-образных. По инженерным решениям оппозитный двигатель относится к категории самых сложных конструкций, требующих точного расчета всех элементов кривошипно-шатунного механизма, применения новейших решений теории машин и механизмов.

Горизонтальный двигатель оппозитного типа изобретен в 1896 году Карлом Бенцем. Первые массовые оппозитные двигатели на свои автомобили использовала компания Volkswagen в 1938 году, в начале сороковых годов прошлого столетия такие варианты ДВС устанавливали на моделях Toyota, Honda, Ferrari. С появлением V-образных вариантов популярность оппозитных резко снизилась. С чем это связано и заслуженно ли забыта конструкция? Где сегодня используются такие типы двигателей?

Дизельный оппозитный двигатель

Дизельный оппозитный двигатель

Что такое оппозитный двигатель?

Оппозитный («opposite» в переводе с французского — «противоположный») двигатель одновременно обладает тремя характеристиками:

  • цилиндры расположены под углом 180°;
  • ход поршней синхронизирован;
  • двигатель устанавливается в горизонтальном положении.

Ход поршней спроектирован таким способом, что они всегда передвигаются либо навстречу друг другу, или в противоположные стороны и одновременно располагаются в верхней и нижней мертвых точках. Надо иметь в виду, что горизонтальное расположение агрегата не является наиболее важным признаком оппозитного двигателя, это просто наиболее оптимальный способ его компоновки с ходовой установкой транспорта. Не все двигатели с горизонтальным размещением поршней относятся к типу оппозитных. Главное отличие оппозитный ДВС имеет симметричные циклы тактов поршней.

Симметричный ход цилиндров оппозитного двигателя

Симметричный ход цилиндров оппозитного двигателя

Не надо путать оппозитные двигатели со старым мотоциклетными («Урал», «Днепр»). На них установлены плоские двигатели с углом развала цилиндров 180°.

Разница между оппозитными и «плоскими» двигателями

Несмотря на сходный внешний вид, оппозитный и горизонтальный двигатель («плоский») имеют принципиально различную схему работы. Плоский двигатель – это V-образный с увеличенным до 180° углом расположения цилиндров. Схемы подачи топлива и зажигания остаются неизменными. Сохраняется прежний порядок работы цилиндров 1-2-4-3 или 1-3-4-2 (для четырехцилиндровых), 1-5-3-6-2-4 (для шестицилиндровых) и 1-5-4-8-6-3-7-2 (для восьмицилиндровых). Такие варианты из-за своей сложности и дороговизны используются очень редко. Угол чередования тактов — 180° для четырехцилиндровых, 120° для шестицилиндровых и 90° для восьмицилиндровых.

Оппозитный ДВС имеет порядок работы цилиндров 1-2-3-4 или 1-4-3-2 (для четырехцилиндровых, угол чередования 180°), 1-6-2-4-3-5 (для шестицилиндровых, угол чередования 120°).

На видео продемонстрирована принципиальная разница между рядным (слева), оппозитным двигателем типа Boxer (по центру) и V-образным мотором с классическим углом развала цилиндров (справа).

Виды оппозитных двигателей и их устройство

Существует три вида оппозитных двигателей, каждый имеет свои устройство и инженерные особенности.

Тип Boxer

Boxer – четырехтактный горизонтально-оппозитный двигатель, поршни расположены по различным сторонам коленчатого вала в одной плоскости, двигаются в противоположном направлении друг к другу. Имеют два механизма приводов распределительных валов, две системы удаления газов, один коленвал и один маховик.

Каждый поршень оппозитного двигателя Boxer расположен в отдельном цилиндре, шатуны передают поступательное движение на общий коленчатый вал. Поршни перемещаются синхронно и одновременно достигают верхней и нижней мертвой точки. Если один поршень достиг нижней мертвой точки, то второй располагается в верхней мертвой точке. Такое движение напоминает боксерский бой, отсюда и название агрегатов «боксеры». Рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала (720°).

Тип OPOC (Opposed Piston Opposed Cylinder)

Принцип работы оппозитного двигателя типа ОРОС

OPOC – двухтактный вариант двигателя внутреннего сгорания. Не имеет клапанной системы впуска топлива и выпуска отработанных газов. В каждом цилиндре расположено по два поршня, камера сгорания располагается между ними. Наиболее простой тип агрегатов, но имеет невысокие технические параметры и эксплуатационные характеристики. В зависимости от назначения и мощности имеют воздушное или водяное охлаждение двигателя.

Каждый цилиндр двигателя OPOC имеет по два поршня, двигающихся навстречу друг к другу. Камера сгорания расположена в пространстве между поршнями. Такой принцип используется только в двухтактных моделях, рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала (360°).

5 ТДФ

Оппозитный мотор Тип 5ТДФ

Противоположные поршни двигателя 5 ТДФ соединяются с двумя коленвалами, а камеры сгорания размещены между поршнями. Повышение мощности агрегата достигается за счет использования турбонаддува. При уменьшении габаритов удается снизить вес и увеличить внутренний объем военного транспортного средства. Топливо подается и отводятся газы через специальные отверстия в гильзе блока цилиндров.

Оппозитный двигатель 5 ТДФ разработан отечественными конструкторами специально для военной техники. Принцип действия напоминает агрегат OPOC, но, в отличие от него, имеет два коленчатых вала для фиксации шатунов. Использовались варианты с бензиновым и дизельным топливом. Во время эксплуатации конструкция себя не оправдала и в настоящее время не применяется.

В зависимости от количества цилиндров и объема камер сгорания оппозитные двигатели имеют различную мощность.

Принцип работы оппозитного двигателя

С физической точки зрения оппозитный мотор – это двигатель внутреннего сгорания. Топливо воспламеняется в камере, за счет расширения газов возрастает давление, усилие через поршень и шатун передается на коленвал и вращает его вокруг оси. Далее вращательное движение трансмиссией передается на ходовую. Некоторые различия есть только в рабочих тактах кривошипно-шатунного механизма, вызванные инженерными особенностями конструкций.

  • 1

    Двухтактные оппозитные двигатели OPOC. В них камера сгорания располагается не между поверхностью поршня и головки блока, а между двумя поршнями, передвигающимися в одной головке. По бокам гильз имеются отверстия для выпуска выхлопных газов и впуска топлива для каждого поршня. Топливо подается во время приближения поршней к мертвой точке, в дальнейшем они передвигаются навстречу и сжимают смесь. При приближении к верхней мертвой точке происходит воспламенение, поршни под давлением газов двигаются в противоположных направлениях. Удаление газов выполняется при движении поршней в обратном направлении. Впускное и выпускное отверстия расположены на различных удалениях, что позволяет циклически удалять отработанные газы и засасывать в камеру сгорания топливную смесь. В более современных агрегатах топливная смесь подается форсунками, за счет чего улучшаются характеристики двигателей.

  • 2

    Четырехтактные оппозитные двигатели. Процесс полностью идентичен традиционным рядным или V-образным. Разница в расположении цилиндров, что влияет на порядок их работы.

Современные разработки вариантов оппозитных ДВС позволяют улучшать их технические параметры.

Под капотом Subaru Forester Sport

Под капотом Subaru Forester Sport

Плюсы оппозитного двигателя

Как и все ДВС, оппозитный мотор имеет свои сильные и слабые стороны. К плюсам можно отнести следующие характеристики:

  • Низкий центр тяжести двигателя. Горизонтально установленные агрегаты и узлы дают возможность опускать место монтажа – повышается устойчивость автомобилей при прохождении крутых виражей, улучшается коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием.

  • Повышается пассивная безопасность. Оппозитные двигатели можно фиксировать к прочным элементам рамы и кузова, что увеличивает его устойчивость при лобовых ударах – ниже вероятность вдавливания двигателя в салон, вектор смещения направлен под дно автомобиля.

  • Улучшается комфортность пребывания в салоне. Кривошипно-шатунный механизм идеально сбалансирован – при работе минимизируются вибрации и неприятные шумы.

Но почему же такие типы силовых агрегатов не занимают первое место среди используемых на транспортных средствах? Они имеют и свои существенные слабые стороны.

Минусы оппозитного двигателя

К недостаткам таких двигателей относятся следующие характеристики:

  • Неравномерный износ гильз цилиндров, маслосъемных и компрессионных колец. Горизонтальное расположение цилиндров становится причиной постоянного воздействия дополнительных вертикальных усилий. Из-за этого они неравномерно изнашиваются и становятся овальными. Как следствие, возрастает расход масла и уменьшается мощность.

  • Техническая сложность. Каждый противоположный ряд должен иметь свой механизм привода ГРМ, работа между ними строго контролируется и согласовывается. Это требует дополнительных затрат на изготовление сложных элементов.

  • Высокая стоимость. Для улучшения технических параметров используются более прочные материалы. Их стоимость выше традиционных инструментальных углеродистых низколегированных сталей и сплавов. Кроме того, они имеют большее количество сложных узлов и деталей.
  • Недостаточная адаптация к неровным дорогам. Небольшая высота поддона повышает риски попадания масла в горизонтально расположенные цилиндры. Дорожное покрытие должно быть ровным без значительных уклонов. Увеличение глубины поддона одновременно уменьшает клиренс, а это важная характеристика внедорожников. Поднятие двигателя вверх ухудшает горизонтальную устойчивость на крутых поворотах.

Производители постоянно работают над усовершенствованием оппозитных двигателей, применяют инновационные материалы и технологии, современные инженерные решения. Соблюдение рекомендаций производителей по эксплуатации моторов автоматически устраняет большинство эксплуатационных проблем.

Под капотом Subaru BRZ

Под капотом Subaru BRZ

Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя

Главные сложности возникают из-за небольшого распространения двигателей, не все станции технического обслуживания имеют профессиональных специалистов, необходимое оборудование и инструменты. К наиболее распространенным относятся следующие опасения.

  • Для простой замены свечей необходимо вывешивать двигатель. Это неправда, слесарь может пользоваться специальным свечным ключом с удлинителем и карданным шарниром. Проблемы имеют только модели Subaru BRZ, у них рабочее пространство ограничивается близко расположенным лонжероном.
  • Сложности замены поршневых пар предварительно необходимо через технологические отверстия достать пальцы. Это правда. Но конструкторы учли проблему, на современных моторах FB разъем шатуна развернут и ассиметричен, что позволяет легко снимать поршневую группу.

Что касается остальных операций, машины с оппозитным двигателем не создают никаких дополнительных трудностей, за исключением сложности в поиске опытного моториста, специализирующегося на этом типе моторов.

Subaru WRX 2022
Subaru WRX 2022
Subaru WRX 2022
Subaru WRX 2022
previous arrowprevious arrow
next arrownext arrow
 

В каких машинах применяются оппозитные двигатели

Эти типы агрегатов в настоящее время используются на следующих транспортных средствах:

  • спортивных автомобилях класса F1;
  • моделях автоконцернов Subaru и Porsche;
  • мотоциклах BMW;
  • легкомоторных летательных аппаратах;
  • отечественных танках Т-64 и Т-72.

Сегодня оппозитный двигатель имеют все модели Subaru и некоторые Porsche. В 50–70-х годах прошлого столетия двигатели были на отдельных моделях Alfa Romeo, Citroen, Toyota, Chevrolet, Lancia, Volkswagen, Honda, и Ferrari. Такие агрегаты стояли на Volkswagen Kafer, Toyota Publica, Porsche 911, Steyr-Puch 500, Chevrolet Corvair, Citroen Axe, Ferrari 365 GT4 BB, Alfa Romeo 145. Во время Второй мировой войны они использовались на бомбардировщиках, катерах, подводных лодках и ж/д тепловозах.

Подписывайтесь на нас: Дзен Новости, Google News, ВКонтакте, Telegram, по RSS

Один комментарий

  1. Вадим 11.10.2023 at 19:28 - Ответить

    Кому могло придти в голову создать двигатель такой конструкции…

Выскажите свое мнение:

Читайте также в нашем журнале: