Наиболее распространенными двигателями на современных автомобилях считаются рядные и V-образные. Оппозитные моторы используются гораздо реже, в основном на моделях Porsche и Subaru. В чем же причина такого невнимания, и какими достоинствами обладает оппозитный двигатель?
Варианты конструкции
От своих собратьев этот мотор отличается тем, что цилиндры в нем расположены не вертикально или под углом, а горизонтально, т.е. в противоположные стороны друг от друга. Отсюда и название - оппозитный или горизонтально-оппозитный двигатель.
Существует два варианта конструкции таких моторов. Первый - поршни движутся навстречу друг другу и имеют общую камеру сгорания. Такие К их плюсам можно отнести высокое качество газообмена, более простую, по сравнению с рядными или V-образными моторами, конструкцию. Подобные приборы использовались на военной технике, в частности, на советских танках Т-64, которые могли работать на разных видах топлива: керосине, бензине, солярке. Чтобы перевести танк на другой вид, достаточно было передвинуть специальный рычажок на и выставить требуемый угол зажигания. Двигатель оснащался двумя турбинами: наддува, которая увеличивала мощность, и газовой, выводившей отработанные газы наружу. Минусы у таких оппозитников те же, что и у двухтактных двигателей: более высокие потери топлива через К этому, как можно догадаться, добавляются приличные габариты, ведь для движущихся навстречу поршней требуется и два коленчатых вала. Второй вариант более распространен. Именно его мы чаще всего имеем в виду, когда подразумеваем оппозитный двигатель. Условно говоря, это V-образный мотор, цилиндры которого решили разложить под углом в 180 градусов. Он применяется и на автомобилях (Porsche, Audi, Subaru), и на мотоциклах («Днепр», «Урал»). О нем мы и поговорим ниже.
Преимущества и недостатки
Итак, преимущества. Главный плюс такой компоновки двигателя - это более низкий центр тяжести, благодаря которому улучшается управляемость автомобиля. Также оппозитник выгодно отличается в плане размеров и веса. Он заметно короче и ниже, чем рядные двигатели. Еще одно преимущество - отличная сбалансированность, которая обеспечивается благодаря расположению поршней, нейтрализующих вибрацию друг друга. Смещение центра тяжести силового агрегата к центру автомобиля дает возможность сделать поворот более точным и стабильным. Это особенно важно для спортивных моделей, где управляемость стоит не просто на первом, а на самом первом месте. Есть свои плюсы и при лобовых столкновениях. Поскольку оппозитный двигатель расположен низко, то при столкновении он сдвинется под кабину, а не в салон автомобиля. Так что наличие такого мотора говорит в пользу безопасности машины.
Имеет ли оппозитный двигатель недостатки? Да, и довольно существенные. Именно они стали причиной того, что такие моторы не получили широкого распространения. Оппозитники имеют небольшую длину и высоту, но ширина у них гораздо больше, чем у двигателей, где цилиндры стоят в ряд или в виде буквы V. Это создает немало проблем конструкторам. Моторный отсек должен быть таким, чтобы оппозитный двигатель вписался в него по ширине. При этом нужно компактно расположить рулевое управление и управляемые колеса. Еще одна проблема - доступность узлов для обслуживания. Если масло в двигателе еще можно сменить самостоятельно, то остальные операции может выполнить только специалист. Даже свечи зажигания в двигателе менять самостоятельно не рекомендуется, потому что можно легко повредить головку блока цилиндров. Эти недостатки делают оппозитные двигатели дороже в изготовлении и обслуживании. А это, в свою очередь, влияет на цену автомобиля.
Как видим, у этого типа устройств хватает и достоинств, и недостатков. Впрочем, их конкуренты тоже неидеальны. Поэтому при выборе автомобиля определитесь, так ли важна для вас сложность и дороговизна в обслуживании силового агрегата. Вполне возможно, что хорошая управляемость автомобиля окупит эти затраты с лихвой.
Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) можно классифицировать на основе таких критериев, как вид потребляемого топлива и расположение цилиндров. Если с разделением двигателей на основе разновидности горючего все более-менее понятно даже людям, весьма далеким от техники, то с разделением по расположению цилиндров все не так очевидно. В этом материале мы рассмотрим один из типов ДВС с необычным расположение цилиндров, а именно оппозитный двигатель. Здесь вы узнаете о том, что такое оппозитный двигатель, как он устроен, какие его плюсы и минусы и где он применяется.
Конструкция и особенности работы оппозитного двигателя
Схема работы оппозитного двигателя
Оппозитными называются такие двигатели внутреннего сгорания, угол развала цилиндров которых составляет 180°. Поршни в них двигаются в горизонтальной плоскости, причем зеркально друг по отношению к другу. Это означает, что своей верхней точки они достигают одновременно. Кстати говоря, именно это является одним из главных отличий оппозитных силовых агрегатов от более распространенных V-образных: в них движение поршней осуществляется синхронно (когда один из них находится в верхней точке, второй располагается в нижней).
Благодаря такому расположению цилиндров оппозитные двигатели имеют низкий центр тяжести. Кроме того, их высота существенно меньше, чем у V-образных, они более «плоские» и занимают меньше места в подкапотном пространстве. Одной из отличительных особенностей оппозитных двигателей является наличие двух газораспределительных механизмов (коленчатый вал у них, так же, как и у V-образных, чаще всего один). Что касается принципа работы этих моторов, то он точно такой же, как и у всех остальных ДВС: перемещение поршней, приводящих в движение коленвал, осуществляется за счет давления газов, образующихся при сгорании топливной смеси.
Виды оппозитных двигателей
На сегодняшний день существует три основных разновидности оппозитных двигателей:
- Boxer;
- OPOC;
- 5 ТДФ.
Они отличаются друг от друга в основном тем, каким именно образом в них движутся поршни.
Boxer. В оппозитных двигателях этого типа каждый поршень располагается в своем собственном цилиндре, причем они расположены на определенном расстоянии друг от друга, которое всегда остается постоянным. Именно в этом и состоит главная особенность таких силовых агрегатов. Поскольку в процессе функционирования движение их поршней напоминают перемещения боксеров на ринге, то они и получили название Boxer.
OPOC. Эта аббревиатура расшифровывается как Opposed Piston Opposed Cylinder, а особенность конструкции оппозитных двигателей этого типа состоит в том, что в них в каждом из цилиндров находится по два поршня. Они передвигаются навстречу друг другу. Оппозитные двигатели типа OPOC являются двухтактными, в них отсутствуют головки блока цилиндров и механизмы привода клапанов. Благодаря такой конструкции эти силовые агрегаты имеют небольшой вес, причем они бывают как бензиновыми, так и дизельными.
5 ТДФ. Этот тип оппозитного двигателя является отечественной разработкой. В свое время он создавался специально для установки на танки Т-64, несколько позднее использовался в Т-72. Так же, как и в оппозитном двигателе OPOC, в его цилиндрах находится по два поршня, которые движутся навстречу друг другу, однако в отличие от него у каждого из них имеется по собственному коленчатому валу. Камеры сгорания в оппозитных двигателях 5 ТДФ располагаются между поршнями, они работают как на бензине, так и на дизельном топливе. Сейчас эти силовые агрегаты уже не выпускаются.
Плюсы и минусы оппозитных двигателей
Коленвал и поршни оппозитного двигателя
Как и другие типы двигателей внутреннего сгорания, оппозитные силовые агрегаты имеют как плюсы, так и минусы. Что касается плюсов, то одним из самых существенных из них является очень низкий уровень вибраций во время работы. Этим такие моторы обязаны именно оппозитному расположению своих поршней. Дело в том, что при движении они взаимно уравновешивают друг друга, и практически полностью отсутствует тот дисбаланс сил, который приводит к возникновению вибраций.
Это преимущество оппозитных двигателей влечет за собой и еще один значительный плюс: поскольку вибраций практически нет, то и износ движущихся частей происходит гораздо медленнее, чем в, скажем, V-образных двигателях. Соответственно ресурс таких моторов весьма велик: практика показывает, что величина их пробега до капитального ремонта составляет около полумиллиона километров. Некоторые владельцы автомобилей, на которых установлены оппозитные двигатели, утверждают, что эта цифра на практике даже больше и составляет от 600 000 до 700 000 километров.
Еще один плюс силовых агрегатов этого типа состоит в низком центре тяжести. Именно поэтому их часто устанавливают на спортивные автомобили. При прохождении поворотов на больших скоростях оппозитные двигатели обеспечивают повышенную устойчивость машин. Кроме того, как уже упоминалось выше, достоинством моторов этого типа вполне можно считать и их небольшую высоту. Справедливости ради, следует заметить, что при этом они несколько шире силовых агрегатов других типов (к примеру, те же V-образных моторов).
Что касается минусов оппозитных двигателей, то основными из них являются следующие: высокая стоимость и сложность в ремонте. Конструкция таких моторов подразумевает высокую точность изготовления многих их основных элементов, применение дорогих высокопрочных материалов. К тому же, их сборка и наладка существенно более сложны, чем аналогичные процедуры для V-образных или рядных ДВС. Диагностика и устранение неполадок оппозитных двигателей возможны только при наличии специализированного оборудования и специально обученным персоналом. Само собой разумеется, что даже незначительный ремонт таких моторов обходится владельцам автомобилей, на которых они установлены, недешево.
Также существенным недостатком оппозитных двигателей считается значительный расход масла. Впрочем, и по такому показателю, как расход топлива, они пока уступают современным V-образным и рядным силовым агрегатам.
Сфера применения оппозитных двигателей
Оппозитные двигатели используются совсем не так широко, как V-образные и рядные, однако есть автопроизводитель, который устанавливает моторы такого типа на свои автомобили уже на протяжении полувека. Это - известная японская фирма Subaru. Кроме того, оппозитные агрегаты можно встретить на некоторых моделях Volkswagen и Porsche, ими в свое время оснащались советские мотоциклы «Урал» и «Днепр», венгерские автобусы «Икарус».
Следует заметить, что в последние годы интерес к силовым агрегатам этого типа существенно возрос. По некоторым данным, исследования и разработки по усовершенствованию оппозитных двигателей OPOC, ведущиеся группой американских инженеров, финансирует Билл Гейтс.
Видео на тему
Такой силовой агрегат, как оппозитный двигатель (в частности, производителя Subaru) схож по принципу работы со стандартным, рядным двигателем внутреннего сгорания. Отличает же его специфичность расположения поршней, цилиндров, из-за горизонтальной (а не привычно вертикальной) установки двигателя. Потому, и поршни оппозитного двигателя расположены горизонтально, к тому же, напротив (оппозитно) друг к другу, попарно. Также каждая из этих пар поршней двигателя имеет пару распределительных валов.
С первого взгляда, оппозитный двигатель Субару компактнее прочих, той же мощности, объема. Такая иллюзия создается, потому как он «плоский», равномерно заполняет моторный отсек. При этом, мотор-плита короткая, плоская, но широкая. Конструкция её представлена полублоками из двух цилиндров, но в ширину, кроме картера с поддоном, как у рядного, тут «примостился» ещё полублок и головка.
Первыми оппозитные двигатели внутреннего сгорания Субару заприметили и устанавливали на спортивных автомобилях гонщики. Под них позже разработали и 12-ти цилиндровые двигатели, вместо используемых 6-ти цилиндровых.
Плюсы оппозитного двигателя Subaru
Достоинств у оппозитного двигателя Subaru немало:
- Распределение массы симметрично около оси, не конкретно на ней (меньше нагрузки на задние колеса) — за счет низкого центра тяжести (плюс возможности его смещения).
- Высокая функциональность, сравнительно большая продолжительность работы до первой необходимости ремонта – наиболее важный плюс и довод установки именно оппозитного двигателя Subaru.
- Сведение к минимуму (либо полное отсутствие вибрации), которая при установке обычного двигателя создает немалый дискомфорт водителю/пассажиру.
Первый плюс(достоинство) наиболее оценено владельцами спортивных машин. Потому как, при скоростных поворотах оппозитный движок Subaru даст больше устойчивости . Кроме того, и скоростные показатели у автомобилей использующих именно эти двигатели сравнительно лучше аналогичных (в особенности среди 12-ти цилиндровых).
Второе преимущество – долговечность работы двигателя – многочисленно проверялось/подтверждалось. До необходимости капитального ремонта оппозитный двигатель порадует автовладельца не одной тысячей беспроблемно пройденных километров.
Последнее (третье преимущество) возможно, помимо прочего, из-за горизонтального расположения поршней, работающих друг от друга, создавая некий баланс, противовес
. Не все модели оппозитных двигателей Субару, к сожалению, могут похвастаться максимальной устойчивостью к вибрациям. Наилучшим образом «противостоять» вибрационным нагрузкам удается шестицилиндровому оппозитному двигателю (аналогично с 6-ти цилиндровой вариацией рядного двигателя). Но уже 4-х цилиндровый такими успехами и значительными преимуществами не обладает.
Минусы оппозитного двигателя Subaru
Впрочем, в каждом достоинстве оппозитного двигателя Субару можно найти небольшую «ложку дёгтя». Из таких недостатков:
- Дороговизна обслуживания двигателя, сложность в подборе необходимых запасных деталей. И, кроме прочего, желательно доверять в вопросах ремонта конкретно таких двигателей исключительно профессионалам, специализирующимся на этом.
- Высокая стоимость собственно оппозитного двигателя производителя Subaru, объяснимая сложностью конструкции.
- Также к расходным статьям с использованием такого двигателя прибавляется большой расход масла.
Самостоятельный же ремонт оппозитного двигателя также невозможен по причине необходимости специализированного инструмента, без которого ко многим деталям нестандартно, горизонтально расположенного двигателя не добраться.
Спектр использования оппозитного двигателя Subaru
Немного затрудненное финансовое положение значительной массы автолюбителей не дает распространиться популярности оппозитных двигателей Subaru. Их применение наиболее широко в сфере использования гоночных, скоростных моделей автомобилей. Потому как здесь, указанные ранее преимущества оппозитных двигателей Субару гораздо важнее и перекрывают недостатки их использования.
Кроме того, устанавливаются они, естественно, и в моделях автомобилей производителя Subaru. Также Porsche нередко прибегает к установке именно этих двигателей в свои автомобили.
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.
- Отсутствие вибрации при работе. Двигатели со стандартной структурой и вертикально расположенными цилиндрами в ходе работы вибрируют, передавая волны всей конструкции, что не очень комфортно для водителя.
- Долгая работа. Ресурс оппозитного боксера, установленного в Subaru, настолько велик, что позволяет эксплуатировать автомобиль в течение длительного времени (его хватает более чем на миллион километров).
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.
- Из первого недостатка вытекает второй - даже при наличии достаточных средств на обслуживание этого типа двигателя, могут возникнуть трудности с поиском квалифицированного специалиста, который сможет произвести качественное обслуживание.
- Сложность устройства боксера способствует повышению стоимости на его составные части, что создает дополнительные расходы при ремонте.
- Повышенный расход автомобильного масла. Обычный двигатель потребляет не более трехсот грамм масла за период своего функционирования, а оппозитный гораздо больше.
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.
После создания первого ДВС почти сразу возникли вопросы по его усовершенствованию и повышению мощности. Первый двигатель был одноцилиндровым, и сразу напрашивалось самое простое решение, позволяющее повысить его мощность – увеличить число цилиндров. Но следующие шаги в развитии ДВС были не такими очевидными, так как эти несколько цилиндров можно расположить по-разному – вертикально в ряд друг за другом, под углом или горизонтально. Вот такой последний вариант и получил название оппозитный двигатель, т.е. двигатель, цилиндры которого располагаются горизонтально, напротив (оппозитно) друг друга.
Варианты исполнения оппозитного двигателя
Однако даже подобное простое техническое решение – расположить горизонтально друг напротив друга цилиндры двигателя может быть реализовано несколькими вариантами. Когда работает такой оппозитный двигатель, его поршни могут двигаться разными способами.
Оппозитный боксер
Во время работы подобного мотора поршни всегда находятся друг относительно друга на расстоянии, и каждый работает в своем цилиндре – если один располагается на максимальном удалении от оси двигателя, то значит и другой, соседний, занимает аналогичное положение.
Такой порядок работы напоминает движения боксера, поэтому он получил название «боксер». Очень часто использует подобные оппозитные двигатели Субару. Описанный двигатель показан на фотографии ниже
OPOC, возрождение старых идей
Другой принцип построения реализует оппозитный двигатель по типу OPOC. На сегодняшний день они начинают вновь развиваться благодаря инвестициям небезызвестного Била Гейтса. Устройство такого двигателя показано на рисунке ниже.
Этот оппозитный двигатель – двухтактный. На рисунке хорошо видно, что в цилиндре находится по два поршня, и закреплены они на одном коленчатом валу (на рисунке они обозначены как красный и синий). Красный обеспечивает впуск смеси, а синий – выпуск продуктов сгорания. Из конструкции подобного оппозитного двигателя исчезла головка блока цилиндров и механизм привода клапанов. Кроме того, достоинством такого оппозитника является то, что поршни работают на один коленвал.
Все это существенно снизило массу оппозитного двигателя и значительно расширило сферу его использования. Другой особенностью является то, что он может быть как дизельный, так и бензиновый. Необходимо обязательно уточнить, что как всякий двухтактный двигатель, он нуждается в продувке цилиндров. Для этого задействован электромотор с питанием от внешнего источника. Когда оппозитный двигатель выходит на режим, электродвигатель отключается, а устройство подачи воздуха превращается в турбонаддув.
Рассматривая конструкцию такого оппозитного мотора, необходимо отметить его плюсы: повышение эффективности, обеспечиваемое тем, что расширяющиеся газы давят на два поршня, а не на стенку камеры сгорания, а также повышенное усилие на валу. Кроме того, каждый поршень проходит меньшее расстояние, что снижает силу трения и, соответственно, потери.
Рассматривая другие плюсы, которые обещает подобный оппозитный двигатель, стоит отметить — компания-изготовитель сообщает, что когда он используется как дизельный, то:
- такой двигатель легче обычного турбодизеля на пятьдесят-тридцать процентов;
- подобный силовой агрегат содержит деталей на пятьдесят процентов меньше, чем обычный дизельный мотор;
- занимает на пятьдесят-сорок пять процентов меньше места под капотом;
- экономичней на пятьдесят-сорок пять процентов.
Однако стоит учитывать, что подобный оппозитный силовой агрегат еще достаточно сырой, а значит, отмеченные преимущества отражают в большей степени ожидания его разработчиков.
Оппозитный танковый двигатель
Да, был такой двигатель, это 5ТДФ, разработанный для танков Т-64, а также последующих Т-72 и других. Тогда он обеспечивал необходимую мощность при заданных габаритах. Подобный оппозитный двигатель и его устройство показаны на рисунке ниже
Как видно из рисунка, поршни у него расположены в одном цилиндре и движутся встречно, но работают каждый на собственный коленвал. При минимальном расстоянии между поршнями между ними образуется камера сгорания, где происходит воспламенение топлива. Существует оппозитный двигатель как бензиновый, так и дизельный. По аналогии с OPOC, для подачи воздуха в цилиндры, а также удаления отработанных газов, используется турбонаддув.
Используемый принцип встречного движения поршней позволил упростить конструкцию, обеспечить мощность и компактность силовой установки. Так, подобный дизельный оппозитный силовой агрегат при двух тысячах оборотов, объеме тринадцать и шесть десятых литра выдавал семьсот лошадиных сил, при этом занимая минимум места.
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.
Сразу надо отметить, что именно устройство оппозитного силового агрегата обеспечивает его преимущества при установке на машине:
- 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.
