Устройство автомобилей



Автомобильные оппозитные двигатели



Особенности компоновки, достоинства и недостатки оппозитников

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.

оппозитные двигатели на автомобилях

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.

оппозитные двигатели типа «Boxer»

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»

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.
оппозитный двигатель типа 5ТДФ 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).

двигатель танка Армата

***

Уравновешивание двигателя