Депозитный двигатель. Оппозитный двигатель: принцип работы, достоинства и недостатки Оппозитный двигатель: принцип работы, достоинства и недостатки

Едва только был создан первый двигатель внутреннего сгорания, практически сразу же стартовали работы по его усовершенствованию. В качестве основной задачи разработчики определили для себя такие, как уменьшение габаритных размеров самого мотора, увеличение его мощности и повышение устойчивости автомобиля. Таким образом и появился первый оппозитный двигатель, который решил достаточное количество проблем, но не все.

Изначально гражданское автомобилестроение не воспринимало оппозитный тип мотора, и он устанавливался исключительно на военной технике. Первым гражданским авто, где был установлен новый тип двигателя стал «Жук» от концерна «Фольцваген». Со временем, когда было выпущено уже более 20 миллионов таких авто, идею использования оппозиционного двигателя приняли на вооружение такие марки, как «Порше» и «Субару».

Оппозиционный двигатель - различия в конструкции

Несмотря на то, что схема оппозитного двигателя, в принципе, одна, вариантов его исполнения может быть два. Это связано с тем, что одно и то же техническое решение, а именно горизонтальное расположение цилиндров реализовывается разными способами.

Двигатель «боксер»

Такой мотор устроен таким образом, что поршни постоянно расположены друг от друга на определенном расстоянии - когда один находится на максимальном удалении от двигателя, значит его «сосед» занимает точно такое же положение. Свое название такой тип оппозитного мотора получил из-за схожести движений поршней с движениями боксера. Именно такой мотор очень широко использует концерн «Субару» в своих автомобилях.

Мотор «ОРОС»

Такой двигатель устроен несколько иначе. Его возрождение началось совсем недавно, чему в немалой степени способствовали инвестиции Билла Гейтса.

Это стандартный двухтактный оппозитный мотор, в каждом цилиндре которого расположены по два поршня, которые двигаются навстречу друг другу. Крепление всех поршней происходит на одном и том же валу. Один из них предназначен для впуска горючей смеси в камеру сгорания, второй - для удаления отработанных газов. Подобная компоновка позволила конструкторам отказаться от механизма привода для клапанов, а также от самой головки блока цилиндров. Стоит отметить и такое преимущество, как работа всех поршней с одним коленвалом.

Есть ли преимущества у оппозитного двигателя

Как и любой другой тип, оппозитный двигатель имеет преимущества и недостатки, которые обусловлены конструктивными особенностями. Несмотря на некоторые отрицательны стороны, преимущества такого типа моторов весьма многочисленны.

Недостатки тоже присутствуют

Что значит оппозитный двигатель в плане своих достоинств многим понятно, но тем не менее есть и ряд недостатков, благодаря которым такой мотор пока не устанавливается на все выпускаемые сегодня автомобили.

Некоторые особенности современных оппозитников

С момента своей разработки и установки первого оппозитного двигателя на фольцваген в 1938 году, этот тип моторов подвергся серьезной модернизации. Наибольшее распространение в настоящее время получили четырехцилиндровые двигатели - именно они отличаются наибольшей экологичностью, компактностью и экономичностью в плане расхода горючего. Во многом, это стало результатом многолетнего кропотливого труда инженеров, воплотивших в таких моторах достаточное количество уникальных разработок:

О высокой надежности и мощности оппозитного двигателя свидетельствует и тот факт, что именно этот тип мотора устанавливался на советский танк Т-64, а в дальнейшем и на Т-72. Только такой оппозитный двигатель, принцип работы которого с тех пор мало изменился, смог обеспечить высокую мощность при своих сравнительно небольших габаритных размерах. Для справки, только он мог выдать порядка семисот лошадиных сил при 2-х тысячах оборотах и объеме в 13,6 литра. Массу интересных фактов о работе оппозиционных моторов можно узнать, посмотрев видео:

Как избежать дорогостоящего ремонта оппозитного двигателя

Любой оппозитный двигатель имеет плюсы и минусы, что вполне естественно. Чтобы избежать возникновения проблем, устранение которых может потребовать очень серьезные материальные затраты, имеет смысл прислушаться к советам специалистов, и эксплуатировать автомобиль с установленным оппозитным двигателем правильно. Первое, на что стоит обратить пристальное внимание - это точное соблюдение сроков прохождения технического обслуживания, которое должно проводиться на специализированных станциях и только квалифицированным персоналом.

Огромную внимательность следует проявлять при выборе моторного масла. Предпочтение следует отдавать только известным брендам, приобретение делать либо в специализированных магазинах с безупречной репутацией, либо в фирменных центрах сервисного обслуживания. Использование некачественного продукта способно доставить немало хлопот чрезмерно экономному водителю. То же можно сказать и о качестве топлива. Горючее, содержащее большое количество «несанкционированных» добавок серьезно уменьшает ресурс двигателя, приводя к необходимости дорогостоящих ремонтных работ.

Многие автовладельцы, приобретающие транспортные средства с оппозитным двигателем, наслышаны о качественной и эффективной системе его охлаждения, поэтому не особо зацикливаются на этом моменте. Не следует нещадно гонять мотор, особенно в теплое время года - самая совершенная система охлаждения может не справиться со своей задачей. В немалой степени способствует затрудненному охлаждению и отсутствие периодической мойки двигателя - скапливающаяся грязь на моторе существенно затрудняет теплоотдачу, способствуя излишнему нагреву.

Несмотря на некоторые сложности, оппозитный двигатель отлично зарекомендовал себя, существенно повышая комфорт и безопасность вождения. При этом следует отметить, что бытующее мнение о крайней дороговизне владения автомобилем с таким мотором явно преувеличены. Для примера можно рассмотреть бренд «Субару», который давно выпускает автомобили именно с таким типом двигателя - они никогда не входили в число машин с чрезмерно дорогим обслуживанием, и многие авто со стандартными моторами обходятся своим владельцам куда дороже. Здесь сказывается и существенная экономия на горючем, которого требуется куда меньше - в зависимости от конкретной модели авто экономия на топливе может доходить до 50%.

Отличаются друг от друга не только по виду потребляемого топлива, но также и по конструктивным особенностям. Например, велико разнообразие по расположению цилиндров. Каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны. В данном случае будут рассмотрены плюсы и минусы оппозитного двигателя.

Читайте в этой статье

В чем особенности оппозитного двигателя

В поршневых двигателях внутреннего сгорания (а бывают еще и роторные) размещение цилиндров может быть разным по отношению друг к другу: под острым углом, в один ряд, звездообразно и так далее. В случае с оппозитным цилиндры находятся в одной плоскости и размещены один напротив другого под углом 180 градусов. В отличие от многих рядных моторов, оппозитный агрегат зачастую имеет два , а также вертикальное распределение . Существует несколько типов оппозитных двигателей. Среди них наиболее известны:

Boxer («Боксер»). Отличается тем, что поршни, расположенные друг перед другом, движутся подобно боксерам на ринге. То есть, когда один из них находится в крайней верхней точке, второй занимает крайнее нижнее положение. Они все время в равной степени удалены один от другого;
ОРОС — Opposed Piston Opposed Cylinder. Принцип работы в данном случае заключается в том, что поршни попарно находятся в одном цилиндре (верхний и нижний поршень). Они движутся навстречу друг другу, вращая коленвал.
5 ТДФ. Это двухтактный танковый двигатель советского производства, которым применялся на танках Т-64 и Т-72. Интересная особенность данного агрегата состоит в его многотопливности. Основное горючее для него – солярка. Однако при помощи специального переключателя на топливном насосе высокого давления, можно было запустить режим работы на бензине или на смеси бензина с керосином и соляркой, а также двигатель мог работать на реактивном топливе. Правда, требовалось еще и подкорректировать угол зажигания (тайминг впрыска).

Разработкой силовых агрегатов активно занималась многие компании. Например, Volkswagen уделял внимание данному типу агрегатов с середины 30-х годов прошлого столетия. Это были не просто эксперименты, а стремление разработать собственный оппозитный мотор, снизить уровень вибраций, которые возникают во время работы традиционного V-образного или рядного двигателя и т.д. Кстати, свою разработку инженеры Volkswagen применили и в легендарном автомобиле Volkswagen Beetle. А с 60-х годов оппозитные двигатели стали активно использоваться японской компанией Subaru, которая занималась разработками параллельно с немцами.

Преимущества оппозитного ДВС

По большому счету, работа оппозитного двигателя не отличается от принципа действия агрегатов других конструкций. Однако подобное расположение цилиндров имеет свои определенные преимущества, а также и недостатки.

Самым заметным преимуществом рассматриваемых силовых установок считается почти полное отсутствие вибрации во время работы. Такой эффект достигается за счет расположения , которые уравновешивают друг друга. Это не только добавляет комфорта, но и существенно увеличивает срок эксплуатации. Отсюда происходит второй «плюс»;
Впечатляющий ресурс оппозитного двигателя. Имеются данные о том, что довольно часто пробег до первого капитального ремонта составлял минимум от 500 тысяч километров. Разумеется, манера вождения вносит свои существенные коррективы. И, тем не менее, межремонтный срок довольно большой. Впрочем, сплошь и рядом можно встретить утверждения специалистов и автолюбителей, что 800-900 тысяч до первого – это не более чем красивая сказка;
Моторы рассматриваемой в данной статье конструкции обеспечивают автомобилям низкий центр тяжести. Особенно это качество ценится в мощных спортивных машинах. Ведь, проходя виражи на больших скоростях, очень важно сохранить устойчивость;
Также нельзя не упомянуть об экономии места под капотом. Хотя многим этот пункт покажется спорным, ведь выигрывая по высоте, нужно при этом делать капот шире или длиннее.

Вот, пожалуй, и все существенные преимущества оппозитников. Теперь нужно рассмотреть и недостатки, которых, к сожалению, несколько больше.

Основные отличия, а также преимущества и недостатки 8-и клапанных моторов по сравнению с 16-и клапанными двигателями. Какой силовой агрегат лучше выбрать.

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.

Как в свое время V-образный мотор «эволюционировал» от рядного, так и оппозитная силовая установка стала своеобразным технологическим усовершенствованием V-образного двигателя внутреннего сгорания.

В середине 1930-х годов инженеры марки Volkswagen проводили собственные разработки силовых установок, модернизируя как , так и . В результате одной из таких операций инженеры «разложили» цилиндры V-образного двигателя под углом 180 градусов, получив первый в мире оппозитный двигатель. Особенность конструкции такого мотора заключается в том, что его цилиндры и поршни располагаются оппозитно (с английского «opposite» — противоположный), то есть друг напротив друга в горизонтальной плоскости.

При этом, у такого двигателя в конструкции применены по два распределительных вала с каждой стороны. Еще одной особенностью конструкции такого мотора является вертикальное размещение газораспределительных механизмов. Сконструировав подобный двигатель, инженерам Volkswagen удалось решить несколько проблем, присущих V-образным моторам, главная из которых – несбалансированность, порождающая вибрации, которые от силовой установки передаются на кузов и делают езду на автомобиле некомфортной. Эти моторы с 1938 года устанавливались на культовую модель городского хэтчбека Volkswagen Beetle. А с середины 1960-х годов ставку на оппозитные моторы сделала японская компания Subaru.

Volkswagen Beetle ’1968–72

Преимущества

Оппозитный двигатель ввиду горизонтального расположения цилиндров получил сбалансированную работу за счет того, что работающие друг от друга поршни являются своеобразным противовесом и создают такой необходимый для корректной работы мотора баланс. По оценкам специалистов, лучше оппозитного двигателя уравновешен только рядный шестицилиндровый мотор.

Еще одно преимущество, которое дает оппозитное расположение цилиндров – низкий центр тяжести, что особо ценится для спортивных машин, которым важна такая характеристика, как устойчивость при прохождении поворотов на скорости. Из-за своего горизонтального расположения мотор как бы «распластан» в подкапотном пространстве, благодаря чему крены автомобиля существенно уменьшаются.

Несомненным плюсом оппозитного двигателя является его ресурс прочности: некоторые двигатели подобного типа эксплуатировались до нескольких сотен тысяч километров до капитального ремонта.

Недостатки

Наряду с указанными выше преимуществами, есть у оппозитных двигателей и свои недостатки. Связаны они с особенностью конструкции мотора и касаются дорогого обслуживания и ремонта «оппозитника». Если в том же рядном или V-образном двигателе автовладелец может поменять , то проделать эту операцию на оппозитном моторе практически невозможно – для этого потребуется применить специальное оборудование, которым располагают только СТО. Да и стоимость его производства сравнительно высока, что в конечном итоге сказывается на ценнике автомобиля.

SUBARU BRZ оснащается оппозитным двухлитровым двигаталем мощностью 200 лошадиных сил.

Нет, японская компания Subaru, ныне входящая в крупное подразделение Subaru Corporation, не стояла у истоков создания поистине революционной горизонтально-оппозитной компоновки двигателя внутреннего сгорания. Но важно не только придумать решение, но и правильно и в нужное время воплотить его в жизнь. При всех своих преимуществах горизонтально-оппозитный двигатель сложен в производстве, а его доработка к конкретным запросам требовала как новых инженерных решений, так и соответствующих затрат. В 1960-х годах ответственным за разработку первого японского горизонтально-оппозитного двигателя, предназначенного для массового производства, в Subaru был Шинроку Момосе, девизом которого было: «Не узнаешь, если не попробуешь». К тому же у Момосе имелся определенный карт-бланш: именно он отвечал за принятие всех важных инженерных решений. Результат не замедлил сказаться: в 1966 году автомобиль Subaru 1000 был оснащен горизонтально-оппозитным двигателем ЕА 52 объемом 977 см3. Главным посылом для развития такой компоновки моторов стала возможность их надежной работы при высоких оборотах коленчатого вала. Кроме того, благодаря своей компактности эти моторы отлично подходили для переднеприводных автомобилей того времени.

В 1989 году у Subaru появилось новое поколение двигателей - EJ, которыми комплектовалась модель Legacy. И этим же годом можно датировать начало славной спортивной истории Subaru. Впечатляющим было и ее продолжение: в 1995 году Колин Макрей, выступая за рулем Subaru Impreza 555, стал чемпионом мира по ралли, а Subaru World Rally Team завоевала чемпионский титул в командном зачете. В 1996 и 1997 годах команда SWRT также была лучшей в чемпионате мира. Что же касается двигателя Subaru второго поколения в «гражданском» исполнении, то с 1989 по 2010 год этими моторами были укомплектованы более семи с половиной миллионов автомобилей, а в 2008 году двигатель EJ 257 заслужил титул «Двигатель года». Тогда же наградой был отмечен и первый дизельный горизонтально-оппозитный двигатель Subaru. А в 2010 году компания представила третье поколение (FB) своего «фирменного» горизонтально-оппозитного двигателя.

Компоновка двигателей под капотом. Слева - рядный двигатель, в центре - горизонтальнооппозитный, справа - V-образный

В чем же его достоинства? Первое преимущество горизонтально-оппозитного двигателя перед его рядными и V-образными собратьями - компактность. Такая конструкция и расположение двигателя дают больше свободы инженерам для работы с передней подвеской, в том числе - позволяют использовать полноценный подрамник, что делает всю конструкцию подвески жестче, исключая деформации кузова при нагрузке. И вместе с тем, данная конструкция двигателя позволяет понизить центр тяжести вследствие его небольшой высоты. А чем он ниже, тем меньше момент инерции относительно продольной оси автомобиля, да и крены у автомобиля с низким центром тяжести меньше. Не случайно хорошая управляемость всегда являлась одной из визитных карточек автомобилей Subaru. И здесь опять сами собой напрашиваются ассоциации со спортом…

Горизонтально-оппозитный двигатель Subaru в подкапотном пространстве модели Forester

Преимущество номер два: низкий уровень вибрации. Это весьма важно, поскольку такое качество напрямую влияет и на долговечность двигателя, и на его экономичность. Работа находящихся друг против друга поршней в горизонтально расположенных цилиндрах напоминает удары боксера (отсюда и название двигателя - Boxer): навстречу, затем в противоположных направлениях. Исходя из особенностей компоновки горизонтально-оппозитного двигателя расстояние между цилиндрами (в сравнении с аналогичными по числу цилиндров рядными и V-образными моторами) у него меньше, что позволяет сделать коленчатый вал более коротким. Это экономит вес, снижает инерционные массы и нагрузки на вал. А так как уровень вибрации горизонтально-оппозитного двигателя невысок, то и противовесы, необходимые для балансировки коленвала во время работы двигателя, требуются меньшей массы, нежели в рядном или V-образном двигателе. Естественно, в первом случае механические потери при вращении более легкой конструкции меньше, что позволяет, во-первых, экономить топливо, во-вторых, ускорить отклик двигателя на действия водителя.

Чемпионат мира по ралли 2000 года. Двигатель раллийной Subaru Impreza WRC

Еще один плюс горизонтально-оппозитного двигателя Subaru непосредственно связан с тем, о чем уже говорилось, и заключается в конструктивном решении кривошипно-шатунного механизма. Во-первых, каждый поршень с шатуном крепится на отдельной шейке коленчатого вала. Во-вторых, коленчатый вал, расположенный между двумя жесткими блоками цилиндров, сохраняет равномерность вращения при высоких частотах. Все это позволяет создавать двигатели, отлично работающие при высоких оборотах, причем отнюдь не в ущерб ресурсу. И это последнее не менее важно, чем все вышесказанное: двигатели Subaru всегда занимали высокое место в рейтинге моторов-миллионников.