Меню Рубрики

Двигательная установка и двигатель

Arti73rus › Блог › Что такое оппозитный двигатель? Принцип работы, плюсы и минусы двигателя!

Оглавление:
1) Что такое оппозитный двигатель?
2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
3) Виды оппозитных двигателей
4) Плюсы оппозитного двигателя
5) Минусы оппозитного двигателя
6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя

1) Что такое оппозитный двигатель?
Оппозитный двигатель – особый тип силовой установки, напоминающий традиционный двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры имеют особое расположение — горизонтальное. В народе подобные агрегаты известны под названием «боксеры». Такое прозвище мотор получил вследствие того, что поршни двигаются либо друг от друга, либо навстречу друг к другу. При этом пара поршней находится в одном положении, например, снизу. Самый первый образец появился в 1938 году благодаря стараниям автомобильной компании Volkswagen. Тогда агрегат представлял собой 4-цилиндровый оппозитник, объём которого составлял 2 л. Предельная мощность силовой установки достигала 150 лошадиных сил.
Оппозитный мотор получил весьма широкое распространение. На сегодня производством и установкой агрегата занимаются такие именитые автомобильные концерны, как Subaru и Porsche. Ранее можно было обнаружить двигатель и на моделях от Toyota, Volkswagen, Honda, Ferrari. Подобные установки используются в мотоциклах, автобусах Икарус и некоторой военной технике (например, танках).

2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
Чтоб до конца понять, что такое оппозитный двигатель, необходимо ознакомиться с его строением. Как было уже отмечено выше, это ДВС, обладающий особой структурой – пара поршней движется в горизонтальной плоскости (не вниз-вверх, а слева направо). Вторая, соседняя, находится в том же положении.
Количество таких цилиндров варьируется в диапазоне от 2 до 12 (их число всегда кратно двум). Наиболее распространенные образцы обладают 4 и 6 цилиндрами. Для спорткаров были разработаны 8- и 12-ти цилиндровые моторы. Профессионалы отмечают, что принцип функционирования 2-х и 4-х цилиндровых оппозитников ничем не отличается от традиционных дигателей. Свои особенности имеют те, которые обладают шестью цилиндрами.

3) Виды оппозитных двигателей
Принцип работы оппозитного двигателя также меняется в зависимости от особенностей его устройства. Даже такой простой агрегат может иметь несколько вариаций работы поршней. Следовательно, выделяют такие типы моторов:
Оппозитный боксер зачастую применяется в производстве автомобилей Subaru. Как же работает оппозитный двигатель заявленного вида: поршни расположены на предопределенной дистанции друг напротив друга, к примеру, если первый зафиксирован на определенном промежутке от оси двигателя, то и второй займет аналогичное положение. При этом они расположены каждый в отдельном цилиндре. Описанный принцип функционирования напоминает боксерский поединок, отсюда и название типа.
ОРОС располагает совсем иным принципом построения и порядком работы поршней. Подобные аппараты являются двухтактными. Один цилиндр располагает сразу двумя поршнями, которые крепятся к одному коленчатому валу. Первый отвечает за впуск смеси, другой – за своевременный выход продуктов сгорания. Подобная конструкция не располагает головкой, которая зачастую имеется на блоке цилиндров. Преимущества оппозитного двигателя ОРОС заключаются в том, что поршни функционируют в пользу одного коленчатого вала. Такой тип устройства располагает небольшой массой и меньше в размерах. Следовательно, значительно расширилась сфера применения. Вдобавок, указанный двигатель может работать на разном топливе – дизельном или бензиновом. В довершении, укажем основные преимущества:
— поршни проходят гораздо меньшую дистанцию, вследствие этого значительно снижается сила трения, которая негативно влияет на износостойкость;
— увеличивается эффективность, ведь вредоносные газы не влияют на камеру сгорания, а оказывают давление на поршни;
— мотор на 30-50 % легче привычного;
— оппозитный двигатель располагает меньшим количеством деталей (в среднем на 50 %);
— экономичность;
— отсутствие системы привода клапанов.
— мотор отнимает гораздо меньше пространства под капотом.
Однако стоит помнить, что ОРОС находится на стадии разработки, поэтому может возникнуть много непредвиденных проблем в ходе эксплуатации.
Танковый двигатель (5ТДФ, спроектированный специально для Т-64 и Т-72). Ресурс оппозитного двигателя рассчитан на военную технику крупных габаритов. Здесь поршни разделяют один цилиндр и перемещаются они в одном направлении, но каждый располагает своим отдельным коленчатым валом. Место, где воспламеняется топливо (камера сгорания), возникает тогда, когда промежуток между поршнями становится минимальным. Как и у моторов ОРОС, в цилиндры впускается воздух, а ненужные газы удаляются посредством турбонаддува. Встречный ход поршней позволил сконструировать компактный, но мощный агрегат. Силовая установка обладает предельным количеством оборотов в 2000, а мощностью – в 700 лошадиных сил. Объем соответственно достигал 6 и 13 л.

4) Плюсы оппозитного двигателя
Каждый элемент в автомобильном организме обладает своими преимуществами и недостатками. Плюсы оппозитного двигателя состоят в следующем:
— снижение центра тяжести транспортного средства, что позитивно отражается на его устойчивости;
— ресурс мотора непременно возрастает (если правильно эксплуатировать, то он достигает порядка 1 млн. км);
— благодаря особому взаимодействию поршней, снижается уровень вибро- и шумоотдачи.

5) Минусы оппозитного двигателя
Если у оппозитного двигателя есть плюсы, то непременно имеются и определенные минусы:
— затратное самообслуживание – требуется привлечение профессионалов;
— дорогостоящий и сложный ремонт, ведь составные части отличаются своей повышенной стоимостью;
— дороговизна силовой установки;
— сложность конструкции;
— увеличенный расход масла во время работы.
Несмотря на описанные выше минусы, многие автопроизводители оснащают свои модели именно такими агрегатами. Компании-разработчики хорошенько взвешивают все аргументы за и против, прежде чем воспользоваться именно таким типом мотора. Основной плюс – большие возможности и широкие перспективы.
Так, все негативные аспекты, по сути, сводятся к дорогому обслуживанию, что может сказаться на выборе большинства автолюбителей не в пользу представленных агрегатов. Однако крупные производители (Porsche, Subaru) считают, что качество требует больших вложений в сервис. К примеру, японский автоконцерн не собирается возвращаться к традиционным двигателям внутреннего сгорания, ведь они полагают, что в таком случае совершат шаг назад в технологическом плане. Поскольку автомодели зарекомендовали себя лишь наилучшим образом, то уровень продаж никак не зависит от расценок на обслуживание.

Читайте также:  Установка магнето на двигатель п 350

6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя
Важно отметить, что зачастую положительные моменты указанных моторов заметны лишь в силовых агрегатах, которые располагают шестью цилиндрами, а вот 2-х и 4-х цилиндровые мало чем отличаются от традиционных ДВС. Если необходимо провести некие манипуляции с таким типом двигателя, то тут непременно нужно обращаться к специалистам в автосервис. Самостоятельно вы сможете лишь заменить масло. Даже замену свечей лучше поручить профессионалам, новички с легкостью навредят головке цилиндра. Полный ремонт производится только на особых сервисных станциях. Продолжить срок службы может своевременная и систематическая раскоксовка. Эта процедура подразумевает очищение поверхности камеры сгорания, клапанов и поршней от нагара. Проводится операция в осенний сезон или в марте, когда также весьма разумно проверить и моторное масло. В материале мы рассмотрели, что значит понятие «оппозитный двигатель», описали принцип функционирования, возможные за и против. Надеемся, что это поможет определиться с выбором не только мотора, но и будущей автомодели на которой может быть установлен подобный силовой агрегат.

источник

Изучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса

Авторы необычных моторов, как правило, сулят революцию. Однако даже когда у крупных компаний есть возможность начать с чистого листа, они отчего-то ставят на конвейер классические поршневые ДВС. Один из последних примеров — семейство двигателей Ingenium компании JLR.

Двигатели Ванкеля, Стирлинга, разного рода газотурбинные установки так и не стали автомобильным мейнстримом. Ряд известных компаний (от Мазды до GM, от Мерседеса до Volvo) работали над ними десятки лет, упорствовали маленькие фирмы и отдельные изобретатели. Увы, в конце концов выяснялось, что подводных камней в той или иной конструкции намного больше, чем казалось вначале. Но это не значит, что развитие альтернативных агрегатов невозможно. Энтузиасты перебирают идею за идеей, и мне как инженеру-двигателисту интересно поделиться с вами рядом экзотических схем.

Некоторые создатели перспективных двигателей решили, что комбинация из цилиндра, поршня, шатуна и коленвала отлично себя зарекомендовала более чем за столетие и, чтобы улучшить параметры ДВС, не надо изобретать её заново — достаточно лишь подправить кое-какие аспекты. Поэтому первый в нашем обзоре — мотор американской компании Scuderi Group, который имеет классические такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, но происходят они не в одном и том же цилиндре, а в разных. Так называемый холодный цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй, горячий — за рабочий ход и выпуск.

Экспериментальный литровый мотор Scuderi на стенде работает плавно и относительно тихо — даже без глушителя!

По расчётам мотор Scuderi на 25% экономичнее обычного, а с турбонаддувом и теплообменником, передающим энергию выхлопных газов воздуху в перепускном канале, и того выше. В четырёхцилиндровом варианте один компрессорный цилиндр может загонять смесь в три рабочих.

Если к каналу между цилиндрами добавить ответвление с клапанами и баллоном высокого давления, можно заставить такой мотор собирать энергию при торможении и использовать её при разгоне (этот режим показан на последней минуте первого ролика). Однако на протяжении уже ряда лет деятельность компании Scuderi Group ограничивается лишь опытными образцами и участием в выставках. Похоже, реальная экономичность тут всё же не может перебить высокую сложность конструкции.

Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы.

К разделённому рабочему циклу обратились было и разработчики хорватской фирмы Paut Motor. Их «разнесённая» конструкция привлекла меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. А необходимость внешнего бака для системы смазки, вызванная тем, что в картере масла не предусмотрено, не испугала. Изобретатели построили несколько опытных образцов. Для рабочего объёма в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались чуть ли не вдвое ниже, чем у традиционных ДВС. А отдачу так и не выяснили. Последний прототип был собран в 2011 году, а затем проект заглох.

Читайте также:  Установка двигателя от мопеда на велосипед

По такому принципу сегодня работают некоторые компрессоры. Добавив продуманное газораспределение и зажигание, можно превратить подобный блок в мотор.

Опытный образец мотора Duke был построен в 2012 году. Потом он мелькал на выставках, собирал призы, но вот уже несколько лет новостей о нём нет.

Ещё более сложный аксиальный пример — двигатель RadMax канадской фирмы Reg Technologies. Здесь вместо цилиндров в общем барабане с помощью тонких лопастей организована дюжина отсеков. В прорезях ротора установлены пластины, которые сдвигаются вдоль них по мере его вращения. С торцов полученные переменные объёмы ограничивают изогнутые поверхности: они задают траекторию движения лопастей и заведуют газообменом.

Основные части мотора RadMax. За один оборот вала тут происходит 24 полных рабочих цикла.

Схема RadMax позволяет создавать двигатели под разные виды топлива, хотя изначально изобретатели выбрали дизельное. В 2003 году был построен образец диаметром и длиной всего 152 мм. Он развивал 42 силы — в разы больше, чем схожий по габаритам ДВС. Позже фирма отчиталась о создании более крупных прототипов на 127 и 380 сил. Но, судя по релизам, вся её деятельность по-прежнему не выходит за рамки экспериментов.

Ещё один пример превосходства теории над практикой — тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) уже исчезнувшей канадской компании VGT Technologies. Первые прототипы двигателя с тором переменной геометрии (отсюда и буквы VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) инженеры испытывали ещё в 2005 году.

Авторы кругового двигателя избавились от возвратно-поступательных движений. Отсюда — радикальное снижение вибраций. Плюсом можно назвать минимальное число деталей и хорошую расчётную экономичность.

Тор здесь играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой закреплённых на нём поршней. Необходимые для обеспечения рабочих тактов переменные объёмы образуются между поршнями с помощью тонкого распределительного диска с вырезом под поршни, который ремённым или иным приводом вращается поперёк тора. Этот диск ограничивает топливно-воздушную смесь в процессе сжатия и рабочего хода.

Главный принцип нутационного диска: в процессе работы он не вращается вокруг вала, а качается из стороны в сторону. Добавив перегородки, получаем отсеки, в которых газ может сжиматься и расширяться.

Нутация по-латински означает «кивать». Мейер сформировал четыре рабочие камеры переменного объёма между корпусом мотора и «кивающим» по сторонам диском, который играет роль поршня. Диск разрезан пополам вдоль своего диаметра и нанизан на Z-образный вал, с которого и снимается мощность. За газообмен отвечают каналы и клапаны в корпусе.

Читайте также:  Установка дизельного двигателя на уазике

Рабочий диск показан в разрезе. Минимализму, уравновешенности и лёгкости нутационной конструкции позавидует даже двигатель Ванкеля.

Прототипы мотора Мейера построила компания Baker Engineering и родственная ей Kinetic BEI. С единственным диском диаметром 102 мм агрегат развивает семь сил, а с парой дисков по 203 мм — уже 120! Длина двухдискового двигателя — 500 мм, диаметр — 300, а рабочий объём — 3,8 л. На килограмм веса — 2,5−3 «лошади» против одной-двух у массовых атмосферных ДВС (из немассовых некоторые моторы Ferrari выдают больше трёх сил на килограмм, но при высоченных 9000 об/мин). Литровая мощность, правда, не впечатляет. Ныне Baker и Kinetic вроде как доводят проекты до ума, хотя особой активности на их сайтах не видно.

За один оборот вала в двухдисковом нутационном агрегате происходят те же четыре рабочих хода, что и в восьмицилиндровом поршневом «четырёхтактнике». На фото — одно- и двухдисковые рабочие прототипы. (Кстати, из двух дисков в принципе можно создать и машину с разделённым циклом, одному отдать сжатие смеси, другому рабочий ход.)

В роторе LiquidPiston есть полость, играющая свою роль в газообмене. Процесс сгорания проходит при постоянном объёме, а затем идёт расширение — это один из факторов, повышающих КПД.

Для развития конструкции Школьники основали фирму LiquidPiston, которой заинтересовалось оборонное агентство DARPA — теперь оно софинансирует эксперименты в расчёте на перспективы работы «арахисовых» агрегатов в лёгких летательных аппаратах, включая беспилотники, и в переносных генераторах. Опытный моторчик рабочим объёмом 23 см³ обладает неплохим для таких габаритов КПД в 20%. Теперь авторы нацелены на дизельный прототип весом около 13 кг и мощностью 40 л.с. для установки на гибридный автомобиль. Его КПД якобы вырастет уже до 45%.

Первый образец мотора Школьников можно положить на ладонь. Он весит 1,8 кг и может заменить вдесятеро более тяжёлый поршневой ДВС карта (показан слева). Мощность всего 3 л.с., но классический двигатель такого размера был бы ещё слабее.

Последний рассмотренный нами мотор демонстрирует, что идея плоского агрегата (ротор ведь можно сделать очень узким) заманчива. Вместе с тем для её реализации сами роторы не так обязательны — достаточно «оквадратить» традиционный поршень и, соответственно, сделать прямоугольным на виде сверху цилиндр.

Этой странной разработке фирмы Pivotal Engineering уже несколько лет, в течение которых создан ряд образцов, приводивших в движение мотоциклы и самолёты. Авторы адресуют так называемый качающийся поршень в первую очередь авиации. Помимо высоких выходных характеристик по отношению к весу и габаритам, такой двухтактный агрегат отлично поддаётся форсировке за счёт прохождения сквозь неподвижную ось поршня (рисунок ниже) жидкостного канала охлаждения. С иной схемой такой трюк затруднителен.

Задумка компании Pivotal Engineering из Новой Зеландии представляет собой мотор с качающимися прямоугольными (в плане) поршнями. Один их край закреплён на неподвижной оси, второй — связан с шатуном. Справа — четырёхцилиндровый образец на 2,1 л.

За пределами нашего обзора осталось ещё много экзотических разработок вроде 12-роторного мотора Ванкеля, двигателя Найта или агрегатов со встречными поршнями, ДВС с изменяемой степенью сжатия или с пятью тактами (есть и такие!), а ещё роторно-лопастные агрегаты, в которых составные части ротора совершают движения, будто сходящиеся и расходящиеся лезвия ножниц.

Ещё пример чудачеств — H-образный двигатель, объединяющий в себе две рядные «пятёрки». Автор патента Луи Хернс полагает, что одну половину агрегата можно адаптировать под бензин, а другую — под метан и активировать их как врозь, так и вместе.

Даже беглый экскурс за пределы классических ДВС показал, сколь большое количество идей не находит массового воплощения. Роторы часто губит проблема износа уплотнений. Роторно-лопастные варианты вдобавок страдают от высоких знакопеременных нагрузок, разрушающих механизм связи лопастей и вала. Это только одна из причин, почему мы не встречаем такие «чудеса» на серийных автомобилях.

Вторая — в том, что и традиционные ДВС не стоят на месте. У последних бензиновых образцов с циклом Миллера термический КПД доходит до 40% даже без турбонаддува. Это много. У большинства бензиновых агрегатов — 20−30%. У дизелей — 30−40% (на крупных судах — до 50). А главное — глобальная альтернатива ДВС уже найдена. Это электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Поэтому если изобретатели диковинок не решат все технические проблемы в самое ближайшее время, вырулить с обочины прогресса перед электричками они попросту не успеют.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector