Оппозитный двигатель- Плюсы и минусы… Motoran.ru

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания, конструкторами придумано много вариантов силовых установок, которые отличаются по ряду критериев. Разнообразие моторов сводится к различиям в топливе, принципу воспламенения смеси, количеству цилиндров, расположению, тактам и другим показателям.

Для того, что бы увеличить мощность агрегата, создатели применяют больше цилиндров, компонуя в единый блок. На сегодня, популярны двигатели с четырьмя и шестью цилиндрами, расположенными в ряд или v-образно. Разработаны десятки вариантов компоновок мотора, однако интерес и внимание больше других вызывает оппозитный двигатель.

Большинство автолюбителей смутно представляют, что это за агрегат. Как правило, знания сводятся к автомобильным производителям: японской компании Subaru и немецкому концерну Porsche, так сложилось, что эти две фирмы используют оппозитную компоновку моторов.

Subaru Impreza WRX STI S206:

Описание

Элемент, благодаря которому оппозитный двигатель сильно отличается от своих собратьев, размещение поршней агрегата. Понятие, вкладываемое в название мотора, предполагает наличие угла, равного ста восьмидесяти градусам, именно так располагаются поршни. Процесс работы поршней сопровождается одинаковым положением, которое они занимают друг относительно друга в цилиндре. Однако, угол развала не аргумент, поскольку аналогичное значение угла присуще поршням агрегата с развалом в виде буквы «V». В этом двигателе поршни и шатуны крепятся к одной шейке шатуна, таким образом, движение одного из поршней в крайнее верхнее положение сопровождается движением другого в крайнее нижнее положение.

Конструктивно в оппозитном моторе, каждый поршень и каждый шатун, располагаются на отдельной, своей, шатунной шейке коленчатого вала. Такой тип двигателя сложней рядного или v-образного, поскольку больше деталей и сложней регулировка. Так, оппозитный двигатель из-за своей конструкции наделён головками блока в количестве двух штук. В свою очередь, головки оснащены прокладками и коллектором, что увеличивает количество элементов. Не стоит забывать и о схеме, используемой для включения в работу распределительного вала и настройки механизмов.

Учитывая особенности конструкции, фирмы не запускают агрегат массово. Среди зарекомендовавших: оппозитный двигатель Порше, Volkswagen, Subaru. Компоновка оппозитных агрегатов способствует работе последних с меньшей вибрацией, плавным ходом, пониженным износом деталей. Результат получается благодаря взаимному перемещению поршней в противоположных направлениях, и уравновешиванию возникающих сил. Горизонтальное расположение силовой установки увеличивает устойчивость автомобиля.

Оппозитный двигатель в разрезе:

Виды оппозитных двигателей

В данный момент существует несколько вариантов оппозитных моторов. Разница между ними заключается в том, как происходит перемещение поршня внутри цилиндрической поверхности.

• Оппозитная силовая установка Boxer.Свое название силовая установка получила благодаря ассоциации, которая возникает при наблюдении за движением поршней. Каждый поршень агрегата занимает место в цилиндре, на постоянном расстоянии относительно другого поршня. Если один поршень занимает максимально отдалённое расстояние в цилиндре, то второй поршень займёт аналогичное место. Оппозитный двигатель такого типа установлен на автомобилях Субару, в том числе, на узнаваемом представителе, Forester.

Мотор Subaru Boxer:

• Оппозитная силовая установка OPOCЭтот силовой агрегат делает узнаваемым наличие двух поршней в цилиндре, к тому же детали двигаются, друг навстречу другу. Силовая установка, двухтактный оппозитный двигатель, питание мотора может быть за счет бензина или за счет дизеля. Конструктивно, в механизме не предусмотрены головки блока, не существует устройств, приводящих в действие клапаны.  Фиксация обоих поршней выполняется на едином валу, причём назначение каждого поршня своё, один впускает топливо, второй выпускает газы, полученные в процессе сгорания. Поскольку двигатель двухтактный, для него предусмотрен режим, при котором выполняется продувка агрегата. С этой целью установлен электрический мотор, который служит еще и для наддува воздуха.

Мотор эффективен, поскольку потери на трение невелики, прост, так как количество деталей меньше. Компактные размеры, малый вес, топливная экономичность и другие характеристики свидетельствуют о перспективах установки. Недостаток, стадии доработки и испытания, на которых находится силовой агрегат.

Мотор OPOC:

• Агрегат 5 ТДФЗа разработку двигателя ответственны отечественные конструкторы, которые рассчитывали применять её на танковой технике. Конструктивно агрегат представляет цилиндр, внутри которого расположены поршни, двигающиеся друг навстречу другу. Особенность разработки, это наличие у каждого поршня индивидуального вала. Воспламенение подаваемой в цилиндр смеси происходит между поршнями, когда те подходят друг к другу на минимальное расстояние. Пять ТДФ для питания может использовать различные виды горючей жидкости, основные, это бензин и дизель. Подача воздуха и удаление отработанных газов происходит за счет турбинного наддува. Конструкция силового агрегата сводит к минимуму габаритные размеры.

Мотор 5 ТДФ:

Оппозитный двигатель на дизеле

Запуск первого оппозитного агрегата на дизеле в серию произошел в 2008 году. Этот силовой агрегат представлен автомобильным производителем Subaru, предназначался для установки на автомобили одноименной марки. Дизельный оппозитный двигатель Subaru считается первым в мире серийным агрегатом, поскольку до этого ни один производитель не выпускал подобной техники.

Параметры дизеля Субару:

• Количество цилиндров-4;
• Объём двигателя – два литра;
• Производительность – 150 лошадиных сил;
• Импульс – 350Нм;
• Подача топлива – Common Rail + турбинный наддув.

Благодаря возможности, изменять сечение на входе колеса турбины при наддуве, удалось избежать эффекта провала при наборе скорости, а тяга обеспечивается в полном диапазоне оборотов. Агрегат устанавливают на автомобили Subaru Legacy, Subaru Outback, а так же на Subaru Forester.

Дизельный мотор Subaru:

Сложности

Главный недостаток оппозиционного двигателя, сложность, когда хочешь обслужить агрегат. Конструктивное расположение цилиндров не даёт полноценный доступ к агрегату и поэтому без специального оборудования не обойтись. Так, простая замена свечи, выполненная без навыков, повредит и выведет из строя головку цилиндров.

Эксплуатация силовой установки напрямую связана с проведением процедуры чистки, когда поверхности поршней, клапанов и рабочей камеры избавляют от продуктов износа и кокса. На рядном или v-образном моторе работы выполняются самостоятельно, на оппозитном, без навыков не обойтись.

Факторы, влияющие на присутствие нагара:

• Топливо не отвечает установленным требованиям;
• Эксплуатация не прогретого мотора;
• Эксплуатация агрегата на низких оборотах.

Для проведения процедуры очистки используют методы: мягкий и жёсткий:

1. Мягкий метод предусматривает удаление отложений с колец. Процедура сопровождается добавлением в моторное масло моющей присадки, которую потом удаляют при замене масла.
2. Жесткий метод предусматривает проведение процедуры очистки через отверстие свечи.Процедура сопровождается заливкой в цилиндры моющего раствора, после чего в течение двенадцати часов происходит отслоение нагара и отложений. После этого, выкручивают свечи и очищают поверхности от реагентов, посредством прокручивания коленчатого вала стартером. Масло в конце процедуры надо заменить.

Горизонтальная составляющая двигателя усложняет процедуру. При такой компоновке тяжело залить моющее средство, поскольку оно не воздействует на весь поршень, стекая в нижнюю часть детали.

На некоторых моторах периодически проводится регулировка клапанов, например, на Volkswagen T3, что бы оппозитный двигатель работал корректно, устанавливают регулировочные винты коромысла в базовое положение.

Порядок выполнения процедуры:

• Ослабить контргайки, после чего выставить регулировочные винты на один уровень с краем коромысла;
• Установить коленчатый вал в верхнюю мёртвую точку, когда происходит такт сжатия в первом цилиндре. Что бы выполнить операцию, провернуть мотор, пока ротор распределителя зажигания не окажется напротив метки на корпусе распределителя. Положение свидетельствует о том, что первый цилиндр в верхней точке (цилиндр первый – передний справа, цилиндр второй – задний справа, цилиндр третий – передний слева, цилиндр четвёртый – задний слева)
• Закрутить клапанные винты на первом цилиндре до ликвидации зазора;
• Сделать два оборота винтами, затянуть контргайки;
• Сделать поворот коленчатого вала (180°), настроить зазор четвёртого цилиндра;
• Сделать поворот коленчатого вала (180°) настроить зазор третьего цилиндра, снова 180° для регулировки во втором цилиндре.
• Порядок работы цилиндров 1-4-3-2, перед выполнением работ убедитесь, что клапана закрыты.

Регулировка клапанов:

Оппозитный двигатель плюсы и минусы

Очевидно, распространённый оппозитный двигатель, разновидность Boxer, устанавливаемый на Subaru, только эта фирма массово выпускает агрегат. Анализируя оппозитный двигатель Субару, плюсы и минусы агрегата представляются следующим образом:

Subaru Forester:

Положительные моменты:

• Устойчивое положение автомобиля на дороге, за счёт заниженного центра тяжести;
• Низкая шумность и вибрация агрегата;
• Пробег агрегата составляет 500000км;
• Повышенная пассивная безопасность, плоский мотор при столкновении уходит вниз.

Отрицательные моменты:

• Сложность конструкции усложняет работы с агрегатом, увеличивает стоимость;
• Цена силовой установки из-за сложности изготовления и настройки велика;
• Требует механиков с достаточным опытом;
• Повышенный расход масла.

Танковый оппозитный двигатель 5ТДФ.

 

  Двигатель 5ТДФ был разработан специально для советских танков Т-64 и Т-72. На то время это был оптимальный вариант танкового двигателя с достаточной мощностью и компактностью. 
При частоте вращения коленвала 2000об\мин с рабочим объёмом цилиндров 13. 6 литров, 5ТДФ выдавливает 700 лошадок. 5ТДФ — оппозитный, пяти цилиндровый двигатель с десятью поршнями диаметром 120 мм, которым он и обязан таким рабочим объёмом.

Все настоящие оппозитные двигатели как правило двухтактные, поэтому 5ТДФ не исключение. Но для начала думаю стоит обьяснить что такое оппозитный двигатель и как в его пяти цилиндрах работают десять поршней. Оппозитный двигатель имеет два коленвала, расположенные друг на против друга, например если вы видели оппозитные двигатели SUBARU, то представте себе такой же двигатель, но вместо головок цилиндров поставьте по коленвалу, а на место коленвала внутрь двигателя вставьте пять больших 

цилиндров, поршня в которых будут двигаться на встречу друг другу и в момент достижения верхней мёртвой точки, будет происходить впрыск топлива. При этом, как и принято у двухтактных моторов, такт сжатия и рабочий ход происходят с каждым полным оборотом коленвала, а не через один, как это происходит в четырёх-тактных двигателях. Каждый коленвал был соединен со свей трансмиссией и приводил в движение одну из гусениц.  
Если все происходит за один оборот коленвала, то встает вопрос как же и когда же успевает происходить впуск и выпуск? Ответ прост, для вентиляции цилиндров 5ТДФ использует газовую турбину для отсоса отработавших газов, и простую ракушку турбонаддува (ну не совсем простую конечно). Вся эта газораспределительная система имеет механический привод, и скорость вращения турбин напрямую и жестко зависит от оборотов коленвала.

Вот как происходит вентиляция в цилиндрах 5ТДФ:
Как и на всех двухтактных моторах, в момент достижения поршнями нижней мёртвой точки, в цилиндрах 5ТДФ с каждой стороны открывается по три вентиляционных окошка для продувки цилиндра. А теперь зачем нужны турбины:
• турбина наддува — выполняет свои обычные функции, подаёт чистый воздух в цилиндры под давлением, которое создается в специальной части блока цилиндров и называется продувочный рессивер
• газовая турбина — высасывает отработавшие газы, создавая вакуум в своём коллекторе, что способствует лучшей вентиляции цилиндров. Еще более понятно такой процесс вентиляции цилиндров можно описать так — в одну дырку влетает, из другой вылетает.
Система смазки. Смазка каждой части двигателя происходила автономно от другой, из своего картера, своим маслом и своим же автономным маслонасосом. Система охлаждения была общей, 5ТДФ охлаждался водой, имел общий водяной радиатор.
Многотопливность 5ТДФ. Ей он обязан конструкции своей топливной аппаратуры. Вообще 5ТДФ изначально дизель, и предназначен для работы именно на солярке, но, как известно война суровая штука и не щадит никого и ничего. При разработке этого двигателя были разработаны режимы работы двигателя на альтернативных солярке нефтепродуктах. Так 5ТДФ мог работать на бензине, керосине, смесях бензина керосина и солярки, и даже на реактивном топливе. Для того чтобы перевести двигатель с солярки, допустим на бензин или керосин, нужно было передвинуть специальный рычажок на ТНВД и подкорректировать угол зажигания, и вуаля — танк едет на бензине!
Запуск двигателя производился двумя стартерами, по одному на каждый коленвал мощностью 1. 5л\с каждый. Питались стартеры от четырех огромных аккумуляторов. Также была возможность пуска двигателя через специальный редуктор сжатым воздухом, который танкисты накачивали каждый вечер в специальные пусковые рессиверы. Также можно было завести двигатель с толкача, если вдруг танк не хотел заводиться, то к нему сбегались все танкисты батальона и начинали толкать… (шутка) брали другой танк, цепляли трос и тащили пока не заведется. Если спросите к чему эта статья на этом сайте, то отвечу: в армии мой отец служил как раз на этих двух танках, сначала Т-64 и потом Т-72.
Еще по теме: Роторный двигатель

Наверх

Это двигатель будущего? Подробно о Матти Хольцберге и его композитном блоке двигателя

Композиты из углеродного волокна проникли практически во все уголки и закоулки современного суперкара. У нас есть углеродные несущие конструкции, карбоново-керамические тормозные диски и панели кузова, армированные углеродным волокном. Доведя этот подход до крайности, конструкторы Формулы-1 уже давно используют литые компоненты подвески, крыла и картера трансмиссии из углеродного волокна. Современные рули F1 даже сделаны из этого легкого и жесткого материала, чтобы сэкономить несколько унций.

По иронии судьбы, единственная самая тяжелая часть практически каждого автомобиля — блок двигателя — является одним из последних элементов, ожидающих преобразования металла в формованное углеродное волокно. Входит инженер из Флориды Матти Хольцберг. В течение последних четырех десятилетий он работал над созданием сверхлегкого пластикового двигателя с достаточной выносливостью, чтобы заменить блоки цилиндров из чугуна или алюминия. Со стратегическим использованием вставок, чтобы справиться с высокой температурой и сосредоточенными нагрузками, он разработал композитный блок двигателя, который может быть готов отправить литой металл по пути багги.

После многих лет экспериментов с различными смолами, армированными стекловолокном, Хольцберг недавно расширил сферу своей деятельности, включив в нее более дорогие материалы из углеродного волокна. Понимая, что хардкорное гоночное сообщество всегда стремится получить конкурентное преимущество в снижении веса, он знал, что существует рынок для композитного блока цилиндров, способного уменьшить вес на несколько фунтов. Потакая своим лучшим предпринимательским инстинктам, он купил инструменты и настроил свою лабораторию в Уэст-Палм-Бич для отливки первой дюжины блоков цилиндров, армированных углеродным волокном, по образцу 2,0-литрового двигателя Ford Duratec.

По словам Хольцберга, его форма представляет собой алюминиевую головоломку из шести частей, состоящую из базовой пластины, четырех боковых панелей и верхней крышки. Внутри помещается съемный сердечник, который образует водяную рубашку, маслосливы и главный масляный камбуз. При сборке пресс-форма также загружается различными алюминиевыми деталями: 71 резьбовая вставка и пять седел коренных подшипников. После заливки в водяную рубашку помещают четыре цилиндра Siamesed.

После подготовки формы эпоксидная смола и углеродные волокна длиной 6 мм перемешиваются в промышленном смесителе. Полученное тесто, имеющее консистенцию овсяных хлопьев, слегка подогревают, а затем выливают в форму. Его оставляют сохнуть на два часа, хотя Хольцберг добавляет, что небольшие процедурные изменения позволят отлить блок всего за пять минут.

Одним из атрибутов, связанных с этим точным процессом формования, является то, что композитные поверхности не требуют отделочных операций и требуют минимальной механической обработки. После литья седла коренных подшипников расточены, а цилиндры обрезаны для установки вкладышей. Holtzberg планирует перейти на покрытие плазменным напылением молибдена вместо алюминиевых гильз цилиндров, чтобы сократить дополнительные килограммы. Это увеличит экономию веса по сравнению с алюминиевым блоком с 18,2 фунтов до более чем двадцати фунтов.

Хольцберг добавит несколько компонентов из углеродного волокна с болтовым креплением, таких как масляный поддон, крышка распредвала, впускной коллектор и топливная рампа, чтобы создать комплект, который он намеревается предложить гонщикам. После покупки комплекта каждый клиент может поручить своему любимому производителю двигателей собрать комплект в соответствии с конкретными потребностями в гонках или ралли.

Хольцберг еще не установил цену на свой двигатель из углеродного волокна, но маловероятно, что многие владельцы Ford Focus будут заинтересованы в том, чтобы тратить 2500 долларов (или больше) на фунт сэкономленного веса.

1907–1909 Бельгийский химик доктор Лео Бакеланд разработал бакелит, первый в мире коммерчески успешный пластик. Бильярдные шары, пластинки со скоростью вращения 78 оборотов в минуту и ​​корпуса телефонных номеров были одними из первых применений.

1930-е годы Энтузиаст сои Генри Форд начал устанавливать пластиковые детали на свои автомобили. Кнопки звукового сигнала, ручки переключения передач, внутренние дверные ручки и головки распределителей были отлиты из шрота, переработанного из соевых бобов, выращенных на фермах Форда.

1940 Предвидя нехватку стали во время Второй мировой войны, Генри Форд заказал полный кузов автомобиля из формованного пластика. На демонстрации 1941 года он замахнулся топором на свой личный Ford с пластиковой крышкой багажника. Топор отскочил, не повредив панели.

1953 Компания Chevrolet начала выпуск Корветов с кузовами из пластика, армированного стекловолокном. Было продано более 1,5 млн.

1969 Матти Хольцберг прочитал статью в техническом журнале публичной библиотеки Хакенсак, штат Нью-Джерси, в которой говорилось о новом пластике, якобы достаточно прочном, чтобы выдерживать суровые условия, существующие внутри автомобильных двигателей. Хольцберг получил образец французского материала, который использовал для изготовления экспериментального поршня. После 20 минут работы в двигателе Austin Mini тепло сгорания прожгло дыру в головке его первого пластикового поршня.

1970-е Компания Holtzberg производила и продавала сверхлегкие пластиковые поршни, теперь покрытые алюминиевыми головками, для использования в гонках.

1979 Хольцберг основал компанию Polimotor (сокращение от полимерный двигатель) для разработки первого в мире двигателя с интенсивным использованием пластика.

1980 После запуска первого двигателя Holtzberg журнал Automotive Industries опубликовал его на обложке.

1982 К тому времени, когда Popular Science вмешался, Polimotor второго поколения Хольцберга производил 300 л.с. и весил 152 фунта по сравнению с 88 л.с. и 415 фунтами для современного двигателя Ford Pinto.

1984 – 1985 Спортивный автомобиль Lola, оснащенный двигателем Polimotor и поддерживаемый Amoco Chemical, участвовал в полудюжине шоссейных гонок IMSA Camel Light, заняв третье место в Lime Rock. Один сломанный шатун (приобретенный у поставщика) был единственной крупной неисправностью.

1986 Доказав долговечность в гонках, Хольцберг переключил свое внимание на массовое производство. Когда Amoco исчезла, он перешел с Torlon на более доступную фенольную смолу, первый коммерческий полимер и материал, который Генри Форд использовал для связывания своих соевых волокон.

1990 Хольцберг основал компанию Composite Castings, которая сейчас находится в Уэст-Палм-Бич, Флорида.

1992 После успешного использования композитных монококов, армированных углеродным волокном, в Формуле-1 компания McLaren Cars представила трехместное купе F1 для использования на дорогах.

1998 –2002 Компания Holtzberg получила три патента на технологию литья фенольной или эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Более дюжины лицензиатов теперь используют его технологию для быстрого прототипирования и других приложений.

2009 Компания Composite Casting заключила стратегическое партнерство с поставщиком смолы Huntsman Chemical.

2010 Подписано соглашение о стратегическом партнерстве с поставщиком углеродного волокна Toho Tenax Americas.

2011 Composite Castings изготовила дюжину экспериментальных версий 2,0-литрового четырехцилиндрового двигателя Ford Duratec из углеродного волокна.

Композиты для двигателей — Meggitt

Композиты для двигателей — Meggitt

Главная/Продукты и услуги/Композиты для двигателей

От двигателей F135 до двигателей LEAP мы помогаем клиентам удовлетворять и превосходить самые важные требования к двигателям в промышленности. Мы специализируемся на композитных компонентах для двигателей, предлагая более передовые современные производственные возможности и процессы, чем конкурирующие предприятия в отрасли. Компоненты наших двигателей используются на нескольких крупных высокопроизводительных коммерческих и военных платформах по всему миру.

Мы понимаем потребность в экстремальных характеристиках, особенно в высокотехнологичных двигателях для военных и коммерческих самолетов.

Наши компоненты включают критически важные для полета вращающиеся и невращающиеся изделия, в том числе: обтекатели, лопасти, воздуховоды, статоры, распорки лопастей, вкладыши и выхлопные заслонки. Они эксплуатируются на самых прогрессивных авиационных двигателях в мире, таких как реактивный двигатель P&W F135, в котором на каждом корабельном комплекте используются компоненты из 100 мегагиттов композитных материалов.

Предоставлено: Pratt & Whitney

Прокладка канала потока двигателя GE90 является одной из первых в мире вращающихся композитных деталей, несущих нагрузку. Триумф в проектном анализе, проектировании, инструментах, обработке и тестировании, теперь он вдвое легче и дешевле оригинального титанового блока.

Наши сложные отлитые детали для двигателя Pratt & Whitney F135 для программы Joint Strike Fighter (JSF).

Эти детали имеют сложную форму и дизайн, в них используются высокотемпературные материалы в экстремальных условиях с жесткими допусками, что обеспечивает исключительные летные характеристики.

Мы поставляем несколько конфигураций IGV и OGV для военного и коммерческого применения. Отличительные особенности наших компонентов:

• Среднетемпературные материалы
• Совместное литье с титаном или приклеивание к композиту
• Сложная конструкция аэродинамического профиля с жесткими допусками
• Плотно отформованные, почти сетчатые

Мы занимаемся проектированием, разработкой, сертификацией и производством регулируемых выпускных клапанов для двигателей коммерческих транспортных самолетов. Наше наследие создания надежных и воспроизводимых процессов использует передовые конструкции инструментов и современные технологии производства, предоставляя нашим клиентам идеальное производственное решение, необходимое для создания геометрически сложных деталей.