С одной стороны, большие, могучие двигатели V8 и V12 имеют свою привлекательность, есть что-то особенное в их звучании. Плюс мощность. Но своя толика логики есть и в малообъемных гоночных моторах, которые на максимальных оборотах жужжат словно те силовые агрегаты .
Вот, например, . Высокооборотистый оппозитный двигатель, EJ207, его обожают тюнеры и есть за что. Вот, например, австралийская тюнинг компания GotitRext решила поднять показатели «боксера» на новые высоты.
Компания взялась за тюнинг оппозитного двигателя , снабдив его новыми внутренностями и турбиной Garrett GTW3884. Невероятно, с мотора в 2.0 литра таким образом удалось «снять» 610 л.с. с колес! Однако, это не самое интересно.
Самым большим достижением команды инженеров стала возможность в реализации очень высоких оборотов. 12 тыс. оборотов в минуту! Вот в какой невероятный «потолок» уперлись показатели этого движка.
Непонятно, как фирме GotitRext удалось вывести показатели на такой необыкновенно высокий уровень и не потерять в надежности двигателя (в компании уверяют, что это так). Из-за того, что не каждая трансмиссия выдержит такие показатели мощности и крутящего момента, трансмиссия также была переделана.
из книги В.Н. Степанов
Тюнинг автомобильных двигателей: СПб., 2000. - 82 с.: ил.5. МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
В современном автомобиле на систему выпуска отработавших газов (ОГ) возлагается несколько важных функций:
- глушение шума при выпуске ОГ до уровня, не превышающего установленных санитарных норм;
- уменьшение количества токсичных компонентов в ОГ до значений, не превышающих предельно допустимых концентраций.
Наряду с выполнением этих функций система выпуска должна обеспечивать:
- хорошую очистку и продувку цилиндров двигателя;
- минимальные потери энергии ОГ на пути от выпускных клапанов до лопаток соплового аппарата турбины;
- работу турбины при минимальных пульсациях потока ОГ.
Кроме того, система выпуска должна иметь относительно простую конструкцию и быть технологичной в изготовлении. Выполнение названных требований позволяет получить приемлемый расход топлива, снизить вероятность поломки лопаток турбины, уменьшить металлоемкость системы выпуска и облегчить ее обслуживание.
Основной проблемой при стремлении оснастить автомобиль эффективной системой глушения шума является трудность размещения глушителя достаточно больших размеров. Обычно эта проблема решается путем установки на автомобиль нескольких (до трех) последовательно соединенных глушителей с меньшими габаритами вместо одного большого. Важным требованием, предъявляемым при этом к выпускному тракту, является наличие минимального сопротивления движению ОГ и уменьшение за счет этого потерь мощности двигателя.
Для уменьшения количества токсичных компонентов в ОГ в выпускной тракт современных автомобилей устанавливается каталитический нейтрализатор. Особенность разработанных конструкций каталитических нейтрализаторов в том, что эффективную нейтрализацию содержащихся
в ОГ токсичных компонентов они осуществляют лишь при значении коэффициента избытка воздуха α = 0,994 ± 0,003. С целью определения количества содержащегося в ОГ кислорода и коррекции (при необходимости) состава топливовоздушной смеси, обеспечивающего эффективную работу каталитического нейтрализатора, в выпускном тракте устанавливается датчик обратной связи, так называемый лямбда-зонд, который называют также кислородным датчиком. На некоторых автомобилях фирмы Toyota такой датчик устанавливается как на входе газов в каталитический нейтрализатор, так и на выходе из него. Это позволяет блоку управления оценивать эффективность работы каталитического нейтрализатора.
Следует заметить, что при установке каталитического нейтрализатора сопротивление выпускного тракта неизбежно возрастает, что сопровождается некоторым уменьшением эффективной мощности двигателя (на 2 - 3 кВт). Чтобы общее сопротивление выпускного тракта при установке каталитического нейтрализатора сильно не возрастало, последний размещают обычно на месте предварительного глушителя. Поскольку максимальная экономичность двигателя имеет место при работе на обедненных смесях (≈α 1,05...1,15), то вынужденная работа двигателя во всем диапазоне нагрузок на смеси практически стехиометрического состава неизбежно ведет к снижению экономичности (до 5%).Выпускной тракт системы стремятся выполнить таким образом, чтобы при осуществлении возложенных на него основных функций он способствовал бы более полной очистке камер сгорания от остаточных газов и более полному наполнению цилиндров двигателя свежим зарядом . В зависимости от способа организации движения потока ОГ на участке от выпускных клапанов до входа в турбину турбокомпрессора выпускные системы разделяют на системы
постоянного давления,
импульсные,
импульсные с преобразователями импульсов
эжекционные однотрубные.Выпускные системы постоянного давления из-за имеющихся серьезных недостатков на автомобильных двигателях практически не
применяются.
Наибольшее распространение здесь получили системы импульсные и импульсные с преобразователями импульсов. Рассмотрим эти системы подробнее.
В силу цикличности протекания рабочего процесса в поршневых ДВС в выпускном тракте, как и во впускном, возникает колебательное движение газов, в результате которого образуется волна давления .
Благодаря большой разности давлений газа в цилиндре и выпускном тракте, в первый момент с начала открытия выпускного клапана из цилиндра выходит значительное количество газов. В этот период, называемый предварительным выпуском, создается распространяющаяся со скоростью звука волна давления. Эта волна, отражаясь от стенок выпускного трубопровода, при определенных обстоятельствах может воспрепятствовать дальнейшему вытеканию газа из цилиндра, обусловленному большой разностью давлений в начальный период выпуска. Последующая очистка цилиндра от остаточных газов осуществляется в этом случае лишь за счет выталкивающего действия поршня. Очевидно, что при таких условиях количество газов, остающихся в камере сгорания от предыдущего цикла, будет наибольшим. Это отрицательно скажется на последующем наполнении цилиндра свежим зарядом и соответственно на мощности, экономичности и экологических показателях двигателя.
Однако, образующуюся волну давления можно использовать и для создания за выпускным клапаном условий, способствующих улучшению очистки цилиндра от остаточных газов. Для этого выпускную систему необходимо настроить так, чтобы к концу процесса выпуска в период имеющейся фазы перекрытия клапанов за выпускным клапаном при прохождении волны образовалось разрежение. Это приведет к увеличению количества вытекающих из цилиндра остаточных газов и улучшению наполнения его свежим зарядом. Настройка выпускной системы осуществляется путем подбора длины и площади сечения выпускных трубопроводов . На начальном этапе работ названные параметры выпускной системы предварительно могут быть определены расчетным методом, однако затем необходима проверка и уточнение полученных результатов на испытательном стенде. При выполнении этих достаточно трудоемких работ с целью сокращения количества опытов для получения ожидаемого результата следует воспользоваться приемами, известными из теории планирования эксперимента.
Практика конструирования выпускных систем показывает, что чем больше цилиндров объединяет один выпускной трубопровод, тем меньше возникающая в трубопроводе результирующая амплитуда давления, образующаяся в результате наложения отдельных волн. Поэтому, чтобы избежать нежелательного наложения волн, выпускную систему выполняют в виде нескольких расположенных веером (один над другим) трубопроводов, в каждый из которых осуществляется выпуск газов не более чем из трех цилиндров. Для предотвращения нежелательного наложения волн потоки газа из цилиндров объединяются трубопроводами так, чтобы обеспечить чередование выпусков газа в каждый трубопровод с максимально возможными интервалами. При этом необходимо стремиться обеспечить одинаковую длину выпускных трубопроводов (на практике это не всегда удается реализовать из-за имеющихся габаритных ограничений). Выполнение названных условий возможно при веерообразном расположении выпускных трубопроводов, когда они располагаются один над другим. Обеспечение одинаковой длины трубопроводов позволяет настроить систему выпуска на определенный диапазон частоты вращения КВ . В импульсной выпускной системе подвод ОГ к турбине осуществляется отдельными трубопроводами от каждой группы цилиндров.В импульсной выпускной системе с преобразователем импульсов трубопроводы, объединяющие выпуск из двух или трех цилиндров, переходят в выполняющую преобразование импульсов Y-образную трубу, два тракта которой через определенное расстояние объединяются в один. По сравнению с классической импульсной выпускной системой импульсная система с преобразователем импульсов проигрывает по габаритным показателям, но позволяет повысить КПД турбокомпрессора и увеличить ресурс турбины.
Оппозитным двигателем называется двигатель с горизонтальной компоновкой поршней, то есть, поршни двигаются горизонтально относительно кузова автомобиля. Такая компоновка часто встречается на двигателях компании Subaru, .
В оппозитном двигателе поршни расположены под углом 180°, а их движение находится в одной горизонтальной плоскости относительно друг друга. Соседние поршни в оппозитном двигателе располагаются одинаково по отношению друг к другу. Второе название "оппозитников" - «boxer», это название моторы получили за особенность движения поршней, которое напоминает бой боксеров. Звук работы оппозитного мотора сложно спутать со звуком обычного мотора.
В отличие от классического V-образного , у оппозитного мотора каждый поршень с шатуном располагается на отдельной шатунной шейке коленвала. У V-образных моторов поршни и шатуны находятся на одной шатунной шейке, поэтому если один поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), то второй - в нижней ВМТ.
Главные неоспоримые "плюсы" оппозитного двигателя:
- Минимальная вибрация во время работы;
- Низкий центр тяжести;
- Высокая степень безопасности в случае лобового столкновения. В случае лобового удара мотор уходит под машину, что позволяет водителю и пассажиру выжить в ДТП и выйти из него с минимальными травмами.
- Прекрасная устойчивость, машина, что называется "держит дорогу" и прекрасно справляется даже с самыми крутыми поворотами.
- Расположение в одной плоскости с трансмиссией обеспечивает максимально эффективную передачу мощности.
В тоже время при всех вышеперечисленных преимуществах, оппозитный мотор имеет другую проблему, из-за особенности конструкции на мотор воздействуют силы инерции, которые пытаются развернуть его вокруг вертикальной оси. Вес этого типа двигателей чаще всего гораздо ниже чем у V-образных аналогов, этого удается достичь благодаря установке
Каким должен быть идеальный двигатель для того, чтобы обеспечивать превосходное вождение? Ответ один - горизонтально-оппозитный двигатель Субару.
На сегодняшний день оппозитный двигатель практически олицетворяет эту марку, хотя он также используется не только в Subaru, но и в авто других марок, к примеру Porsche (хоть и значительно реже).
К слову, любители советской мото-классики скорее всего помнят мотоциклы с оппозитным расположением двигателя, такие как «Урал» и «Днепр» и, их характерный звук работающего мотора. Звук работы оппозитного двигателя – это еще одна его особенность и маркетинговое преимущество у производителей авто.
Таким образом, Subaru делает это звучание и свои гоночные достижения некой «изюминкой» своих машин, которая отличает их от всех остальных, что, в свою очередь, самым положительным образом отражается на продажах автомобилей этой марки.
Принцип работы
Принцип работы горизонтально-оппозитного двигателя Subaru практически ничем не отличается от всем известного двигателя внутреннего сгорания. Рабочие такты протекают с той же скоростью, что и при вертикальном расположении двигателя.
Недостатки
- Самым основным минусом можно назвать сложность ремонта оппозитных двигателей. Некоторые из этих двигателей вообще не подлежат ремонту, если не извлечь его из моторного отсека. Пока не мере без специализированного инструмента. Если вы не хотите тратить огромное количество времени, то обратитесь к профессионалам. Стоит помнить, что за такую процедуру придется выложить довольно большую сумму, что не удивительно. Ведь не каждый специалист знает устройство оппозитного двигателя и его особенности;
- Очень сложно найти специализированного механика;
- Сложное устройство требует больших финансовых вложений в плане новых деталей. То есть, чтобы купить необходимую часть придется выложить большую сумму;
- Повышенный расход масла.
Преимущества
Конструкция двигателя, при котором поршни расположены по обе стороны от коленчатого вала под углом 180 градусов, создает огромное количество преимуществ:
- При горизонтальном расположении цилиндров друг против друга силы инерции, возникающие при движении поршней, взаимно гасятся. Благодаря чему, двигатель обладает хорошей уравновешенностью и низким уровнем вибраций.
- Невысокий уровень вибраций позволяет обойтись противовесами небольшой массы и не устанавливать уравновешивающие валы. В результате двигатель расходует меньше топлива и обладает лучшей отзывчивостью.
- Невысокий уровень вибраций также дает возможность получения большого диаметра цилиндров, что облегчает создание высокооборотистых двигателей для спортивных автомобилей.
- Инерция относительно вертикальной оси автомобиля меньше, что повышает быстроту реакции на управление.
- Небольшая высота двигателя и низкое положение центра тяжести дополнительно улучшают быстроту реакции и повышают устойчивость автомобиля.
- Возможность получения большого диаметра цилиндров облегчает создание высокооборотистых двигателей для спортивных автомобилей.
- Конструкция горизонтально-оппозитного двигателя обладает большей жесткостью, что позволяет уменьшить механические потери при работе двигателя. Благодаря этому увеличивается ресурс двигателя.
Безопасность
Пассивная безопасность. В случае серьезного фронтального столкновения плоский оппозитный двигатель легче направляется под днище автомобиля, уменьшая тем самым энергию удара, передаваемую на пассажирский салон.
Безопасность пешеходов. Оппозитный двигатель имеет плоскую форму, оставляя пространство между твердыми деталями двигателя и сравнительно мягким капотом. Это позволяет эффективнее поглотить энергию удара при наезде на пешехода.
Высокая устойчивость при резких маневрах
Легкий двигатель из алюминиевого сплава имеет низкий центр тяжести, что обеспечивает небольшую инерцию относительно продольной оси автомобиля и малые крены.
Преимущество низкого центра тяжести можно продемонстрировать на примере метронома. Если вы переставите грузик в нижнее положение, маятник будет раскачиваться быстро. При перестановке грузика в верхнее положение колебания замедлятся. Таким образом, преимущество низкого центра тяжести ярче всего проявляется при скоростном прохождении связки крутых поворотов.
Управляемость
Низкий центр тяжести и продольное расположение короткого двигателя позволяют в повороте уменьшить не только крены, но и момент инерции относительно вертикальной оси автомобиля, что положительно сказывается на поворачиваемости.
Когда водитель поворачивает рулевое колесо для изменения направления движения, центр вращения автомобиля располагается ближе к его задней части. Для автомобилей равной массы, меньшее расстояние от центра вращения до центра тяжести означает более легкое осуществление поворота. Вот почему предпочтительна компоновка с низко расположенным двигателем и продольно состыкованной с ним коробкой передач.
В противоположность крену, который является естественным следствием выполнения поворота, перемещение, вызываемое поворотом рулевого колеса, может быть принято за активное движение, поскольку оно задается водителем.
В примере с метрономом такое активное движение аналогично тому, что вы останавливаете пальцем маятник метронома и толкаете его в обратном направлении. Если грузик маятника находится в нижнем положении, вам потребуется меньшее усилие для того, чтобы толкнуть его в другую сторону.
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.
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.
