Dźwięk boksera. Co to jest silnik typu bokser - zalety i wady

Z jednej strony duże, potężne silniki V8 i V12 mają swój urok, w ich brzmieniu jest coś wyjątkowego. Plus moc. Ale jest też trochę logiki w niskonakładowych silnikach wyścigowych, które przy maksymalnych obrotach buczą jak te jednostki napędowe.

Na przykład, . Wysokoobrotowy silnik boksera, EJ207, jest uwielbiany przez tunerów i nie bez powodu. Na przykład australijska firma tuningowa GotitRext postanowiła podnieść wydajność boksera na nowe wyżyny.

Firma podjęła się tuningu silnika bokser z nowymi elementami wewnętrznymi i turbiną Garrett GTW3884. Niesamowicie usunięto 610 KM z 2,0-litrowego silnika. z kół! Nie to jednak jest najciekawsze.

Największym osiągnięciem zespołu inżynierskiego była umiejętność realizacji bardzo wysokich obrotów. 12 tysięcy obrotów na minutę! To niesamowity pułap, jaki osiągnęły osiągi tego silnika.

Nie jest jasne, w jaki sposób GotitRext zdołał doprowadzić wskaźniki do tak niezwykle wysokiego poziomu i nie stracić na niezawodności silnika (firma twierdzi, że tak jest). Ze względu na fakt, że nie każda przekładnia wytrzyma te poziomy mocy i momentu obrotowego, przekładnia również została przeprojektowana.

z księgi V.N. Stiepanow
Tuning silników samochodowych: SPb., 2000. - 82 s.: il.

5. MODERNIZACJA SYSTEMU ODPROWADZANIA SPALIN
W nowoczesnym samochodzie układ wydechowy (wydechowy) pełni kilka ważnych funkcji:
- tłumienie hałasu podczas uwalniania spalin do poziomu nieprzekraczającego ustalonych norm sanitarnych;
- zmniejszenie ilości składników toksycznych w spalinach do wartości nieprzekraczających maksymalnych dopuszczalnych stężeń.
Wraz z wykonywaniem tych funkcji układ wydechowy musi zapewniać:
- dobre czyszczenie i czyszczenie cylindrów silnika;
- minimalne straty energii spalin na drodze od zaworów wydechowych do łopatek aparatu z dyszą turbiny;
- praca turbiny przy minimalnych pulsacjach przepływu spalin.
Ponadto układ wydechowy musi mieć stosunkowo prostą konstrukcję i być wykonalny. Spełnienie powyższych wymagań umożliwia uzyskanie akceptowalnego zużycia paliwa, zmniejszenie prawdopodobieństwa złamania łopatek turbiny, zmniejszenie zużycia metalu w układzie wydechowym oraz ułatwienie jego konserwacji.
Głównym problemem przy próbie wyposażenia samochodu w skuteczny system tłumienia hałasu jest trudność w zamontowaniu odpowiednio dużego tłumika. Zwykle problem ten rozwiązuje się, instalując szeregowo kilka (do trzech) tłumików o mniejszych wymiarach zamiast jednego dużego. Ważnym wymaganiem w tym przypadku dla układu wydechowego jest obecność minimalnego oporu ruchu spalin i dzięki temu zmniejszenie strat mocy silnika.
Aby zmniejszyć ilość toksycznych składników w spalinach, w układzie wydechowym nowoczesnych samochodów montuje się katalizator. Specyfiką opracowanych konstrukcji katalizatorów jest to, że skuteczna neutralizacja zawartego
w spalinach składników toksycznych realizują tylko wtedy, gdy wartość współczynnika nadmiaru powietrza α = 0,994 ± 0,003. W celu określenia ilości tlenu zawartego w spalinach i skorygowania (w razie potrzeby) składu mieszanki paliwowo-powietrznej, która zapewnia wydajną pracę katalizatora, w przewodzie wydechowym montowany jest czujnik sprzężenia zwrotnego, tzw. -zwana sondą lambda, która jest również nazywana czujnikiem tlenu. W niektórych pojazdach Toyoty taki czujnik jest instalowany zarówno na wlocie gazów do katalizatora, jak i na jego wylocie. Pozwala to jednostce sterującej ocenić sprawność katalizatora.
Należy zauważyć, że podczas instalowania katalizatora nieuchronnie wzrasta opór układu wydechowego, czemu towarzyszy niewielki spadek efektywnej mocy silnika (o 2 - 3 kW). Aby całkowity opór układu wydechowego nie wzrósł znacząco po zainstalowaniu katalizatora, ten ostatni jest zwykle umieszczany w miejscu tłumika wstępnego. Ponieważ maksymalna sprawność silnika ma miejsce podczas pracy na mieszankach ubogich (≈α 1,05 ... 1,15), wymuszona praca silnika w całym zakresie obciążeń na mieszaninie o prawie stechiometrycznym składzie nieuchronnie prowadzi do spadku sprawności ( do 5%).

Dążą do wykonania przewodu wydechowego układu w taki sposób, aby przy wykonywaniu głównych przypisanych mu funkcji przyczyniał się do pełniejszego oczyszczenia komór spalania z gazów resztkowych i pełniejszego wypełnienia cylindrów silnika ze świeżym ładunkiem. W zależności od sposobu organizacji przepływu spalin na odcinku od zaworów wydechowych do wlotu turbiny turbosprężarki, układy wydechowe dzielą się na układy
stałe ciśnienie,
puls,
impuls z przetwornikami impulsów
wyrzut pojedynczej rury.

Układy wydechowe o stałym ciśnieniu ze względu na istniejące poważne wady silników samochodowych praktycznie tego nie robią
zastosować.
Najbardziej rozpowszechnione są tutaj układy impulsowe i impulsowe z przetwornikami impulsów. Rozważmy te systemy bardziej szczegółowo.
Ze względu na cykliczny charakter procesu pracy w tłokowych silnikach spalinowych zarówno w układzie wydechowym, jak i dolotowym, występuje oscylacyjny ruch gazów, w wyniku którego powstaje fala ciśnienia.
Ze względu na dużą różnicę ciśnień gazu w cylindrze i na drodze wydechu, znaczna ilość gazów ulatnia się z cylindra już w pierwszej chwili od rozpoczęcia otwierania się zaworu wydechowego. W tym okresie, zwanym pre-release, powstaje fala ciśnienia rozchodząca się z prędkością dźwięku. Fala ta, odbijając się od ścian rurociągu wylotowego, w pewnych okolicznościach może uniemożliwić dalszy wypływ gazu z butli, ze względu na dużą różnicę ciśnień w początkowym okresie uwalniania. Późniejsze czyszczenie cylindra z resztkowych gazów odbywa się w tym przypadku tylko dzięki działaniu pchającemu tłoka. Oczywiście w takich warunkach ilość gazów pozostających w komorze spalania z poprzedniego cyklu będzie największa. Wpłynie to negatywnie na późniejsze napełnienie cylindra świeżym ładunkiem, a tym samym na moc, ekonomię i wydajność silnika.
Jednak powstałą falę ciśnienia można również wykorzystać do stworzenia warunków za zaworem wydechowym, które poprawiają czyszczenie cylindra z gazów resztkowych. W tym celu układ wydechowy musi być tak wyregulowany, aby pod koniec procesu wydechowego podczas fazy nakładania się istniejących zaworów za zaworem wydechowym podczas przechodzenia fali wytwarzało się podciśnienie. Doprowadzi to do zwiększenia ilości gazów resztkowych wypływających z butli i poprawy napełnienia jej świeżym wsadem. Układ wydechowy jest ustawiany przez dobór długości i przekroju rurociągów spalinowych,... Na początkowym etapie prac nazwane parametry układu wydechowego można wstępnie określić metodą obliczeniową, ale wówczas konieczne jest sprawdzenie i doprecyzowanie uzyskanych wyników na stanowisku badawczym. Wykonując te dość żmudne prace w celu zmniejszenia liczby eksperymentów do uzyskania oczekiwanego rezultatu, należy posługiwać się technikami znanymi z teorii planowania eksperymentów.
Praktyka projektowania układów wydechowych pokazuje, że im więcej cylindrów łączy jeden rurociąg wydechowy, tym mniejsza jest wypadkowa amplituda ciśnienia powstająca w rurociągu, wynikająca z superpozycji poszczególnych fal. Dlatego, aby uniknąć niepożądanego nakładania się fal, układ wydechowy wykonany jest w postaci kilku rozłożonych (jeden nad drugim) rurociągów, do każdego z których uwalniane są gazy z nie więcej niż trzech cylindrów. Aby zapobiec niepożądanej superpozycji fal, strumienie gazu z butli są łączone rurociągami, aby zapewnić naprzemienne ujście gazu do każdego rurociągu w możliwie największych odstępach. W takim przypadku należy dążyć do zapewnienia tej samej długości przewodów wydechowych (w praktyce nie zawsze jest to możliwe do zrealizowania ze względu na istniejące ograniczenia wymiarowe). Spełnienie tych warunków jest możliwe dzięki wachlarzowemu układowi rurociągów wylotowych, gdy znajdują się one jeden nad drugim. Zapewnienie tej samej długości rurociągów pozwala na dostosowanie układu wydechowego do określonego zakresu prędkości obrotowej KV. W układzie wydechowym pulsacyjnym spaliny dostarczane są do turbiny oddzielnymi rurociągami z każdej grupy cylindrów.

W pulsacyjnym układzie wydechowym z konwerterem impulsów rurociągi łączące wylot z dwóch lub trzech cylindrów przechodzą w rurkę Y, która przekształca impulsy, których dwie ścieżki są łączone w jedną po określonej odległości. W porównaniu z klasycznym pulsacyjnym układem wydechowym, pulsacyjny układ z przetwornikiem impulsów jest gabarytów gorszy, ale pozwala na zwiększenie sprawności turbosprężarki i zwiększenie zasobów turbiny.

Silnik typu bokser to silnik z poziomym układem tłoków, to znaczy tłoki poruszają się poziomo względem nadwozia samochodu. Taki układ jest często spotykany w silnikach Subaru.

W silniku przeciwstawnym tłoki znajdują się pod kątem 180°, a ich ruch odbywa się w tej samej płaszczyźnie poziomej względem siebie. Sąsiednie tłoki w silniku typu bokser są ustawione tak samo względem siebie. Drugie imię „bokserów” to „bokser”, nazwa ta została nadana silnikom ze względu na specyfikę ruchu tłoków, która przypomina walkę boksera. Dźwięk silnika boksera trudno pomylić z dźwiękiem konwencjonalnego silnika.

W przeciwieństwie do klasycznego V-kształtnego, w silniku typu bokser każdy tłok z korbowodem znajduje się na osobnym czopie korbowodu wału korbowego. Silniki w kształcie litery V mają tłoki i korbowody na tym samym czopie korbowym, więc jeśli jeden tłok znajduje się w górnym martwym punkcie (TDC), to drugi znajduje się w dolnym GMP.

Główne niepodważalne „plusy” silnika boksera:

1. Minimalne wibracje podczas pracy;
2. Nisko położony środek ciężkości;
3. Wysoki stopień bezpieczeństwa w przypadku zderzenia czołowego. W przypadku zderzenia czołowego silnik trafia pod samochód, co pozwala kierowcy i pasażerowi przetrwać w wypadku i wydostać się z niego z minimalnymi obrażeniami.
4. Doskonała stabilność, samochód nazywany jest „trzymaniem się drogi” i dobrze radzi sobie nawet z najostrzejszymi zakrętami.
5. Równomierne wyrównanie z przekładnią zapewnia najbardziej efektywne przenoszenie mocy.

Jednocześnie, przy wszystkich powyższych zaletach, silnik typu bokser ma inny problem, ze względu na cechę konstrukcyjną, na silnik działają siły bezwładności, które próbują go obracać wokół osi pionowej. Masa tego typu silnika jest często znacznie niższa niż odpowiedników w kształcie litery V, można to osiągnąć dzięki instalacji

Jaki powinien być idealny silnik, aby zapewnić doskonałe wrażenia z jazdy? Jest tylko jedna odpowiedź - poziomo przeciwny silnik Subaru.

Dziś silnik boksera praktycznie uosabia tę markę, choć jest on również stosowany nie tylko w Subaru, ale także w samochodach innych marek, na przykład Porsche (choć znacznie rzadziej).

Nawiasem mówiąc, fani radzieckiego klasycznego motocykla najprawdopodobniej pamiętają motocykle z przeciwstawnym układem silnika, takie jak „Ural” i „Dniepr” i ich charakterystyczny dźwięk pracującego silnika. Dźwięk silnika boksera to kolejna cecha i zaleta marketingowa dla producentów samochodów.

Subaru czyni więc ten dźwięk i swoje wyścigowe osiągnięcia swoistą „atrakcją” swoich samochodów, co odróżnia je od wszystkich innych, co z kolei ma najbardziej pozytywny wpływ na sprzedaż samochodów tej marki.

Zasada działania

Zasada działania poziomo przeciwstawnego silnika Subaru praktycznie nie różni się od znanego silnika spalinowego. Skoki robocze przebiegają z taką samą prędkością, jak przy pionowym ustawieniu silnika.

niedogodności

• Główną wadą jest trudność naprawy silników typu bokser. Niektórych z tych silników nie da się w ogóle naprawić, chyba że zostaną wyjęte z komory silnika. Jeszcze nie bez specjalistycznego narzędzia. Jeśli nie chcesz tracić ogromnej ilości czasu, skontaktuj się z profesjonalistami. Warto pamiętać, że za taką procedurę trzeba będzie zapłacić dość dużą kwotę, co nie jest zaskakujące. W końcu nie każdy specjalista zna urządzenie silnika boksera i jego cechy;
• Bardzo trudno jest znaleźć wyspecjalizowanego mechanika;
• Złożone urządzenie wymaga dużych nakładów finansowych na nowe części. Oznacza to, że aby kupić niezbędną część, będziesz musiał zapłacić dużą kwotę;
• Zwiększone zużycie oleju.

Zalety

Konstrukcja silnika, z tłokami po obu stronach wału korbowego pod kątem 180 stopni, ma wiele zalet:

• Przy poziomym ustawieniu cylindrów względem siebie siły bezwładności powstające w wyniku ruchu tłoków wzajemnie się wygasają. W rezultacie silnik ma dobrą równowagę i niskie wibracje.
• Niski poziom drgań pozwala zrezygnować z przeciwwag o niewielkiej masie i nie montować wałków wyważających. W rezultacie silnik zużywa mniej paliwa i ma lepszą reakcję.
• Niski poziom wibracji pozwala również na duże otwory cylindrów, co ułatwia tworzenie szybkich silników do samochodów sportowych.
• Mniejsza bezwładność względem pionowej osi pojazdu, co poprawia responsywność.
• Niska wysokość silnika i nisko położony środek ciężkości dodatkowo poprawiają responsywność i stabilność pojazdu.
• Duża średnica otworu ułatwia rozwój wysokoobrotowych silników do samochodów sportowych.
• Konstrukcja silnika przeciwległego poziomo jest sztywniejsza, co zmniejsza straty mechaniczne podczas pracy silnika. Zwiększa to zasoby silnika.

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo bierne. W przypadku poważnego zderzenia czołowego płaski silnik typu bokser jest łatwiej prowadzony pod podwoziem pojazdu, zmniejszając w ten sposób energię uderzenia przenoszoną do kabiny pasażerskiej.

Bezpieczeństwo przechodniów. Silnik typu bokser jest płaski, pozostawiając przestrzeń między twardymi częściami silnika a stosunkowo miękką maską. Umożliwia to skuteczniejsze pochłanianie energii uderzenia podczas zderzenia z pieszym.

Wysoka stabilność podczas ostrych manewrów

Lekki silnik ze stopu aluminium ma nisko położony środek ciężkości, co zapewnia niską bezwładność i niskie przechyły.

Zaletę niskiego środka ciężkości można zademonstrować na przykładzie metronomu. Jeśli przesuniesz ciężar w dół, wahadło zacznie się szybko kołysać. Podczas przesuwania ciężarka do górnej pozycji oscylacje ulegną spowolnieniu. Tak więc zaleta niskiego środka ciężkości jest najwyraźniej widoczna w szybkim przejściu kilku ciasnych zakrętów.

Sterowalność

Nisko położony środek ciężkości i podłużne ułożenie krótkiego silnika pozwalają zmniejszyć nie tylko przechyły podczas pokonywania zakrętów, ale także moment bezwładności względem pionowej osi pojazdu, co pozytywnie wpływa na kierowanie.

Gdy kierowca obraca kierownicą, aby zmienić kierunek, środek obrotu pojazdu znajduje się bliżej tyłu. W przypadku pojazdów o jednakowej masie mniejszy środek obrotu względem środka ciężkości oznacza łatwiejsze pokonywanie zakrętów. Dlatego preferowany jest układ z niskim silnikiem z zadokowaną wzdłużnie skrzynią biegów.

W przeciwieństwie do przechyłu, który jest naturalną konsekwencją skręcania, ruch spowodowany skręcaniem kierownicy można pomylić z ruchem aktywnym, ponieważ jest on napędzany przez kierowcę.

W przykładzie metronomu ten aktywny ruch jest podobny do zatrzymania wahadła metronomu palcem i pchnięcia go w przeciwnym kierunku. Jeśli ciężar wahadła jest w dolnej pozycji, będziesz potrzebować mniejszej siły, aby przesunąć go na drugą stronę.

Różnią się od siebie nie tylko rodzajem zużywanego paliwa, ale także cechami konstrukcyjnymi. Na przykład istnieje duża różnorodność rozmieszczenia cylindrów. Każda opcja ma swoje mocne i słabe strony. W takim przypadku rozważone zostaną zalety i wady silnika typu bokser.

W tłokowych silnikach spalinowych (a są też obrotowe) rozmieszczenie cylindrów może być względem siebie różne: pod kątem ostrym, w jednym rzędzie, w kształcie gwiazdy i tak dalej. W przypadku przeciwstawnego cylindra, cylindry znajdują się w tej samej płaszczyźnie i są ustawione naprzeciw siebie pod kątem 180 stopni. W przeciwieństwie do wielu silników rzędowych, przeciwna jednostka ma często dwa, a także rozkład pionowy. Istnieje kilka rodzajów silników typu bokser. Wśród nich najbardziej znane to:

• Bokser ("Bokser"). Różni się tym, że umieszczone przed sobą tłoki poruszają się jak bokserki w ringu. Oznacza to, że gdy jeden z nich znajduje się w skrajnie górnym punkcie, drugi zajmuje skrajnie niższą pozycję. Cały czas są od siebie jednakowo odległe;
• OPOS – Siłownik przeciwstawny do tłoka. Zasada działania w tym przypadku polega na tym, że tłoki znajdują się parami w jednym cylindrze (tłok górny i dolny). Poruszają się do siebie, obracając wałem korbowym.
• 5 zł. Jest to radziecki dwusuwowy silnik czołgowy, który był używany w czołgach T-64 i T-72. Ciekawą cechą tej jednostki jest jej pojemność wielopaliwowa. Głównym paliwem dla niego jest olej napędowy. Jednak za pomocą specjalnego przełącznika na wysokociśnieniowej pompie paliwowej można było rozpocząć pracę na benzynie lub mieszance benzyny z naftą i olejem napędowym, a silnik mógł również pracować na paliwie do silników odrzutowych. To prawda, że ​​konieczna była również korekta kąta wyprzedzenia zapłonu (czas wtrysku).

Wiele firm było aktywnie zaangażowanych w rozwój bloków energetycznych. Na przykład Volkswagen zwraca uwagę na tego typu jednostki od połowy lat 30. ubiegłego wieku. Nie były to tylko eksperymenty, ale chęć opracowania własnego silnika typu bokser, aby zmniejszyć poziom drgań, które powstają podczas pracy tradycyjnego silnika w kształcie litery V lub rzędowego itp. Nawiasem mówiąc, inżynierowie Volkswagena zastosowali swój rozwój do legendarnego Volkswagena Garbusa. A od lat 60. silniki bokserów były aktywnie wykorzystywane przez japońską firmę Subaru, która rozwijała się równolegle z Niemcami.

Zalety przeciwstawnego silnika spalinowego

Ogólnie rzecz biorąc, działanie silnika bokser nie różni się od zasady działania jednostek innych konstrukcji. Takie rozmieszczenie cylindrów ma jednak pewne zalety, jak i wady.

• Najbardziej zauważalną zaletą rozważanych elektrowni jest prawie całkowity brak wibracji podczas pracy. Efekt ten osiąga się poprzez równoważące się aranżacje. To nie tylko zwiększa komfort, ale także znacznie wydłuża żywotność. Stąd pochodzi drugi „plus”;
• Imponująca żywotność silnika. Istnieją dowody na to, że dość często przebieg przed pierwszym remontem wynosił co najmniej 500 tysięcy kilometrów. Oczywiście styl jazdy sam się zmienia. Niemniej jednak czas realizacji jest dość długi. Jednak cały czas można znaleźć twierdzenia ekspertów i kierowców, że 800-900 tysięcy przed pierwszym to nic innego jak piękna bajka;
• Silniki o konstrukcji rozważanej w tym artykule zapewniają samochodom nisko położony środek ciężkości. Ta jakość jest szczególnie doceniana w mocnych samochodach sportowych. Rzeczywiście, pokonując zakręty przy dużych prędkościach, bardzo ważne jest utrzymanie stabilności;
• Nie można również nie wspomnieć o oszczędności miejsca pod maską. Chociaż dla wielu ten punkt będzie wydawał się kontrowersyjny, ponieważ wygrywając na wysokość, musisz poszerzyć lub wydłużyć kaptur.

To są być może wszystkie podstawowe zalety przeciwieństw. Teraz musimy wziąć pod uwagę wady, których niestety jest nieco więcej.

Główne różnice, a także zalety i wady silników 8-zaworowych w porównaniu z silnikami 16-zaworowymi. Którą jednostkę napędową lepiej wybrać.