Изобретение двигателя внутреннего сгорания обеспечило достаточно широкий шаг вперед человечеству. Но при этом и добавило головной боли – как «выжать» из двигателя максимальную мощность.
Одним из решений этого вопроса стало усложнение конструкции силового агрегата, ведь КПД двигателя с двумя цилиндрами выше, чем с одним. Введение в конструкцию дополнительных систем и механизмов тоже внесло свою лепту, но основой для достижения более лучших показателей двигателя все же осталось количество цилиндров.
Использование нескольких цилиндров в двигателе внутреннего сгорания добавило еще один вопрос для конструкторов – положение цилиндров относительно друг друга.
Каждое из последующих решений этого вопроса привело к появлению силовых агрегатов разной конструкции, каждый со своими особенностями, достоинствами и недостатками.
Первой попыткой увеличения количества цилиндров стало расположение их в ряд. Что касается конструкции этого агрегата, он является одним из оптимальных, однако большее количество цилиндров сказывается на габаритных размерах, даже 6-цилиндровый рядный двигатель имеет большие габариты, не говоря уже о версиях с 8 и 12 цилиндрами.
Уменьшить габаритные размеры позволило расположение цилиндров в два ряда с углом развала между ними до 90 град. В результате этого длина двигателя сократилась почти вдвое притом же показателе мощности. Это позволило уже создание 8-ми и 12 цилиндровых силовых установок. Однако высота самой установки осталась практически идентичной рядному мотору. А данная особенность этих моторов имеет одну из самых негативных свойств – высокий центр тяжести.
Попытки уменьшить габаритные размеры силовой установки привели к появлению двигателей с двумя рядами цилиндров, но расположенных друг к другу уже под углом 180 град. Такие силовые установки получили название оппозитных.
Этот тип силовых установок при их сравнительно небольшой высоте все же не очень «прижился», из современных производителей автомобилей такие двигатели использует только Subaru и Porsche, также он часто используется на мотоциклах. Самым, пожалуй, массовым применением оппозитного двигателя было на Фольксваген Жук.
Основные типы оппозитных двигателей
Чтобы понять, какие плюсы и минусы имеет оппозитный двигатель, следует вначале более подробно разобраться в его типах и конструкции.
На данный момент существует два типа оппозитных агрегатов. Первый тип получил название «Боксер». Этот тип оппозитника является приоритетным.
У «Боксера» два ряда цилиндров расположены горизонтально. Конструкция коленчатого вала позволяет двум параллельно расположенным поршням двигаться синхронно. То есть, если в правом цилиндре поршень достиг ВМТ, то расположенный напротив его левый поршень тоже находится в этой точке.
Количество цилиндров оппозитного двигателя может варьироваться от четырех до двенадцати.
В целом тип двигателя «Боксер» очень схож с V-образным, он является 4-тактным, поэтому конструкция подразумевает наличие головок цилиндров с установленным в них механизмом газораспределения.
Второй тип оппозитного агрегата, который сейчас активно разрабатывается – ОРОС. Конструкция этого двигателя очень интересна. На каждый цилиндр у него приходится по два поршня, которые двигаются асинхронно, при этом энергия, выделяемая при сгорании топлива и получаемая этими поршнями передается на один коленчатый вал.
Двигатель ОРОС
Двигатель ОРОС является 2-тактным, что позволило отказаться от использования головок блока и механизма газораспределения. Подача топлива и отвод продуктов горения у этого мотора производится посредством окон, проделанных в гильзе цилиндра. Один из поршней в цилиндре двигателя ОРОС отвечает за впуск топлива, а второй – за отвод отработанных газов.
Еще одной особенностью такого мотора является формирование камеры сгорания цилиндра самими поршнями за счет асинхронного их движения. При движении поршней навстречу друг другу через впускное окно подается топливная смесь, которая поршнями сжимается, а при максимальном их сближении происходит воспламенение.
Конструкция двигателя ОРОС включает два и более цилиндра, расположенных под углом 180 град. Между этими цилиндрами устанавливается коленчатый вал. В каждом цилиндре расположено по два поршня, связанных с коленвалом шатунами. Шатуны внутренних поршней короткие, а вот внешних поршней – достаточно длинные. Поскольку поршни получают линейные разнонаправленные нагрузки, это позволило существенно снизить трение в подшипниках коленчатого вала, а значит и потери мощности. Эти положительные качества двигателей ОРОС привели к тому, что ими сейчас активно занимаются многие ведущие автомобильные компании.
Устройство ОРОС
Стоит также упомянуть созданный отечественными конструкторами танковый двигатель 5ДТФ. Этот силовой агрегат тоже относился к типу ОРОС, однако конструкция его была еще интересней. В каждом цилиндре этого мотора тоже располагалось по два поршня, но усилие они передавали каждый на свой коленчатый вал. Поэтому у 5ДТФ имелось два коленчатых вала, установленных там, где у обычного оппозитного двигателя располагалась головка блока.
Положительные свойства оппозитных агрегатов
Все эти конструктивные особенности обеспечили оппозитным силовым установкам ряд преимуществ.
Достичь значительного уменьшения габаритных размеров с появлением оппозитного двигателя не особо удалось. Он небольшой по высоте и благодаря особой конструкции кривошипно-шатунного механизма имеет сравнительно меньшую длину, чем у других типов двигателей. Но он достаточно широк из-за того же большого угла положения рядов цилиндров относительно друг друга.
Из-за небольшой высоты, но достаточно большой ширины оппозитный двигатель имеет низкий центр тяжести, что является одним из основных его преимуществ. Автомобиль с таким мотором значительно устойчивее на дороге.
Оппозитные двигатели конструктивно очень сбалансированы. Уровень вибрации данного типа двигателя значительно ниже, чем рядного или V-образного. Самую лучшую балансировку имеют 6-цилиндровые оппозитники.
Из-за расположения силовой установки на одном уровне с трансмиссией обеспечивается максимальная передача крутящего момента.
Последним положительным качеством оппозитников является значительный ресурс, но, правда, только при своевременном техническом обслуживании.
Что касается двигателей ОРОС, то они способны работать практически на любом виде топлива, даже с невысокими эксплуатационными показателями.
Особая конструкция двигателя ОРОС, а также использование только двух тактов позволяет существенно снизить потребление топлива, примерно на 50% меньше, чем самый экономичный турбодизельный агрегат.
В нём удалось снизить степень сжатия до 16, соответственно температура сгорания топлива понижается, а значит и нагрузки на поршневую систему. К тому же при сравнительно компактных размерах и массе, этот двигатель способен обеспечить большой выход мощности. Двухцилиндровая установка ОРОС при своей массе в 6 кг способна выдать 13,5 л.с., а на один литр объёма 250 л.с. плюс к этому танковая тяга до 900 Нм. Такой показатель для других типов двигателей невозможен.
Недостатки этого типа силовых агрегатов
Преимуществ у оппозитных моторов достаточно, но не меньше у них и недостатков, что и привело к не очень распространенному их использованию.
Эти моторы конструктивно сложны, поэтому стоимость их большая, что сказывается на цене обслуживания и ремонта. К тому же сам ремонт их достаточно сложен и требует высокой квалификации от исполнителей. Найти толкового мастера, способного отремонтировать оппозитник крайне сложно.
Горизонтальное положение поршней приводит к тому, что поверхность гильз изнашивается неравномерно, из-за чего в камеры сгорания начинает просачиваться масло. «Жор» масла у автомобилей марки Subaru – явление, можно сказать, обыденное.
Чтобы добиться большего выхода мощности все оппозитные двигатели оснащаются турбонаддувами, которые позволяют увеличить мощностный показатель на 30-40%. Но наличие того же наддува усложняет конструкцию, при этом со временем из-за износа его элементов наддув тоже начнет «гнать» масло в цилиндры, увеличивая в разы его расход.
Трудно сказать, как себя будет показывать двигатель ОРОС в эксплуатации, будут ли у него те же проблемы что и у стандартного оппозитника. Это станет понятным только спустя некоторое время с момента выпуска первых автомобилей с ним.
Попытки использовать оппозитный силовые установки делали многие именитые автомобильные компании, однако практически все они от них отказались. Тем не менее, работы по улучшению оппозитников ведутся постоянно и на исследования выделяются значительные ресурсы.
