Реферат на тему оппозитные двигатели

Обновлено: 28.06.2024

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.

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.

Основные типы оппозитных двигателей

Чтобы понять, какие плюсы и минусы имеет оппозитный двигатель, следует вначале более подробно разобраться в его типах и конструкции.

Количество цилиндров оппозитного двигателя может варьироваться от четырех до двенадцати.

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 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.

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.

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.

После создания первого в мире двигателя внутреннего сгорания, возникла необходимость его усовершенствования и повышения мощности. Когда решение в виде увеличения количества цилиндров себя исчерпало, начались поиски оптимального расположения цилиндров в силовом агрегате. Одним из самых удачных вариантов стало их горизонтальное расположение, а двигатель подобной конструкции стал называться оппозитным.

Устройство и принцип работы оппозитного двигателя

Горизонтальное расположение цилиндров позволяет снизить вибрации, взаимно их компенсируя, и достичь более плавного хода. В результате двигатель обладает способностью плавно наращивать мощность без заметных рывков, при этом не так быстро изнашиваться. Оппозитный двигатель находится в автомобиле возле шасси, что перемещает центр тяжести ниже, тем самым повышает устойчивость и управляемость транспортного средства.

Оппозитные двигатели выпускаются в бензиновом и дизельном исполнении. В современных вариантах таких силовых агрегатов для достижения максимального крутящего момента, экономного расхода топлива и экологичности, используют следующие технические решения:

Уменьшенный объем камеры сгорания, повышающий степень сжатия.
Применение технологии ковки при изготовлении деталей поршневой группы, что уменьшает их вес.
Применение технологий изменения газораспределительных фаз.
Использование нового типа масляного насоса, благодаря которому смазка двигателя выполняется более качественно.
Конструктивно новая система охлаждения, имеющая 2 контура: отдельный контур блока цилиндров и его головки.

Типы оппозитных двигателей

Оппозитный двигатель с момента создания совершенствовался более 70 лет, что привело к появлению его следующих модификаций:

1. Boxer – фирменная разработка Субару. Отличается равным удалением поршней друг от друга: когда один расположен в ВМТ, второй находится в нижней.

2. ОРОС. В течение длительного периода не был востребован, но в последнее время двигатель устанавливается на автомобили и усовершенствуется. В конструкции применен один коленвал, а в каждом цилиндре работает 2 поршня, работающих навстречу друг другу.

3. Танковый ТДФ. Используется на танках, разработанных в СССР. Это двухтактный двигатель, применяющийся только на военной технике.

Оппозитный двигатель: плюсы и минусы

Главные преимущества оппозитного двигателя:

Сбалансированная работа и высокий КПД. Это обусловлено расположением поршней по горизонтали, когда они друг другу обеспечивают противовес. Самой эффективной моделью такого двигателя в плане управляемости и баланса считается оппозитная шестерка.
Низкий центр тяжести в автомобиле, повышающий его устойчивость. Такое преимущество не слишком полезно городскому автомобилю, но очень нужно спортивным авто, для которых жизненно важна устойчивость на высокой скорости.
Высокая надежность и долговечность. Большинство из оппозитных моторов способны проработать до капремонта 500 тыс. км, что намного выше ресурса работы двигателей многих бюджетных автомобилей, в том числе Фольксвагена.
Соответствие высоким стандартам пассивной безопасности. В случае лобового столкновения такой двигатель смещается вниз, не нанося вреда пассажирам и водителю.

Слабые стороны оппозитов:

Конструктивные особенности агрегата, делающие ремонт слишком дорогим. Для обслуживания такого двигателя требуется высокий профессионализм мастера, а также использование специального оборудования.
Большие габариты двигателя позволяют его устанавливать только в продольном направлении. , обусловленный сложностью конструкции.

Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя

Все преимущества оппозитного двигателя полностью раскрываются в шестицилиндровом варианте его исполнения. Агрегаты с меньшим количеством цилиндров по характеристикам практически такие, как и традиционные. Главной проблемой владельца автомобиля с оппозитом будет сложность обслуживания, обусловленная горизонтальным расположением цилиндра и малым по этой причине свободным пространством под капотом.

Водитель самостоятельно способен заменить в нем масло, а остальные виды работ возможно проделать только в автоцентре. Так, простая замена свечей должна проводиться квалифицированным специалистом, а новичок, выполняя эту операцию самостоятельно, способен повредить головку блока цилиндров. В случае неполадки, ремонт такого двигателя следует производить также на специализированном СТО.

Единственно, что можно с успехом проводить самостоятельно, это бороться с нагаром на деталях поршневой группы и камере сгорания, который образуется при использовании некачественного топлива, езде без нагрузки и на холодном двигателе. Для этого применяется методика удаления нагара, именуемая раскоксовкой, которую делят на мягкую и жесткую. При жесткой через отверстие от вывернутой свечи на 12 часов заливают смягчающую жидкость, разрушающую нагар.

Для оппозитного двигателя такой метод не годится, так как выкручивание в нем свечей – процедура достаточно проблематичная, требует навыков и наличия специального инструмента. Но можно применить мягкую очистку в виде специальной очищающей присадки к маслу. Пробега 200 км будет вполне достаточно для ее действия, после чего масло в силовом агрегате необходимо заменить.

Если на вашем субару пинается коробка автомат, это не всегда предвещает дорогостоящий ремонт.

Перспективы применения оппозитных двигателей

Самые известные автопроизводители, использующие в выпускаемых моделях оппозитный двигатель – это Porsche и Subaru. Первый переживает период расцвета, а второй не лучшие времена. Это связано с нацеленностью продукции на разную целевую аудиторию: в первом случае автомобили Порш позиционируются как элитная продукция, подразумевающая высокую технологичность и стоимость обслуживания, и во втором – машины среднего класса для любителей иметь гоночные технологии на обычном авто.

За Porsche клиенты готовы отдать достаточно большие суммы денег, но автомобилю с двигателем, немного превышающим по мощности 100 л. с., которому после пробега 130 тыс. км. потребуется дорогой ремонт, особенно если он турбированный, могут отдать предпочтение только самые преданные клиенты. Но учитывая то, что усовершенствованием оппозитов занимаются многие фонды и разработчики, а также тот факт, что они применяются и в мототехнике, позволяет сохранять уверенность в том, что оппозитные двигатели еще долго будут актуальны.

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

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.

Двигатель напоминает классическое устройство внутреннего сгорания. Имеет 1 коленвал и в каждом цилиндре по 2 поршня (они, в отличие от подобных, двигаются навстречу друг другу). Такой механизм до сих пор считается революционным изобретением.

Конструкция и особенности работы

В начале XX века еще один инженер из Советского Союза изобрел первый двухтактный двигатель. В России про изобретение забыли, но оно нашло поклонников за границей.

Механизмы подходили для военной техники, но в то время для транспорта они были слишком неудобными. Такой двигатель отличался огромными габаритами. Поэтому его использовали только для тяжелой артиллерии, дизельных паровозов и танков.

Тестовый вариант оснащали одним цилиндром. После первых испытаний увеличение мощности производилось простым решением — увеличением количества цилиндров. Но из-за особенностей устройства вертикально расположить их никак не получалось. И было принято революционное решение — расположить их горизонтально, чтобы сэкономить на площади.

Принцип работы

Одна пара поршней двигается в горизонтальном положении. В соседнем цилиндре происходит аналогичный процесс. Количество цилиндров в одном моторе насчитывается от 2 до 12 шт. Распространенными моделями считаются двигатели, работающие на 4 и 6 цилиндрах. Спортивные модели оснащаются в количестве от 8 до 12 шт.

При тестировании оппозитных двигателей было выявлено, что модели с 2 или 4 цилиндрами работают точно так же, как и обычные внутреннего сгорания. Но исключительные особенности показал шестицилиндровый.

Виды оппозитных двигателей

Идеальное решение повлекло за собой ряд техногенных инноваций. Каждая компания решила привнести свой вклад в развитие этой идеи. Таким образом, оппозитный двигатель получил разновидности.

Классический боксер

Самая первая разработка, которая получила большую популярность на автомобильном рынке. Оба цилиндра располагаются на одинаковом расстоянии — максимально далеко от оси двигателя. Этот принцип дал начало всем остальным моделям и применяется до сих пор.

В свое время от такого изобретения отказались, но всем знаменитый Билл Гейтс начал вкладывать финансы в проект и он вновь ожил. Отличается он от своих собратьев тем, что является двухтактным. В одном цилиндре находятся по 2 поршня. Один впускает смесь, а другой, наоборот, выпускает. Они работают на одном коленвале.

У оппозитного двигателя убрали головку, что улучшило работу системы и снизило массу устройства. Теперь все поршни функционируют в одном коленчатом валу. Это дает следующие преимущества:

Механизм на стадии разработки, поэтому при покупке этого вида двигателя могут возникнуть осложнения.

Оппозитный танковый двигатель

Этот вид оппозиционника был разработан специально для танков. Модель называлась 5ТДФ. Его устанавливали, например, на Т-64. В задачу входило обеспечение максимальной мощности для тяжелой военной техники.

Для разных целей были разработаны бензиновые и дизельные аналоги. Чтобы отработанные газы и воздух попадали в цилиндры, система использует турбонаддув.

Преимущества

Достоинства у такого двигателя впечатляют.

Устойчивость достигается смещением центра тяжести.
Мощность превышает однопоршневые аналоги при правильной эксплуатации.
Вибрация в двигателе значительно ниже.
Даже классическая модель весит гораздо меньше, чем обычный мотор.
Габариты меньше.
Разнообразие моделей позволяет установить его как на легковые автомобили, так и на тяжелые танки.

Недостатки

На первый взгляд преимущество у двигателя налицо. Но у него есть и недостатки.

Обслуживать его могут только профессионалы.
Все детали дорогие и их тяжело достать.
Завышенная цена на монтаж силовой установки.
Конструкция очень сложная в эксплуатации.
Во время работы тратит масла в полтора раза больше.

Но, несмотря на минусы, автомобильные компании выбирают именно этот вид. Хорошая производительность и возможности перевешивают все негативные моменты.

Нюансы ремонта

Достоинства замечают, когда в двигателе 6 цилиндров. Если оппозитный располагает 2 ли 4 цилиндрами, то он ничем не отличается от двигателя внутреннего сгорания.

Чтобы механизм прослужил долго, не следует производить ремонт самостоятельно. Самому можно произвести только замену масла. Но даже полный ремонт необходимо проходить на СТО со специальным оборудованием.

Для долгой службы двигателя, следует периодически проводить профилактические работы, которые называют раскоксовкой. Это процедура, которая очищает поверхность внутренних деталей от нагара. Засоряются поршни, клапаны и внешняя часть камеры сгорания. Лучше делать ее осенью или весной, вместе с проверкой масла.

Сфера применения

Сложный механизм используют для повышения мощности автомобиля. Это необходимо спортивным или гоночным автомобилям, типа Формулы-1.

Пассажирские автобусы должны беспрепятственно поднимать в гору груз. Компания Икарус воспользовалась оппозитным двигателем, чтобы их транспорт мог перемещаться как по городским трассам, так и по горным дорогам.

В военной промышленности эти устройства играют свою роль, т.к. их устройства позволяют перемещать тяжелую артиллерию и без проблем делать маневр для танковой дивизии.

Автомобильные брэнды, на этом этапе экспериментируют с разными видами двигателя, устанавливая в свои модели автомобилей. Некоторые производители предлагают сделать выбор самому покупателю.

Оппозитные двигатели за своей спиной имеют многолетнюю историю. В отличие от обыкновенного внутреннего сгорания, они более легкие, имеют меньше деталей, но вырабатывают больше лошадиных сил. Они только начинают развиваться и стоимость превосходит классические аналоги, а ремонт приходится проводить на специальных СТО. Но его недостатки перебивают достоинства, например — скорость и мощность. Поэтому свою популярность двигатели получили в военной промышленности и на спортивных автомобилях.

Читайте также: