Что такое оппозитный двигатель и как он работает

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) могут классифицироваться по разным признакам, типу топлива, организации рабочего цикла, числу цилиндров и прочим особенностям. Одна из них – расположение цилиндров относительно коленчатого вала. Они могут образовывать ряд или несколько рядов, тогда говорят о V-образных или даже W-образных.

Возможно и положение типа «звезда», но это уже скорее относится к авиации. Если угол развала V-образного мотора доведён до 180 градусов, то такой агрегат выделяется в особую категорию оппозитных двигателей.

Что из себя представляет оппозитный ДВС

Почти всегда оси цилиндров оппозитного мотора располагаются горизонтально. Поршни в них могут двигаться на такте сжатия в сторону головок или встречно, работая на общую для каждой пары камеру сгорания.

В последнем случае это уже не просто V-образный агрегат с максимальным углом развала, а очень специфическая конструкция с крайне ограниченным применением.

Принцип работы

Число цилиндров в оппозитниках всегда четное, в противном случае их очень сложно было бы отбалансировать.

Типичная конструкция гражданского применения имеет четыре цилиндра (характерно для автомобилей Subaru и первых образцов VAG) или шесть, что принято для распространенной конструкции Porsche.

В мотоциклах, таких как отечественный Урал и его предок BMW, присутствуют два цилиндра.

Принципиально оппозитные моторы не отличаются от всех прочих ДВС. Имеются те же поршни, работающие на общий коленвал через горизонтально расположенные шатуны, две головки блока с клапанными механизмами и распредвалами, если мотор не совсем уж древний, где привод клапанов осуществлялся штангами.

Каждая пара поршней, работающих на одну шатунную шейку коленвала, движется в противофазе, то есть когда у одного верхняя мертвая точка (ВМТ), то у другого нижняя.

Это создает некоторые неудобства в обеспечении низкой вибронагруженности в отличие от V-образных.

Сфера применения

Использование подобной схемы оправдано техническими факторами, но не только. Имеются производители, обладающие хорошей школой в разработке таких моторов, продолжают их совершенствовать и выпускать, даже если особо их преимущества и не востребованы.

Но чаще оппозитник применяется вполне сознательно.

Например:

  • для спортивных автомобилей, где важен низкий центр тяжести силового агрегата;
  • в спецтехнике, когда это обусловлено общими соображениями компактности при значительных рабочих объёмах;
  • на низкопольных автобусах, здесь иные моторы просто не поместятся в узком пространстве под ногами пассажиров;
  • на мотоциклах и самолетах, там легче обеспечить хороший обдув цилиндров воздушного охлаждения.

В общей массе производимых автомобилей эти горизонтальные плоские моторы применяются в очень небольшом количестве, недостатки их перевешивают достоинства.

Устройство

Моторы очень компактны, поскольку цилиндры расположены в одной горизонтальной плоскости. При использовании на автомобилях это позволяет снизить высоту капота.

Хотя обычно ненамного, над двигателем неизбежно появляются вспомогательные узлы впуска, газораспределения, наддува и прочие агрегаты.

Для обеспечения максимальной удельной отдачи приходится использовать типовую для современных моторов схему с двумя распредвалами в головках и по четыре клапана на цилиндр. В случае моторов средней мощности это приводит к некоторому усложнению.

Четырехцилиндровый мотор содержит в общей сложности четыре распредвала со своими деталями привода. Увеличивается число и разветвленность коллекторов впуска и выпуска, разрастается система питания.

Но схематично это тот же типовой 4-цилиндровый мотор. На более мощных 6-цилиндровых версиях усложнение менее заметно, и роль преимуществ возрастает.

Виды

Можно выделить несколько классифицирующих направлений в конструкциях оппозитных двигателей.

  • Классический «боксер». Назван так, поскольку напоминает спортсмена с расставленными по бокам кулаками. Это цилиндры со своими поршнями, работающими на общий коленвал.

Напоминает два сросшихся картерами рядных мотора, расположенных горизонтально. В 4-х и 6-цилиндровых вариантах применялся и применяется на серийных автомобилях, как массовых, так и спортивных. «Шестерка» отличается хорошим балансом и ровной мощной работой в спорткарах Porsche.

  • Двигатель типа OPOC (Opposed Piston Opposed Cylinder). Очень интересный мотор, где в каждом цилиндре два поршня, движущихся встречно, но при этом с помощью сложной системы шатунов и кривошипов работающих на общий коленвал.

Двигатель продолжает считаться подающим надежды, хотя имеет врожденные сложности с газораспределением, из-за чего приходится применять двухтактный цикл. Само по себе это уже порождает проблемы с экономичностью и чистотой выхлопа, хотя удельная отдача может быть достойной.

  • Аналогичные двигатели, но с отдельными коленчатыми валами на каждый ряд поршней. Когда-то активно применялись в дизельном варианте на советских танках исключительно благодаря компоновочным особенностям. Перспективы сомнительны из-за массивности и тех же сложностей с наполнением и очисткой цилиндров.

Показатели применения подобных схем уже многое говорят о сочетании их недостатков с некоторыми преимуществами.

Плюсы и минусы оппозитных двигателей

Свойства, позволяющие до сих пор отдельным фирмам использовать оппозитные конфигурации:

  • компактность «распластанной» в горизонтальной плоскости конструкции, можно помещать двигатели под полом или низкими капотами;
  • упрощенная организация балансировки, если сравнивать с V-образными аналогами, однако в динамике сложности остаются;
  • улучшенная активная и пассивная безопасность автомобиля с оппозитником, это обеспечивают низкий центр тяжести и простота ухода мотора под салон после ДТП.

Недостатки серьезнее:

  • моторы сложны в ремонте и меньше обеспечены инфраструктурой сервиса;
  • при хорошем доступе к некоторым узлам остальные спрятаны неоправданно далеко для обслуживания;
  • сложности с расходом масла даже в исправном состоянии;
  • слишком большая габаритная ширина мотора вызывает трудности при компоновке шасси;
  • неоправданно сложное газораспределение при попытках повысит отдачу и КПД.

Можно сказать, что «боксеры» свое место в истории и современности автопрома уже заняли и покидать его не собираются. Но дальнейшее развитие темы предсказать трудно.

Ссылка на основную публикацию