Композитный двигатель: Оппозитный двигатель

Оппозитный двигатель.Преимущества и недостатки.

  Оппозитный двигатель — вид двигателей, до которого нельзя было не додуматься в процессе развития автомобилестроения. Все началось с желания сэкономить побольше пространства под капотом автомобиля. Но, обо всем по порядку.
  Для начала думаю стоит упомянуть, что типов оппозитных двигателей несколько — двигатели типа боксер (субару), в которых поршня в противоположных цилиндрах двигаются равно-удаленно, то есть, если один поршень находится в верхней мертвой точке, то противоположный ему, будет находится в нижней мертвой точке.

Оппозитные двигатели с устройством OPOC — были забыты но, сейчас снова начинается их разработка и усовершенствование благодаря нехилым бабло-вливаниям Билла Гейтса. OPOC имеет весьма усложненное устройство, в нем используется один коленвал, но при этом в каждом цилиндре работают по два поршня, двигаясь на встречу друг другу, о этом типе оппозитников напишу позже.

  Советский оппозитник 5ТДФ устроен совсем по другому и имеет определенно отличающийся от боксера или OPOC  принцип работы.
  В оппозитном двигателе 5ТДФ, поршня работают попарно в одном цилиндре, и двигаются навстречу друг другу.
В момент достижения верхней мертвой точки обоих поршней, расстояние оставшееся между ними является камерой сгорания, в которую допустим у дизелей происходил непосредственный впрыск топлива, а у бензиновых оппозитников топливо как и положено подавалось через карбюратор. Так же стоит отметить что оппозитный двигатель 5ТДФ двухтактный, а не четырех, как у Subaru и Porshe, и газообмен происходит у него как у двухтактного двигателя. Имеет два коленвала, расположенные в тех местах, где у субаровского мотора головки. 5ТДФ — это много-топливный оппозитный дизель. Многотопливным он был потому, что мог работать как на солярке, так и на бензине, керосине, и даже мазуте, правда не долго. Все это благодаря его конструкции, которая предопределяла большую степень сжатия в цилидрах. Так же на 5ТДФ стоял принудительный турбонаддув, который значительно повышал мощность двигателя. После завершения производства танков Т-64, от оппозитника 5ТДФ отказались в пользу более современного его аналога, а в дальнейшем оппозитные двигателя были совсем вытеснены из военной промышленности V-образными моторами.
  Также очень широкое распространение получили оппозитные двигатели в производстве мотоциклов.

  Нынешние оппозитники заметно эволюционировали по сравнению с их ранними моделями и до сих пор улучшаются и модернизируются, особенно благодаря иженерам Fuji Heavy Indastries Ltd. которые разрабатывают двигатели для субару. Заметными отличиями оппозитника от V-образного двигателя можно считать расположение кривошипов коленвала таких двигателей. Количество цилиндров в «боксерах»(так будет правильней их называть) Subaru колебалось от четырех до двенадцати, но самый оптимальный вариант — шестицилиндровый двигатель такого типа. Благодаря особенностям строения коленвала он имел самый низкий уровень вибрации, которая является одной из проблем четырехцилиндровых «боксеров». Проблему эту пытаются душить, и вроде как уже задушили разработав гидроопоры для двигателя. Ну в общем что ни говори, а самым оптимальным количеством цилиндров в двигателе пока является шестерка,это относится и к оппозитникам,и V-образным и рядным моторам.

  Как было сказано выше горизонтальные оппозитники были призваны сэкономить место под капотом, но получилось вместо этого хер пойми что. Такой двигатель конечно короче, но насколько он шире, в два, а то и в три раза. Как мне кажется сэкономить место под капотом или получить дополнительную мощность от такого двигателя можно по минимуму.Что касается дополнительной мощности, то она достигается установкой турбонаддува, твин-турбо, би-турбо, благодаря которому снимается еще 30-40% дополнительной мощности. Также дополнительную мощность придают кованые поршни и Н-образные шатуны, считающиеся деталями для спорт моторов, и довольно часто используемые в современных двигателях Subaru. Расход топлива у Форестера с двухлитровым турбированным оппозитником на коробке автомат около 15-17 литров на 100км, что никак его не красит. Притом такая же Audi A4 все того же 2002 г.в, с рядным турбодвигателем 1.8литра не уступит Форестеру на трассе, но жрет гораздо меньше, 9-12литров на 100км.

  Еще один недостаток субаровских оппозитных двигателей, это их страсть к пожиранию моторного масла, просто необходимая потребность, им по ТО положен незначительный расход масла, при этом другие двигателя с таким расходом отправляются прямиком на ремонт. Турбины этих двигателей как и у всех нормальных производителей с годами начинают гнать масло во впускной коллектор, но умные мозги двгателя не дадут ему пойти в разнос, поршневые кольца изнашиваются так же как у всех моторов. Появляется выработка на стенках цилиндров, благо гильзы съёмные, и их можно заменить. Но чтобы провести кап ремонт такого двигателя нужно его разобрать, что в общем то совсем не проблема. Другая проблема найти запчасти, которые стоят далеко не дёшево, и собрать обратно двигатель, причем собрать правильно. А этот процесс обычно доставляет нехилый высер кирпичей даже опытным мотористам, к слову пиздец как неудобно. Неудобно конечно и срать вверх ногами, но ко всему можно привыкнуть, вот и к субаровским двигателям рано или поздно привыкаешь, но геморой во время сборки они доставят в любом случае.
    Еще по теме: Роторный двигатель

Оппозитный двигатель- Плюсы и минусы… Motoran.ru

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания, конструкторами придумано много вариантов силовых установок, которые отличаются по ряду критериев. Разнообразие моторов сводится к различиям в топливе, принципу воспламенения смеси, количеству цилиндров, расположению, тактам и другим показателям.

Для того, что бы увеличить мощность агрегата, создатели применяют больше цилиндров, компонуя в единый блок. На сегодня, популярны двигатели с четырьмя и шестью цилиндрами, расположенными в ряд или v-образно. Разработаны десятки вариантов компоновок мотора, однако интерес и внимание больше других вызывает оппозитный двигатель.

Большинство автолюбителей смутно представляют, что это за агрегат. Как правило, знания сводятся к автомобильным производителям: японской компании Subaru и немецкому концерну Porsche, так сложилось, что эти две фирмы используют оппозитную компоновку моторов.

Subaru Impreza WRX STI S206:

Описание

Элемент, благодаря которому оппозитный двигатель сильно отличается от своих собратьев, размещение поршней агрегата. Понятие, вкладываемое в название мотора, предполагает наличие угла, равного ста восьмидесяти градусам, именно так располагаются поршни. Процесс работы поршней сопровождается одинаковым положением, которое они занимают друг относительно друга в цилиндре. Однако, угол развала не аргумент, поскольку аналогичное значение угла присуще поршням агрегата с развалом в виде буквы «V». В этом двигателе поршни и шатуны крепятся к одной шейке шатуна, таким образом, движение одного из поршней в крайнее верхнее положение сопровождается движением другого в крайнее нижнее положение.

Конструктивно в оппозитном моторе, каждый поршень и каждый шатун, располагаются на отдельной, своей, шатунной шейке коленчатого вала. Такой тип двигателя сложней рядного или v-образного, поскольку больше деталей и сложней регулировка. Так, оппозитный двигатель из-за своей конструкции наделён головками блока в количестве двух штук. В свою очередь, головки оснащены прокладками и коллектором, что увеличивает количество элементов. Не стоит забывать и о схеме, используемой для включения в работу распределительного вала и настройки механизмов.

Учитывая особенности конструкции, фирмы не запускают агрегат массово. Среди зарекомендовавших: оппозитный двигатель Порше, Volkswagen, Subaru. Компоновка оппозитных агрегатов способствует работе последних с меньшей вибрацией, плавным ходом, пониженным износом деталей. Результат получается благодаря взаимному перемещению поршней в противоположных направлениях, и уравновешиванию возникающих сил. Горизонтальное расположение силовой установки увеличивает устойчивость автомобиля.

Оппозитный двигатель в разрезе:

Виды оппозитных двигателей

В данный момент существует несколько вариантов оппозитных моторов. Разница между ними заключается в том, как происходит перемещение поршня внутри цилиндрической поверхности.

• Оппозитная силовая установка Boxer.Свое название силовая установка получила благодаря ассоциации, которая возникает при наблюдении за движением поршней. Каждый поршень агрегата занимает место в цилиндре, на постоянном расстоянии относительно другого поршня. Если один поршень занимает максимально отдалённое расстояние в цилиндре, то второй поршень займёт аналогичное место. Оппозитный двигатель такого типа установлен на автомобилях Субару, в том числе, на узнаваемом представителе, Forester.

Мотор Subaru Boxer:

• Оппозитная силовая установка OPOCЭтот силовой агрегат делает узнаваемым наличие двух поршней в цилиндре, к тому же детали двигаются, друг навстречу другу. Силовая установка, двухтактный оппозитный двигатель, питание мотора может быть за счет бензина или за счет дизеля. Конструктивно, в механизме не предусмотрены головки блока, не существует устройств, приводящих в действие клапаны.  Фиксация обоих поршней выполняется на едином валу, причём назначение каждого поршня своё, один впускает топливо, второй выпускает газы, полученные в процессе сгорания. Поскольку двигатель двухтактный, для него предусмотрен режим, при котором выполняется продувка агрегата. С этой целью установлен электрический мотор, который служит еще и для наддува воздуха.

Мотор эффективен, поскольку потери на трение невелики, прост, так как количество деталей меньше. Компактные размеры, малый вес, топливная экономичность и другие характеристики свидетельствуют о перспективах установки. Недостаток, стадии доработки и испытания, на которых находится силовой агрегат.

Мотор OPOC:

• Агрегат 5 ТДФЗа разработку двигателя ответственны отечественные конструкторы, которые рассчитывали применять её на танковой технике. Конструктивно агрегат представляет цилиндр, внутри которого расположены поршни, двигающиеся друг навстречу другу. Особенность разработки, это наличие у каждого поршня индивидуального вала. Воспламенение подаваемой в цилиндр смеси происходит между поршнями, когда те подходят друг к другу на минимальное расстояние. Пять ТДФ для питания может использовать различные виды горючей жидкости, основные, это бензин и дизель. Подача воздуха и удаление отработанных газов происходит за счет турбинного наддува. Конструкция силового агрегата сводит к минимуму габаритные размеры.

Мотор 5 ТДФ:

Оппозитный двигатель на дизеле

Запуск первого оппозитного агрегата на дизеле в серию произошел в 2008 году. Этот силовой агрегат представлен автомобильным производителем Subaru, предназначался для установки на автомобили одноименной марки. Дизельный оппозитный двигатель Subaru считается первым в мире серийным агрегатом, поскольку до этого ни один производитель не выпускал подобной техники.

Параметры дизеля Субару:

• Количество цилиндров-4;
• Объём двигателя – два литра;
• Производительность – 150 лошадиных сил;
• Импульс – 350Нм;
• Подача топлива – Common Rail + турбинный наддув.

Благодаря возможности, изменять сечение на входе колеса турбины при наддуве, удалось избежать эффекта провала при наборе скорости, а тяга обеспечивается в полном диапазоне оборотов. Агрегат устанавливают на автомобили Subaru Legacy, Subaru Outback, а так же на Subaru Forester.

Дизельный мотор Subaru:

Сложности

Главный недостаток оппозиционного двигателя, сложность, когда хочешь обслужить агрегат. Конструктивное расположение цилиндров не даёт полноценный доступ к агрегату и поэтому без специального оборудования не обойтись. Так, простая замена свечи, выполненная без навыков, повредит и выведет из строя головку цилиндров.

Эксплуатация силовой установки напрямую связана с проведением процедуры чистки, когда поверхности поршней, клапанов и рабочей камеры избавляют от продуктов износа и кокса. На рядном или v-образном моторе работы выполняются самостоятельно, на оппозитном, без навыков не обойтись.

Факторы, влияющие на присутствие нагара:

• Топливо не отвечает установленным требованиям;
• Эксплуатация не прогретого мотора;
• Эксплуатация агрегата на низких оборотах.

Для проведения процедуры очистки используют методы: мягкий и жёсткий:

1. Мягкий метод предусматривает удаление отложений с колец.Процедура сопровождается добавлением в моторное масло моющей присадки, которую потом удаляют при замене масла.
2. Жесткий метод предусматривает проведение процедуры очистки через отверстие свечи.Процедура сопровождается заливкой в цилиндры моющего раствора, после чего в течение двенадцати часов происходит отслоение нагара и отложений. После этого, выкручивают свечи и очищают поверхности от реагентов, посредством прокручивания коленчатого вала стартером. Масло в конце процедуры надо заменить.

Горизонтальная составляющая двигателя усложняет процедуру. При такой компоновке тяжело залить моющее средство, поскольку оно не воздействует на весь поршень, стекая в нижнюю часть детали.

На некоторых моторах периодически проводится регулировка клапанов, например, на Volkswagen T3, что бы оппозитный двигатель работал корректно, устанавливают регулировочные винты коромысла в базовое положение.

Порядок выполнения процедуры:

• Ослабить контргайки, после чего выставить регулировочные винты на один уровень с краем коромысла;
• Установить коленчатый вал в верхнюю мёртвую точку, когда происходит такт сжатия в первом цилиндре. Что бы выполнить операцию, провернуть мотор, пока ротор распределителя зажигания не окажется напротив метки на корпусе распределителя. Положение свидетельствует о том, что первый цилиндр в верхней точке (цилиндр первый – передний справа, цилиндр второй – задний справа, цилиндр третий – передний слева, цилиндр четвёртый – задний слева)
• Закрутить клапанные винты на первом цилиндре до ликвидации зазора;
• Сделать два оборота винтами, затянуть контргайки;
• Сделать поворот коленчатого вала (180°), настроить зазор четвёртого цилиндра;
• Сделать поворот коленчатого вала (180°) настроить зазор третьего цилиндра, снова 180° для регулировки во втором цилиндре.
• Порядок работы цилиндров 1-4-3-2, перед выполнением работ убедитесь, что клапана закрыты.

Регулировка клапанов:

Оппозитный двигатель плюсы и минусы

Очевидно, распространённый оппозитный двигатель, разновидность Boxer, устанавливаемый на Subaru, только эта фирма массово выпускает агрегат. Анализируя оппозитный двигатель Субару, плюсы и минусы агрегата представляются следующим образом:

Subaru Forester:

Положительные моменты:

• Устойчивое положение автомобиля на дороге, за счёт заниженного центра тяжести;
• Низкая шумность и вибрация агрегата;
• Пробег агрегата составляет 500000км;
• Повышенная пассивная безопасность, плоский мотор при столкновении уходит вниз.

Отрицательные моменты:

• Сложность конструкции усложняет работы с агрегатом, увеличивает стоимость;
• Цена силовой установки из-за сложности изготовления и настройки велика;
• Требует механиков с достаточным опытом;
• Повышенный расход масла.

Элемент дизайна Chevron down icon

Композитные материалы из углеродного волокна проникли практически во все уголки и закоулки современного суперкара. У нас есть углеродные несущие конструкции, карбоново-керамические тормозные диски и панели кузова, армированные углеродным волокном. Доведя этот подход до крайности, конструкторы Формулы-1 уже давно используют литые компоненты подвески, крыла и картера трансмиссии из углеродного волокна. Современные рули F1 даже сделаны из этого легкого и жесткого материала, чтобы сэкономить несколько унций.

По иронии судьбы, единственная самая тяжелая часть практически каждого автомобиля — блок двигателя — является одним из последних элементов, ожидающих преобразования металла в формованное углеродное волокно. Входит инженер из Флориды Матти Хольцберг. В течение последних четырех десятилетий он работал над созданием сверхлегкого пластикового двигателя с достаточной выносливостью, чтобы заменить блоки цилиндров из чугуна или алюминия. Со стратегическим использованием вставок, чтобы справиться с высокой температурой и сосредоточенными нагрузками, он разработал композитный блок двигателя, который может быть готов отправить литой металл по пути багги.

После многих лет экспериментов с различными смолами, армированными стекловолокном, Хольцберг недавно расширил сферу своей деятельности, включив в нее более дорогие материалы из углеродного волокна. Понимая, что хардкорное гоночное сообщество всегда стремится получить конкурентное преимущество в снижении веса, он знал, что существует рынок для композитного блока цилиндров, способного уменьшить вес на несколько фунтов. Потакая своим лучшим предпринимательским инстинктам, он купил инструменты и настроил свою лабораторию в Уэст-Палм-Бич для отливки первой дюжины блоков цилиндров, армированных углеродным волокном, по образцу 2,0-литрового двигателя Ford Duratec.

По словам Хольцберга, его форма представляет собой алюминиевую головоломку из шести частей, состоящую из базовой пластины, четырех боковых панелей и верхней крышки. Внутри умещается съемный сердечник, который образует водяную рубашку, маслосливы и главный масляный камбуз. При сборке пресс-форма также загружается различными алюминиевыми деталями: 71 резьбовая вставка и пять седел коренных подшипников. После заливки в водяную рубашку помещают четыре цилиндра Siamesed.

После подготовки формы эпоксидная смола и углеродные волокна длиной 6 мм перемешиваются в промышленном смесителе. Полученное тесто, имеющее консистенцию овсяных хлопьев, слегка подогревают, а затем выливают в форму. Его оставляют сохнуть на два часа, хотя Хольцберг добавляет, что небольшие процедурные изменения позволят отлить блок всего за пять минут.

Одним из атрибутов, связанных с этим точным процессом формования, является то, что композитные поверхности не требуют отделочных операций и требуют минимальной механической обработки. После литья седла коренных подшипников расточены, а цилиндры обрезаны для установки вкладышей. Holtzberg планирует перейти на покрытие плазменным напылением молибдена вместо алюминиевых гильз цилиндров, чтобы сократить дополнительные килограммы. Это увеличит экономию веса по сравнению с алюминиевым блоком с 18,2 фунтов до более чем двадцати фунтов.

Хольцберг добавит несколько компонентов из углеродного волокна с болтовым креплением, таких как масляный поддон, крышка распредвала, впускной коллектор и топливная рампа, чтобы создать комплект, который он намеревается предложить гонщикам. После покупки комплекта каждый клиент может поручить своему любимому производителю двигателей собрать комплект в соответствии с конкретными потребностями в гонках или ралли.

Хольцберг еще не установил цену на свой двигатель из углеродного волокна, но маловероятно, что многие владельцы Ford Focus будут заинтересованы в том, чтобы тратить 2500 долларов (или больше) на фунт сэкономленного веса.

1907–1909 Бельгийский химик доктор Лео Бакеланд разработал бакелит, первый в мире коммерчески успешный пластик. Бильярдные шары, пластинки со скоростью вращения 78 оборотов в минуту и ​​корпуса телефонных номеров были одними из первых применений.

1930-е годы Энтузиаст сои Генри Форд начал устанавливать пластиковые детали на свои автомобили. Кнопки звукового сигнала, ручки переключения передач, внутренние дверные ручки и головки распределителей были отлиты из шрота, переработанного из соевых бобов, выращенных на фермах Форда.

1940 Предвидя нехватку стали во время Второй мировой войны, Генри Форд заказал полный кузов автомобиля из формованного пластика. На демонстрации 1941 года он замахнулся топором на свой личный Ford с пластиковой крышкой багажника. Топор отскочил, не повредив панели.

1953 Компания Chevrolet начала выпуск Корветов с кузовами из пластика, армированного стекловолокном. Было продано более 1,5 млн.

1969 Матти Хольцберг прочитал статью в техническом журнале публичной библиотеки Хакенсак, штат Нью-Джерси, в которой говорилось о новом пластике, якобы достаточно прочном, чтобы выдерживать суровые условия, существующие внутри автомобильных двигателей. Хольцберг получил образец французского материала, который использовал для изготовления экспериментального поршня. После 20 минут работы в двигателе Austin Mini тепло сгорания прожгло дыру в головке его первого пластикового поршня.

1970-е Компания Holtzberg производила и продавала сверхлегкие пластиковые поршни, теперь покрытые алюминиевыми головками, для использования в гонках.

1979 Хольцберг основал компанию Polimotor (сокращение от полимерный двигатель) для разработки первого в мире двигателя с интенсивным использованием пластика.

1980 После запуска первого двигателя Holtzberg журнал Automotive Industries опубликовал его на обложке.

1982 К тому времени, когда Popular Science вмешался, Polimotor второго поколения Хольцберга производил 300 л.с. и весил 152 фунта по сравнению с 88 л.с. и 415 фунтами для современного двигателя Ford Pinto.

1984 – 1985 Спортивный автомобиль Lola, оснащенный двигателем Polimotor и поддерживаемый Amoco Chemical, участвовал в полудюжине шоссейных гонок IMSA Camel Light, заняв третье место в Lime Rock. Один сломанный шатун (приобретенный у поставщика) был единственной крупной неисправностью.

1986 Доказав долговечность в гонках, Хольцберг переключил свое внимание на массовое производство. Когда Amoco исчезла, он перешел с Torlon на более доступную фенольную смолу, первый коммерческий полимер и материал, который Генри Форд использовал для связывания своих соевых волокон.

1990 Хольцберг основал компанию Composite Castings, которая сейчас находится в Уэст-Палм-Бич, Флорида.

1992 После успешного использования композитных монококов, армированных углеродным волокном, в Формуле-1 компания McLaren Cars представила трехместное купе F1 для использования на дорогах.

1998 –2002 Компания Holtzberg получила три патента на технологию литья фенольной или эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Более дюжины лицензиатов теперь используют его технологию для быстрого прототипирования и других приложений.

2009 Компания Composite Casting заключила стратегическое партнерство с поставщиком смолы Huntsman Chemical.

2010 Подписано соглашение о стратегическом партнерстве с поставщиком углеродного волокна Toho Tenax Americas.

2011 Composite Castings изготовила дюжину экспериментальных версий 2,0-литрового четырехцилиндрового двигателя Ford Duratec из углеродного волокна.

Композиты для двигателей — Meggitt

Композиты для двигателей — Meggitt

Главная/Продукты и услуги/Композиты для двигателей

От двигателей F135 до двигателей LEAP мы помогаем клиентам удовлетворять и превосходить самые важные требования к двигателям в промышленности. Мы специализируемся на композитных компонентах для двигателей, предлагая более передовые современные производственные возможности и процессы, чем конкурирующие предприятия в отрасли. Компоненты наших двигателей используются на нескольких крупных высокопроизводительных коммерческих и военных платформах по всему миру.

Мы понимаем потребность в экстремальных характеристиках, особенно в высокотехнологичных двигателях для военных и коммерческих самолетов.

Наши компоненты включают критически важные для полета вращающиеся и невращающиеся изделия, в том числе: обтекатели, лопасти, воздуховоды, статоры, распорки лопастей, вкладыши и выхлопные заслонки. Они эксплуатируются на самых прогрессивных авиационных двигателях в мире, таких как реактивный двигатель P&W F135, в котором на каждом корабельном комплекте используются компоненты из 100 мегагиттов композитных материалов.

Предоставлено: Pratt & Whitney

Прокладка канала потока двигателя GE90 является одной из первых в мире вращающихся композитных деталей, несущих нагрузку. Триумф в проектном анализе, проектировании, инструментах, обработке и тестировании, теперь он вдвое легче и дешевле оригинального титанового блока.

Наши сложные отлитые детали для двигателя Pratt & Whitney F135 для программы Joint Strike Fighter (JSF).

Эти детали имеют сложную форму и дизайн, в них используются высокотемпературные материалы в экстремальных условиях с жесткими допусками, что обеспечивает исключительные летные характеристики.

Мы поставляем несколько конфигураций IGV и OGV для военного и коммерческого применения. Отличительные особенности наших компонентов:

• Среднетемпературные материалы
• Совместное литье с титаном или приклеивание к композиту
• Сложная конструкция аэродинамического профиля с жесткими допусками
• Плотно отформованные, почти сетчатые

Мы занимаемся проектированием, разработкой, сертификацией и производством регулируемых выпускных клапанов для двигателей коммерческих транспортных самолетов. Наше наследие создания надежных и воспроизводимых процессов использует передовые конструкции инструментов и современные технологии производства, предоставляя нашим клиентам идеальное производственное решение, необходимое для создания геометрически сложных деталей.