Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Содержание

Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга не только по виду потребляемого топлива, но также и по конструктивным особенностям. Например, велико разнообразие по расположению цилиндров. Каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны. В данном случае будут рассмотрены плюсы и минусы оппозитного двигателя.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое атмосферный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особенностях и главных отличиях атмосферных ДВС от аналогов с турбонаддувом.

Содержание статьи

В чем особенности оппозитного двигателя

В поршневых двигателях внутреннего сгорания (а бывают еще и роторные) размещение цилиндров может быть разным по отношению друг к другу: под острым углом, в один ряд, звездообразно и так далее. В случае с оппозитным ДВС цилиндры находятся в одной плоскости и размещены один напротив другого под углом 180 градусов.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

В отличие от многих рядных моторов, оппозитный агрегат зачастую имеет два распределительных вала, а также вертикальное распределение газораспределительного механизма. Существует несколько типов оппозитных двигателей. Среди них наиболее известны:

  • Boxer («Боксер»). Отличается тем, что поршни, расположенные друг перед другом, движутся подобно боксерам на ринге. То есть, когда один из них находится в крайней верхней точке, второй занимает крайнее нижнее положение. Они все время в равной степени удалены один от другого;
  • ОРОС — Opposed Piston Opposed Cylinder. Принцип работы в данном случае заключается в том, что поршни попарно находятся в одном цилиндре (верхний и нижний поршень). Они движутся навстречу друг другу, вращая коленвал.
  • 5 ТДФ. Это двухтактный танковый двигатель советского производства, которым применялся на танках Т-64 и Т-72. Интересная особенность данного агрегата состоит в его многотопливности. Основное горючее для него – солярка. Однако при помощи специального переключателя на топливном насосе высокого давления, можно было запустить режим работы на бензине или на смеси бензина с керосином и соляркой, а также двигатель мог работать на реактивном топливе.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя
    Правда, требовалось еще и подкорректировать угол зажигания (тайминг впрыска).

Разработкой силовых агрегатов активно занималась многие компании. Например, Volkswagen уделял внимание данному типу агрегатов с середины 30-х годов прошлого столетия. Это были не просто эксперименты, а стремление разработать собственный оппозитный мотор, снизить уровень вибраций, которые возникают во время работы традиционного V-образного или рядного двигателя и т.д. Кстати, свою разработку инженеры Volkswagen применили и в легендарном автомобиле Volkswagen Beetle. А с 60-х годов оппозитные двигатели стали активно использоваться японской компанией Subaru, которая занималась разработками параллельно с немцами.

Преимущества оппозитного ДВС

По большому счету, работа оппозитного двигателя не отличается от принципа действия агрегатов других конструкций. Однако подобное расположение цилиндров имеет свои определенные преимущества, а также и недостатки.

  • Самым заметным преимуществом рассматриваемых силовых установок считается почти полное отсутствие вибрации во время работы.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Такой эффект достигается за счет расположения поршней, которые уравновешивают друг друга. Это не только добавляет комфорта, но и существенно увеличивает срок эксплуатации. Отсюда происходит второй «плюс»;
  • Впечатляющий ресурс оппозитного двигателя. Имеются данные о том, что довольно часто пробег до первого капитального ремонта составлял минимум от 500 тысяч километров. Разумеется, манера вождения вносит свои существенные коррективы. И, тем не менее, межремонтный срок довольно большой. Впрочем, сплошь и рядом можно встретить утверждения специалистов и автолюбителей, что 800-900 тысяч до первого капитального ремонта – это не более чем красивая сказка;
  • Моторы рассматриваемой в данной статье конструкции обеспечивают автомобилям низкий центр тяжести. Особенно это качество ценится в мощных спортивных машинах. Ведь, проходя виражи на больших скоростях, очень важно сохранить устойчивость;
  • Также нельзя не упомянуть об экономии места под капотом. Хотя многим этот пункт покажется спорным, ведь выигрывая по высоте, нужно при этом делать капот шире или длиннее.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Вот, пожалуй, и все существенные преимущества оппозитников. Теперь нужно рассмотреть и недостатки, которых, к сожалению, несколько больше.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше, турбина или компрессор. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции различных нагнетателей, а также о преимуществах и недостатках  подобных способов повышения мощности мотора без увеличения физического рабочего объема двигателя.

Недостатки оппозитного мотора

Прежде всего, стоит указать высокую стоимость обслуживания и практически полную невозможность выполнить ремонт в домашних условиях. Даже простая замена свечей зажигания требует наличия специального оборудования. При этом в сторонних автосервисах сложно найти специалиста достаточно высокой квалификации для ремонта оппозитного двигателя.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Кстати, здесь будет также уместным выделить огромное количество модификаций агрегатов даже в пределах одной марки. Этим «грешит», например, бренд Субару, который сегодня является основным производителем моторов данного типа. Само собой, такая позиция усложняет ремонт, так как возможность взаимозаменить детали сводится к минимуму.

Стоимость нового автомобиля с оппозитным двигателем может оказаться заметно выше стоимости машины такой же комплектации, но с более традиционным типом ДВС. А все дело в затратах на производство самого оппозитника. Определенную роль играет и дороговизна запчастей, которая напрямую связана с указанными выше причинами.

Добавим еще пару слов о специальном оборудовании. Например, автовладельцы со стажем и опытом знают, что шейки коленвала время от времени приходится шлифовать. Операция эта проводится на станке и не очень дорого стоит применительно к обычному ДВС. Но только если речь не идет об оппозитниках. Например, на субаровских авто шейки очень узкие и шлифовать их нужно на специальных станках.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Также отметим, что  в оппозитных моторах быстрее засоряется картер двигателя по сравнению с V-образными или рядными конструкциями. Оппозитному двигателю присущ большой расход моторного масла, что обуславливается конструкцией силовой установки данного типа. А в случае, когда установлена турбина, масла расходуется еще больше.

Что в итоге

При желании можно найти еще минусы оппозитного двигателя и продолжить приведенный выше список, особенно если рассматривать конкретный мотор на той или иной модели авто.

Однако в общем такая конструкция силовой установки все равно неплохо прижилась на гражданских авто, машинах спортивного типа и в авиации. Напоследок добавим, что «субаровские» моторы повсеместно и широко используются. Это является наглядным примером определенного успеха оппозитного двигателя на фоне других конкурентов, которые также не лишены определенных недостатков.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Читайте также

Оппозитный двигатель: типы, устройство и принцип работы

За всю историю производства автомобилей было разработано много разновидностей моторов, которые должны были приводить в движение машину. На сегодняшний день большинству автолюбителей знакомы только два типа моторов – электрический и двигатель внутреннего сгорания.

Однако среди модификаций, работающих на основе воспламенения топливно-воздушной смеси, есть много разновидностей. Одна их таких модификаций называется оппозитный двигатель. Рассмотрим, в чем его особенность, какие типы данной конфигурации бывают, а также в чем их плюсы и минусы.

Что такое оппозитный двигатель

Многие считают, что это разновидность V-образных конструкцией, но с большим развалом головок.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя На самом деле это совсем другой тип ДВС. Благодаря такой конструкции мотор имеет минимальную высоту.

В обзорах нередко такие силовые агрегаты называются боксером. Это указывает на особенность работы поршневой группы – они будто боксируют грушу с разных сторон (перемещаются навстречу друг другу).

Первый рабочий оппозитный мотор появился в 1938г. Его создали инженеры компании VW. Это была 4-цилиндровая 2-литровая модификация. Максимум, которого мог достичь агрегат, составлял 150 л.с.

Благодаря особенной форме мотор используют в танках, некоторых спорткарах, мотоциклах и автобусах.

На самом деле мотор V-образной формы и оппозитник не имеют ничего общего. Они отличаются принципом работы.

Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство

В стандартном ДВС поршень двигается вверх и вниз, достигая ВМТ и НМТ. Чтобы достичь плавности вращения коленвала, поршни должны срабатывать поочередно с определенным смещением времени срабатывания тактов.

В оппозитном моторе плавность достигается тем, что пара поршней всегда работает синхронно либо в противоположные стороны, либо максимально приближаясь друг к другу.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Среди данных типов моторов самыми распространенными являются четырех- и шестицилиндровые, но встречаются и модификации на 8 и 12 цилиндров (спортивные версии).

В таких моторах имеется два газораспределительных механизма, но они синхронизированы одним приводным ремнем (или цепью, в зависимости от модели). Оппозитники могут работать, как на дизтопливе, так и на бензине (принцип зажигания смеси отличается так же, как в обычных моторах).

Основные типы оппозитных двигателей

На сегодняшний день такие компании, как Porsche, Subaru и BMW нередко используют в своих автомобилях данный тип двигателей. Инженерами было разработано несколько модификаций:

  • Боксер;
  • ОРОС;
  • 5ТДФ.

Каждый из типов появился в результате улучшений предыдущих версий.

Боксер

Особенностью такой модификации является центральное расположение кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет равномерно распределить массу двигателя, что максимально снижает вибрации в результате работы агрегата.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Чтобы увеличить отдачу от такого мотора, производитель оснащает его турбинным нагнетателем. Этот элемент повышает мощность ДВС на 30% по сравнению с атмосферными аналогами.

Самые эффективные модели имеют шесть цилиндров, однако встречаются и спортивные версии на 12 цилиндров. 6-цилиндровая модификация – самая распространенная среди аналогичных плоских двигателей.

ОРОС

Этот тип ДВС относится к категории двухтактных моторов. Особенностью этой модификации заключается в несколько иная работа поршневой группы. В одном цилиндре расположены два поршня.

В то время как один выполняет такт впуска, другой удаляет отработанные газы и проветривает камеру цилиндра. В таких двигателях нет ГБЦ, а также системы газораспределения.

Благодаря такой конструкции моторы этой модификации почти в половину легче аналогичных ДВС. В них поршни имеют небольшой ход, что снижает потери мощности на трении, а также повышает выносливость силового агрегата.

Так как в силовой установке почти на 50% меньше деталей, то она намного легче, чем четырехтактная модификация.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Благодаря этому автомобиль немного легче, что сказывается на динамичных характеристиках.

5ТДФ

Такие моторы устанавливаются в спецтехнику. Основная сфера применения – военная промышленность. Их устанавливают в танки.

Данные ДВС имеют два коленвала, расположенные по разные стороны конструкции. Два поршня помещены в одном цилиндре. У них одна общая рабочая камера, в которой воспламеняется воздушно-топливная смесь.

Воздух поступает в цилиндр благодаря турбонаддуву, как и в случае с ОРОС. Такие моторы низкооборотные, но очень мощные. На 2000 об/мин. агрегат выдает целых 700 л.с. Одним из недостатков таких модификаций – достаточно большой объем (в некоторых моделях он достигает 13 литров).

Плюсы оппозитного двигателя

Последние разработки оппозитных моторов позволили повысить их выносливость и надежность. У плоской конструкции силовых агрегатов есть много положительных сторон:

  • Центр тяжести находится ниже, чем в классических моторах, что повышает устойчивость авто на виражах;
  • Правильная эксплуатация и своевременное обслуживание увеличивает интервал между капитальным ремонтом до 1 млн.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя км. пробега (по сравнению с привычными двигателями). Но хозяева бывают разными, поэтому ресурс может быть еще больше;
  • Так как возвратно-поступательные движения, происходящие с одной стороны ДВС, компенсируют нагрузки идентичным процессом с противоположной, шум и вибрации в них снижены до минимума;
  • Оппозитные моторы всегда отличались большой надежностью;
  • Плоская конструкция при прямом ударе во время ДТП уходит под салон авто, что снижает риск получения серьезных травм.

Минусы оппозитного двигателя

Это достаточно редкая разработка – все автомобили среднего класса оснащаются привычными моторами с вертикальной конструкцией. Из-за особенностей конструкции они дороже в обслуживании.

Помимо дорогого обслуживания у оппозитников есть еще несколько недостатков, но большинство из этих факторов относительные:

  • Из-за особенности конструкции плоский мотор может расходовать больше масла. Однако, смотря с чем сравнивать. Есть рядные двигатели, которые настолько «прожорливые», что лучше рассмотреть компактный, но более дорогостоящий вариант;
  • Трудности с обслуживанием обусловлены малым количеством профессионалов, разбирающихся в таких моторах.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Некоторые утверждают, что оппозитные моторы очень неудобные в обслуживании. В некоторых случаях это действительно так – мотор нужно снимать, чтобы заменить свечи и т.д. Но это зависит от модели;
  • Так как подобные моторы встречаются реже, то и запчасти на них можно приобрести под заказ, а их стоимость будет выше стандартных аналогов;
  • Мало специалистов и станций техобслуживания, которые готовы взяться за ремонт данного агрегата.

Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя

Как уже было сказано, один из минусов плоских двигателей – сложности в ремонте и обслуживании. Однако это касается не всех оппозитников. Больше сложностей с шестицилиндровыми модификациями. Что касается 2-х и 4-цилиндровых аналогов, то сложности касаются только особенностей конструкции (свечи чаще находятся в труднодоступном месте, нередко для их замены нужно вынимать весь мотор).

Если владелец авто с оппозитным двигателем – новичок, то в любом случае для обслуживания следует обратиться в сервисный центр.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя При неправильных манипуляциях можно легко нарушить настройки газораспределительного механизма.

Еще одной особенностью обслуживания таких моторов является обязательная процедура раскоксовки цилиндров, поршней и клапанов. При отсутствии на этих элементах нагара можно увеличить срок службы ДВС. Лучше всего эту операцию выполнить осенью, чтобы мотор легче работал в зимний период.

Что касается серьезного ремонта, то самым большим минусом является крайне высокая стоимость «капиталки». Она настолько высока, что проще купить новый (или б/у, но с достаточным запасом рабочего ресурса) мотор, чем ремонтировать вышедший из строя.

Учитывая перечисленные особенности оппозитного двигателя, у тех, кто оказался перед выбором: стоит покупать машину с таким мотором или нет, теперь больше информации, чтобы определить, в чем придется пойти на компромисс. А в случае с оппозитниками единственный компромисс – это финансовый вопрос.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Чем отличается оппозитный двигатель от атмосферного.

Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Как это работает: горизонтально-оппозитные двигатели Subaru


Оппозитный двигатель представляет собой форму устройства двигателя внутреннего сгорания автомобиля, имеющий особую структуру: его поршни расположены под развернутым углом и осуществляют движение в горизонтальной плоскости навстречу друг другу и в обратные стороны (друг от друга). Другая, соседняя пара поршней, располагается в одном положении (например, вверху).

Взаимодействие поршней внутри двигателя напоминает в чем-то боксерский раунд, отсюда и другое название устройства — боксер. Конструкция механизма предполагает установку каждого поршня на обособленных шейках коленчатого вала. Количество цилиндров в оппозитном двигателе может быть от 2 до 12-ти, но всегда четное. Наиболее популярны устройства с четырьмя и шестью цилиндрами (четырех- и шестицилиндровые боксеры).

На современном автомобильном рынке представлено множество марок машин, каждая из которых придерживается собственной концепции оснащения автомобилей.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Разработкой и применением оппозитных двигателей сейчас занимаются две фирмы: Subaru и Porsche. Раньше оппозитный двигатель устанавливался на такие автомобили, как Alfa Romeo, Honda, Chevrolet, Volkswagen, Ferrari и другие.

Первый оппозитный двигатель, работающий на дизельном топливе, был выпущен компанией Субару в 2008 году. Это четырехцилиндровый оппозитник с вместительностью 2 литра, способный развивать мощность до 150 л.с. При его разработке используется система Сommon Rail.

На некоторых моделях машин марки Порше используются двигатели с шестью цилиндрами (Саyman, 911). Для автомобилей спортивного класса были разработаны восьми- и двенадцатицилиндровые оппозитные двигатели повышенной мощности. Многие профессионалы говорят о том, что от работы обычных двигателей отличаются только шестицилиндровые оппозитники, четырех- и двухцилиндровые практически аналогичны.

Оппозитный боксер — основные принципы работы


В целом процесс функционирования оппозитного боксера схож с работой других двигателей внутреннего сгорания.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Главной отличительной особенностью его устройства является расположение цилиндров. Цилиндры в нем установлены горизонтально, в отличие от большинства двигателей. Это устанавливает и иное движений поршней: не вверх и вниз, а справа налево и наоборот (от одного края цилиндра к противоположному).

Первоначальная разработка горизонтального оппозитного боксера не принадлежит компании Subaru, как склонны думать многие. Моторы подобного типа уже использовались ранее на пассажирских автобусах Икарус, а также на мотоциклах (как отечественного «Днепр, МТ», так и иностранного производства «эндуро-турист BMW R1200GS и прочие»). Кроме того, подобные двигатели уже давно используются в военном транспорте, в частности, в отечественных танках.

Естественно, подобное строение двигателя имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их наиболее подробно.

Преимущества оппозитного боксера


На фотографии оппозитный двигатель Porsche


К главным плюсам двигателя с горизонтально расположенными цилиндрами относят:
  1. Способствует смещению центра тяжести.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Масса распределяется около оси, что позволяет значительно улучшить управляемость машины. Для многих этот фактор является решающим при выборе двигателя и автомобиля, особенно это актуально для российских дорог.
  2. Отсутствие вибрации при работе. Двигатели со стандартной структурой и вертикально расположенными цилиндрами в ходе работы вибрируют, передавая волны всей конструкции, что не очень комфортно для водителя.
  3. Долгая работа. Ресурс оппозитного боксера, установленного в Subaru, настолько велик, что позволяет эксплуатировать автомобиль в течение длительного времени (его хватает более чем на миллион километров).

Недостатки оппозитного двигателя


На фотографии оппозитный двигатель Subaru Outback 2015


Несмотря на значительные преимущества, двигатель подобного типа имеет существенные недостатки, от которых разработчики пока не избавились:
  1. Требует дорогостоящего обслуживания. Часто ремонт двигателей обычного строения осуществляют самостоятельно или в автосалонах за небольшую сумму.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Однако в случае с оппозитным боксером это невозможно. Его конструкция слишком сложна, поэтому монтаж лучше доверить профессионалам. Причем за подобные услуги придется заплатить приличную сумму денег.
  2. Из первого недостатка вытекает второй — даже при наличии достаточных средств на обслуживание этого типа двигателя, могут возникнуть трудности с поиском квалифицированного специалиста, который сможет произвести качественное обслуживание.
  3. Сложность устройства боксера способствует повышению стоимости на его составные части, что создает дополнительные расходы при ремонте.
  4. Повышенный расход автомобильного масла. Обычный двигатель потребляет не более трехсот грамм масла за период своего функционирования, а оппозитный гораздо больше.
Таким образом, все недостатки устройства прежде всего заключаются в дороговизне его обслуживания. Это может стать значительным фактором для многих автовладельцев. Однако, как считают представители автомобильных компаний Subaru и Porsche, качество его работы стоит затраченных средств на обслуживание.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Компания Subaru не собирается менять оппозитные двигатели на стандартные, так как ее представители склонны считать, что это будет большим шагом назад. На уровень продаж автомобилей данной марки дороговизна обслуживания двигателя никак не влияет, так как машины зарекомендовали себя исключительно с положительной стороны.

Оппозитный двигатель — это видоизменённый агрегат с отличной от обычного рядного мотора структурой. Его поршни находятся под развёрнутым углом, поэтому пары движутся навстречу и обратно. Соседняя же пара, расположенная по оси плоскости мотора, движется идентично, но с небольшим временным интервалом, обеспечивая такт работы двигателя. Движения поршней внутри мотора отдалённо напоминает боксёрский поединок, поэтому такой тип двигателя внутреннего сгорания называют боксёром.

Принцип действия

Исходя из конструкции агрегата, каждый поршень устанавливается на предназначенную для него . Количество цилиндров обязательно чётное, оно составляет от 2 и до 12.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Самыми распространёнными двигателями для автомобилей являют моторы с четырьмя и шестью цилиндрами.

В целом принцип работы этого типа агрегата похож на обычный рядный мотор. Отличие заключается в том, что поршни в нём ходят горизонтально, а не вверх-вниз, что обусловлено горизонтальным расположением цилиндров. Эти типы моторов характеризует наличие двух головок блока цилиндров, расположенных горизонтально, по обеим сторонам.

Применяемость мотора

По дорогам ездит довольно много моделей автомобилей, имеющих под капотом оппозитный двигатель. Но ведущих фирм, которые занимаются внедрением и разработками этих агрегатов, всего две, а именно и Порше. Хотя ранее эти агрегаты устанавливались на такие марки машин, как Хонда, Феррари, Шевроле, Альфа Ромео и ещё множество других.


Один из классических автомобилей с оппозитным двигателем – Alfa Romeo 33

Модели от производителя Porsche, такие как Cayman и 911, оснащены шестицилиндровыми двигателями, а варианты более спортивного класса укомплектованы восьми- и даже двенадцатицилиндровыми форсированными движками.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Большинство опытных автовладельцев говорят, что двух- и четырёхцилиндровые оппозитные моторы практически ничем не отличаются от своих рядных собратьев, но чем больше количество цилиндров, тем явственнее различие.

Немного истории

Первым серийным дизельным оппозитным двигателем был мотор, выпущенный концерном Subaru в 2008 году. Это была четырёхцилиндровая установка объёмом 2 литра и мощностью 150 лошадей. Этот мотор получил систему контроля подачи топлива .

В советские времена на танках стоял один из видов современного оппозитного двигателя, имеющий сходный принцип работы, но совершенно ему противоположный конструктивно. Он содержал по 2 поршня на один цилиндр, которые работали, двигаясь навстречу друг к другу. В момент, когда расстояние между поршнями было минимальным, в получавшуюся между ними камеру сгорания попадало топливо. То есть если у современного двигателя один коленвал и 2 головки блока, с ходом поршней друг от друга, то у советского 5ТДФ было 2 коленвала и 1 головка с поршнями, движущимися навстречу.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Также особенностью является двухтактный режим работы этого агрегата и его универсальность в плане применяемого топлива. Изначально это был дизельный тип двигателя, но он успешно мог работать на бензине, керосине, авиационном топливе, даже на мазуте. На последнем, правда, не очень долго. Такая универсальность была обусловлена наличием довольно высокой степени сжатия в цилиндрах.

После того как выпуск танков Т-64 был прекращён, от двигателя отказались в пользу V-образных конфигураций, сочтя оппозитный мотор ресурсоёмким и недостаточно удобным для дальнейшего использования.

Сама же идея разработки оппозитного двигателя — это заслуга далеко не Субару, как думают многие. Такие агрегаты ставились на автобусы Икарус, на довольно большое количество мотоциклов (начиная с отечественных Днепров и Уралов, заканчивая BMW R1200GS, а также ему подобных). Естественно, как любые разработки, оппозитный двигатель имеет свои плюсы и минусы.


Плюсы оппозитного мотора

К основным плюсам можно отнести следующие качества:

  • За счёт конструкции смещается вниз центр тяжести.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Это значительно улучшает управляемость автомобиля, особенно на высоких скоростях. Хотя нет у нас таких дорог, где это можно было бы без риска проверить.
  • Нет вибрации при работе. Это относится только к моторам, количество цилиндров которых от 6 и больше. У двигателей с двумя или четырьмя цилиндрами вторичные вибрации не намного ниже, чем у обычных рядных.
  • Достаточно . Принято считать, что оппозитные двигатели обладают ресурсом свыше миллиона километров.

Минусы мотора

Естественно, у агрегатов подобной конструкции есть довольно серьёзные недостатки, от которых ещё не избавились разработчики.

  • Стоимость обслуживания существенно выше, чем у обычных двигателей. Помимо этого, оппозитный проблематично, а порой практически невозможно ремонтировать самому. Он обладает довольно сложной конструкцией, поэтому лучше, чтобы его ремонтом занимались профессионалы. А это будет стоить немалых денег.
  • Из-за первого недостатка плавно выливается второй.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя В маленьких городах можно просто не найти достаточно квалифицированного мастера, который гарантированно произведёт обслуживание с надлежащим качеством.
  • Сложность конструкции, а также большее количество элементов в несколько раз увеличивает стоимость его запасных частей, а также их количество.
  • Высокий для оппозитного двигателя считается нормой. Причём он такой высокий, что при подобном расходе обычному агрегату обязательно следует проводить капитальный ремонт. Из этого вытекает ситуация, когда по незнанию автолюбитель просто не контролировал уровень масла в двигателе, что привело к масляному голоданию. Учитывая горизонтальное расположение поршневой, это довольно быстро может привести к необратимым последствиям.

Ознакомившись с тем, как работает оппозитный двигатель, можно сделать вывод, что практически все недостатки такого типа двигателей можно отнести к финансовой части, однако для многих автовладельцев это довольно серьёзный фактор, учитываемый при покупке автомобиля.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Представители компании Субару считают, что возвращение к стандартным типам двигателей было бы для них огромным шагом назад, поэтому они не собираются менять оппозитные моторы на другие модели. По их словам, на уровень продаж не влияет ни цена обслуживания, ни цена непосредственно самих автомобилей.

Оппозитные двигатели были разработаны, для того чтобы сэкономить место под капотом. В результате агрегат получился ниже, короче, но значительно шире. То есть из вертикальной плоскости его перевели в горизонтальную. То есть, по сути, ничего не изменилось, кроме возросшей цены, а также сложности обслуживания. А что касается форсированных моделей с одной или несколькими турбинами, то срок их службы составляет от сотни тысяч километров до нескольких сотен, а никак не миллиона. То же самое касается и расхода топлива — он приблизительно на треть выше, чем у аналогичного по мощности стандартного мотора.

Учитывая все преимущества и недостатки настоящего типа двигателей, сложно их назвать каким-либо техническим прорывом в плане автомобилестроения, однако у этих моторов также есть свои фанаты.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Вы с нами согласны?

Добрый день. Из этой статьи вы узнаете, что такое оппозитный двигатель, в чем его преимущества и недостатки в сравнении с классическими ДВС.

Общеизвестно, что оппозитные двигатели устанавливаются лишь на отдельные модели машин, именно поэтому привлекают к себе огромное внимание.

«Оппозитник» – разновидность двигателя внутреннего сгорания (ДВС), в котором поршни движутся горизонтально, навстречу друг другу и обратно. Угол расположения поршней – 180°. Этим данная модификация отличается от обычного V-образного двигателя. В нем, помимо первой пары поршней, существует еще пара соседних, которые во время движения первой пары занимают одно и то же положение по отношению друг к другу.

Оппозитный двигатель может иметь разное количество цилиндров, но оно всегда четное. В настоящее время встречается от 2 до 16 цилиндров в конструкции. Последняя разновидность была установлена на некоторые спортивные модели Porsche. Наиболее распространены 4 и 6-цилиндровые моторы.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Виды оппозитных двигателей.

Как уже было указано, движение поршней в моторе может происходить по-разному. В зависимости от направления этого движения выделяют несколько видов «оппозитника».

Первый вариант исполнения – это «boxer», названный так, потому что движения поршней в нем направлены друг к другу, и очень похожи на бой на боксерском ринге. В связи с тем, что каждый поршень посредством шатуна устанавливается на отдельную шатунную шейку коленчатого вала, получается, что они расположены каждый в своем цилиндре. Соответственно, во время равного удаления от оси двигателя на наибольшее расстояние, они располагаются прямо друг напротив друга. Данный вариант организации часто применяют в двигателях автомобильного ряда Subaru и Porsche.

Второй вариант построения «оппозитника» – «ОРОС». Он является двухтактным. Каждый цилиндр двигателя этого типа содержит в себе одновременно пару поршней (первый обеспечивает ввод смеси, другой – вывод продуктов сгорания), закрепленных на одном коленчатом вале.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Оба поршня при этом работают на один и тот же коленвал. Благодаря такой организации масса «оппозитника» существенно снизилась, что позволило расширить сферу его использования.

Преимущества оппозитного двигателя:

Одним из главных плюсов «оппозитника» является низко расположенный центр тяжести. Это, в свою очередь, способствует наилучшей управляемости машины, усиливает ее устойчивость, что очень ценно, особенно для спорткаров, например, в момент прохождения поворотов на высокой скорости. Конструктивно все выглядит довольно просто: заниженный мотор соседствует с трансмиссией на одной и той же оси, за счет чего мощность передается гораздо эффективнее, чем при его обычном расположении.

Вторым несомненным преимуществом оппозитного двигателя можно назвать почти полное отсутствие в нем вибраций за исключением тех, что возникают от инерциальных сил, стремящихся развернуть его вокруг вертикально расположенной оси. Двигатель работает плавно, так как движение расположенных по соседству поршней происходит слаженно.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Третьим плюсом, неразрывно связанным со вторым, является то, что коленчатый вал за счет баланса масс в «оппозитнике» установлен лишь на трех подшипниках, что существенно снижает длину мотора, а соответственно, и его вес.

Еще одним преимуществом является обеспечение пассивной безопасности. Это обусловлено тем, что в случае лобового столкновения машин мотор уходит под корпус автомобиля, не угрожая жизни пассажиров.

«Оппозитник» в рабочем состоянии издает характерный звук, благодаря которому его можно отличить от иных ДВС. Эту особенность многие водители также считают преимуществом.

Недостатки оппозитного двигателя:

К сожалению, конструкция мотора одновременно является его недостатком, так как ремонтные работы достаточно трудоемки. Требуется извлекать весь узел из автомобиля даже для небольшого ремонта. Трудоемкость работ выливается в высокую стоимость ремонта для владельца автомобиля. Кроме того, требуется также высокая квалификация рабочих, что лишает возможности проведения самостоятельного ремонта в гараже.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Один из интереснейших двигателей внутреннего сгорания: оппозитный двигатель принцип работы, его конструктивные особенности, преимущества и недостатки.

Оппозитный двигатель представляет собой конструкцию с двумя рядами цилиндров горизонтально-расположенных относительно друг друга.

Пальму первенства разработок такого типа двигателей несет автомобильный концерн Volkswagen. Его разработка была закончена в далеком 1938 году и установлен он был на самый легендарный в мире, народный автомобиль Фольксваген Жук (Volkswagen Käfer).

Фольксваген и в настоящее время ставит оппозитный двигатель на престижные автомобили Porsche 997

В сороковых годах прошлого века японский концерн Субару (SUBARU) тоже разрабатывал оппозитную конструкцию двигателя. Он тоже продвинулся в своих разработках и на сегодняшний день комплектует такими движками целый модельный ряд.

Разрабатывая такую конструкцию, инженеры стремились снизить центр тяжести автомобиля, добиваясь таким способом большей устойчивости.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя

Особенности оппозитного двигателя

Главная особенность, это расположение двух рядов цилиндров, строго в одной плоскости, под углом 180 градусов относительно друг друга.

Оппозитных двигателей несколько видов:

  • ОРОС — Opposed Piston Opposed Cylinder в переводе Противоположный поршневой цилиндр . Идея такой конструкции предполагает движение поршней навстречу друг другу, находясь в одном цилиндре;

  • Boxer – Боксер. Классическая современного оппозитного двигателя. Поршни как бы боксеры на ринге, попеременно машут кулаками, то один, то другой. Один в верхней мертвой точке, другой в нижней мертвой точке и всегда равноудалены друг от друга;

  • 5ТДФ. Это уже отечественная разработка. Этот оппозитный двигатель был сделан для танков Т-64 и Т-72. Конструкция его особенная, он двухтактный, имеет два коленвала и поршня движутся навстречу друг другу.

Оппозитный двигатель преимущества:

  • Первое и самое главное преимущество, это почти нет вибрации.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Движение поршней в разные стороны максимально уравновешивают силы, возникающие при смене вектора движения поршней. Это влияет не только на комфорт, но и на ресурс работы такого двигателя;
  • Ресурс. Именно такая компоновка расположения цилиндров дает удивительно высокий ресурс оппозитного двигателя. Они выхаживают свыше 500 тыс. км. Очень много можно встретить автомобилей SUBARU с пробегом до 900 тыс. км. без капитального ремонта;
  • Центр тяжести. Это очень нравится конструкторам спортивных автомобилей. Низкий центр тяжести естественно придает больше устойчивости и крайне полезен для гонок, хотя и у серийных автомобилей такое преимущество ценится не меньше;
  • Больше места под капотом. Хотя это компенсируется неудобством того, что с боков надо место освобождать, чтобы скомпоновать его, не сильно расширяя капот и переднюю подвеску.

Оппозитный двигатель недостатки:

  • Высокая стоимость обслуживания. Даже свечи зажигания невозможно заменить в домашних условиях.Оппозитный двс: Плюсы и минусы оппозитного двигателя Если говорить о самой распространенной марке оппозитников – Субару, то среди её разнообразных моторов практически нет взаимозаменяемости деталей;
  • Очень сложный капитальный ремонт. Ввиду необычности и оригинальности конструкции, ремонт осуществляется только в специализированных мастерских, которых не так много;
  • Большой расход моторного масла, что связано с конструкцией оппозитника. И конечно быстрее засоряется картер, ввиду большого прогона масла по двигателю.

//www.youtube.com/watch?v=9LBEK-uw7cE

Продолжаю рассказывать про двигатели внутреннего сгорания. Причем я люблю рассказывать про не понятные двигатели для простого обывателя, например как от компании Volkswagen. Сегодня не менее интересный двигатель, который также устанавливается на узкий круг автомобилей. Речь пойдет об оппозитном двигателе. В основном сейчас такие агрегаты использует компания Subaru, а также корпорация Volkswagen Group, в своих автомобилях. Так что же это за двигатель такой? Читайте дальше…

– двигатель внутреннего сгорания, в котором поршни находятся горизонтально (или под углом в 180 градусов), в отличие от рядного двигателя внутреннего сгорания, у которого поршни находятся вертикально. То есть простыми словами — можно назвать горизонтальным двигателем. Поршни такого агрегата расположены — два справа и два слева. Во время работы поршни сходятся и расходятся в горизонтальной плоскости. Так как поршни разделены, каждая группа поршней имеет (два справа и два слева), два распределительных вала. То есть справа два распределительных вала – 8 клапанов и такие е же слева. Газораспределительные механизмы в оппозитном двигателе (распред. валы и клапана), находятся вертикально, в отличие от рядного классического двигателя, где они находятся горизонтально. Вот небольшая схема.

Первые оппозитные двигатели появились еще в 1938 годах, они устанавливались на автомобили Volkswagen Käfer (в шиком применении Фольксваген Жук). Именно компания Volkswagen впервые разработала горизонтально оппозитный двигатель. Некоторые современные автомобили, входящие в Volkswagen Group сейчас комплектуются такими двигателями (например Porsche 997, Porsche Boxster и т.д.). Также в 40 – е года прошлого компания SUBARU вела свою независимую разработку своего двигателя. И по сей день компания Subaru комплектует свои автомобили именно горизонтально — оппозитными двигателями.

Для чего был создан оппозитный двигатель?

Был создан для понижения центра тяжести автомобиля. Наверное, всем известно, что чем ниже центр тяжести, тем лучше ездовые характеристики автомобиля, на поворотах крены автомобиля будут меньше.

Плюсы оппозитного двигателя

1) Как я уже писал выше был создан для понижения центра тяжести автомобиля, что очень хорошо сказывается на ходовых характеристиках.

2) Еще одним плюсом является расположение цилиндров. При движении друг к другу в горизонтальной плоскости, намного сильнее гасятся посторонние вибрации. Поэтому этот двигатель считается намного тише своих рядных или V – образных собратьев.

3) Также из плюсов, хочется отметить большой ресурс такого типа двигателя. Например, двигатели SUBARU имеют ресурс около 1 000 000 километров, при должном использовании и своевременной замене расходников.

Минусы оппозитного двигателя

1) Первый и самый существенный минус, это сложный ремонт такого двигателя.

2) Сложное строение, а значит, дорогая цена этого двигателя.

3) Сложное техническое обслуживание.

Этот агрегат прочный, но сложный в строении. Его динамические характеристики схожи с рядным бензиновым двигателем. Мощность и расход. А сейчас небольшое видео.

Оппозитный двигатель SUBARU видео

На этом позвольте закончить, думаю, стало немного понятно, что это такое и ка он работает.


Оппозитный двигатель. Оппозитный двигатель — горизонтальное расположение цилиндров Машины с оппозитным двигателем


Оппозитный двигатель представляет собой форму устройства двигателя внутреннего сгорания автомобиля, имеющий особую структуру: его поршни расположены под развернутым углом и осуществляют движение в горизонтальной плоскости навстречу друг другу и в обратные стороны (друг от друга). Другая, соседняя пара поршней, располагается в одном положении (например, вверху).

Взаимодействие поршней внутри двигателя напоминает в чем-то боксерский раунд, отсюда и другое название устройства — боксер. Конструкция механизма предполагает установку каждого поршня на обособленных шейках коленчатого вала. Количество цилиндров в оппозитном двигателе может быть от 2 до 12-ти, но всегда четное. Наиболее популярны устройства с четырьмя и шестью цилиндрами (четырех- и шестицилиндровые боксеры).

На современном автомобильном рынке представлено множество марок машин, каждая из которых придерживается собственной концепции оснащения автомобилей. Разработкой и применением оппозитных двигателей сейчас занимаются две фирмы: Subaru и Porsche. Раньше оппозитный двигатель устанавливался на такие автомобили, как Alfa Romeo, Honda, Chevrolet, Volkswagen, Ferrari и другие.

Первый оппозитный двигатель, работающий на дизельном топливе, был выпущен компанией Субару в 2008 году. Это четырехцилиндровый оппозитник с вместительностью 2 литра, способный развивать мощность до 150 л.с. При его разработке используется система Сommon Rail.

На некоторых моделях машин марки Порше используются двигатели с шестью цилиндрами (Саyman, 911). Для автомобилей спортивного класса были разработаны восьми- и двенадцатицилиндровые оппозитные двигатели повышенной мощности. Многие профессионалы говорят о том, что от работы обычных двигателей отличаются только шестицилиндровые оппозитники, четырех- и двухцилиндровые практически аналогичны.

Оппозитный боксер — основные принципы работы


В целом процесс функционирования оппозитного боксера схож с работой других двигателей внутреннего сгорания. Главной отличительной особенностью его устройства является расположение цилиндров. Цилиндры в нем установлены горизонтально, в отличие от большинства двигателей. Это устанавливает и иное движений поршней: не вверх и вниз, а справа налево и наоборот (от одного края цилиндра к противоположному).

Первоначальная разработка горизонтального оппозитного боксера не принадлежит компании Subaru, как склонны думать многие. Моторы подобного типа уже использовались ранее на пассажирских автобусах Икарус, а также на мотоциклах (как отечественного «Днепр, МТ», так и иностранного производства «эндуро-турист BMW R1200GS и прочие»). Кроме того, подобные двигатели уже давно используются в военном транспорте, в частности, в отечественных танках.

Естественно, подобное строение двигателя имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их наиболее подробно.

Преимущества оппозитного боксера


На фотографии оппозитный двигатель Porsche


К главным плюсам двигателя с горизонтально расположенными цилиндрами относят:
  1. Способствует смещению центра тяжести. Масса распределяется около оси, что позволяет значительно улучшить управляемость машины. Для многих этот фактор является решающим при выборе двигателя и автомобиля, особенно это актуально для российских дорог.
  2. Отсутствие вибрации при работе. Двигатели со стандартной структурой и вертикально расположенными цилиндрами в ходе работы вибрируют, передавая волны всей конструкции, что не очень комфортно для водителя.
  3. Долгая работа. Ресурс оппозитного боксера, установленного в Subaru, настолько велик, что позволяет эксплуатировать автомобиль в течение длительного времени (его хватает более чем на миллион километров).

Недостатки оппозитного двигателя


На фотографии оппозитный двигатель Subaru Outback 2015


Несмотря на значительные преимущества, двигатель подобного типа имеет существенные недостатки, от которых разработчики пока не избавились:
  1. Требует дорогостоящего обслуживания. Часто ремонт двигателей обычного строения осуществляют самостоятельно или в автосалонах за небольшую сумму. Однако в случае с оппозитным боксером это невозможно. Его конструкция слишком сложна, поэтому монтаж лучше доверить профессионалам. Причем за подобные услуги придется заплатить приличную сумму денег.
  2. Из первого недостатка вытекает второй — даже при наличии достаточных средств на обслуживание этого типа двигателя, могут возникнуть трудности с поиском квалифицированного специалиста, который сможет произвести качественное обслуживание.
  3. Сложность устройства боксера способствует повышению стоимости на его составные части, что создает дополнительные расходы при ремонте.
  4. Повышенный расход автомобильного масла. Обычный двигатель потребляет не более трехсот грамм масла за период своего функционирования, а оппозитный гораздо больше.
Таким образом, все недостатки устройства прежде всего заключаются в дороговизне его обслуживания. Это может стать значительным фактором для многих автовладельцев. Однако, как считают представители автомобильных компаний Subaru и Porsche, качество его работы стоит затраченных средств на обслуживание.

Компания Subaru не собирается менять оппозитные двигатели на стандартные, так как ее представители склонны считать, что это будет большим шагом назад. На уровень продаж автомобилей данной марки дороговизна обслуживания двигателя никак не влияет, так как машины зарекомендовали себя исключительно с положительной стороны.

Оппозитный двигатель (оппозитный — [фр., англ, opposite] противоположный) представляет собой двигатель внутреннего сгорания, расположение цилиндров друг на против друга, то есть с противоположным расположением цилиндров. Принцип работы прост, когда один цилиндр находиться на крайней мёртвой точке, второй цилиндр находиться на противоположной мёртвой точке параллельно ему, под углом 180 градусов. Оппозитный двигатель может быть дизельный и бензиновый.

Самые первые двигатели такого типа устанавливались на венгерский автобус «Икарус» и мотоциклы, также такой тип расположения цилиндров получил обширное применение для военной техники, устанавливались на машины BMW и лишь, потом получили огромный спрос со стороны Porsche и Subaru. Субару используют двигатели такого типа работы очень активно, у их авто можно встретить как дизельный, так и бензиновый вариант.

ОРОС

Оппозитный двигатель типа ОРОС очень сложен в своём устройстве, имеет один коленвал, но при этом два поршня работают в одном цилиндре, которые движутся на встречу друг друга. Такое усложнение привело к закрытию работы над ОРОСом, но недавно благодаря спонсорской помощи разработка возобновлена в поисках альтернативных решений.

5ТДФ

Принцип работы у двигателей такого типа не всегда одинаковый. Второй оппозитный двигатель 5ТДФ, имеет огромное различие от забытого ОРОС или популярного аналога Subaru «боксер» который мы ещё рассмотрим. В 5ДТФ как и в ОРОС два поршня работают в одном цилиндре двигаясь на встречу друг другу, но имеет два коленвала, которые располагаются на местах головки субаровского «боксера». В момент достижения крайней мёртвой точки между двумя поршнями остаётся пространство, называемой как у дизельных, так и у бензиновых систем камерой сгорания, отличие лишь в способе подаче. Тут дело в том, что оппозитный двигатель 5ДТФ двухтактный, в то время как ОРОС и «боксер» четырёхтактные, естественно газообмен происходит как у двухтактного. Активное применение двух коленвальчетый дизельный 5ДТФ получил на танках Т-64, но после завершения их производство от него всё больше отказываются в пользу других двигателей. Такое положение дел могло быть и у «боксера» если бы не Субару.

Боксер

Самый востребованный и часто используемый оппозитный двигатель «боксер» эволюционирует и до сих пор совершенствуется только благодаря Subaru, которые ставят его практически на все машины. В «боксере» стоит один кривошиповый коленвал ровно по его середине, такое расположение коленвала даёт возможность равномерно распределить массу двигателя. Количество цилиндровот четырёх до двенадцати, самый лучший из двигателей «боксер» имеет шесть цилиндров. Это и не удивительно ведь такое количество цилиндров оптимально для всех типов двигателей. Расположение коленвала повлияла не только на массу и размеры двигателя, но и на его пониженную рабочую вибрацию, понизить которую помогают так же специальные крепления. Повышением мощности в таких двигателях занимается турбина, двигатели без неё работали бы на 30 процентов хуже.

Принцип действия типа «боксер»:

  • Принцип работы типа «Боксер»

Теперь мы понимаем, принцип работы, какие оппозитные двигатели бывают, но так ли они хороши?

Разрушение мифов

Самая главная цель, так и не была достигнута, размеры оппозитного двигателя отличаются от обычного V-образного настолько слабо, что гордиться этим не приходится, а расположение не чего не меняет. Вот и выходит, что плюсы и минусы будем искать в другом, да и не важно это для автолюбителей, мало или много место, под капот умещается и значит всё хорошо.

Достоинства

Но плюсы оппозитного двигателя действительно радуют:

    Улучшенная управляемость машины, это достигается благодаря смешению центру тяжести, масса имеет
  • расположение около оси и машина действительно ведёт себя более послушно. Для многих автолюбителей, особенно в России это очень важно.
  • Повышенный комфорт, достигается за счёт уменьшенной вибрации двигателя, которая не переходит к другим частям автомобиля.
  • Повышенный ресурс износа, самый главный плюс двигателей такого типа. Жизнь рассчитана больше чем на миллион километров.

Недостатки

Но и минусы заставляют задуматься:

  • Повышенное потребление топлива, если взять два автомобиля, один с оппозитником а другой с V-образным примерно одинаковой мощности, расход на 100 километров у оппозитного двигателя будет примерно на пять литров больше.
  • Повышенный расход масла, двигатели других типов «едят» в разы меньше масла.
  • Дорогостоящий ремонт двигателя, это касается не только стоимости процедуры, но и стоимости запасных частей для вашего двигателя.
  • Поиски станции, даже если у вас и будут деньги на ремонт и запчасти, не каждый мастер возьмется за столь сложный двигатель.

Получается, что все минусы касаются именно вашего кошелька, все вопросы лишь в том готовы ли вы отдать за это деньги. Но качество не оспаривается, именно по этому, нужно задуматься, лучше платить много раз по малу или не заплатить вовсе не когда.

Поломка двигателя это большая редкость для двигателей и с меньшой работа способность, что уж говорить о «боксере», рассчитанным на миллион километров лучшими инженерами Fuji Heavy Indastries Ltd, специально для Subaru. Не знаю, зависит ли это от этого или нет, но Subaru не собираются отказываться от своих двигателей ещё очень долгое время и судя по их продажам людей это вполне устраивает. Такая позиция в первую очередь основывается на мнение, что отказ от оппозитного двигателя станет огромным шагом назад.

  • Принцип работы

Отличаются друг от друга не только по виду потребляемого топлива, но также и по конструктивным особенностям. Например, велико разнообразие по расположению цилиндров. Каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны. В данном случае будут рассмотрены плюсы и минусы оппозитного двигателя.

Читайте в этой статье

В чем особенности оппозитного двигателя

В поршневых двигателях внутреннего сгорания (а бывают еще и роторные) размещение цилиндров может быть разным по отношению друг к другу: под острым углом, в один ряд, звездообразно и так далее. В случае с оппозитным цилиндры находятся в одной плоскости и размещены один напротив другого под углом 180 градусов. В отличие от многих рядных моторов, оппозитный агрегат зачастую имеет два , а также вертикальное распределение . Существует несколько типов оппозитных двигателей. Среди них наиболее известны:

  • Boxer («Боксер»). Отличается тем, что поршни, расположенные друг перед другом, движутся подобно боксерам на ринге. То есть, когда один из них находится в крайней верхней точке, второй занимает крайнее нижнее положение. Они все время в равной степени удалены один от другого;
  • ОРОС — Opposed Piston Opposed Cylinder. Принцип работы в данном случае заключается в том, что поршни попарно находятся в одном цилиндре (верхний и нижний поршень). Они движутся навстречу друг другу, вращая коленвал.
  • 5 ТДФ. Это двухтактный танковый двигатель советского производства, которым применялся на танках Т-64 и Т-72. Интересная особенность данного агрегата состоит в его многотопливности. Основное горючее для него – солярка. Однако при помощи специального переключателя на топливном насосе высокого давления, можно было запустить режим работы на бензине или на смеси бензина с керосином и соляркой, а также двигатель мог работать на реактивном топливе. Правда, требовалось еще и подкорректировать угол зажигания (тайминг впрыска).

Разработкой силовых агрегатов активно занималась многие компании. Например, Volkswagen уделял внимание данному типу агрегатов с середины 30-х годов прошлого столетия. Это были не просто эксперименты, а стремление разработать собственный оппозитный мотор, снизить уровень вибраций, которые возникают во время работы традиционного V-образного или рядного двигателя и т.д. Кстати, свою разработку инженеры Volkswagen применили и в легендарном автомобиле Volkswagen Beetle. А с 60-х годов оппозитные двигатели стали активно использоваться японской компанией Subaru, которая занималась разработками параллельно с немцами.

Преимущества оппозитного ДВС

По большому счету, работа оппозитного двигателя не отличается от принципа действия агрегатов других конструкций. Однако подобное расположение цилиндров имеет свои определенные преимущества, а также и недостатки.

  • Самым заметным преимуществом рассматриваемых силовых установок считается почти полное отсутствие вибрации во время работы. Такой эффект достигается за счет расположения , которые уравновешивают друг друга. Это не только добавляет комфорта, но и существенно увеличивает срок эксплуатации. Отсюда происходит второй «плюс»;
  • Впечатляющий ресурс оппозитного двигателя. Имеются данные о том, что довольно часто пробег до первого капитального ремонта составлял минимум от 500 тысяч километров. Разумеется, манера вождения вносит свои существенные коррективы. И, тем не менее, межремонтный срок довольно большой. Впрочем, сплошь и рядом можно встретить утверждения специалистов и автолюбителей, что 800-900 тысяч до первого – это не более чем красивая сказка;
  • Моторы рассматриваемой в данной статье конструкции обеспечивают автомобилям низкий центр тяжести. Особенно это качество ценится в мощных спортивных машинах. Ведь, проходя виражи на больших скоростях, очень важно сохранить устойчивость;
  • Также нельзя не упомянуть об экономии места под капотом. Хотя многим этот пункт покажется спорным, ведь выигрывая по высоте, нужно при этом делать капот шире или длиннее.

Вот, пожалуй, и все существенные преимущества оппозитников. Теперь нужно рассмотреть и недостатки, которых, к сожалению, несколько больше.

Основные отличия, а также преимущества и недостатки 8-и клапанных моторов по сравнению с 16-и клапанными двигателями. Какой силовой агрегат лучше выбрать.

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга не только по виду потребляемого топлива, но также и по конструктивным особенностям. Например, велико разнообразие по расположению цилиндров. Каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны. В данном случае будет рассмотрен оппозитный двигатель.

Конструкция и особенности работы оппозитного двигателя

Оппозитными называются такие двигатели внутреннего сгорания, угол развала цилиндров которых составляет 180°. Поршни в них двигаются в горизонтальной плоскости, причем зеркально друг по отношению к другу. Это означает, что своей верхней точки они достигают одновременно. Кстати говоря, именно это является одним из главных отличий оппозитных силовых агрегатов от более распространенных V-образных: в них движение поршней осуществляется синхронно (когда один из них находится в верхней точке, второй располагается в нижней). Благодаря такому расположению цилиндров оппозитные двигатели имеют низкий центр тяжести. Кроме того, их высота существенно меньше, чем у V-образных, они более «плоские» и занимают меньше места в подкапотном пространстве. Одной из отличительных особенностей оппозитных двигателей является наличие двух газораспределительных механизмов (коленчатый вал у них, так же, как и у V-образных, чаще всего один). Что касается принципа работы этих моторов, то он точно такой же, как и у всех остальных ДВС: перемещение поршней, приводящих в движение коленвал, осуществляется за счет давления газов, образующихся при сгорании топливной смеси.

Виды оппозитных двигателей

В поршневых двигателях внутреннего сгорания (а бывают еще и роторные) размещение цилиндров может быть разным по отношению друг к другу: под острым углом, в один ряд, звездообразно и так далее. В случае с оппозитным ДВС цилиндры находятся в одной плоскости и размещены один напротив другого под углом 180 градусов. В отличие от многих рядных моторов, оппозитный агрегат зачастую имеет два распределительных вала, а также вертикальное распределение газораспределительного механизма. Существует несколько типов оппозитных двигателей. Среди них наиболее известны: ✔ Boxer; ✔ OPOC; ✔ 5 ТДФ. Они отличаются друг от друга в основном тем, каким именно образом в них движутся поршни. Boxer . В оппозитных двигателях этого типа каждый поршень располагается в своем собственном цилиндре, причем они расположены на определенном расстоянии друг от друга, которое всегда остается постоянным. Именно в этом и состоит главная особенность таких силовых агрегатов. Поскольку в процессе функционирования движение их поршней напоминают перемещения боксеров на ринге, то они и получили название Boxer. Двигатель EJ 25 оппозит . OPOC . Эта аббревиатура расшифровывается как Opposed Piston Opposed Cylinder, а особенность конструкции оппозитных двигателей этого типа состоит в том, что в них в каждом из цилиндров находится по два поршня. Они передвигаются навстречу друг другу. Оппозитные двигатели типа OPOC являются двухтактными, в них отсутствуют головки блока цилиндров и механизмы привода клапанов. Благодаря такой конструкции эти силовые агрегаты имеют небольшой вес, причем они бывают как бензиновыми, так и дизельными. 5 ТДФ . Этот тип оппозитного двигателя является отечественной разработкой. В свое время он создавался специально для установки на танки Т-64, несколько позднее использовался в Т-72. Так же, как и в оппозитном двигателе OPOC, в его цилиндрах находится по два поршня, которые движутся навстречу друг другу, однако в отличие от него у каждого из них имеется по собственному коленчатому валу. Камеры сгорания в оппозитных двигателях 5 ТДФ располагаются между поршнями, они работают как на бензине, так и на дизельном топливе. Сейчас эти силовые агрегаты уже не выпускаются.

Разработкой силовых агрегатов активно занималась многие компании. Например, Volkswagen уделял внимание данному типу агрегатов с середины 30-х годов прошлого столетия. Это были не просто эксперименты, а стремление разработать собственный оппозитный мотор, снизить уровень вибраций, которые возникают во время работы традиционного V-образного или рядного двигателя и т.д. Кстати, свою разработку инженеры Volkswagen применили и в легендарном автомобиле Volkswagen Beetle. А с 60-х годов оппозитные двигатели стали активно использоваться японской компанией Subaru, которая занималась разработками параллельно с немцами.

Преимущества оппозитного двигателя

По большому счету, работа оппозитного двигателя не отличается от принципа действия агрегатов других конструкций. Однако подобное расположение цилиндров имеет свои определенные преимущества, а также и недостатки.

Самым заметным преимуществом рассматриваемых силовых установок считается почти полное отсутствие вибрации во время работы. Такой эффект достигается за счет расположения поршней, которые уравновешивают друг друга. Это не только добавляет комфорта, но и существенно увеличивает срок эксплуатации. Отсюда происходит второй «плюс»; Впечатляющий ресурс оппозитного двигателя. Имеются данные о том, что довольно часто пробег до первого капитального ремонта составлял минимум от 500 тысяч километров. Разумеется, манера вождения вносит свои существенные коррективы. И, тем не менее, межремонтный срок довольно большой. Впрочем, сплошь и рядом можно встретить утверждения специалистов и автолюбителей, что 800-900 тысяч до первого капитального ремонта – это не более чем красивая сказка; Моторы рассматриваемой в данной статье конструкции обеспечивают автомобилям низкий центр тяжести. Особенно это качество ценится в мощных спортивных машинах. Ведь, проходя виражи на больших скоростях, очень важно сохранить устойчивость; Также нельзя не упомянуть об экономии места под капотом. Хотя многим этот пункт покажется спорным, ведь выигрывая по высоте, нужно при этом делать капот шире или длиннее. Вот, пожалуй, и все существенные преимущества оппозитников. Теперь нужно рассмотреть и недостатки, которых, к сожалению, несколько больше.

Недостатки оппозитного двигателя

Прежде всего, стоит указать высокую стоимость обслуживания и практически полную невозможность выполнить ремонт в домашних условиях. Даже простая замена свечей зажигания требует наличия специального оборудования. При этом в сторонних автосервисах сложно найти специалиста достаточно высокой квалификации для ремонта оппозитного двигателя. Кстати, здесь будет также уместным выделить огромное количество модификаций агрегатов даже в пределах одной марки. Этим «грешит», например, бренд Субару, который сегодня является основным производителем моторов данного типа. Само собой, такая позиция усложняет ремонт, так как возможность взаимозаменить детали сводится к минимуму.

Стоимость нового автомобиля с оппозитным двигателем может оказаться заметно выше стоимости машины такой же комплектации, но с более традиционным типом ДВС. А все дело в затратах на производство самого оппозитника. Определенную роль играет и дороговизна запчастей, которая напрямую связана с указанными выше причинами.

Добавим еще пару слов о специальном оборудовании. Например, автовладельцы со стажем и опытом знают, что шейки коленвала время от времени приходится шлифовать. Операция эта проводится на станке и не очень дорого стоит применительно к обычному ДВС. Но только если речь не идет об оппозитниках. Например, на субаровских авто шейки очень узкие и шлифовать их нужно на специальных станках. Также отметим, что в оппозитных моторах быстрее засоряется картер двигателя по сравнению с V-образными или рядными конструкциями. Оппозитному двигателю присущ большой расход моторного масла, что обуславливается конструкцией силовой установки данного типа. А в случае, когда установлена турбина, масла расходуется еще больше. Большие габариты двигателя позволяют его устанавливать только в продольном направлении. Высокий расход масла, обусловленный сложностью конструкции.

Видео по теме оппозитного двигателя

Сфера применения оппозитных двигателей

Оппозитные двигатели используются совсем не так широко, как V-образные и рядные, однако есть автопроизводитель, который устанавливает моторы такого типа на свои автомобили уже на протяжении полувека. Это — известная японская фирма Subaru. Кроме того, оппозитные агрегаты можно встретить на некоторых моделях Volkswagen и Porsche, ими в свое время оснащались советские мотоциклы «Урал» и «Днепр», венгерские автобусы «Икарус». Следует заметить, что в последние годы интерес к силовым агрегатам этого типа существенно возрос. По некоторым данным, исследования и разработки по усовершенствованию оппозитных двигателей OPOC, ведущиеся группой американских инженеров, финансирует Билл Гейтс.

Оппозитный двигатель Субару. Техцентр Субару (Subaru)

Устройство оппозитно-горизонтального двигателя Subaru

Поршни находятся под углом 180° и движутся горизонтально друг к другу. При этом два соседних поршня всегда находятся в одинаковом положении, например в верхней мертвой точке.

Недавно двигатель Субару назвали «боксером». Движение поршней очень напоминает поединок боксеров на ринге. Особой конструкцией двигателя является то, что каждый поршень (вместе с шатуном) отдельно установлен на шатунный шейке коленчатого вала. Двигатель всегда имеет четное числом цилиндров. То есть два, четыре, шесть и так дальше. Самые популярные агрегаты это двигатели с четырьмя и шестью цилиндрами.

Многие думают, что это V-образный мотор с углом развала 180 градусов. Да, внешне есть сходство: на одной шатунной головке расположены соседние поршни с шатунами. И если один поршень — в верхней мертвой точке, то соответственно другой — в нижней.

Начало оппозитных двигателей

В прошлом веке (1938 год) разработали первые оппозитные двигатели. Вначале, они устанавливались только на авто Volkswagen Käfer или Фольксваген Жук. Именно эксперты Volkswagen изобрели горизонтальный мотор. Некоторые из машин Volkswagen Group и в наше время имеют такие моторы. В 1940 году механики SUBARU начали работать над новым двигателем. Даже теперь компания Субару устанавливает в свои машины оппозитные двигатели.

Плюсы двигателя Subaru

Вот некоторые особенности оппозитного двигателя:

Низкий центр тяжести. Особенность положительно влияет на ходовые характеристики.

Расположение цилиндров. Благодаря удачному размещению, двигатель работает гораздо тише. Цилиндры движутся друг к другу в горизонтальной плоскости, и вибрации почти нет. Она легко гасится.

Большой ресурс. Мотор может работать на протяжении езды в 1 миллион километров. Безусловно, это допустимо, если двигатель правильно используют и своевременно меняют расходники.

Минусы двигателя Subaru

Оппозитные моторы очень выносливые в использовании. Но все же, есть минусы. А именно:

— Ремонтировать такой мотор очень трудно.

— Цена мотора высокая. В большинстве цена зависит от сложного строения;

— Технически обслужить такой мотор нелегко.

Хотя мы обсудили плюсы и минусы оппозитного мотора, он является очень мощным. Динамические характеристики очень похожи на характеристики бензинового двигателя. Сходство заключается в прочности и расходе топлива.

Надежные двигатели Subaru

Есть 3 двигателя небольшого объема: EJ15, EJ16, EJ18.

Хотя они не «миллионщики», все же они долговечные. Подходят для машин С-класс. Мотор не большой, всего 1.5 литров. Нет никакой сложности в строении. Но владеет всеми необходимыми деталями. Есть 2 головки блока.

Одни из наилучших двигателей — двухлитровые SOHC:  EJ20E, EJ20J, EJ201, EJ202.

 

Хотя такие моторы тяжело обслуживать, это компенсируется прочностью, которая есть в нормированном балансе моторесурса. Обладатели таких двигателей могут похвастаться их безопасностью. Она ничем не хуже рядных четырех цилиндровых моторов от Toyota с таким же объемом. Данный аппарат работает на 92-м бензине. Расход топлива небольшой. После пробега двести-двести пятьдесят тысяч километров, нужно заменить кольца.

 

К моторам среднего уровня относят атмосферники DOHC (двух литровые): EJ20D; EJ204. Эти агрегаты считаются надежными. Моторесурс у них довольно высокий.

Специфика технического обслуживания двигателя:

— Тяжело заменить свечи;

— Замена ремня газораспределительного механизма проходит без ошибок;

— Механические работы — после снятия мотора;

— Двигатель работает на 95-м бензином.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания, оппозитный двигатель

Большая часть автомобилей имеют поршневой двигатель внутреннего сгорания. Его устройство весьма сложное, даже для профессионала.

При покупке автомобиля в первую очередь смотрят на характеристики двигателя. Эта статья, поможет разобраться Вам в основных параметрах двигателя.

Количество цилиндров. Современные автомобили имеют до 16 цилиндров. Это очень много. Но дело в том, что поршневые двигатели внутреннего сгорания с одинаковой мощностью и объемом, могут существенно отличаться по иным параметрам.

Как расположены цилиндры?

Цилиндры могут располагаться двумя типами: рядным (последовательным) и V-образным (двухрядным).

При большом угле развала существенно уменьшаются динамические характеристики, но при этом повышается инерционность. При малом угле развала снижается инерционность и вес, но это приводит к быстрому перегреву.

Оппозитный двигатель

Есть ещё и радикальный оппозитный двигатель имеющий угол развала в 180 градусов. В таком двигателе все недостатки и преимущества максимальны.

Рассмотрим преимущества такого мотора. Этот двигатель легко встраивается в самый низ моторного отсека, что позволяет снизить центр масс и  вследствие чего, повышается устойчивость автомобиля и его управляемость, что не мало важно.

На оппозитные поршневые двигатели внутреннего сгорания вибрационная нагрузка снижена и они  полностью сбалансированы. Также они небольшой длины, чем однорядные двигатели. Есть и недостатки — сама ширина моторного отсека автомобиля увеличена. Оппозитный двигатель устанавливается на автомобили марок Porsche, а также Subaru.

Разновидности двигателя – W-образный

На данный момент,  W-образный двигатель, который выпускает Фольксваген, включает в себе две поршневые группы от двигателей типа VR, которые находятся под углом 72° и за счёт этого, и  получается двигатель с четырьмя рядами цилиндров.

Сейчас делают  W-образные двигатели с 16, 12 и 8 цилиндрами.

Двигатель W8 — четырёхрядный по два цилиндра в каждом ряду. В нём есть два балансирных вала, которые вращаются быстрее коленчатого в два раза, они нужны, чтобы уравновесить силы инерции. Этот мотор имеет место быть на автомобиле — VW Passat W8.

Двигатель W12 — четырёхрядный, но уже по три цилиндра в каждом ряду. Он встречается на автомобилях VW Phaeton W12 и Audi A8 W12.

Двигатель W16 — четырёхрядный, по четыре цилиндра в каждом ряду, он стоит только на автомобиле Bugatti Veyron 16.4. Этот двигатель  мощностью  1000 л.с. и в нём сильное влияние инерционных моментов отрицательно действующих на шатуны, уменьшили за счёт увеличения угла  развала до 90° , и при этом снизили скорость поршня до 17,2 м/с. Правда размеры двигателя от этого увеличились: его длина  равна 710,  ширина 767 мм.

И наиболее редкий тип двигателя – это рядно-V-образный ( также называемый — VR , смотрите на самом верхнем рисунке справа), который представляет из себя сочетание двух разновидностей. У двигателей VR  маленький развал между рядами цилиндров, всего 15 градусов, что и позволило использовать на них одну общую головку.

Объем двигателя. От этого параметра поршневого двигателя внутреннего сгорания зависят практически все остальные характеристики двигателя. В случае увеличения объема двигателя, происходит увеличение мощности, и как следствие увеличивается расход топлива.

Материал двигателя. Двигатели, обычно делаются из трёх видов материала: алюминия или его сплавов, чугуна и других ферросплавов, либо магниевых сплавов. От этих параметров на практике зависит лишь ресурсы и шум двигателя.

Наиболее важные параметры двигателя

Крутящий момент. Он создается двигателем при максимальном тяговом усилие. Единица измерения – ньют-метры (нм). Крутящий момент на прямую влияет на “эластичность двигателя ” (способность к разгону на низких оборотах).

Мощность. Единица измерения – лошадиные силы (л.с.) От неё зависит время разгона и скорость авто.
Максимальные обороты коленчатого вала (об/мин). Указывают на число оборотов которое способен выдерживать двигатель без потери прочности ресурсов. Большое количество оборотов указывает резкость и динамичность в характере автомобиля.

Важны в автомобиле и расходные характеристики

Масло. Его расход измеряется в литра на тысячу километров. Марка масла обозначается xxWxx, где первое число обозначает густоту, второе вязкость. Масла с высокой густотой и вязкостью существенно повышают надёжность и прочность двигателя, а масла с небольшой густотой дают хорошие динамические характеристики.

Топливо. Его расход измеряется в литрах на сто километров. В современных автомобилях можно использовать практически любую марку бензина, но стоит помнить, что низкое октановое число влияет на падение прочности и мощности, а октановое число выше нормы снижает ресурс, но повышает мощность.

Загрузка…

Оппозитный двигатель. Мотор от танка на спорткаре!

16.10.2016, Просмотров: 3173

Со времен первых автомобильных спортивных соревнований, да и распространения автомобилей среди обычных граждан, не умолкали споры между людьми по поводу видов двигателей. Спорили все, от профессиональных гонщиков с их механиками и до инженеров крупных производителей автомобильной техники. Кто-то полагал, что автомобили и мотоциклы должны приводится в движение исключительно V-образными бензиновыми двигателями, кто-то был за рядные, кто-то радел за роторы, но многие из них пытались поставить на свои авто и другую технику, оппозитные двигатели и некоторым это даже удалось.

Что такое оппозитный двигатель?

Проще говоря, оппозитный двигатель — мотор с горизонтально работающими поршнями, причем способов горизонтальной работы представлено масса. Некоторые двигатели имеют один коленчатый вал (классическая компоновка всех ДВС), некоторые два. «Оппозитники» бывают четырехтактные и двухтактные. Бензиновые и дизельные. По сути дела это тот же самый V-образный движок, только с большим углом развала цилиндров (180 градусов).

Виды оппозитных ДВС

Самый распространенный на сегодняшний день тип двигателя — Боксер (четырехтактный). Поршни расположены на горизонтальной линии на одном коленвале напротив друг друга. Движение поршней с одной оси зеркальное, если один находится в верхней мертвой точки, то и второй тоже. Движение напоминает движение боксера, от того и название. Такой тип двигателя использует компания Субару с 1963 года, практически на всех своих моделях.

Так же имел место быть такой тип как ОРОС, он был отправлен в забвение, но вероятность его возвращение весьма велика, так как оживление такого мотора занялся сам Б. Гейтс. Он представляет собой двухтактный двигатель, который в отличие от Боксера работает асинхронно. В одном цилиндре располагаются два поршня движущиеся навстречу друг другу, работающие от одного коленчатого вала. Один поршень отвечает за впуск смеси, другой за выхлоп. В такой конструкции отсутствуют головка блока цилиндров и клапанный механизм.

Поэтому конструкция получается достаточно легкая и надежная. Такой тип «оппозитника» может быть бензиновым карбюраторным или дизельным с непосредственным впрыском. НО как всякому двухтактному двигателю, мотору ОРОС необходим продув цилиндров, чем и занимается отдельный электродвигатель, который при выходе мотора на режим играет роль турбонадува. Таким образом оппозитный двухтактный дизель, гораздо эффективнее обычного турбодизеля за счет уменьшенного сопротивления от трения, надежнее, за счет меньшего количества деталей (на 40-50%). Так же за счет меньшего количества деталей он легче, проще в обслуживании и занимает меньше места под капотом, но есть одно маленькое но — все это ожидание разработчиков, так как двигатель довольно таки «сырой»и рассматривать его как достойную замену преждевременно.

И вот наконец мы подошли к танковой вариации оппозитного двигателя. Важными показателями любых агрегатов для военной техники должны быть мощность, надежность и компактные размеры. Оппозитный двигатель как раз и отвечал этим основным характеристика. Его габаритные размеры были достаточно малы плюс плоская форма самого двигателя была достаточно удобна для бронетехники. Мощность советского оппозитного двигателя для танков Т-64 была 700 л.с. при объеме 13,6 л. Особенность конструкции была такова, что два поршня находясь в одном цилиндре движутся навстречу друг другу и в месте максимальной близости образовывается камера сгорания. Такой двигатель имеет два коленчатых вала, расположенных друг напротив друга. Конструкция позволяет существенно уменьшить объем пространства отведенного под двигатель, таким образом оставив больше места для экипажа и других агрегатов.

Название статьи было конечно громким (танковый двигатель для спорткара). Тем не менее, для многих людей, особенно в период до перестройки «оппозит» всегда ассоциировался с танком, ну или на худой конец с мотоциклами Урал и Днепр, а ни как с гражданскими, а уж тем более заряженными под какие-либо спортивные соревнования автомобилями. Эту уже после прибытия к нам в светлое отечество подержанных «субарей» из «загнивающей» капиталистической Японии, оппозитные двигатели стали ассоциироваться с гражданским автопромом, раллийными гонками и тому подобным. Хотя немцы устанавливали на свои Жуки «оппозиты» еще с 38 года и они были достаточно популярны, а также и на некоторые модели Порше. Так какие же плюсы и минусы есть у подобных моторов?

Плюсы и минусы оппозитных двигателей

Как уже было отмечено подобный мотор обладает компактными габаритными размерами и при этом выдает хорошие мощностные показатели. Из-за особенностей конструкции, в частности из-за его плоской формы, двигатель можно расположить максимально низко относительно земли, что значительно уменьшит центр тяжести автомобиля, улучшит его устойчивость и управляемость, что наглядно демонстрируют большинство моделей Субару и некоторые экземпляры Порше. За счет горизонтального расположения цилиндров и особенностей движения поршней, компенсирующих колебания, оппозитный ДВС меньше создает шума и вибрации. При должной эксплуатации подобные моторы имеют хороший ресурс, порядка миллиона километров. Агрегат расположен на одном уровне с трансмиссией, поэтому передача крутящего момента наиболее эффективна. И еще одни плюс, на который чаще всего обращают внимание различного рода любители пассивной безопасности, это то, что при лобовом столкновении оппозитный мотор просто падает вниз. У него нет физической возможности попасть в салон автомобиля.

Минусы подобных моторов столь же серьезны, что и их плюсы. Во-первых, ремонтные работы — подобраться к двигателю очень сложно, даже при мелких ремонтных работах. Спросите у «субаристов» как они меняют свечи в своих авто, они проклянут вас и весь этот процесс. Большинство из них любую мелочь, связанную с мотором делают на станциях, даже с учетом, того, что ни неплохо разбираются в автомобилях.

Еще один существенный минус — расход масла. Происходит это не сразу, а в процессе того, как начинают истираться гильзы цилиндров. А трутся они с одной стороны — нижней. Т.к. на поршень двигающийся по горизонтали действует сила тяжести и поэтому износ гильз происходит неравномерно и масло начинает попадать в камеру сгорания. Тут и масло вылетает по литру на тысячу км и свечи с клапанами становятся похожи на шахтера и тд. А поменять свечи, смотрите инфу чуть выше. Сложность ремонта и обслуживания мотора подхлестывает стоимость на данные операции, поэтому еще один существенный минус цена ремонта + необходимо хорошее оборудование и специалист.

Не все так страшно как кажется, ведь не даром же Субару выпускает такие моторы уже более 50-ти лет, да и Порше. Значит количество и качество положительных моментов превышает отрицательные и значит подобные моторы будут жить и модернизироваться.

Двигатель с оппозитными поршнями обещает более высокую эффективность

Пять десятилетий Mazda, в значительной степени бесполезные усилия по созданию роторного двигателя, демонстрируют, насколько сложно вытеснить обычный поршневой двигатель. Тем не менее, новые концепции продолжают появляться, особенно с учетом неустанного стремления отрасли к эффективности. Большинство из них никогда не выходит за рамки стадии дизайна или даже мелка. Но вот один проект, который находится в стадии разработки и имеет многообещающие перспективы.

Это оппозитно-поршневой двигатель Achates, прототип которого был показан на пикапе Ford F-150 на автосалоне в Детройте в 2018 году.Этот двигатель имел три длинных цилиндра в ряд, один коленчатый вал находился ниже, а другой — выше ряда цилиндров. Пара противоположных поршней совершала возвратно-поступательное движение в каждом цилиндре, каждый из которых соединен с собственным коленчатым валом.

Как это работает

Двигатель поршневой двухтактный, что означает отсутствие клапанов. Вместо этого отверстия в стенках цилиндров открываются, когда поршни находятся в нижней части своего хода. Нижние порты — это воздухозаборники, а верхние — выхлопы, а выхлопные трубы опережают воздухозаборник примерно на 10 градусов, чтобы выхлопные трубы открывались первыми.Когда оба открыты, нагнетатель нагнетает свежий воздух в цилиндр с одного конца, чтобы вытеснить выхлопные газы с другого конца. Затем поршни начинают двигаться навстречу друг другу, закрывая оба порта и сжимая воздух. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, когда поршни приближаются к концу своего хода. Таким образом, отсутствуют такты впуска и выпуска, как в обычном четырехтактном двигателе — только такты сжатия и увеличения мощности. Наверное, это легче понять, посмотрев эту анимацию, предоставленную производителем.

Базовая компоновка двигателя Ахатеса существует уже некоторое время. Немецкие люфтваффе начали использовать аналогичные дизельные двигатели Junkers Jumo с оппозитными поршнями в больших самолетах в 1932 году. Более крупные дизельные двигатели с оппозитными поршнями Фэрбенкса-Морса приводили в действие большинство подводных лодок ВМС США во время Второй мировой войны и до сих пор обеспечивают резервное питание для современных атомных подводных лодок.

Создание новой старой идеи

Achates взял эту базовую конструкцию и улучшил характеристики сгорания, а также предоставил возможность адаптировать работу двигателя к различным условиям и видам топлива.Большая часть разработок была сосредоточена на дизельных версиях, но компания также работает над бензиновыми версиями без свечей зажигания — концепцией HCCI (гомогенное воспламенение от сжатия), которую многие разрабатывают, но никто не довел до совершенства.

Теория предполагает, что двигатель с оппозитными поршнями имеет преимущество в эффективности, потому что из-за отсутствия головок цилиндров система охлаждения теряет меньше тепла. Представьте себе обычную камеру сгорания, в которой поверхности состоят из днища поршня, короткой цилиндрической окружности и головки блока цилиндров.В конструкции OP каждая пара цилиндров собирается вместе, поэтому головки отсутствуют.

Кроме того, поскольку камера сгорания каждого поршня соединяется с камерой сгорания другого, полученная камера становится толще и меньше похожа на тонкий диск. Ахатес увеличивает это преимущество за счет использования хода, в 1,3 раза превышающего длину ствола. Ахатес тщательно формирует головки поршней, чтобы обеспечить завихрение и качание всасываемого заряда, чтобы способствовать быстрому и стабильному сгоранию.

Два противоположных инжектора прямого действия, каждый из которых подает несколько тщательно рассчитанных впрысков, обеспечивают тщательное распределение топлива для сжигания большей части воздуха и ограничения образования твердых частиц.Степень сжатия около 18,0: 1 для бензиновой версии с воспламенением от сжатия (GCI) и немного меньше для дизельной версии обеспечивает хорошую степень расширения для извлечения максимальной механической энергии от каждого события сгорания.

Превосходная очистка — ключ к успеху

Секретный соус для выполнения этой работы — способность контролировать очистку в двигателе. Нагнетатель, который обеспечивает воздух под низким давлением для продувки цилиндров, имеет двухскоростной привод, и его также можно обойти. Эта гибкость позволяет цилиндру не полностью продуваться при определенных условиях.Например, при холодном пуске в результате частичной продувки в цилиндре остается много продуктов сгорания из предыдущего цикла (внутренняя рециркуляция выхлопных газов). Это повышает температуру сгорания и обеспечивает более горячий выхлопной поток, чтобы довести катализаторы до рабочей температуры.

Такая более горячая среда сгорания также способствует сгоранию на низких оборотах и ​​при небольших нагрузках, что было проблемной областью для обычных двигателей HCCI.Например, на холостом ходу количество остаточных выхлопных газов составляет около 50 процентов. При более высокой выходной мощности цилиндр более тщательно очищается, чтобы снизить пиковые температуры сгорания, тем самым ограничивая выбросы оксидов азота (NOx). Также полезно то, что, хотя двигатель также имеет турбонагнетатель, заменяющий нагнетатель при более высоких нагрузках и для повышения эффективности, двигатель не работает с большим давлением наддува. Вместо этого двухтактная конструкция с вдвое большим количеством ходов на оборот позволяет двигателю соответствовать мощности обычного двигателя без особого наддува, даже когда его рабочий объем уменьшен на 20–30 процентов.

Хотя в этом двигателе нет обычного клапанного механизма, общее трение аналогично обычному двигателю из-за второго коленчатого вала, надежной зубчатой ​​передачи, соединяющей два кривошипа, и необходимости приводить в действие нагнетатель. Вес тоже примерно сопоставим. Двигатель выше обычного двигателя, но, наклоняя его, он обычно помещается под имеющийся капот.

Эффективнее, чем Prius?

Ахатес утверждает, что версия GCI этого двигателя достигнет максимальной эффективности 44%.Это всего на 10 процентов лучше, чем 40-процентный КПД, заявленный двигателем с циклом Аткинсона в нынешней Toyota Prius, но Ларри Фромм, исполнительный вице-президент Achates по развитию бизнеса, говорит, что двигатель Achates обеспечивает такую ​​эффективность в гораздо более широком диапазоне оборотов и нагрузки, чем двигатель Приуса. Например, двигатель Achates GCI в Ford F-150, как говорят, обеспечивает на 30 процентов большую экономию топлива в цикле EPA, чем самый эффективный бензиновый двигатель Ford, 2,7-литровый EcoBoost V-6.Это будет означать, что общий показатель составит около 29 миль на галлон — или на 4 мили на галлон выше, чем у 3,0-литрового дизельного двигателя V-6 Ford в версии этого грузовика с задним приводом.

Ford

К сожалению, мы вряд ли увидим двигатель Achates под капотом легкового или грузового автомобиля в течение нескольких лет. Achates не планирует строить двигатели самостоятельно, но намеревается лицензировать свою технологию у признанных производителей. У нее уже есть отношения с Fairbanks-Morse, которая использует технологию Achates для 12-цилиндрового, 24-поршневого, 5000-сильного и 95 000-фунтового стационарного дизельного топлива, используемого для выработки электроэнергии.Фэрбенкс-Морс заявляет, что тепловой КПД составляет 50 процентов.

Achates также работает с Cummins над разработкой двигателя с оппозитным поршнем мощностью 1000 л.с. для боевых машин для армии США. Фромм говорит, что компания ведет переговоры с несколькими крупными автопроизводителями, которые заинтересованы в версии GCI. Но пока нет ничего конкретного и с учетом длительных сроков разработки и испытаний новых двигателей, мы не увидим двигатель Achates на дороге как минимум пять лет.

Автомобильные приложения могут включать подключаемые гибриды

Если вы думаете, что к тому времени электромобили избавятся от необходимости в двигателях внутреннего сгорания любого типа, подумайте еще раз.Если эффективность двигателя будет реализована на производстве, достижение федеральных стандартов экономии топлива к 2025 году может быть проще и дешевле с помощью конструкции Achates, чем с помощью электрификации. И, как отмечает Фромм, двигатели с оппозитными поршнями по своей сути гладкие, поэтому одноцилиндровая двухпоршневая версия может стать идеальным расширителем диапазона для PHEV, тем более, что ее можно превратить в плоский корпус, спрятанный под багажником или сиденьем. . Только время покажет, взломал ли Ахат код для двигателей с оппозитными поршнями в легковых и грузовых автомобилях.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

По крайней мере, один автопроизводитель планирует произвести двигатель с оппозитными поршнями

Приятно изучать новые безумные конфигурации двигателей, и каждый год или около того какой-нибудь изобретатель появляется на ежегодной лопаточке Общества автомобильных инженеров в Детройте с другой идеей для «лучшая мышеловка.«Одна из этих идей, по-видимому, преодолела невероятные шансы, с которыми сталкиваются такие нетрадиционные концепции, и направляется к массовому производству с шестью противоположными поршнями, разделяющими три цилиндра и вращающими два коленчатых вала, которые соединены вместе. Настоящим мы дублируем эту конфигурацию OP-3.

James Аткинсон, чье имя украшает многие из сегодняшних высокоэффективных двигателей, создал свой цикл на основе двигателя с оппозитными поршнями в 1882 году, но эта идея действительно получила распространение в 30-х и 40-х годах, когда Хьюго Юнкерс построил двигатели с оппозитными поршнями для мировой войны. II.С тех пор эта конфигурация использовалась в приложениях с большими двигателями, такими как подводные лодки, грузовые суда и поезда, но именно в 2004 году была запущена Achates Power с целью внедрения этой технологии в основные легковые автомобили, сконфигурированные для установки в основном в вертикальном положении. положение, которое соответствует тому же диапазону, что и обычные I-4 или V-6, с нижним коленчатым валом в том же положении, что и нынешние кривошипы, для легкой интеграции в автомобиль. Первоначально основное внимание уделялось оборудованию для легких грузовиков, поскольку оно представляет собой более сложную задачу и больший потенциал для общей экономии топлива.

Просмотреть все 5 фотографий

Motor Trend впервые обнаружил эту технологию на выставке SAE 2014 года, где мы отметили, что она направляется в производство для стационарного применения в производстве электроэнергии. Примерно через год наш августовский Technologue отметил, что тесты и моделирование предполагали, что 4,9-литровый двухтактный дизельный Achates OP-3 с турбонаддувом и турбонаддувом, настроенный на мощность 275 л.с. и 811 фунт-фут, обещал на 20 процентов лучшую эффективность, чем 6,7-литровый двигатель Ford. литровый PowerStroke с турбодизелем V-8.Темпы разработки ускорились в 2015 году благодаря гранту министерства энергетики ARPA-E в размере 9 миллионов долларов на разработку концепции легкого двигателя (еще 14,4 миллиона долларов были выделены на разработку военного применения двигателя для армии). С тех пор Achates эксплуатирует свои двигатели OP на бензине и природном газе, а также на дизельном топливе и JP8, все с воспламенением от сжатия.

Во время отраслевых дней на Североамериканском международном автосалоне в 2017 году генеральный директор Дэвид Джонсон объявил, что к 2018 году Achates выпустит управляемый прототип грузовика с двигателем 2.7-литровый 270-сильный турбодизельный двигатель OP-3 с турбонаддувом мощностью 479 фунт-фут, отвечающий требованиям стандартов Tier 3, LEV III, Euro 6 и превышающих стандарты CAFE 2025 года (его прогнозируемые значения на этикетке EPA будут 25/32/28 миль на галлон город / шоссе / комбинированный, что дает нескорректированную цифру CAFE на 37 миль на галлон, когда 33 — требование для грузовиков с площадью основания 65-70 квадратных футов). Джонсон также заявил, что он будет на 30 процентов эффективнее лучших дизельных двигателей сопоставимой мощности и на 50 процентов экономичнее лучших аналогичных газовых двигателей.Но большей неожиданностью стало его заявление о том, что из девяти автопроизводителей, которые подписались в качестве партнеров по разработке, по крайней мере, один из них начал наращивать инструменты для создания массового двигателя с оппозитным поршнем.

Почему это эффективно:

  • Тепловой КПД: Низкое отношение площади поверхности камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и отсутствие головки блока цилиндров означает, что в систему охлаждения отводится гораздо меньше тепла, поэтому больше тепла сгорания переходит к движению автомобиля.
  • Пониженное трение: Без болтов головки блока цилиндров, деформирующих канал цилиндра, трение в кольце меньше, а более низкая пиковая рабочая скорость любого двигателя с воспламенением от сжатия снижает трение.
  • Нижняя работа насоса: Впуск и выпуск поступают и выходят через отверстия, расположенные вокруг цилиндра в верхней и нижней части хода поршня, поэтому поршни не выполняют перекачивание. Поскольку некоторые из этих портов постоянно открыты на двигателе с тремя или более цилиндрами, нагнетатель и турбонагнетатель также работают более эффективно.
  • Более легкий вес: Более низкое давление в цилиндрах означает, что даже дизель не нуждается в такой же «закалке», как обычный четырехтактный дизель.

Почему сокращаются выбросы:

  • Работа охладителя: Более низкие пиковые значения давления и температуры в цилиндре снижают количество NOx и других загрязняющих веществ, образующихся в цилиндре.
  • Горизонтальный прямой впрыск: Две топливные форсунки распыляют поперек цилиндра, а не на горячие поршни, что может вызвать гашение, ведущее к образованию твердых частиц.Кроме того, ход достаточно длинный, чтобы полностью сжечь углеводороды.

Почему затраты ниже:

  • Более простая сборка: Удаление головки блока цилиндров, клапанного механизма и их механической обработки частично компенсируется добавлением второго коленчатого вала и шестерен, соединяющих кривошипы, но общая сборка должна быть проще. Также обратите внимание, что конструкция Ахатеса требует лишь минимального переоснащения существующих заводов по производству двигателей.
  • Пониженные потребности в охлаждении: Поскольку он выделяет меньше тепла, размер системы охлаждения, вероятно, можно уменьшить.
  • Меньше выбросов, требующих контроля: Более чистые выбросы из двигателя позволяют уменьшить размеры всех катализаторов и / или снизить содержание в них драгоценных металлов.
  • Широкая кривая крутящего момента: При широком диапазоне крутящего момента и КПД двигателя не так важно вкладывать средства в девяти- или 10-ступенчатую коробку передач.

Итог: Ахатес утверждает, что выполнение требований CAFE 2025 года с этим двигателем будет стоить примерно на 1000 долларов меньше, чем выполнение этого за счет дальнейшей модификации и / или электрификации текущего поколения двигателей.Это должно позволить производителям соответствовать более строгим стандартам, не заставляя клиентов «платить за экономию топлива», которые им не нужны, дешевым газом, и не заставляя их идти на компромисс в отношении размера или возможностей своего автомобиля. Соблюдение нормативных требований в будущем может быть достигнуто путем применения современных технологий, таких как электрификация 48 вольт для двигателя Achates. Мы с нетерпением ждем возможности приветствовать новую конфигурацию двигателя на проезжей части и в наши спецификации.

Оппозиционные поршни выворачивают двигатели наизнанку с двумя поршнями на цилиндр

Оппозиционно-поршневые двигатели используют два поршня, встречающиеся в ВМТ в середине общего цилиндра для получения взрывной мощности

Когда-нибудь сельскохозяйственное оборудование будет оснащено поистине революционным дизельным двигателем с оппозитными поршнями (OP) с меньшим количеством деталей, развивающим большую мощность, чем ваш обычный дизельный двигатель.

Двигатель OP также меньше, легче, более экономичен, снижает количество обычных загрязняющих веществ в дизельном топливе, снижает уровень закиси азота почти до нуля и должен стоить меньше, чем обычный дизельный двигатель.

Если вы представляете себе «боксерскую» компоновку обычных двигателей с оппозитными поршнями, то вы, вероятно, думаете о Lycoming, Continental, Porsche, Formula One, VW Bug или Subaru. Эти двигатели с плоскими оппозитными поршнями имеют коленчатый вал, вращающийся в центре картера, с камерами сгорания, поршнями, шатунами, головками и кулачками, расположенными на двух внешних сторонах двигателя.Сила каждого управляемого взрыва направлена ​​внутрь коленчатого вала и создает обороты.

В двигателе AchatesPower OP нет ничего подобного. Калифорнийская компания вывернула наизнанку обычный двигатель внутреннего сгорания.

В базовой компоновке используется длинный цилиндр с двумя поршнями, движущимися вверх и вниз в вертикальном положении. Два поршня встречаются друг с другом в центре своего цилиндра, что эквивалентно ВМТ. В этот момент две верхние части поршня почти соприкасаются, и инжектор впрыскивает дизельное топливо в зазор, создавая взрыв.

Как и в любом дизельном топливе, воспламенение происходит от тепла сжатия. Взрыв раздвигает два поршня, и каждый из них поворачивает большой конец своего шатуна обратно к соответствующим коленчатым валам, где они попадают в нижнюю мертвую точку.

Все двигатели

OP — двухтактные, поэтому пара поршней соответствует ВМТ и испытывает взрыв сжатия при каждом обороте коленчатого вала. Двигатели OP всегда устанавливаются в вертикальной плоскости, а не в горизонтальной. Коленчатый вал для верхних шатунов и коленчатый вал для нижних шатунов.Согласно веб-сайту Engineering Explained, два коленчатых вала расположены на внешних концах OP, где мы обычно ожидали увидеть распредвалы.

Возвратно-поступательное действие шатуна преобразует движение поршня во вращательное движение, как в любом двигателе внутреннего сгорания. Верхний коленчатый вал соединен с нижним коленчатым валом с помощью шестерен, передающих мощность на общий выходной вал или маховик. Двигатели OP были построены во многих конфигурациях, от одноцилиндровых с двумя поршнями до 12-цилиндровых с 24 поршнями.

Компания AchatesPower начала свою деятельность в 2004 году с целью разработки более чистых и эффективных дизельных двигателей, которые заполнят рыночную нишу, образовавшуюся из-за ограничений, связанных с электрическими транспортными средствами и тяжелым оборудованием.

Исполнительный вице-президент

AP Ларри Фромм является одним из основателей.

Фромм говорит, что два разных пути новых технологий позволили AP произвести революцию в двигателях с оппозитными поршнями.

Фактически, концепция OP насчитывает 140 лет. Судовые двигатели Fairbanks Morse OP, представленные 85 лет назад, все еще производятся.

«Первая проблема, с которой мы столкнулись, заключалась в том, что никто никогда не думал, что дизельный двигатель можно сделать достаточно чистым, чтобы соответствовать будущим стандартам выбросов», — сказал Фромм в телефонном интервью из своего офиса в Калифорнии.

«Но у нас было два прорыва. Во-первых, современные инструменты моделирования позволили нам точно настроить конфигурацию самой машины. Мы могли бы найти наши компоненты и модифицировать их, чтобы добиться наилучшего сжигания топлива. Суперкомпьютеры позволяют нам аналитически спроектировать систему сгорания, а затем экспериментально подтвердить и усовершенствовать ее.Мы создали дизель с эффективностью, которой всегда были известны оппозитные поршни.

«Суперкомпьютерное моделирование позволило нам спроектировать камеру сгорания, которая выделяет очень мало выбросов. Мы снизили содержание закиси азота и твердых частиц почти до нуля. Вот почему Калифорнийский совет по воздушным ресурсам помог профинансировать нашу демонстрацию тяжелого дизельного грузовика ».

Вторым крупным прорывом стало управление двигателем. В частности, ключевым фактором является форма распыления форсунки. Всего AP имеет около 300 патентов на свою версию двигателя OP.

Фромм говорит, что AP в первую очередь сосредотачивается на военной технике и тяжелых коммерческих грузовиках. Армия США хочет иметь OP в тяжелых боевых машинах к 2024 году. «Мы не занимаемся производством сами. Мы девелоперская компания. Мы лицензируем нашу технологию различным производителям двигателей. Сейчас мы работаем с некоторыми производителями автомобилей, чтобы наши двигатели были готовы к установке в 2027 году ».

Фромм говорит, что Агентство по охране окружающей среды США уполномочено составлять правила, отражающие лучшие технологии для более чистого воздуха.EPA засвидетельствовало почти нулевые выбросы от OP, а также сократило выбросы CO2.

Он говорит, что в 2027 году Европейский Союз, Агентство по охране окружающей среды, Калифорния и другие регулирующие органы будут вводить гораздо более строгие стандарты для дизельных двигателей.

«Компании, производящие обычные дизельные двигатели, добавят много дополнительного оборудования, чтобы соответствовать более жестким критериям, а это означает дополнительные расходы. Мы уже выполнили эти более жесткие стандарты, исключив детали, а не добавив их. Мы уже соблюдаем стандарт 2027 года по низкому содержанию закиси азота, низкому содержанию твердых частиц и низкому уровню выбросов CO2 с комфортным запасом.Но нам действительно нужна жидкость для выброса дизельных двигателей SCR AdBlue. И нам действительно нужно время от времени останавливаться, чтобы регенерировать, но сажи у нас на 75 процентов меньше.

Это применение оппозитного дизеля установлено на Ford F-150. Вентиляторный дыхательный агрегат объемом 2,7 литра выдает 270 л.с. и 480 фут-фунтов крутящего момента. Компания нацелена на 37 миль на галлон США с приложением. | AchatesPower фото

«Ассоциация производителей двигателей подсчитала, что стандарты 2027 года добавят 58 000 долларов к стоимости нового грузовика большой грузоподъемности.Им нужно будет добавить вторую систему SCR, второй дозатор DEF, цепи для электрического нагрева выхлопа и отключения цилиндров. Все эти технологии очень сложны и дороги ».

AP наняла SUD Consulting для проведения исследования по сравнению двигателя OP с обычным дизельным двигателем. При одинаковой мощности и одинаковой мощности и крутящем моменте двигатель с оппозитными поршнями стоит на 11 процентов меньше, чем современный дизельный двигатель.

«Это потому, что мы исключили самый дорогой компонент, а именно головку блока цилиндров.И мы удалили большую часть двигателя, а именно клапанный механизм. У нас нет распредвала, подъемников, коромысел, клапанов, пружин или узла газораспределения. В наших двигателях всего этого нет.

«Исторически причина, по которой мы видели поршневые двигатели с оппозитными двигателями в самолетах, подводных лодках и удаленной выработке электроэнергии, заключается в том, что они всегда считались наиболее эффективными двигателями. За счет исключения головки блока цилиндров двигатель с оппозитными поршнями устраняет потери тепла из этой головки. Вся эта энергия попала в голову и была потрачена впустую.Затем он должен был рассеяться через систему охлаждения. Теперь эта энергия направлена ​​на полезную работу.

«Теперь у нас лучшее соотношение площади поверхности к объему. Мы по-прежнему выделяем много тепла, но оно находится в самом сердце двигателя, заставляя поршень двигаться, что создает работу. Мы не тратим много средств или стараемся избавиться от жары. Требования к нашей системе охлаждения на 30 процентов ниже. На текущем этапе настройки наш оппозитный поршневой двигатель потребляет на семь процентов меньше топлива, чем текущий стандарт EPA для тяжелых грузовиков с сопоставимой мощностью.”

Все испытания и сравнения проводились с использованием дизельного топлива от местных поставщиков. Компания AP еще не тестировала биодизельное топливо, но Фромм уверен, что результаты будут еще лучше, когда они пойдут на этот шаг. Он говорит, что биодизель предлагает хорошее решение для перехода к более устойчивой глобальной транспортной системе для автомобильных дорог, железных дорог и судоходства.

«Мы проявляем большой интерес к водороду. Это топливо с нулевым выбросом углерода. Мы работаем над этим с полдюжиной исследовательских институтов со всего мира.Они уже провели испытания по заправке водородом двигателей с оппозитными поршнями. Они независимо пришли к выводу, что оппозитный поршневой двигатель, работающий на водороде, может быть самым эффективным из когда-либо созданных, а также самым чистым ».

Двигатель с оппозитными поршнями — обзор

3.2.1 Обзор существующих механизмов реализации цикла Аткинсона

В таблице 1 обобщены существующие меры и механизмы для реализации цикла Аткинсона, показанные на рис.4. Механизм 1 для типа ① — это первый практический ACE, выполненный как оппозитный поршневой двигатель, дифференциальный двигатель Аткинсона [1]. Как показано на рис. 5 (а), один коленчатый вал был соединен с двумя противоположными поршнями через рычажное соединение с коленчатым рычагом, которое имело нелинейность. В течение половины оборота один поршень оставался почти неподвижным, в то время как другой приблизился к нему и вернулся. Затем, для следующей половины оборота, поршни меняли, какой поршень был почти неподвижен, а какой поршень подходил и возвращался [46].Таким образом, при каждом обороте один поршень обеспечивает такт сжатия и рабочий ход, а другой поршень обеспечивает такт выпуска и ход нагнетания.

Таблица 1. Обзор и сравнение механических реализаций цикла Аткинсона.

Тип Механизмы Преимущества Недостатки
1. Оригинальная конструкция поршня и механической связи [1,46,72] без необходимой степени сжатия до степени расширения. для управления 1.Самый сложный, не компактный; значительные потери на трение; 2. Неизменная длина хода впуска при различных нагрузках; 3. Не подходит для массового производства
2. Многорычажный механизм [73–77] 1. Простой, компактный, подходит для массового производства; 2. Допустимые потери на трение 1. Больше кинетических компонентов и сложности; не подходит для быстроходных двигателей; 2. Трудно отрегулировать длину такта впуска
3. Механизм планетарной передачи [49] 1.Просто, компактно; 2. Большой потенциал для массового производства 1. Повышенная сложность и стоимость; 2. Невозможно отрегулировать длину такта впуска при различных нагрузках двигателя

1. Задержка или опережение впускного распредвала вручную [78–80] Простая, низкая стоимость, достигается на основе Otto (или дизельного двигателя). ) такт двигателя 1. Неизменные фазы газораспределения; 2. Меньшее повышение эффективности при частичной нагрузке; 3. Потеря мощности WOT
2.ВВТ [81–86] 1. Простой; 2. Простота управления; 3. Серийное производство 1. Дополнительная составляющая и стоимость; 2. Дополнительное время калибровки

1. Регулировка распредвала вручную + увеличенный ГКЛ [51,87–90] 1. Простота, низкая стоимость; 2. Простота реализации за счет увеличения высоты верхней части поршня 1. Стационарная синхронизация клапанов; 2. Пониженная удельная мощность; 3. Неоптимально для разных условий работы двигателя
2.VVT + увеличенный ГКЛ [18,48,91,92] 1. Простая, низкая стоимость; 2. Лучшая производительность при разных нагрузках; 3. Наиболее часто используемые 1. Пониженная удельная мощность; 2. Дополнительные затраты и время
3. VVT + VCR [70,77,93–95] Оптимальная производительность 1. Сложный, дорогой; 2. Плохой динамический отклик для видеомагнитофона; 3. Множество нерешенных проблем

Рис. 5. Патентный чертеж оригинального двигателя Аткинсона [1,46,72].

Более поздняя версия, также разработанная Джеймсом Аткинсоном в 1887 году, является одной из наиболее известных структур ACE, как показано на рис.5 (б) [46,72]. Поршень не связан напрямую с коленчатым валом, а соединен уникальной механической связью. Таким образом, двигатель может выполнять более длинные такты расширения и выпуска, чем такты впуска и сжатия. Степень расширения примерно в 1,78 раза больше степени сжатия. Достигается более высокий тепловой КПД, а более короткий ход сжатия снижает степень сжатия и предотвращает детонацию.

С тех пор были исследованы и разработаны некоторые другие новые многорычажные механические системы для реализации расширенного цикла Аткинсона [73–77].

Механизм, показанный на рис. 6, состоит из четырехзвенного механизма, который соединяет поршень с коленчатым валом через качающийся элемент, расположенный на противоположной стороне цилиндра относительно коленчатого вала. Качающийся элемент поддерживается эксцентриковым валом, который вращается с половиной скорости коленчатого вала в том же направлении и приводится в движение коленчатым валом. Качающийся элемент, эксцентриковый вал и коленчатый вал совместно воздействуют на движение поршня и вызывают более короткий ход впуска и сжатия, чем длинный ход расширения и выпуска.Механизм фазирования между коленчатым валом и эксцентриковым валом допускает относительное угловое движение между ними. Это относительное движение изменяет положение поршня в ВМТ и, таким образом, изменяет объем камеры сгорания, позволяя непрерывно изменять степень сжатия. Этот механизм можно использовать для повышения эффективности использования топлива при частичной нагрузке, а также для повышения выходной мощности при полной нагрузке. Этот механизм реализует цикл чрезмерного расширения, как в типе, но также изменяет CR, регулируя объем камеры сгорания, как в типе.

Рис. 6. Механизм регулирования степени сжатия и хода [77].

Многорычажная механическая система, показанная на рис. 7, была разработана для Honda EXlink (двигатель с удлиненным рычажным механизмом) в качестве первого в мире серийно производимого многорычажного двигателя ACE. Многорычажная система в основном состоит из треугольного звена, поворотной штанги, эксцентрикового вала, шатуна и коленчатого вала. В двигателе EXlink треугольное звено расположено между шатуном и коленчатым валом.Треугольное звено соединено с эксцентриковым валом через поворотный стержень для создания механизма расширенного рычажного механизма. Эксцентриковый вал, приводимый в движение коленчатым валом, вращается на половине частоты вращения коленчатого вала в том же направлении. Этот многорычажный механизм позволяет увеличивать ход поршня для расширения / выпуска и сокращать для впуска / сжатия за цикл. Таким образом, цикл типа ① Аткинсона может быть реализован в более простой и компактной структуре, чем исходный цикл на рис.5. Степень расширения примерно в 1,5 раза больше степени сжатия. Стоит отметить, что два многозвенных механизма на рис. 6 и 7 аналогичны в реализации цикла Аткинсона, за исключением того, что механизм фазирования на фиг. 6 позволяет регулировку CR.

Рис. 7. Многорычажная система EXlink и движение поршня [73–75].

Показанная на рис. 8 концепция кривошипно-шатунного механизма, реализованная с помощью планетарного зубчатого механизма, была исследована как эффективная мера для реализации цикла Аткинсона (тип ①) [49,96].Из-за определенных передаточных чисел солнечного колеса (коленчатого вала), планетарного колеса (расширителя) и кольцевой шестерни могло быть создано движение поршня для цикла Аткинсона. Движение поршня цикла Аткинсона основано на наложении двух движений расширителя и коленчатого вала. В результате мертвый объем остается неизменным, и достигается почти в два раза больший ход расширения, чем ход сжатия. Таким образом, давление в цилиндре в конце такта расширения, равное барометрическому давлению, может быть реализовано для полного извлечения рабочего потенциала газов в цилиндрах.Сообщалось об отрицательном эффекте этого цикла Аткинсона с высокими потерями при газообмене [49]. Причиной может быть более низкое давление газа в конце расширения, которое исключает процесс свободного выхлопа и приводит к увеличению насосных потерь выхлопных газов.

Рис. 8. Движение поршня и принципиальная схема концепции цикла Аткинсона IVT [49].

Циклы Аткинсона или Миллера для типа гораздо проще реализовать, чем для типа. Это может быть реализовано с помощью LIVC (или EIVC) на основе базового двигателя с циклом Отто (или дизельного двигателя).Ряд дискретных таймингов LIVC может быть выполнен путем ручного замедления распредвала или изготовления некоторых распределительных валов с различными профилями кулачков [80], как показано на рис. 9 (a). Постоянно изменяемые тайминги LIVC могут быть реализованы с помощью механизма VVT. Технология VVT широко используется в бензиновых двигателях [81–85,97,98], что делает ее особенно простой реализацией цикла чрезмерного расширения. Этот тип ACE или MCE на самом деле является модифицированным двигателем с циклом Отто (или дизельным). С механизмом VVT, LIVC может выполняться, удерживая впускные клапаны открытыми дольше, чем в нормальных условиях, в такте сжатия, показанном на рис.10. Таким образом, степень расширения, близкая или равная GCR, больше, чем ECR. Недостатком является то, что обратный процесс снижает удельную мощность двигателя [48,78,79,91].

Рис. 9. Цикл Аткинсона или Миллера, реализуемый LIVC (EIVC) + увеличенный GCR [51].

Рис. 10. Сравнение цикла Отто и цикла сверхрасширения, реализованного с помощью VVT [78].

Для EIVC, показанного на рис. 9 (a), впускные клапаны закрываются очень рано на такте впуска. Затем поршни продолжают двигаться в направлении НМТ, вызывая процесс внутреннего охлаждения.После НМТ поршни движутся вверх, сжимая заряды в цилиндрах. Расширение и последующее сжатие обратно до объема, при котором впускные клапаны закрыты, относительно без энергии, потому что оба процесса почти изоэнтропичны при таких низких температурах [99]. Таким образом, эффективный ход расширения длиннее, чем эффективный ход впуска и сжатия, и позволяет эквивалентно реализовать цикл чрезмерного расширения. Стратегия EIVC первоначально использовалась в дизельных двигателях для реализации цикла Миллера [56].Однако исследования и приложения для LIVC, очевидно, больше, чем EIVC. Одна из основных причин заключается в том, что EIVC приведет к значительным потерям мощности WOT, особенно в диапазоне высоких скоростей [25,51]. Более высокое давление наддува на впуске необходимо для компенсации больших потерь мощности для EIVC [100]. Эффективность выше для EIVC из-за более низкой работы сжатия по сравнению с LIVC, когда происходит обратный поток во впускной коллектор [100,101].

При частичной нагрузке тип ② может снизить насосные потери и улучшить экономию топлива.Однако улучшение меньше из-за снижения ECR и той же степени расширения, что и базовый цикл Отто. Первоначальной целью двигателя SI с циклом Аткинсона является увеличенная степень расширения для повышения теплового КПД при поддержании нормального ECR для предотвращения детонации [46]. Степень расширения может быть увеличена за счет удлинения хода расширения (тип ①) или уменьшения мертвого объема, тип.

Для типа наиболее часто применяемой технической мерой является механическая реализация VVT + увеличенный ГКЛ [18,48,91–93,102].Объем камеры сгорания уменьшается за счет изменения геометрии верхней части поршня для увеличения степени расширения, в то время как нормальный ECR поддерживается на основе LIVC. Как показано на рис. 9 (b), серия поршней с различным ГКЛ была изготовлена ​​из поршня оригинального дизельного двигателя. Эти поршни использовались для проверки характеристик различных двигателей SI с циклом Миллера. Однако эти поршни не идеальны для двигателей SI. На рис. 11 показано, как поршень бензинового ACE с PFI изготавливается из поршня двигателя с циклом Отто.GCR увеличился с 10,6: 1 до 12,5: 1 за счет увеличения высоты верхней части поршня. Для ACE с GDI, помимо увеличения высоты верхней части поршня, форма днища поршня должна быть одновременно оптимизирована для ускорения сгорания и уменьшения потерь тепла [92].

Рис. 11. Головки поршней базового цикла Отто и ACE.

Метод с использованием VVT + VCR может обеспечить оптимальную производительность во всем диапазоне скорости и нагрузки. Как показано на рис. 12, объем камеры сгорания можно непрерывно регулировать, изменяя положение внешнего поршня относительно внутреннего поршня, что реализуется путем регулирования давления масла в верхней и нижней масляных камерах.Таким образом, ECR может оставаться неизменным, даже если выполняется значительный LIVC, и степень расширения может быть оптимальным значением при любых рабочих условиях.

Рис. 12. Цикл Аткинсона, реализованный VVT + VCR [90].

Как работают двигатели с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами (OPOC)

Двигатели внутреннего сгорания загрязняют воздух. Двигатели внутреннего сгорания лишают планету драгоценных и невозобновляемых ресурсов. Двигатели внутреннего сгорания требуют ископаемого топлива, которое экономически связывает Соединенные Штаты со странами, с которыми мы не хотели бы иметь дела.

И двигатели внутреннего сгорания никуда не денутся в ближайшее время.

О, конечно, вы слышали обо всех новых технологиях, которые должны заменить двигатель внутреннего сгорания в любой день, таких технологиях, как электродвигатели, гибридные силовые передачи, водородные топливные элементы и даже автомобили, работающие на сжатом воздухе, но ни один Этих технологий избавить автопром от ДВС готов пока нет. Электродвигатели, вероятно, являются нашим лучшим выбором в ближайшем будущем, и сейчас на рынке даже есть некоторые автомобили, которые используют их в качестве источника энергии, но им требуется время для перезарядки, у них ограниченный диапазон движения, и они не могут просто заправляться через пять минут на местной станции техобслуживания.Кроме того, вы действительно хотите застрять посреди Восточного Нигде, Средней Америки, с мертвой литий-ионной батареей и никем, кто не имеет ни малейшего представления, как ее подзарядить? Гибридные силовые агрегаты уже вполне реальны, как демонстрирует огромный успех Toyota Prius, но они по-прежнему содержат двигатели внутреннего сгорания, поэтому на самом деле они не решают проблему. Они просто откладывают тот день, когда нам, наконец, придется избавиться от этой устаревшей технологии. Автомобили на водородных топливных элементах будут действительно потрясающими, если они будут доступны в автомобилях, которые может купить и управлять им средний потребитель.Это должно произойти примерно через 20-30 лет, примерно в то время, когда вы инвестируете в свой первый набор искусственных зубов. А автомобили со сжатым воздухом? Никто точно не знает, когда они будут готовы отправиться в путь, но, вероятно, пройдет еще немало времени, прежде чем вы сможете заправить свой автомобиль с помощью велосипедного насоса.

Эти технологии важны. Аналитические центры и производители автомобилей изучают их прямо сейчас. От них будет зависеть транспорт, которым будут пользоваться дети ваших детей. Когда-нибудь одна или все эти технологии освободят мир от неконтролируемой зависимости от ископаемого топлива.Но пока что нам действительно нужно то, что реально может быть готово к практическому использованию в ближайшие несколько лет: лучший двигатель внутреннего сгорания.

Хорошие новости: двигатели внутреннего сгорания на подходе. И когда мы говорим «лучше», мы имеем в виду более легкие, более экономичные и менее загрязняющие окружающую среду. Если мы пока не можем выставить двигатели внутреннего сгорания на пастбище, мы можем хотя бы заставить их вести себя немного более вежливо, пока они все еще скакают по улицам.

Один из самых захватывающих новых типов двигателей внутреннего сгорания — это двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами, и если вы не можете вспомнить все эти назойливые слоги, вы можете просто назвать его двигателем OPOC. (Не расстраивайтесь. Все остальные тоже так это называют.) Двигатели OPOC на самом деле не новы — идея существует уже некоторое время, — но компания под названием Ecomotor, наконец, серьезно относится к созданию OPOC, которые будут готовы к потребительские автомобили задолго до того, как водородные топливные элементы стали гневом нации.И в качестве доказательства того, что Ecomotors предлагает серьезную технологию, которая действительно может революционизировать способ использования бензина в ближайшем будущем, человек по имени Билл Гейтс уже инвестировал в компанию. Да, это Билл Гейтс, и никто не может сказать, что соучредитель Microsoft ничего не знает о практических аспектах передовых технологий.

Но что такое двигатель OPOC и чем он отличается от двигателей внутреннего сгорания, которые все мы любим и ненавидим? Чтобы ответить на этот вопрос, мы сначала дадим вам курс повышения квалификации по стандартным автомобильным двигателям, а затем мы покажем вам, как OPOC делают примерно то же самое, но только немного иначе — и немного лучше.

Ахатес Сила | arpa-e.energy.gov

• 3M — Пленка пассивного радиационного охлаждения
• ABB — Экономичный граничный процессор сети с объединением данных (EDGEPRO) для будущих приложений управления распределительными сетями.
• Achates Power — высокоэффективный оппозитно-поршневой двигатель для гибридных автомобилей («HOPE-Hybrid»)
• Advanced Magnet Lab — униполярные машины с технологией передачи электронного тока
• AltaRock Energy — Демонстрация технологии миллиметрового диапазона для геотермального бурения с использованием прямой энергии
• Aquanis — Активный контроль аэродинамической нагрузки для ветряных турбин
• Университет штата Аризона (ASU) — Горный воздух для топлива и тонких химикатов
• Университет штата Аризона (ASU) — Моделирование будущих распределительных систем с использованием датчиков с распределенными энергоресурсами
• Brayton Energy — недорогой диспетчерский двигатель CSP для бытовой энергетики
• Университет Карнеги-Меллона (CMU) — Аддитивное производство разделительных решеток для ядерных реакторов
• Колорадская горнодобывающая школа — эффективное производство водорода и аммиака за счет интенсификации и интеграции процессов
• Creare — микротурбина с замкнутым контуром 5 кВт с циклом Брайтона с КПД 38%: передовая технология генерации, разработанная для недорогого массового производства
• CTFusion — HIT-TD: демонстрация технологии плазменного драйвера для экономичных термоядерных электростанций
• Центр науки о растениях Дональда Данфорта — графический интерфейс дополненной реальности для биоэнергетического фенотипирования сельскохозяйственных культур и точного земледелия
• Ecolectro — модульные сверхстабильные иономеры щелочного обмена для создания высокопроизводительных систем топливных элементов и электролизеров
• Foro Energy — инструмент для вывода из эксплуатации лазера высокой мощности
• Geegah — Интегрированный гигагерцовый ультразвуковой сканер почвы: на пути к целевой доставке воды и пестицидов для производства биомассы
• Глобальные исследования General Electric (GE) — усовершенствованные SiC-SJ полевые транзисторы среднего напряжения со сверхнизким сопротивлением в открытом состоянии
• Georgia Tech Research Corporation — устойчивая кибербезопасная централизованная защита подстанций
• Georgia Tech Research Corporation — Интегрированный двигатель с компактным приводом с высокой плотностью мощности для электротранспорта
• GridBright — безопасный обмен данными между сетями с использованием криптографии, одноранговых сетей и реестров блокчейн.
• Гарвардский университет — Интегральные схемы GaN-ЯМР-спектрометра для широко распространенного онлайн-мониторинга и управления подземными нефтегазовыми коллекторами и нижним течением.
• Hewlett Packard Labs — интегрированное оптическое межсоединение DWDM с низким энергопотреблением
• Ионные материалы — новая технология перезаряжаемых алюминиево-щелочных аккумуляторов на основе полимеров
• Университет Джона Хопкинса — водород без диоксида углерода и твердый углерод из природного газа через промежуточные соли металлов
• Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL) — ТОТЭ на металлической основе для транспортных средств, работающих на этаноле.
• Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL) — ВЧ-ускорители MEMS для ядерной энергетики и перспективного производства
• Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) — стабильные четвертичные аммонийные полимеры, скоординированные с диацидом, для топливных элементов с температурой 80–150 ° C.
• Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) — Современное производство гибридного ядерного реактора со встроенными тепловыми трубками
• Массачусетский технологический институт (MIT) — энергосистема хранения тепла (TEGS) с использованием многопереходной фотоэлектрической энергии (MPV)
• Массачусетский технологический институт (MIT) — CarbonHouse
• Массачусетский технологический институт (MIT) — Мультиметаллические слоистые композиты (MMLC) для быстрого и экономичного развертывания усовершенствованного реактора.
• NanoComp — высокоэффективные энергосберегающие углеродные продукты и чистый водородный газ из метана
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) — RePED 250: революционная, высокоскоростная геотермальная буровая система и сопутствующая (250 — 350 ° C) силовая электроника
• Neuvokas — энергоэффективный, постепенно масштабируемый, непрерывный процесс производства базальтового волокна.
• Северо-Восточный университет — Беспроводные инфракрасные цифровые датчики с нулевым потреблением энергии для крупномасштабной энергоэффективной фермы
• Ocean Era — KRuMBS: Кифозные жвачные животные, микробиологическое переваривание морских водорослей
• Университет штата Орегон (OSU) — Система сбора пресной воды для гидравлического разрыва пласта (FRESH-Frac) с использованием термопары-демистера.
• Otherlab — Практически изотермический компрессор с гидравлическим приводом
• Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) — Высокоэффективное адаптивное аварийное управление в реальном времени на основе глубокого обучения с подкреплением (HADREC) для повышения устойчивости энергосистемы в стохастической среде
• Исследовательский центр Пало-Альто (PARC) — Электрохимический синтез аммиака с нитрид-ионным проводящим электролитом
• Исследовательский центр Пало-Альто (PARC) — Пиролиз метана с высокой производительностью для получения недорогого водорода без выбросов
• Государственный университет Пенсильвании (штат Пенсильвания) — Интеграция датчиков посредством аддитивного производства, ведущая к повышению эффективности газовых турбин для выработки электроэнергии и движения.
• PingThings — национальная инфраструктура искусственного интеллекта в сети.
• Pinnacle Engines — разработка и демонстрация полнофункционального 4-тактного двигателя с оппозитными поршнями с возможностью электрификации для использования в гибридных системах и системах с расширителем диапазона
• Princeton Fusion Systems — PFRC нового поколения
• Qromis — легирование нитридом галлия P-типа путем контролируемой диффузии магния
• Университет Райса — от углеводородного сырья до перерабатываемых автомобильных кузовов на углеродной основе с положительным выходом водорода
• Университет Рутгерса — Микробное отверждение цемента для энергетики
• Национальные лаборатории Сандиа — Трансформаторы для модернизированной энергосистемы
• Национальные лаборатории Sandia — 20 кВ нитрид галлия pn диодный электромагнитный импульсный разрядник для надежности сети
• Siemens — ReNew100 — надежная работа энергосистемы с использованием 100% возобновляемых источников энергии.
• Sila Nanotechnologies — легкие заменяющие материалы из обильных ресурсов для удвоения энергии в аккумуляторах электромобилей
• Sonrisa Research — новый класс силовых полевых МОП-транзисторов на основе SiC с рекордно низким сопротивлением
• Юго-Западный научно-исследовательский институт (ЮЗИ) — Сетевое хранилище электроэнергии с минимально возможными затратами за счет аккумулирования электроэнергии с помощью насосного тепла
• Стэнфордский университет — Изучение пределов охлаждения для приложений с экстремальным тепловым потоком: центры обработки данных и силовая электроника
• Supercool Metals — термопластическое формование объемных металлических стекол для повышения энергоэффективности на транспорте.
• Syzygy Plasmonics — Фотокаталитический паровой риформинг метана для производства водорода
• Государственный университет Огайо — выращивание GaN MOCVD на естественных подложках для высоковольтных (15-20 кВ) вертикальных силовых устройств
• Политехнический институт Государственного университета Нью-Йорка (SUNY Polytechnic) — SMART SiC Power ICs (масштабируемая, производимая и надежная технология для интегральных схем SiC Power)
• Исследовательский центр United Technologies (UTRC) — Систематические цели связи и исследования и оценки технологий телепортации (SCOTTIE)
• Калифорнийский университет в Сан-Диего (Калифорнийский университет в Сан-Диего) — недорогая, простая в интеграции и надежная система хранения энергии в сети с литиевыми батареями 2-го срока службы
• Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) — FRESCO: Когерентные оптические низкоэнергетические межкомпонентные соединения постоянного тока WDM с частотной стабилизацией
• Университет Колорадо, Боулдер (CU-Boulder) — точное земледелие с использованием сетей разлагаемых аналитических датчиков (PANDAS)
• Университет Колорадо, Боулдер (CU-Boulder) — Нанопроизводство нанофононных устройств: термоэлектрики со сверхвысоким ZT для эффективного преобразования отработанного тепла
• Университет Делавэра (UD) — Усовершенствованная система топливных элементов с щелочной мембраной h3 / воздух с новой технологией для CO2 в воздухе
• Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн (UIUC) — Мощно-электронный интегрированный генератор мегаваттного уровня с управляемым выходом постоянного тока
• Университет Мэриленда (UMD) — сверхпрочная недорогая древесина для легких транспортных средств.
• Мичиганский университет — преодоление технических проблем координации распределенных ресурсов нагрузки в масштабе
• Университет Миннесоты (UMN) — быстро жизнеспособная и устойчивая энергосистема
• Университет Оклахомы — инновационная система опреснения промежуточной холодной жидкости с нулевым выбросом жидкости и эвтектической заморозкой
• Университет Юты — сенсорная сеть со сверхнизким энергопотреблением
• Университет Вирджинии (UVA) — Новое изобретение ЦЕМЕНТА: минерализация с помощью карбонизации для создания новых технологий
• Университет Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) — измеритель стойкости для быстрого оповещения с использованием данных окружающего синхрофазора
• Университет Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) — Ускоренный дизайн материалов для технологий расплавленных солей с использованием инновационных высокопроизводительных методов
• Университет Вандербильта — биполярные мембраны с 3D-соединением с электроспрядом
• Через разделение — масштабируемые мембраны из оксида графена для энергоэффективного химического разделения
• Политехнический институт и университет штата Вирджиния (Технологический институт Вирджинии) — Технология коммутации GaN на 20 кВ, продемонстрированная в высокоэффективном строительном блоке среднего напряжения
• Zap Energy — Разработка электродной технологии для термоядерного реактора Z-Pinch с поперечным потоком

Технология двигателей для соответствия нормам выбросов и выше

Несмотря на то, что в наши дни большое внимание уделяется альтернативным системам питания, таким как батареи и топливные элементы, двигатели внутреннего сгорания будут продолжать играть важную роль в тяжелых условиях эксплуатации.Таким образом, производителям необходимо будет продолжать развивать свои конструкции, чтобы оптимизировать производительность и сократить выбросы.

«Практически в каждом регионе мира действуют или разрабатываются нормативы загрязнения воздуха, — говорит Грегори Пелтон, старший менеджер по продажам и прикладному проектированию, строительству, промышленности и сельскому хозяйству MTU America Inc. — Эти все более строгие нормативы выбросов требуют внедрение новой или оптимизированной технологии ».

Компания MTU, как и большинство производителей двигателей, разработала платформу двигателей с двойной сертификацией, которые соответствуют требованиям стандартов Stage V и U.S. Нормы выбросов Tier 4 Final, а также предлагают решение для менее регулируемых областей. Этап V является наиболее строгим на сегодняшний день для отрасли внедорожной техники; Разработка двигателей, соответствующих этому, а также другим региональным нормам, снижает затраты на установку и проектирование для OEM-заказчиков, предоставляя им гибкость в использовании одного и того же двигателя для различных норм выбросов. Двигатели MTU серий 1000, 1100, 1300 и 1500 доступны с двойной сертификацией для использования на нескольких мировых рынках.MTU America Inc.

«Разработка этих двигателей с двойной сертификацией потребовала оптимизации всего двигателя», — говорит Пелтон. Постоянная оптимизация двигателя и системы нейтрализации выхлопных газов позволила снизить расход топлива, а также увеличить интервалы обслуживания, что принесло клиентам дополнительные преимущества. По его словам, такие меры по оптимизации также потребуются, когда в отрасли будут введены новые правила.

Ник Блок, директор по мировому маркетингу и продажам John Deere Power Systems (JDPS), говорит, что использование опыта компании для совершенствования технологий, которые она разрабатывала на протяжении многих лет, помогает оптимизировать двигатель.По его словам, JDPS концентрирует свои усилия на улучшении размера упаковки, снижении общего веса двигателя и интеграции новых поколений электронных систем управления, которые предлагают более широкие возможности.

«Мы ожидаем, что в будущем появится совершенно новое поколение электронных систем управления двигателем, которые будут более функциональными», — говорит он. «Одна тенденция, которая, как мы знаем, будет развиваться в ближайшие годы, — это меньшая зависимость от физических датчиков, поскольку блоки управления двигателем продолжают становиться все более совершенными и обеспечивают более эффективное управление двигателем и диагностику.”

Блок

говорит, что JDPS использовала блок управления двигателем следующего поколения (ЭБУ) в своем 13,6-литровом двигателе; В новом ЭБУ используются усовершенствованные средства управления на основе моделей, которые повышают надежность и управление переходными процессами.

Двигатель John Deere 13,6 л оснащен ЭБУ нового поколения, в котором используются усовершенствованные элементы управления на основе моделей, которые повышают надежность и управление переходными процессами. John Deere Power Systems

Технология повышает производительность

Эффективность — это ключевая область, на которой многие производители сосредотачивают свои усилия при проектировании.Блок говорит, что JDPS включает в себя поиск способов повышения эффективности использования топлива. Для этого он обращается к эффективности сгорания и обработки воздуха, а также к управлению потерями на трение, используя передовые методы моделирования.

Для своего 13,6-литрового двигателя JDPS использовала подход «чистого листа»; разработка двигателя с нуля позволила компании решить многие из областей, которые она хотела улучшить. «Одной из целей этого проекта было управление эффективностью цилиндров», — говорит он. «Мы разработали этот двигатель для повышенного давления сгорания, чтобы обеспечить быстрое сгорание топлива и минимизировать тепловые потери, что привело к повышению производительности.”

«Мы понимаем, что если мы хотим сделать наши перевозки более экологичными, нам необходимо сделать двигатели более эффективными», — говорит Лоуренс Фромм, исполнительный вице-президент по развитию бизнеса, Achates Power.

Achates Power в настоящее время проводит оценку использования двигателей с оппозитными поршнями. Хотя это и не новая концепция, Фромм говорит, что ранее считалось, что, хотя технология с оппозитными поршнями более эффективна, чем обычные двигатели, соблюдение современных стандартов выбросов будет сложной задачей.Однако компания обнаружила обратное; Технология, по его словам, на самом деле чище, а не только более эффективна.

Он объясняет, что в обычном двигателе есть поршень, который движется вперед и назад в цилиндре. Но в двигателе с оппозитными поршнями каждый цилиндр имеет два соединенных вместе поршня. Головки поршней — это то, что образует камеру сгорания. «У этой архитектуры много преимуществ», — говорит он.

Поскольку головки блока цилиндров больше нет, эффективность может быть повышена за счет устранения тепловых потерь, обычно связанных с головками блока цилиндров.Фромм говорит, что в обычных двигателях головки блока цилиндров сильно нагреваются и требуется агрессивное охлаждение, а все тепло тратится впустую. «Мы можем взять больше энергии из топлива и превратить ее в полезную работу», — говорит он. Achates Power разрабатывает усовершенствованный боевой двигатель для армии США, который удваивает плотность силовой установки других двигателей. и другие преимущества, отмечает он.

Achates в настоящее время работает над несколькими крупными проектами, в одном из которых разрабатывается усовершенствованный боевой двигатель для армии США. Фромм говорит, что плотность силового агрегата — сколько мощности может быть вложено в единицу — является основным критерием для армии. Вся система двигателя, включая сам двигатель, топливную систему и систему охлаждения, является частью этого силового агрегата, потому что все это должно быть защищено броней.

Фромм говорит, что двигатель, который он разрабатывает совместно с Cummins Inc., удваивает удельную мощность по сравнению с другими двигателями.«У нас двигатель меньшего размера, меньшая система охлаждения, и, поскольку мы более эффективны, у нас меньшая топливная система», — объясняет он. «Это позволяет нам выдавать вдвое больше мощности на единицу объема».

Это важно для боевой машины, потому что она может двигаться и ускоряться быстрее, а также легче подниматься по холмам, что облегчает борьбу с врагами и уклонение от них.

Благодаря отсутствию головки блока цилиндров тепловые потери минимальны; По словам Фромма, отвод тепла примерно на 30% меньше, чем у обычного двигателя.Это означает, что размер системы охлаждения также может быть уменьшен примерно на 30%, что помогает уменьшить занимаемое место для системы двигателя. Сам двигатель также меньше по размеру, но обеспечивает большую удельную мощность из-за того, что это двухтактный двигатель. «Мы получаем рабочий ход в каждом цилиндре при каждом обороте двигателя, что по своей природе более плотно по мощности, чем у обычного двигателя».

Расширение топливных возможностей

Libertine FPE в настоящее время разрабатывает технологию оппозитных двигателей со свободным поршнем, которая заменяет коленчатые валы программным управлением.Это позволит каждому событию сгорания протекать оптимально с использованием управления степенью сжатия в реальном времени. Это позволит двигателям стать еще чище и эффективнее, — говорит Сэм Кокерилл, генеральный директор Libertine FPE.

Это также обеспечит будущее без ископаемых. В частности, это позволит использовать возобновляемые виды топлива, такие как этанол и метанол. Производство топлива, которое действует как бензин и дизельное топливо, является дорогостоящим и энергоэффективным. «Создание простых молекул, таких как этанол и метанол, легко сделать, это рентабельно, более энергоэффективно и снижает воздействие парниковых газов», — говорит Кокерилл.

Однако, по его словам, для использования этого возобновляемого топлива существует большая потребность в более точных степенях сжатия, которые современные двигатели не могут обеспечить. Libertine пытается решить эту проблему, используя программное обеспечение вместо коленчатого вала, который, по сути, представляет собой металлический кусок, которым тоже нельзя управлять. «Мы предоставляем возможность выбора степени сжатия для каждого цикла в руки инженеров по сгоранию, чтобы они могли создавать более совершенные двигатели для возобновляемых видов топлива», — говорит Кокерилл.

Обеспечение большего контроля над степенями сжатия обеспечивает большую гибкость в выборе типов топлива, которые могут использовать производители двигателей. Либертин FPE

Он отмечает, что это проблема, которую инженеры пытались преодолеть в течение нескольких лет с различными конструкциями, но генерирующими электрическую энергию при сохранении управление движением поршня оказалось проблемой. Однако достижения в области силовой электроники, встроенных средств управления и магнитных материалов в последние годы открыли новые возможности.

Libertine объединяет электрические компоненты, а также управляющее оборудование и программное обеспечение в платформу, которую разработчики двигателей могут затем использовать для управления степенью сжатия от цикла к циклу, точно так же, как сегодня это происходит с заправкой топливом и зажиганием. «Сделав эту платформу частью технологической среды, которую может использовать разработчик продуктов внутреннего сгорания, она сокращает время разработки продуктов для двигателей с свободным поршнем на годы, а возможно, и на десятилетие», — говорит Кокерилл.

Это означает, что можно будет быстрее вывести на рынок двигатели, работающие на альтернативном топливе, что поможет производителям и конечным потребителям быстрее достичь целей по сокращению выбросов.«Если вы замените коленчатый вал линейными электрическими машинами, это будет двигатель с гибким топливом», — говорит он. Хотя есть несколько аспектов, которые все еще необходимо учитывать, такие как совместимость материалов в топливопроводах и выбор форсунки, в целом контроль над степенью сжатия обеспечивает гибкость топлива.

Это, в свою очередь, означает, что двигатель может быть спроектирован для работы на будущих видах топлива, не содержащего ископаемых, таких как этанол и метанол, при этом он будет обратно совместим с видами топлива, которые используются сегодня.Кокерилл говорит, что такая гибкость решает проблему «курицы и яйца», с которой сталкиваются новые двигатели, разработанные исключительно для нового топлива.

Он говорит, что существует большой интерес к технологии Libertine для двигателей, работающих в тяжелых условиях, как на дорогах, так и вне дорог. Это связано с тем, что одних аккумуляторно-электрических решений будет недостаточно для достижения целей по сокращению выбросов из-за необходимых размеров, веса и плотности мощности, а также во многих случаях из-за отсутствия зарядной инфраструктуры. Таким образом, в этих приложениях потребуются двигатели внутреннего сгорания и возможность использовать альтернативные виды топлива.«Возобновляемые виды топлива и двигатели внутреннего сгорания работают сегодня», — говорит он. «Я думаю, они станут важной частью будущего».

Многие признают, что электрификация тяжелых приложений будет сложной задачей, что потребует ряда вариантов обезуглероживания отрасли.

Послушайте наш подкаст-интервью с Сэмом Кокериллом из Libertine FPE, чтобы узнать больше о технологиях компании.

Соблюдение действующих и будущих норм выбросов

Снижение выбросов будет оставаться в центре внимания производителей, поскольку они и их клиенты стремятся минимизировать свое воздействие на окружающую среду в ближайшие годы.Правительства по всему миру также реализуют строгие цели по сокращению выбросов углерода, что потребует от производителей оригинального оборудования и двигателей поиска способов дальнейшего сокращения выбросов.

Последние нормы выбросов были в основном ориентированы на рынок транспортных средств для тяжелых условий эксплуатации, например, стандарт по парниковым газам (ПГ) фазы 2 для автомобилей средней и большой грузоподъемности до 2027 модельного года в США. Промышленность ожидает, что аналогичные правила, применяемые на дорогах, в какой-то момент появятся и на рынке внедорожников.

«Нормы выбросов на шоссе обычно открывают путь для последующих стандартов для внедорожников», — говорит Пелтон. «Стандарты по выбросам парниковых газов Фазы 2 — отличный пример того, что большинство представителей отрасли ожидают увидеть и в внедорожной технике. Это станет оптимизацией всего транспортного средства, при этом сам дизельный двигатель будет играть лишь роль в общем решении. Это потребует еще более тесных партнерских отношений с нашими OEM-заказчиками, поскольку нам придется работать вместе еще более тесно для производства продуктов, востребованных как пользователями, так и любыми действующими правилами.”

Фромм говорит, что одним из больших преимуществ конструкции двигателя Achates с оппозитными поршнями является его способность снижать выбросы NOx (оксидов азота), что будет полезно как для производителей дорожного, так и внедорожного оборудования. «Калифорния только что перешла на уровень выбросов NOx для дорожных транспортных средств, требуя еще 90% сокращения выбросов NOx, начиная с 2027 года», — отмечает он. «Они сказали, что теперь собираются сосредоточиться на бездорожье в качестве следующей области, на которую нужно обратить внимание, чтобы снизить выбросы NOx».

10,6-литровый сверхмощный дизельный двигатель Achates Power в грузовике Peterbilt 579, который будет эксплуатироваться в автопарке Калифорнии в конце 2021 года.Achates Power Inc.

По его словам, чтобы снизить выбросы NOx, необходимо как можно быстрее нагреть систему избирательного восстановления катализатора (SCR), чтобы из выхлопной трубы автомобиля выходили только безвредный азот и кислород. Двигатель с оппозитными поршнями может достичь этого, поскольку он имеет очень высокую энтальпию для нагрева катализатора при низком уровне выбросов NOx в двигателе. «Причина, по которой мы можем это сделать, заключается в том, что в двигателе с оппозитными поршнями у нас есть впускные каналы на одной стороне двигателя и выпускные отверстия на другой стороне.Порты открываются и закрываются движением поршня. И эта синхронизация портов позволяет нам перемещать цилиндр в одном направлении. Таким образом, выхлопные отверстия открываются первыми, выхлопные газы выходят, впускные отверстия открываются, мы вводим свежий воздух, окна закрываются, и мы сжимаемся и воспламеняемся », — объясняет Фромм.

«Мы можем динамически изменять количество выхлопных газов, которые мы оставляем в цилиндре», — продолжает он. «Когда мы хотим получить много энтальпии, мы переходим в режим, который мы называем режимом выключения катализатора, когда мы уменьшаем поток через двигатель.”

ПОДРОБНЕЕ: Achates Power получает награду Министерства энергетики США за разработку двигателя с оппозитными поршнями средней мощности

Максимальное количество выхлопных газов, которые остаются в цилиндре, позволяет ему нагреваться по мере того, как он находится в цилиндре; чем он горячее, тем лучше он может быстро поджечь катализатор. Фромм говорит, что, поскольку этот выхлопной газ уже сгорел, он имеет эффект внутренней рециркуляции выхлопных газов (EGR), которая обычно используется для снижения выбросов NOx. В то время как обычный двигатель должен закачивать выхлопные газы внутрь и наружу, двигатель с оппозитными поршнями может уменьшить эту дополнительную работу за счет динамического управления газом и оставить его в цилиндре.«У нас есть двигатели на нашем динамометре теперь, когда мы измерили способность соответствовать требованиям Калифорнии к 2027 году по сокращению выбросов на 90% с использованием обычных систем последующей обработки, доступных сегодня», — говорит он.

«Обычные двигатели были значительно улучшены за последние 30-40 лет», — говорит Фромм. «Но каждый раз, когда мы пытаемся сделать их менее вредными с точки зрения выбросов CO 2 или критериев выбросов, становится все труднее, потому что мы уже так много из этого выжали. Мы достигли точки убывающей отдачи; становится все дороже, чтобы сделать его лучше.”

Что касается двигателя с оппозитными поршнями, он говорит, что еще есть возможности для дальнейшего совершенствования. «Двигатель с оппозитными поршнями имеет встроенные преимущества, которые позволяют нам выйти за рамки того, что потребуется в 2027 году, и еще больше снизить как CO 2 , так и NOx».

Блок

также соглашается с тем, что дополнительные стандарты сокращения выбросов NOx, рассматриваемые для дорожных транспортных средств, в конечном итоге будут включены в правила выбросов внедорожников. «Это повлияет на отрасль, поскольку производители продолжают отслеживать нюансы регулирования от страны к стране, помогая своим клиентам управлять необходимыми переходами», — говорит он.

Интегрированная система контроля выбросов (IECS) включает компоненты прямо в систему, а не использует отдельную смесительную трубу, что делает ее более обтекаемой и компактной. John Deere Power Systems

Для соблюдения этих и любых других новых норм выбросов Блок говорит, что будет важно сосредоточить инженерные усилия на технологиях сжигания. «Нам необходимо продолжить рассмотрение таких элементов конструкции двигателя, как силовой цилиндр, головки цилиндров, воздушные системы и параметры впрыска топлива.Это не что-то одно, а множество усовершенствований для оптимизации системы ».

Управление воздушным потоком, проходящим через двигатель, также будет важным, особенно если стандарты сокращения выбросов NOx на шоссе вступят в силу для внедорожных применений, — говорит он. Повышение эффективности систем доочистки также будет важным.

Интегрированная система контроля выбросов (IECS) компании является примером улучшений, которые могут быть внесены в систему последующей обработки.Блок говорит, что он включает компоненты прямо в систему, а не использует отдельную смесительную трубу. Улучшения в технологиях катализаторов и подложек позволяют уменьшить размеры, а также уменьшить количество ранее использованного металла. «Эти комбинированные усовершенствования позволяют создать улучшенную, оптимизированную конструкцию дополнительной обработки, которая стала более компактной, гибкой и более дешевой».

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.