Машины с оппозитным двигателем список

Что такое оппозитный двигатель? Принцип работы, плюсы и минусы двигателя!

Оглавление:
1) Что такое оппозитный двигатель?
2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
3) Виды оппозитных двигателей
4) Плюсы оппозитного двигателя
5) Минусы оппозитного двигателя
6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя

1) Что такое оппозитный двигатель?
Оппозитный двигатель – особый тип силовой установки, напоминающий традиционный двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры имеют особое расположение — горизонтальное. В народе подобные агрегаты известны под названием «боксеры». Такое прозвище мотор получил вследствие того, что поршни двигаются либо друг от друга, либо навстречу друг к другу. При этом пара поршней находится в одном положении, например, снизу. Самый первый образец появился в 1938 году благодаря стараниям автомобильной компании Volkswagen. Тогда агрегат представлял собой 4-цилиндровый оппозитник, объём которого составлял 2 л. Предельная мощность силовой установки достигала 150 лошадиных сил.
Оппозитный мотор получил весьма широкое распространение. На сегодня производством и установкой агрегата занимаются такие именитые автомобильные концерны, как Subaru и Porsche. Ранее можно было обнаружить двигатель и на моделях от Toyota, Volkswagen, Honda, Ferrari. Подобные установки используются в мотоциклах, автобусах Икарус и некоторой военной технике (например, танках).

2) Принцип работы оппозитного двигателя и его устройство
Чтоб до конца понять, что такое оппозитный двигатель, необходимо ознакомиться с его строением. Как было уже отмечено выше, это ДВС, обладающий особой структурой – пара поршней движется в горизонтальной плоскости (не вниз-вверх, а слева направо). Вторая, соседняя, находится в том же положении.
Количество таких цилиндров варьируется в диапазоне от 2 до 12 (их число всегда кратно двум). Наиболее распространенные образцы обладают 4 и 6 цилиндрами. Для спорткаров были разработаны 8- и 12-ти цилиндровые моторы. Профессионалы отмечают, что принцип функционирования 2-х и 4-х цилиндровых оппозитников ничем не отличается от традиционных дигателей. Свои особенности имеют те, которые обладают шестью цилиндрами.

3) Виды оппозитных двигателей
Принцип работы оппозитного двигателя также меняется в зависимости от особенностей его устройства. Даже такой простой агрегат может иметь несколько вариаций работы поршней. Следовательно, выделяют такие типы моторов:
— Оппозитный боксер зачастую применяется в производстве автомобилей Subaru. Как же работает оппозитный двигатель заявленного вида: поршни расположены на предопределенной дистанции друг напротив друга, к примеру, если первый зафиксирован на определенном промежутке от оси двигателя, то и второй займет аналогичное положение. При этом они расположены каждый в отдельном цилиндре. Описанный принцип функционирования напоминает боксерский поединок, отсюда и название типа.
— ОРОС располагает совсем иным принципом построения и порядком работы поршней. Подобные аппараты являются двухтактными. Один цилиндр располагает сразу двумя поршнями, которые крепятся к одному коленчатому валу. Первый отвечает за впуск смеси, другой – за своевременный выход продуктов сгорания. Подобная конструкция не располагает головкой, которая зачастую имеется на блоке цилиндров. Преимущества оппозитного двигателя ОРОС заключаются в том, что поршни функционируют в пользу одного коленчатого вала. Такой тип устройства располагает небольшой массой и меньше в размерах. Следовательно, значительно расширилась сфера применения. Вдобавок, указанный двигатель может работать на разном топливе – дизельном или бензиновом. В довершении, укажем основные преимущества:
— поршни проходят гораздо меньшую дистанцию, вследствие этого значительно снижается сила трения, которая негативно влияет на износостойкость;
— увеличивается эффективность, ведь вредоносные газы не влияют на камеру сгорания, а оказывают давление на поршни;
— мотор на 30-50 % легче привычного;
— оппозитный двигатель располагает меньшим количеством деталей (в среднем на 50 %);
— экономичность;
— отсутствие системы привода клапанов.
— мотор отнимает гораздо меньше пространства под капотом.
Однако стоит помнить, что ОРОС находится на стадии разработки, поэтому может возникнуть много непредвиденных проблем в ходе эксплуатации.
— Танковый двигатель (5ТДФ, спроектированный специально для Т-64 и Т-72). Ресурс оппозитного двигателя рассчитан на военную технику крупных габаритов. Здесь поршни разделяют один цилиндр и перемещаются они в одном направлении, но каждый располагает своим отдельным коленчатым валом. Место, где воспламеняется топливо (камера сгорания), возникает тогда, когда промежуток между поршнями становится минимальным. Как и у моторов ОРОС, в цилиндры впускается воздух, а ненужные газы удаляются посредством турбонаддува. Встречный ход поршней позволил сконструировать компактный, но мощный агрегат. Силовая установка обладает предельным количеством оборотов в 2000, а мощностью – в 700 лошадиных сил. Объем соответственно достигал 6 и 13 л.

4) Плюсы оппозитного двигателя
Каждый элемент в автомобильном организме обладает своими преимуществами и недостатками. Плюсы оппозитного двигателя состоят в следующем:
— снижение центра тяжести транспортного средства, что позитивно отражается на его устойчивости;
— ресурс мотора непременно возрастает (если правильно эксплуатировать, то он достигает порядка 1 млн. км);
— благодаря особому взаимодействию поршней, снижается уровень вибро- и шумоотдачи.

5) Минусы оппозитного двигателя
Если у оппозитного двигателя есть плюсы, то непременно имеются и определенные минусы:
— затратное самообслуживание – требуется привлечение профессионалов;
— дорогостоящий и сложный ремонт, ведь составные части отличаются своей повышенной стоимостью;
— дороговизна силовой установки;
— сложность конструкции;
— увеличенный расход масла во время работы.
Несмотря на описанные выше минусы, многие автопроизводители оснащают свои модели именно такими агрегатами. Компании-разработчики хорошенько взвешивают все аргументы за и против, прежде чем воспользоваться именно таким типом мотора. Основной плюс – большие возможности и широкие перспективы.
Так, все негативные аспекты, по сути, сводятся к дорогому обслуживанию, что может сказаться на выборе большинства автолюбителей не в пользу представленных агрегатов. Однако крупные производители (Porsche, Subaru) считают, что качество требует больших вложений в сервис. К примеру, японский автоконцерн не собирается возвращаться к традиционным двигателям внутреннего сгорания, ведь они полагают, что в таком случае совершат шаг назад в технологическом плане. Поскольку автомодели зарекомендовали себя лишь наилучшим образом, то уровень продаж никак не зависит от расценок на обслуживание.

6) Сложности при ремонте и обслуживании оппозитного двигателя
Важно отметить, что зачастую положительные моменты указанных моторов заметны лишь в силовых агрегатах, которые располагают шестью цилиндрами, а вот 2-х и 4-х цилиндровые мало чем отличаются от традиционных ДВС. Если необходимо провести некие манипуляции с таким типом двигателя, то тут непременно нужно обращаться к специалистам в автосервис. Самостоятельно вы сможете лишь заменить масло. Даже замену свечей лучше поручить профессионалам, новички с легкостью навредят головке цилиндра. Полный ремонт производится только на особых сервисных станциях. Продолжить срок службы может своевременная и систематическая раскоксовка. Эта процедура подразумевает очищение поверхности камеры сгорания, клапанов и поршней от нагара. Проводится операция в осенний сезон или в марте, когда также весьма разумно проверить и моторное масло. В материале мы рассмотрели, что значит понятие «оппозитный двигатель», описали принцип функционирования, возможные за и против. Надеемся, что это поможет определиться с выбором не только мотора, но и будущей автомодели на которой может быть установлен подобный силовой агрегат.

Источник

интересная статья — отзыв про оппозитные движки

Субаровский оппозит очень компактен»
Если присмотреться внимательнее, окажется, что субаровский двигатель не «компактный», а просто относительно плоский и симметричный — он равномерно «размазан» по моторному отсеку. По закону сохранения вещества 4-цилиндровый ДВС определенного рабочего объема не может быть меньше определенных габаритов. Мотор-плита в самом деле короткая (полублоки по два цилиндра, стоящих с некоторым уступом) и плоская (толщина обычного двигателя с коллекторами плюс рудиментарный поддон), но зато очень широкая (вместо картера с поддоном у рядного, здесь еще один полублок и головка). Так что, если положить рядом два однообъемника, рядный и оппозитный — еще неизвестно, какой из них окажется «компактнее». S- Legacy 99 BH-5 GT VDC twinturbo EJ206
«Моторы Subaru используются в авиации»
И как это свидетельствует об исключительных качествах субаровских движков? В легкомоторной авиации весьма распространены двигатели BMW и VW, но почему-то поклонники германских машин не используют этот аргумент в спорах о достоинствах своих железных коней. «Авиационые» плюсы субару состоят в компоновке, неплохой весовой отдаче и… цене б/у агрегата. Когда на качественный специализированный мотор не хватает денег, то сгодится что угодно. Но достаточно поставить рядом какой-нибудь Lycoming, без громоздкого жидкостного охлаждения, без обязательного для автомобильного движка редуктора, способный выдавать близкую к максималу мощность в течение несравнимо более длительного времени, с гораздо большим межремонтым ресурсом и при этом конструктивно простой… Тогда становится понятно, что гордиться применимостью автомобильных движков в авиации особого смысла нет — каждый должен заниматься своим делом.

«Оппозит абсолютно уравновешен»
Полностью уравновешены только моторы компоновки R6, B6, R8, V12… Оппозитная четверка B4 в этот список, увы, не попадает. Некоторое преимущество по вибронагруженности B4 имеет, но радикальной разницы с обычной рядной четверкой здесь нет — у одной присутствуют неуравновешенные силы инерции второго порядка, но нет свободного момента от них, у другой есть момент, но нет самих сил…

«Идеальная развесовка по осям»
Сам по себе оппозитный двигатель и продольно установленная коробка никакой симметричной развесовки не создают (и уж во всяком случае, такая развесовка не «симметричнее», чем при классической заднеприводной компоновке), просто на задние колеса приходится немного большая доля нагрузки. Но вылезают и свои недостатки… Продольно установленный двигатель на машине с исходно-передним приводом обязан стоять перед осью, целиком находясь в переднем свесе (не беря в расчет чудеса техники вроде азлк-2141). Именно поэтому субары получили столь длинный свес, порой не уступающий Ауди с аналогичной компоновкой (при рядном моторе).
Плюс к тому излишне усложняется конструкция коробки передач — схема потоков мощности с «матрешкой» из трех концентрических валов и ее железное воплощение представляют собой любопытное зрелище. А то, что две гипоидные передачи находятся в общем картере с КПП, заставляет губить ее синхронизаторы трансмисссионным маслом класса GL-5.
Можно было бы поверить в сверхнадежность механических коробок субару, не пользуйся у нас устойчивым спросом эти «контрактные» и просто б/у агрегаты. Не каждый экземпляр переживает два комплекта сцепления… и это при нормальных двигателях. Как известно, «капля никотина убивает лошадь, а хомячка разрывает на куски» — нетрудно догадаться, насколько меньше служит практически неусиленная трансмиссия, получая от турбомотора пинок в 350 Нм против 200, 280 сил против 100-150.

«…и обладают низким центром тяжести, что обеспечивает потрясающую устойчивость и управляемость на высоких скоростях»
Это обычный субаровский рекламный рефрен, служащий единственным оправданием столь нетрадиционной ориентации. Да, на раллийной или гоночной трассе это явный плюс. Но как помогает низкий центр тяжести при ежедневной езде по забитому пробками городу? При тряске по выбоинам, люкалежачим полицейским? При ковылянии по разбитой дачной грунтовке? Нужен ли весь этот оппозитный огород гражданской машине?
Для скоростных упражнений значительно большую роль играют дорожное покрытие, состояние шин и общая исправность подвески. К сожалению похвастаться качеством покрытия и предсказуемостью его состояния у нас трудно по объективным причинам. А два других фактора полностью зависят от владельца. И тут происходят странные вещи — если обладатель новой субары из салона старается поддерживать ее исправное состояние в комплексе, то хозяин какого-нибудь праворульного аппарата при том же пафосе часто начинает экономить — и на резине («а-а, полный привод — значит шипы и зимняя резина не нужны, хватит и б/у японской»), и на подвеске («это ж субара, у нее ходовка всегда супер и без ремонтов»).

Пройдемся теперь по слабым местам субаровских моторов:

Геометрия цилиндров подвержена любопытной особенности — когда сетка хона в порядке, а цилиндр уже превращается в эллипс. Впрочем, алюминиевые блоки цилиндров с чугунными гильзами, имеющие разные коэффициенты расширения, никогда не были идеальным решением.

Расход масла подкашивает двигатели независимо от возраста — в одной очереди к доктору стоят пожилые машины из первой волны иномарок и еще пахнущие свежим пластиком выходцы из автосалонов. Здесь способствует угару само горизонтальное положение цилиндров, при случае турбина не отказывается от своей доли закуски, ну и, разумеется, стандартна болезнь залегания колец (а для новых EJ205 это даже не болезнь, а некая составляющая техобслуживания). И попробуйте однозначно замерить на отдельно взятой незнакомой субаре уровень моторного масла. Получилось? А что с обратной стороны щупа? А если машину откатить на три метра в сторону? Да, это — субару!
Ну а что не сгорело, то убежало: течи сальников и «потение» крышек — родовая особенность оппозитных движков.

Датчик массового расхода воздуха покрывается грязью или выходит из строя на машинах любых производителей. Увы, старые добрые MAP-сенсоры остались в прошлом.

Унификация. Непонятно, зачем фирме, имевшей всего четыре основные массовые модели, плодить такое количество версий, едва ли не ежегодно их обновляя. Например, кто сколько вспомнит движков, устанавливавшихся на импрезу? Три-четыре-пять? На самом деле их было девять, в сорока с лишним модификациях. «А ну-ка почини»…

Ремень ГРМ расположен на оппозите удобно, однако «близок локоть, да не укусишь» — многовато шкивов и роликов он обегает. Если вариант SOHC при минимуме навесного оборудования особенных проблем не представляет, то промахнуться на зуб-другой при установке ремня на движке DOHC вполне реально, тем более на свежем моторе с AVCS (системой изменения фаз). Все бы ничего, но клапана… При обрыве ремня ГРМ они встречаются с поршнем (или друг с другом) и гнутся практически на всех моторах.

Шейки коленвала. Нетрудно догадаться, что 4-цилиндровый оппозит органически предполагал три опоры коленвала, но то было во времена прошлые… Дабы повысить жесткость и немного снизить нагрузки, субаровцы увеличили количество опор до пяти, но, как и в старой притче про десять шапок из одной шкурки, чудес не случилось. Шейки здесь все равно узкие, поэтому удельная нагрузка и износ больше, чем на рядных четверках, да и чрезмерно затруднился их ремонт — на каком угодно оборудовании их теперь не перешлифуешь.

Гидрокомпенсаторы ранее (примерно до середины 90-х) пользовались у субары большим почетом, однако потом здравый смысл возобладал. Так что удовольствие прокачивать в миске с керосином полтора десятка «грибочков» доступно теперь не всем…

Вентиляция картера. Сложно припомнить двигатели, где ее засорение столь же «быстро и эффективно» приводило на сервис. Если обычный мотор хотя бы попытается пыхтеть, плеваться маслом в воздушный фильтр, выбивать щуп — то субаровский оппозит с мрачным самурайским упорством сразу же приступит к выдавливанию сальников…

Сборка распотрошенного оппозита представляет собой эпическую картину. Правильно зажать коленвал между полублоками — это вам не крышечки коленвала притянуть. Ну а совместить отверстие в поршне с отверстием в шатуне и со специальной дыркой в блоке, потом засадить туда поршневой палец и «отполировать» все стопорным кольцом — это же песня (для шестицилиндрового опопозита EZ30 вообще поэма)! Ладно, будь это гоночный монстр в триста-пятьсот сил, тогда подобные изощрения можно было бы простить. Но когда тех же трудов требует стосильная жужжалка какой-нибудь «овощной» импрезы — вменяемость японских инженеров оказывается под большим вопросом.
Можно и не напоминать про то, что для мало-мальски серьезной работы по механике движок надо снимать с машины (а мотор DOHC — в обязательном порядке). Аргумент о легкости съема субаровского двигателя по сравнению с каким бы то ни было рядником справедлив — но вот только в большинстве случаев этот рядник вообще не пришлось бы демонтировать.

Радиаторы массово текут у любых азиатских автопроизводителей. Есть ощущение, что пластиковые бачки радиаторов для японских и корейских машин гонят одни и те же бракоделы, с одними и теми же нарушениями техпроцесса или конструкции. Но… Если у тойот вероятность выхода из строя радиаторов различна (например, с моторами серии S, к сожалению, это происходит чаще, чем с серией A на одних и тех же моделях), то вся немногочисленная гамма автомобилей субару орошает землю антифризом равномерно.

Вот за что нельзя не похвалить субаровские двигатели SOHC — так это за доступность впускного тракта и топливной системы. А топливный фильтр? Не тойотовский, с вечно закисшими гайками и спрятанный где-то глубоко в недрах моторного отсека, а легкодоступный, на шлангах и хомутиках.

«Двигатель — миллионник»
Фантастический ресурс субаровских моторов не более, чем красивая легенда. К тому же, они бывают весьма и весьма разными.»Нормальные»
Двигатели малых объемов (EJ15#, EJ16#, EJ18#) не «миллионники», хотя вполне работоспособны и надежны — приличные моторы для машин C-класса. С точки зрения производителя унификация с большими братьями понятна, вот только… Ну зачем нормальному человеку скромный мотор столь дикой компоновки? Даже к полутора литрам прилагаются две головки блока и «особенности» обслуживания оппозитов.

«Оптимальные»
Лучшие субаровские двигатели — это двухлитровые SOHC (EJ20E, EJ20J, EJ201, EJ202.). Здесь некоторая проблемность хотя бы компенсируется отдачей, а ресурс и мощность находятся в разумном балансе — по надежности они не уступают рядным тойотовским четверкам того же объема. Рассчитаны под 92-й бензин, аппетит имеют умеренный, и хотя доставят немало «приятных» минут при ремонте, в обслуживании весьма просты. На отрезке 200-250 тысяч пробега требуют стандартной переборки с заменой колец (без расточки), после чего получают на некоторое время «вторую жизнь».

«Средние»
Двухлитровые атмосферные двигатели DOHC EJ20D, EJ204… — фактически последние моторы, имеющие реальный запас прочности, но четыре распредвала на четыре цилиндра — это уже перебор. Дело с обслуживанием становится непростым: поменять свечи — проблема, при установке ремня ГРМ — вероятность ошибки больше в несколько раз, все работы по механической части — только после съема двигателя, бензин — 95-й…

«Хлам»
В первую очередь — это турбомоторы. Хотя почему же хлам… Задачу свою они выполняют — выложиться с максимальным напряжением за несколько тысяч километров и «исчерпаться». Если эксплуатация типа «починил — погонял — в ремонт» выбирается осознанно, то вопросов нет. Но для «гражданской», а тем более повседневной машины они не годятся, поэтому наивны надежды некоторых получить одновременно и мощный, и живучий мотор. Про отменный бензиновый аппетит говорить излишне — все многочисленные лошадки хотят покушать.
EJ20G, EJ205 — базовые турбодвижки с ресурсом в 100-150 тысяч. Вот только «оживление переборкой», подобное хотя бы атмосферным субаровским моторам, не всегда получается. Обычно турбы заканчивают свои дни списанием — после обрыва шатуна, разрушения поршней, аварийного износа…
EJ20K, EJ206, EJ207, EJ208 — турбомонстры… и нежильцы, для которых и 100 тысяч будут великолепным результатом. Часто эти машины убиваются уже первым владельцем — разумеется, что японский отморозок платил за свою бешеную табуретку двадцать-тридцать тысяч не для того, чтобы она пылилась в гараже, ожидая своего покупателя из холодной России.

Во вторую очередь непременно вспоминается двигатель DOHC EJ254, самый проблемный атмосферник — за счет неизбежных перегревов. В запасе к этому двигателю хорошо бы иметь коробку прокладок, стеллаж головок и плоскошлифовальный станок для регулярной правки покоробившихся плоскостей. После того, как обнаружилось, что подобный мотор нельзя активно выпускать на внешний рынок (засудят), появился и его дефорсированный брат SOHC EJ252. Но в любом случае субаровские 2.5 традиционно получаются существенно капризнее своих 2-литровых коллег.

«Почему про стоимость ремонта ничего не сказали?»
А стоит ли? Цена ремонта определяется уже не конструктивными особенностями, а индивидуальным подходом. Запросы конкретного мастера, его честность, где и какие берутся запчасти, насколько, в конце концов, запорот движок… В результате разброс получается огромным — от более чем бюджетных 300 за переборку старого доброго 2.0 (монтаж/демонтаж движка на машину — своими силами) до 2000 за поведенные головки EJ254 и рекордных 3500-4000 за ремонт турбированного агрегата форестера по категории «all inclusive».

Итог? Если бы моторы Subaru и в самом деле были так великолепны, как порой говорят, то у них отсутствовали бы характерные для других проблемы и не возникали специфические, но увы… Да, субары обычно комплектуются более мощными двигателями, чем другие японские автомобили того же класса — это составляет единственное реальное преимущество машин с оппозитами. В остальном они не только не превосходят, но и зачастую уступают по надежности и живучести другим японским маркам.
И все равно находятся люди, которые предпочитают Субару другим маркам автомобилей. И я один из них.

Источник

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»?

Рядный шестицилиндровый двигатель — редкий пример абсолютно уравновешенного мотора. Вымирающий вид. А какой ещё архитектуры бывают ДВС и на что она влияет?

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана.

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 для безнаддувного дизеля до 100 для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у будет четыре, пять или шесть цилиндров, у восемь. Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой частотой вращения коленвала. Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зелёным в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Что же получается? Из распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата. Но мотор зато получался простым и дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А для компенсации момента от балансирного вала придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Кстати, оппозитная «четвёрка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры» Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

У рядных «пятёрок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил. Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций.

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

А что насчёт «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12.

Помните, мы упоминали о моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так.

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации. Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора.

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Источник