Оппозитным называется двигатель, цилиндры которого расположены в горизонтальном порядке относительно друг друга. Подобная схема строения имеет название: V-образный двигатель с углом развала цилиндров 180 градусов. С английского языка слово «opposite» переводится — «расположенный напротив». Рассмотрим оппозитный двигатель — плюсы и минусы.
Особенности оппозитного мотора
Несмотря на сходство с V-образным мотором, оппозитник не имеет с ним ничего общего. Отличие состоит в том, что в оппозитнике два соседних поршня расположены в одной плоскости относительно друг друга. В V-образном движке поршни при движении в определенные моменты занимают положение верхней и нижней «мертвой точки». В оппозитнике они одновременно достигают либо верхней «мертвой точки», либо нижней. Такое усовершенствование V-образного мотора получилось в результате расположения цилиндров под развернутым углом.
Другим новшеством стало расположение газораспределительных механизмов в вертикальной плоскости. Все это освободило конструкцию силовых агрегатов от несбалансированности и повышенных вибраций, а движение на авто сделало максимально комфортным. Теперь вибрации от двигателя не передаются кузову и не сотрясают машину.
Оппозитные моторы всегда имеют четное число цилиндров. Наибольшее распространение получили четырех- и шестицилиндровые двигатели.
Особенности конструкции силового агрегата типа «боксер» обладают значительными преимуществами перед другими видами моторов:
Центр тяжести смещен вниз;
экономичный расход топлива;
низкий уровень вибраций;
увеличенный ресурс мотора;
пассивная безопасность при лобовом столкновении.
Смещенный вниз центр тяжести позволяет добиться лучшей устойчивости авто и оптимальной управляемости при активных маневрах и
крутых поворотах. Во время резких поворотов значительно уменьшается крен. Расположение движка на одной оси с трансмиссией обеспечивает лучшую передачу мощности. Отсутствие уравновешивающих валов экономит расход топлива.
Двигатель работает в плавном режиме. Низкий уровень вибрации мотора достигается, благодаря согласованному вращению соседних поршней. Расположение коленвала на трех подшипниках, вместо пяти обычных,- еще одно преимущество оппозитного двигателя. Это значительно уменьшает массу движка и его длину.
Расположение поршней в горизонтальной плоскости придает системе большую жесткость, что значительно уменьшает механические потери при работе силового агрегата.
Пассивная безопасность обеспечивается тем, что при столкновении мотор легко уходит вниз под машину. В результате происходит снижение интенсивности направленного на пассажирский салон удара.
Увеличенный диаметр цилиндров обеспечивает мотору высокие обороты, что дает возможность создавать на этой базе модели спортивного типа.
Еще одной особенностью является характерный звук при работе оппозитного силового агрегата: он приятнее для слуха.
Недостатки оппозитного двигателя.
Преимущества оппозитного двигателя налицо. Недостатками являются:
Трудоемкий ремонт;
повышенный расход моторного масла.
Чтобы провести ремонт двигателя, его полностью снимают. Однако не в этом проблема. Детали для замены стоят очень дорого, а сбор движка доставляет немалые головные боли. Если при ремонте рядного мотора водитель может самостоятельно заменить свечи, то в оппозитнике это невозможно. Любой ремонт необходимо проводить на специальном оборудовании, которое имеется только на СТО.
История возникновения оппозитника
Изначально данный вид силового агрегата применялся в военной промышленности, в частности, на отечественных танках. В дальнейшем на подобных движках ездили Икарусы и мотоцикл Днепр МТ. В данное время установкой оппозитника на свои изделия занимаются две фирмы — Porsche и Subaru.
Первые разработки появились в тридцатых годах прошлого столетия, когда инженеры концерна Volkswagen начали усовершенствовать V-образный и рядный движок. В шестидесятых годах идею перехватила японская фирма Субару. В 2008 году Subaru выпускает первый оппозитник, работающий на дизеле. Отличительные особенности — четырехцилиндровый движок с вместительностью 2 литра. Показатель мощности — 150 л/с.
Видео принцип работы опозитного двигателя Subaru
Несмотря на дороговизну запчастей и обслуживание в СТО, удовольствие от езды на авто, оснащенных «боксером», не сравнить ни с чем. Высокая устойчивость, легкая управляемость, отзывчивость авто на все действия водителя говорят сами за себя.
Наиболее распространенными двигателями на современных автомобилях считаются рядные и V-образные. Оппозитные моторы используются гораздо реже, в основном на моделях Porsche и Subaru. В чем же причина такого невнимания, и какими достоинствами обладает оппозитный двигатель?
Варианты конструкции
От своих собратьев этот мотор отличается тем, что цилиндры в нем расположены не вертикально или под углом, а горизонтально, т.е. в противоположные стороны друг от друга. Отсюда и название - оппозитный или горизонтально-оппозитный двигатель.
Существует два варианта конструкции таких моторов. Первый - поршни движутся навстречу друг другу и имеют общую камеру сгорания. Такие К их плюсам можно отнести высокое качество газообмена, более простую, по сравнению с рядными или V-образными моторами, конструкцию. Подобные приборы использовались на военной технике, в частности, на советских танках Т-64, которые могли работать на разных видах топлива: керосине, бензине, солярке. Чтобы перевести танк на другой вид, достаточно было передвинуть специальный рычажок на и выставить требуемый угол зажигания. Двигатель оснащался двумя турбинами: наддува, которая увеличивала мощность, и газовой, выводившей отработанные газы наружу. Минусы у таких оппозитников те же, что и у двухтактных двигателей: более высокие потери топлива через К этому, как можно догадаться, добавляются приличные габариты, ведь для движущихся навстречу поршней требуется и два коленчатых вала. Второй вариант более распространен. Именно его мы чаще всего имеем в виду, когда подразумеваем оппозитный двигатель. Условно говоря, это V-образный мотор, цилиндры которого решили разложить под углом в 180 градусов. Он применяется и на автомобилях (Porsche, Audi, Subaru), и на мотоциклах («Днепр», «Урал»). О нем мы и поговорим ниже.
Преимущества и недостатки
Итак, преимущества. Главный плюс такой компоновки двигателя - это более низкий центр тяжести, благодаря которому улучшается управляемость автомобиля. Также оппозитник выгодно отличается в плане размеров и веса. Он заметно короче и ниже, чем рядные двигатели. Еще одно преимущество - отличная сбалансированность, которая обеспечивается благодаря расположению поршней, нейтрализующих вибрацию друг друга. Смещение центра тяжести силового агрегата к центру автомобиля дает возможность сделать поворот более точным и стабильным. Это особенно важно для спортивных моделей, где управляемость стоит не просто на первом, а на самом первом месте. Есть свои плюсы и при лобовых столкновениях. Поскольку оппозитный двигатель расположен низко, то при столкновении он сдвинется под кабину, а не в салон автомобиля. Так что наличие такого мотора говорит в пользу безопасности машины.
Имеет ли оппозитный двигатель недостатки? Да, и довольно существенные. Именно они стали причиной того, что такие моторы не получили широкого распространения. Оппозитники имеют небольшую длину и высоту, но ширина у них гораздо больше, чем у двигателей, где цилиндры стоят в ряд или в виде буквы V. Это создает немало проблем конструкторам. Моторный отсек должен быть таким, чтобы оппозитный двигатель вписался в него по ширине. При этом нужно компактно расположить рулевое управление и управляемые колеса. Еще одна проблема - доступность узлов для обслуживания. Если масло в двигателе еще можно сменить самостоятельно, то остальные операции может выполнить только специалист. Даже свечи зажигания в двигателе менять самостоятельно не рекомендуется, потому что можно легко повредить головку блока цилиндров. Эти недостатки делают оппозитные двигатели дороже в изготовлении и обслуживании. А это, в свою очередь, влияет на цену автомобиля.
Как видим, у этого типа устройств хватает и достоинств, и недостатков. Впрочем, их конкуренты тоже неидеальны. Поэтому при выборе автомобиля определитесь, так ли важна для вас сложность и дороговизна в обслуживании силового агрегата. Вполне возможно, что хорошая управляемость автомобиля окупит эти затраты с лихвой.
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:
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
- Сложность устройства боксера способствует повышению стоимости на его составные части, что создает дополнительные расходы при ремонте.
- Повышенный расход автомобильного масла. Обычный двигатель потребляет не более трехсот грамм масла за период своего функционирования, а оппозитный гораздо больше.
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.
Нет, японская компания Subaru, ныне входящая в крупное подразделение Subaru Corporation, не стояла у истоков создания поистине революционной горизонтально-оппозитной компоновки двигателя внутреннего сгорания. Но важно не только придумать решение, но и правильно и в нужное время воплотить его в жизнь. При всех своих преимуществах горизонтально-оппозитный двигатель сложен в производстве, а его доработка к конкретным запросам требовала как новых инженерных решений, так и соответствующих затрат. В 1960-х годах ответственным за разработку первого японского горизонтально-оппозитного двигателя, предназначенного для массового производства, в Subaru был Шинроку Момосе, девизом которого было: «Не узнаешь, если не попробуешь». К тому же у Момосе имелся определенный карт-бланш: именно он отвечал за принятие всех важных инженерных решений. Результат не замедлил сказаться: в 1966 году автомобиль Subaru 1000 был оснащен горизонтально-оппозитным двигателем ЕА 52 объемом 977 см3. Главным посылом для развития такой компоновки моторов стала возможность их надежной работы при высоких оборотах коленчатого вала. Кроме того, благодаря своей компактности эти моторы отлично подходили для переднеприводных автомобилей того времени.
В 1989 году у Subaru появилось новое поколение двигателей - EJ, которыми комплектовалась модель Legacy. И этим же годом можно датировать начало славной спортивной истории Subaru. Впечатляющим было и ее продолжение: в 1995 году Колин Макрей, выступая за рулем Subaru Impreza 555, стал чемпионом мира по ралли, а Subaru World Rally Team завоевала чемпионский титул в командном зачете. В 1996 и 1997 годах команда SWRT также была лучшей в чемпионате мира. Что же касается двигателя Subaru второго поколения в «гражданском» исполнении, то с 1989 по 2010 год этими моторами были укомплектованы более семи с половиной миллионов автомобилей, а в 2008 году двигатель EJ 257 заслужил титул «Двигатель года». Тогда же наградой был отмечен и первый дизельный горизонтально-оппозитный двигатель Subaru. А в 2010 году компания представила третье поколение (FB) своего «фирменного» горизонтально-оппозитного двигателя.
Компоновка двигателей под капотом. Слева - рядный двигатель, в центре - горизонтальнооппозитный, справа - V-образный
В чем же его достоинства? Первое преимущество горизонтально-оппозитного двигателя перед его рядными и V-образными собратьями - компактность. Такая конструкция и расположение двигателя дают больше свободы инженерам для работы с передней подвеской, в том числе - позволяют использовать полноценный подрамник, что делает всю конструкцию подвески жестче, исключая деформации кузова при нагрузке. И вместе с тем, данная конструкция двигателя позволяет понизить центр тяжести вследствие его небольшой высоты. А чем он ниже, тем меньше момент инерции относительно продольной оси автомобиля, да и крены у автомобиля с низким центром тяжести меньше. Не случайно хорошая управляемость всегда являлась одной из визитных карточек автомобилей Subaru. И здесь опять сами собой напрашиваются ассоциации со спортом…
Горизонтально-оппозитный двигатель Subaru в подкапотном пространстве модели Forester
Преимущество номер два: низкий уровень вибрации. Это весьма важно, поскольку такое качество напрямую влияет и на долговечность двигателя, и на его экономичность. Работа находящихся друг против друга поршней в горизонтально расположенных цилиндрах напоминает удары боксера (отсюда и название двигателя - Boxer): навстречу, затем в противоположных направлениях. Исходя из особенностей компоновки горизонтально-оппозитного двигателя расстояние между цилиндрами (в сравнении с аналогичными по числу цилиндров рядными и V-образными моторами) у него меньше, что позволяет сделать коленчатый вал более коротким. Это экономит вес, снижает инерционные массы и нагрузки на вал. А так как уровень вибрации горизонтально-оппозитного двигателя невысок, то и противовесы, необходимые для балансировки коленвала во время работы двигателя, требуются меньшей массы, нежели в рядном или V-образном двигателе. Естественно, в первом случае механические потери при вращении более легкой конструкции меньше, что позволяет, во-первых, экономить топливо, во-вторых, ускорить отклик двигателя на действия водителя.
Чемпионат мира по ралли 2000 года. Двигатель раллийной Subaru Impreza WRC
Еще один плюс горизонтально-оппозитного двигателя Subaru непосредственно связан с тем, о чем уже говорилось, и заключается в конструктивном решении кривошипно-шатунного механизма. Во-первых, каждый поршень с шатуном крепится на отдельной шейке коленчатого вала. Во-вторых, коленчатый вал, расположенный между двумя жесткими блоками цилиндров, сохраняет равномерность вращения при высоких частотах. Все это позволяет создавать двигатели, отлично работающие при высоких оборотах, причем отнюдь не в ущерб ресурсу. И это последнее не менее важно, чем все вышесказанное: двигатели Subaru всегда занимали высокое место в рейтинге моторов-миллионников.
Горизонтально-оппозитный двигатель новой Subaru XV
Спустя одиннадцать лет компания Fuji Heavy, которая занимается разработкой двигателей для моделей Subaru, представила третье поколение фирменного оппозитника. Агрегатами новой серии японцы планируют оснащать весь модельный ряд марки. Оппозитный двигатель Субару оборудован четырьмя цилиндрами и по-прежнему бензиновый.
Предусмотрены и более мощная версия с турбонаддувом, и классический атмосферный мотор, на вкус и финансы клиента. Новое исполнение горизонтально-оппозитного движка Субару было наделено всеми достоинствами предыдущих поколений, но остались и слабые стороны оппозитника.
Достоинства оппозитников
При внимательном осмотре выяснится, что субаровский двигатель не компактный, а просто относительно симметричный и плоский — его словно «размазали» по моторному отсеку. Понятно, что как бы не старались инженеры, габариты 4-цилиндрового ДВС не могут быть меньше определенного объема. Мотор-плита действительно короткая и плоская, но при этом очень широкая.
Полностью уравновешены моторы компоновки B6, R6, R8, V12. Оппозитный B4 в этом списке, увы, не значится. Впрочем, преимущество по вибронагруженности агрегат B4 имеет, но серьезной разницы с традиционной рядной четверкой нет.
Как гласит реклама Субару, машины отличаются низким центром тяжести, что способствует потрясающей устойчивости и управляемости на высоких скоростях. Конечно, на гоночной или раллийной трассе это очевидный плюс. Но при ежедневной езде по городу с пробками низкий центр это не всегда плюс. При тряске по люкам, выбоинам и лежачим полицейским, при ковылянии по разбитой грунтовке - нужны ли эти оппозитные достоинства гражданскому автомобилю? Значительно большую роль для скоростных упражнений играют подвеска, дорожное покрытие и состояние шин. К сожалению, качеством покрытия у нас трудно похвастаться, а другие факторы зависят от владельца.
Сам по себе оппозитник и установленная продольно коробка симметричную развесовку не создают, однако задние колеса получают немного большую долю нагрузки. И здесь вылезают недостатки. Продольная компоновка двигателя на машине с передним приводом должна обеспечивать положение мотора перед осью, полностью находясь в части переднего свеса. Поэтому машины Субару получают длинный свес, порой не уступая Audi с рядным двигателем и аналогичной компоновкой.
Недостатки моторов Субару
В геометрии цилиндров двигателей есть любопытная особенность — когда сетка хона в нормальном состоянии, а цилиндр начинает превращаться в эллипс. Правда, блоки цилиндров из алюминия с чугунными гильзами и разными коэффициентами расширения никогда не считались идеалом.
Двигатели изнашивает чрезмерное потребление масла, причем независимо от возраста — в очереди к мастеру могут стоять пожилые автомобили из первой волны иномарок и выходцы из автосалонов Субару, еще пахнущие свежими пластиками. Угару способствует сама горизонтальная компоновка цилиндров, при случае турбины не отказываются от своей доли масла, ну и, конечно, это приводит к стандартной болезни залегания колец. Датчик расхода воздуха быстро и охотно покрывается грязью на моделях любых производителей. К сожалению, добротные MAP-сенсоры ушли в прошлое.
На данный момент оппозитный двигатель компании Субару имеет множество модификаций. Неясно, к чему компании, располагающей всего четырьмя массовыми автомобилями, плодить столько версий, едва ли не ежегодно проводя их обновления. К примеру, для одной Импрезы предусмотрено девять моторов. А число модификаций доходит до сорока.