Винахід двигуна внутрішнього згоряння забезпечило досить широкий крок вперед людству. Але при цьому і додало головного болю - як «вичавити» з двигуна максимальну потужність.
Одним з рішень цього питання стало ускладнення конструкції силового агрегату, адже ККД двигуна з двома циліндрами вище, ніж з одним. Введення в конструкцію додаткових систем і механізмів теж внесло свою лепту, але основою для досягнення більш кращих показників двигуна все ж залишилося кількість циліндрів.
Використання декількох циліндрів в двигуні внутрішнього згоряння додало ще одне питання для конструкторів - положення циліндрів відносно один одного.
Кожне з наступних рішень цього питання привело до появи силових агрегатів різної конструкції, кожен зі своїми особливостями, перевагами і недоліками.
Першою спробою збільшення кількості циліндрів стало розташування їх в ряд. Що стосується конструкції цього агрегату, він є одним з оптимальних, проте більшу кількість циліндрів позначається на габаритних розмірах, навіть 6-циліндровий рядний двигун має великі габарити, не кажучи вже про версії з 8 і 12 циліндрами.
Зменшити габаритні розміри дозволило розташування циліндрів в два ряди з кутом розвалу між ними до 90 град. В результаті цього довжина двигуна скоротилася майже вдвічі при тому ж показнику потужності. Це дозволило вже створення 8-ми і 12 циліндрових силових установок. Однак висота самої установки залишилася практично ідентичною рядному мотору. А дана особливість цих моторів має одну з найбільш негативних властивостей - високий центр тяжкості.
Спроби зменшити габаритні розміри силової установки привели до появи двигунів з двома рядами циліндрів, але розташованих один до одного вже під кутом 180 град. Такі силові установки отримали назву оппозітних.
Цей тип силових установок при їх порівняно невеликій висоті все ж таки не дуже «прижився», з сучасних виробників автомобілів такі двигуни використовує тільки Subaru і Porsche, також він часто використовується на мотоциклах. Найбільш, мабуть, масовим застосуванням опозитного двигуна було на Фольксваген Жук.
Основні типи оппозітних двигунів
Щоб зрозуміти, які плюси і мінуси має опозитний двигун, слід спочатку більш детально розібратися в його типах і конструкції.
На даний момент існує два типи оппозітних агрегатів. Перший тип одержав назву «Боксер». Цей тип оппозитника є пріоритетним.
У «Боксера» два ряди циліндрів розташовані горизонтально. Конструкція колінчастого вала дозволяє двом паралельно розташованим поршням рухатися синхронно. Тобто, якщо в правому циліндрі поршень досяг ВМТ, то розташований навпроти його лівий поршень теж знаходиться в цій точці.
Кількість циліндрів опозитного двигуна може варіюватися від чотирьох до дванадцяти.
В цілому тип двигуна «Боксер» дуже схожий з V-подібним, він є 4-тактним, тому конструкція має на увазі наявність головок циліндрів з встановленим в них механізмом газорозподілу.
Другий тип опозитного агрегату, який зараз активно розробляється - ОРД. Конструкція цього двигуна дуже цікава. На кожен циліндр у нього доводиться по два поршня, які рухаються асинхронно, при цьому енергія, що виділяється при згорянні палива і яку ці поршнями передається на один колінчастий вал.
Двигун ОРД є 2-тактним, що дозволило відмовитися від використання головок блоку і механізму газорозподілу. Подача палива і відведення продуктів горіння у цього мотора проводиться за допомогою вікон, виконаних в гільзі циліндра. Один з поршнів в циліндрі двигуна ОРД відповідає за впуск палива, а другий - за відведення відпрацьованих газів.
Ще однією особливістю такого мотора є формування камери згоряння циліндра самими поршнями за рахунок асинхронного їх руху. При русі поршнів назустріч один одному через впускний вікно подається паливна суміш, яка поршнями стискається, а при максимальному їх зближенні відбувається займання.
Конструкція двигуна ОРД включає два і більше циліндра, розташованих під кутом 180 град. Між цими циліндрами встановлюється колінчастий вал. У кожному циліндрі розташовано по два поршня, пов'язаних з коленвалом шатунами. Шатуни внутрішніх поршнів короткі, а ось зовнішніх поршнів - досить довгі. Оскільки поршні отримують лінійні різноспрямовані навантаження, це дозволило істотно знизити тертя в підшипниках колінчастого вала, а значить і втрати потужності. Ці позитивні якості двигунів ОРД привели до того, що ними зараз активно займаються багато провідних автомобільних компаній.
Варто також згадати створений вітчизняними конструкторами танковий двигун 5ДТФ. Цей силовий агрегат теж ставився до типу ОРД, проте конструкція його була ще цікавіше. У кожному циліндрі цього мотора теж розташовувалося по два поршня, але зусилля вони передавали кожен на свій колінчастий вал. Тому у 5ДТФ було два колінчастих валу, встановлених там, де у звичайного опозитного двигуна розташовувалася головка блоку.
Позитивні властивості оппозітних агрегатів
Всі ці конструктивні особливості забезпечили оппозітним силових установок ряд переваг.
Досягти значного зменшення габаритних розмірів з появою опозитного двигуна не особливо вдалося. Він невеликий по висоті і завдяки особливій конструкції кривошипно-шатунного механізму має порівняно меншу довжину, ніж у інших типів двигунів. Але він досить широкий через те ж великого кута положення рядів циліндрів відносно один одного.
Через невеликої висоти, але досить великої ширини опозитний двигун має низький центр тяжіння, що є одним з основних його переваг. Автомобіль з таким мотором значно стійкіше на дорозі.
Оппозітниє двигуни конструктивно дуже збалансовані. Рівень вібрації даного типу двигуна значно нижче, ніж рядного або V-образного. Найкращу балансування мають 6-циліндрові оппозитника.
Через розташування силової установки на одному рівні з трансмісією забезпечується максимальна передача крутного моменту.
Останнім позитивною якістю оппозитника є значний ресурс, але, правда, тільки при своєчасному технічному обслуговуванні.
Що стосується двигунів ОРД, то вони здатні працювати практично на будь-якому виді палива, навіть з невисокими експлуатаційними показниками.
Особлива конструкція двигуна ОРД, а також використання тільки двох тактів дозволяє істотно знизити споживання палива, приблизно на 50% менше, ніж найекономічніший турбодизель агрегат.
У ньому вдалося знизити ступінь стиснення до 16, відповідно температура згоряння палива знижується, а значить і навантаження на поршневу систему. До того ж при порівняно компактних розмірах і масі, цей двигун здатний забезпечити великий вихід потужності. Двоциліндрова установка ОРД при своїй масі в 6 кг здатна видати 13,5 к.с. а на один літр обсягу 250 к.с. плюс до цього танкова тяга до 900 Нм. Такий показник для інших типів двигунів неможливий.
Недоліки цього типу силових агрегатів
Переваг у оппозітних моторів досить, але не менше у них і недоліків, що і призвело до не дуже поширеній їх використання.
Ці мотори конструктивно складні, тому вартість їх велика, що позначається на ціні обслуговування і ремонту. До того ж сам ремонт їх досить складний і вимагає високої кваліфікації від виконавців. Знайти тлумачного майстра, здатного відремонтувати оппозітник вкрай складно.
Горизонтальне положення поршнів призводить до того, що поверхня гільз зношується нерівномірно, через що в камери згоряння починає просочуватися масло. «Жор» масла у автомобілів марки Subaru - явище, можна сказати, буденна.
Щоб домогтися більшого виходу потужності все оппозітниє двигуни оснащуються турбонаддувами, які дозволяють збільшити показники потужності на 30-40%. Але наявність того ж наддуву ускладнює конструкцію, при цьому з часом через зношування його елементів наддув теж почне «гнати» масло в циліндри, збільшуючи в рази його витрата.
Важко сказати, як себе буде показувати двигун ОРД в експлуатації, чи будуть у нього ті ж проблеми що і у стандартного оппозитника. Це стане зрозумілим тільки через деякий час з моменту випуску перших автомобілів з ним.
Спроби використовувати опозитний силові установки робили багато іменитих автомобільних компаній, однак практично всі вони від них відмовилися. Проте, роботи по поліпшенню оппозитника ведуться постійно і на дослідження виділяються значні ресурси.