Нижнеклапанный двигатель – Нижнеклапанный двигатель, его плюсы и минусы

Содержание

Нижнеклапанный двигатель, его плюсы и минусы

nn621

Как известно сердцем любого механизма является его двигатель, поэтому от его выбора зависит качество и долговечность роботы машины. А чтобы грамотно подобрать эту неотъемлемую часть любого механизма, нужно хорошо разобраться в этом вопросе.

В нынешнее время существует довольно большое количество разновидностей двигателей. В основном квалификация двигателей происходит по следующей схеме:

  1. В соответствии с расположением распределительного вала.
  2. В соответствии с расположением клапанов.

Дальше двигатели принято распределять на целые ряды подтипов. Но важно перед этим разобраться именно со второй позицией, ведь от нее в большей степени зависит насколько мощным и выносливым будет двигатель. В соответствии с расположением клапанов, двигатели бывают нижнеклапанные, верхнеклапанные и соответственно со смешанным расположением клапанов.

Особенности роботы нижнеклапанного двигателя

Большинство двигателей работают по схеме ДВЗ (двигатель внутреннего сгорания), для этого необходимыми элементами есть клапаны и распределительный вал, с помощью которых синхронизируется робота выброса и заброса топлива, воздуха и использованных газов. Поэтому так важно место клапанов в работе двигателя. Нижнеклапанный двигатель характеризуется расположением распределителя и клапанов в блоке, рядом с цилиндрами. Также в одном блоке с ними располагается и привод.
Нижнеклапанный двигатель

Преимущества нижнеклапанного двигателя

Данное расположение многие считают наиболее выгодным, ведь оно имеет достаточно долгий перечень плюсов. Именно эта конструкция обеспечивает низкую шумность. Также, благодаря такому расположению данная модель установки клапанов считается самой безопасной, ведь при ней практически исключается возможность касания между клапанами и поршнем, что часто происходит при неправильном расположении распределительного вала.

При роботе нижнеклапанного двигателя, при установленных параллельно гидравлических толкателях, единственный шум, который слышен – это шум обтекающего вентилятор воздуха. Также одним из главных плюсов вышеназванного типа двигателей есть тот, что при правильной их эксплуатации практически сводиться к нулю возможность перегрева, что также увеличивает безопасность двигателю.
Двигатель нижнеклапанный

Хорошую службу сослужили нижнеклапанные двигатели во времена, когда поршни нуждались в регулярной чистке от нагара, ведь они в отличии от других типов двигателей является самыми доступными, ведь сам клапан представлен обычной алюминиевой, или чугунной пластинкой.

Минусы в роботе нижнеклапанного двигателя

Но как известно, прогресс не стоит на месте. Идеал недосягаем, но все же человек во всем стремится к совершенству, а в автомобилях главным критерием идеальности есть скорость. В этой постановке вопроса и проявляется главный недостаток машин с нижнеклапанным двигателем. Ведь при данном расположении двигателя из-за извилистого пути, который должна пройти бензовоздушная смесь значительно замедляется процесс наполнения цилиндров. Двигатель при этом становится неэкономичным и тихоходным. Также показатели двигателя отстают по вине нижнеклапанного мотора, имеющего сложную форму, что затрудняет процесс обработки мотора. При этом и появляется злосчастная шероховатость замедляющая роботу мотора.

При всех плюсах, существенным недостатком есть то, что при подобной компоновке механизма газораспределения затруднен доступ к толкателям клапанов. В некоторых случаях данного расположения мотора корректировка клапанного мотора вообще не была предусмотрена.

Также среди перечисленных минусов следует обозначить и то, что при нижнеклапанном двигателе машина более всего склонна к детонации. Обуславливается это с одной стороны вытянутой формой камеры сгорания, а с другой те, что такой вид двигателя не позволяет увеличить степень сжатия, с помощью которой и повышается удельная мощность.

Обобщенная характеристика нижнеклапанного двигателя

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что в изначально нижнеклапанный двигатель в автомобилестроении занимал приоритетные перед другими видами двигателей позиции. После 1950-х, когда автомобилестроение получило новый виток развития и в широком обиходе начало появляться топливо с высокими октановыми числами, нижнеклапанные двигатели потеряли свою популярность, уступая в скорости машинам с другими видами двигателей. На сегодняшнее время стало очевидным, сослужив в свое время хорошую службу, сегодня место нижнеклапанным двигателям в музее, или гаражах коллекционеров.

Похожие записи

plusiminusi.ru

Нижнеклапанный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

(перенаправлено с «»)
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 января 2019;
проверки требует 1 правка.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 января 2019;
проверки требует 1 правка.

О газораспределительных механизмах карбюраторных двухтактных двигателей см. Двухтактный двигатель

показать/скрыть подробности Разрез по цилиндру двигателя с двухвальным ГРМ типа DOHC

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм, обеспечивающий впуск и выпуск рабочего тела в двигателях внутреннего сгорания. Может иметь как фиксированные фазы газораспределения, так и регулируемые в зависимости от частоты вращения коленвала и других факторов.

Чаще всего состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.) В некоторых конструкциях система распределения представлена вращающимися или качающимися распределительными гильзами или золотниками.

Система привода распределительного вала четырёхтактного двигателя в любом случае обеспечивает его вращение с угловой скоростью, равной 1/2 угловой скорости коленвала[1].

encyclopaedia.bid

Устройство ГРМ и принцип работы

Устройство ГРМ

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – наиболее распространенный силовой агрегат, использующийся в современном автомобилестроении. Свое название он получил по количеству фаз, необходимых для осуществления одного цикла работы, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.

Фаза впрыска топлива или топливно-воздушной смеси, сжатие рабочего тела поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В модели идеального двигателя все фазы разнесены во времени, перекрытие между ними отсутствует, что, в свою очередь, обеспечивает получение максимально возможных рабочих значений мощности, крутящего момента и оборотов двигателя.Элементы ГРМ

Элементы ГРМ

На практике, к сожалению, дела обстоят несколько хуже. Устройство газораспределительного механизма, отвечающего за исполнение фазы впрыска топлива и удаление выхлопных газов, его схема и принцип работы – основная тема данной статьи.

Общая схема и взаимодействие частей

Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.

Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.

  1. Фаза впрыска топлива. Поршень начинает движение от верхней мертвой точки к нижней. Открывается клапан подачи горючего, и топливно-воздушная смесь заполняет разреженное пространство цилиндра. Отмерив необходимую дозу ТВС, клапан закрывается. Коленчатый вал повернулся на 180 градусов от начального положения.
    фаза впрыска топливафаза впрыска топлива
  2. Фаза сжатия. Достигнув нижней мертвой точки, поршень меняет направление движения к ВМТ, осуществляя сжатие топливно-воздушной смеси. При достижении верхней мертвой точки фаза сжатия рабочего тела оканчивается. Коленчатый вал совершил поворот на 360 градусов.
    фаза сжатияфаза сжатия
  3. Фаза рабочего хода. В момент нахождения поршня в ВМТ и достижения максимальной расчетной степени сжатия, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Под действием стремительно расширяющихся газов поршень движется к нижней мертвой точке, совершая рабочий ход. При достижении НМТ третья фаза работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания считается оконченной. Коленчатый вал совершил поворот 540 градусов.
    фаза рабочего ходафаза рабочего хода
  4. Фаза удаления отработанных газов. Под действием коленчатого вала поршень начинает движение к верхней мертвой точке, вытесняя из объема цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси через открывшийся выхлопной клапан. По достижении поршнем ВМТ, фаза выхлопа считается завершенной, коленчатый вал совершил оборот на 720 градусов.
    фаза удаления отработанных газовфаза удаления отработанных газов

Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.

Классификация ГРМ

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.
газораспределительный механизм sohc

газораспределительный механизм sohc

  • Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
  • Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

газораспределительный механизм dohc

газораспределительный механизм dohc
В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Устройство десмодромного газораспределительного механизма

Для двигателей, конструкция ГРМ которых допускает использование пружин для закрывания клапанов, существует ограничение по максимальному количеству оборотов в минуту. При достижении значения в 9000 об/мин пружины не смогут обеспечить нужную скорость срабатывания, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Принцип десмодромного ГРМ заключается в использовании двух распределительных валов, один из которых производит открытие, а второй, закрытие клапанов. В таком двигателе нет ограничения на развиваемые обороты, ведь скорость срабатывания механизма напрямую зависит от скорости вращения коленвала.

Создание газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стало возможным относительно недавно, с началом использования в двигателестроении бортовых компьютеров и электронных управляющих блоков. Система электромагнитных клапанов, меняющая режим работы согласно команд микропроцессора, позволяет снимать с двигателя мощность, приближающуюся к расчетной, при минимальном расходе топлива.

Замена ремня ГРМ своими руками

Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.
замена ремня грм

замена ремня грм
Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.

Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.
натяжение ремня грм

натяжение ремня грм
Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.

Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.

Видео, иллюстрирующее работу ГРМ

znanieavto.ru

Нижнеклапанный… дизель?! : tim_o_fay — LiveJournal

Всем здрасьте!
Как заскорузлый ретроград и враг всяких «автоматически удорожающих» приспособлений я имею желание маленько потроллить
тех моих читателей, которые имеют счастье отличать цикл Отто от Дизеля, Рэнкина от Стирлинга и даже Аткинсона от Миллера.

Пояснение: автор не является профессиональным мотористом, но автор есмь системотехник-самоучка, то есть
приучился смотреть на проблему в комплексе, а не изучать глубоко отдельные аспекты, подобно тем слепцам из
притчи про слона
.

Для начала ролик, в котором мой ровесник (1965 года) дизелёк Ruston 1WB весело качает воду:

[Кому стало интересно — прошу под спойлер]
Да, одна из родовых болезней ГРМ с нижним расположением клапанов — очень трудно получить высокую степень сжатия.
Ибо делаем больше клапана — растёт объём камеры сгорания и падает та самая СС.
Делаем клапана меньше диаметром — ужимается сечение каналов газообмена, соответственно падает мощность.
Можно ещё сделать двигатель очень длинноходным — получим увеличение нагрузки на детали КШМ и в лучшем случае рост
механических потерь. И вес совсем уже неприлично вырастет.
Из известных мне классических SV (sidevalve) двигателей самый «зажатый» — это D-motor LF26 с геометрической СС 8:1 и
объёмом 2,7 литра. Несмотря на внушительный объём установочная масса движка без учёта жидкости и батарейки, но с генератором и стартёром составляет всего 58 кг! Очень и очень недурно.

Но это же не дизель!
Угу. Для работы на тяжёлом топливе его надо зверски наддуть (атмосферы 2 минимум).
Или ставить свечу накаливания — получится недурной полудизель.

Где нижнеклапанный дизель, трах-тибидох!? — возопит выведенный из себя велеречивостью автора читатель.

Ща будет 🙂

Одноклапанный и нижнеклапанный дизель от фирмы Averican Diesel!
American Diesel 1

Оно же схематично и с пояснениями:
American Diesel

Ну и вид сверху схематично:
monovalve1
Кроме American Diesel одноклапанными конструкциями тогда баловались многие, даже авиамоторы были с одним клапаном,
правда почему-то с верхним.
Естественно с внутренним смесеобразованием, дабы не раскидывать топливо мимо цилиндров.
С дизелем Packard DR-980 в 1931 году самолётик Bellanca CH-300 Pacemaker продержался в воздухе без дозаправки 84 часа
33 минуты. Рекорд был побит только в 1986 году «Вояджером» Берта Рутана. Имеется ввиду рекорд продолжительности,
а не дальности полёта.

Плюшки у этой конструкции следующие:
1. Деталей ГРМ вдвое меньше.
2. Клапану работается легче, его воздухом на впуске охлаждает, а не только выхлопом жарит.
3. Можно устроить нижнеклапанный дизель 🙂

Минусы одноклапанников:
1. Прикрутить к нему глушитель с трудом ещё можно, а вот турбину уже нет.
2. Приводной нагнетатель тоже не поставишь.
3. Ну не в тренде это нынче! Сейчас в моде миниатюрные истеричные жужжалки, а не почтенные надёжные низкооборотные
моторы.

А как с малого объёма мощу снять? Правильно! 4 клапана на цилиндр, верхние распредвалы (инерцию снизить, обороты задрать) и турбонаддув вкрячить.
Получаем аццки перефорсированные капризные моторчики, что и требуется произвредителю.
Главное чтоб гарантийный срок отбегали, а там чем раньше подохнут — тем лучше.

(автор ностальгически рыдает, вспоминая гениальный тойотовский дизель 1HZ, один из последних настоящих моторов)

Что радует: в России нашлась умная голова и налог берут с мощности, а не с объёма. Спасибо тебе, неизвестный чиновник!

Одно из преимуществ «плоскоголовых» (flathead) движков — малое лобовое сечение даже при оппозитной или звездообразной
компоновке.
Но кому оно надо? Только в малой авиации, однако товарищи авиастроители будут и дальше покупать импортные движки по
негуманным ценам, поскольку отбить затраты на разработку и производственную оснастку при наших объёмах строительства
мелких летательных аппаратов нереально.

Эх, недурно смотрелся бы нижнеодноклапанный дизель на мотодельте или двух-трёхместном самолётике!
Особенно если задавить в разработчиках гнусную гидру перфекционизма, которая вездессуща и многогадяща еси.
Присутствует тварь практически в любой отечественной конструкторской деятельности, а уж если изобретатель затесался…
Насмотрелся я в своё время на такое. И не только насмотрелся, но и наборолся.
Теперь очень хорошо понимаю, почему некоторых товарищей с излишне буйной фантазией в своё время к стенке прислонили.
Да, скоро будут ещё истории про поршневые моторы не совсем обычных конструкций.

tim-o-fay.livejournal.com

Четырехтактный двигатель: Клапанный механизм | Мото-мануалы и инструкции

В принципе, все четырехтактные двигатели похожи, они отличаются только расположением и приводом впускных и выпускных клапанов. Как и многое другое в мотоцикле, стремление достичь высоких скоростей и мощностей привело к существенному усовершенствованию четырехтактного двигателя. Ниже рассмотрены различные схемы, начиная с нижнеклапанной, которая, несмотря не то, что во многом устарела, послужит для демонстрации степени развития современных конструкций с верхним распредвалом.

Конструкция нижнеклапанного механизмаКонструкция нижнеклапанного механизма

Нижнеклапанный механизм газораспределения (SV)

Нижнеклапанный двигатель является относительно простой реализацией четырехтактного цикла, в нем используется минимум деталей для передачи усилия от распредвала к клапану. Привод распредвала осуществляется шестеренчатой или цепной передачей, расположенной рядом с коленчатым валом. Кулачки опираются на толкатели. которые представляют собой короткие штанги, перемещающиеся параллельно оси цилиндра. В этих штангах есть регулировочные винты с контргайками, при помощи которых можно изменять длину для обеспечения требуемого зазора в клапанах между толкателем и стержнем клапана. Такое расположение клапанов означает, что они находятся в выступе камеры сгорания сбоку от цилиндра, а не в головке, как в других четырехтактных двигателях.

Скорее всего, нижнеклапанный двигатель — самый простой и дешевый из четырехтактных двигателей, и большинство английских и американских компаний широко использовали это в свое время, оснащая такими двигателями утилитарные или дешевые модели. Неудачная форма камеры сгорания, продиктованная расположением клапанов, которые находятся с одной стороны цилиндре, ограничивает КПД двигателя. В связи с этим нижнеклапанный двигатель развивает меньшую мощность и потребляет большее количество топлива по сравнению с аналогичным верхнеклапанным двигателем.

Неэффективность стала более явной при росте частот вращения двигателя, и традиционный нижнеклапанный двигатель эволюционировал в одноцилиндровый двигатель большого объема с относительно низкой мощностью. При оснащении его большими маховиками он развивает высокий крутящий момент при низких частотах вращения двигателя, в связи с чем был популярен у приверженцев мотоциклов с колясками. Эти эластичные и простые двигатели былиособенно надежны, кроме того, их было очень легко ремонтировать, если возникали какие-то проблемы.

Упадок нижнеклапанных двигателей пришелся на годы после Второй Мировой войны, с появлением современных материалов и технологий производства. Наряду с более конкурентоспособной конструкцией OHV, нижнеклапанный двигатель исчез из мира мотоциклов, но по прежнему его можно встретить на газонокосилках и подобных машинах, где простота и дешевизна перевешивают любые другие факторы.

Конструкция нижнеклапанного механизмаКонструкция механизма OHV

Верхнеклапанная конструкция. Механизм газораспределения (OHV)

Строго говоря, термин «верхнеклапанный двигатель» охватывает все четырехтактные двигатели, конструкция механизма газораспределения которых отличается от нижнеклапанной. Однако обычно не применяется в отношении двигателей с верхним распределительным валом (SOHC и DОНС), а используется для обозначения верхнеклапанных двигателей с нижним распредвалом и толкателями.

В верхнеклапанном двигателе применяются длинные штанги, проходящие через туннель в блоке и головке цилиндров, расположенный в приливе головки цилиндра невдалеке от стержней клапанов. Толкатели и торцы стержня клапана связаны короткими коромыслами, которые могут вращаться на оси. Регулировка зазора в клапанах производится при помощи как винта и контргайки на одном из плеч коромысла, так и толкателя телескопического типа, длину которого можно изменять. По конструкции верхнеклапанный двигатель очень бпизок к нижнеклапанному, хотя у первого множество преимуществ, главным из них является независимость при проектировании формы камеры сгорания. Во многих отношениях полусферическая камера сгорания является идеальной, и верхнеклапанная конструкция с расположением клапанов под углом к вертикали образует высокоэффективную форму камеры сгорания. Такое расположение клапанов способствует эффективному газообмену и более полному сгоранию топливовоэдушной смеси. Эта основная компоновка двигателя OHV хорошо зарекомендовала себя за несколько десятилетий, но сегодня ее вытеснинили верхневальные конструкции (за исключением нескольких моделей, которые все еще находятся в производстве).

Стремление повысить мощность неизбежно привело к снижению ограничений по конструкции, сначала на спортивных, а позже и на дорожных мотоциклах. При заданной форме камеры сгорания один из способов достижения большей мощности двигателя заключается в повышении скорости его работы, то есть числа оборотов, и, следовательно, количества рабочих ходов в минуту. При повышении частоты вращения двигателя ряд технических ограничений начинает вызывать затруднения, особенно в узлах клапанного механизма. При работе двигателя на высоких частотах вращения прочность толкателей, штанг и коромысел должна быть достаточной для того, чтобы выдержать возросший уровень нагрузки, К сожалению, увеличение прочности неизменно приводит к росту веса, а это уже служит причиной других проблем.

По мере того, как кулачок распредвала поднимает толкатель и штангу, открывая клапан через коромысло,скорость перемещения этих узлов постепенно увеличивается. До достижения определенной скорости проблем не возникает, но как только скорость превышает значение скорости, заданное конструктивными параметрами данного двигателя, вес узлов клапанного механизма становится таким, что они не могут достаточно быстро отслеживать профиль кулачка. В этот момент клапана начинают «зависать», несмотря на усилие возвратных пружин. Мало того, что это ограничивает частоту вращения двигателя, зависание клапанов приводит к риску изгиба или смещения штанг толкателей, а в отдельных случаях — риску выхода впускных и выпускных клапанов в камеру сгорания. Если это происходит, то в следующий момент, когда поршень достигает верхней мертвой точки, он ударяет по клапанам, что приводит к серьезным повреждениям. Одним из решений является установка усиленных клапанных пружин, но это вызывает усиление трения, снижение мощности и приводит к ускоренному износу. Кроме того, это может привести к вибрации (отскоку) клапана. Узлы клапанного механизма можно облегчить, но одновременно с этим происходит их ослабление. Альтернативой может быть использование специальных материалов для производства узлов, но, несмотря на то. что они будут легче и прочнее, их стоимость сильно возрастет.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что конструкция нижневального двигателя с толкателями (OHV) эффективна для многих целей, ню там, где необходимо достижение высокой мощности и частоты вращения, она имеют ограниченное применение. Там, где применяется такая схема, например, на прочном и долговечном одноцилиндровом двигателе Honda CG125 или на V-образных двухцилиндровых двигателях Moco-Guzzi, получающаяся в результате машина — простая и надежная «рабочая лошадка*, хотя и не отличающаяся выдающимися характеристиками.

Преимущество использования вышеописанной схемы на V-образном двигателе состоит в том, что используется только один распредвал — деталь, которую относят к числу дорогостоящих. Но поскольку большинство V-образных двухцилиндровых двигателей используется на мотоциклах типа «чёпер» и «турер», скромные характеристики не беда. Во многих отношениях нижневальный двигатель с толкателями (OHV) на данный момент равноценен исчезнувшим нижнеклапанным двигателям.

Устройство механизма газораспределения с одним верхним респределительным валомУстройство механизма газораспределения с одним верхним респределительным валом

Конструкция механизма газораспределения с одним верхним распредвалом (SOHC)

Чтобы преодолеть затруднения, вызванные увеличением веса узлов клапанного механизма, желательно устранить как можно больше деталей, двигающихся возвратно-поступательно. К ним относятся: толкатель, штанга, коромысло и сам клапан. В отношении толкателя и клапана мало что может быть сделано, кроме понижения их веса за счет тщательного выбора оптимальной конструкции и использования прочных, долговечных, но легких материалов. На спортивных двигателях, где затраты на производство не имеют значения, могут использоваться экзотические материалы типа титана, но для массового производства это неприменимо.

Единственное, что можно сделать, это перенести распредвал в головку цилиндров и избавиться от толкателя, а кулачки заставить работать непосредственно по закаленному подпятнику коромысла (рокера или рычага, как их иногда называют). Сама идея не нова, существует множество примеров довоенных четырехтактных двигателей с верхними распредвалами. В типичном двигателе с вархним распредвалом (SDHC) распредвал размещен в головке цилиндров между впускными и выпускными клапанами.

На ранних спортивных двигателях привод распредвала осуществлялся коническими шестернями от вала, расположенного вертикально в блоке цилиндров. Стандартной схемой привода является цепная передача: зубчатое колесо, расположенное в середине или в конце коленчатого вала, огибает цель механизма газораспределения, которая, в свою очередь, приводит в действие зубчатое колесо на распредвале. Кулачки распредвала воздействуют на короткие коромысла, которые, в свою очередь, управляют клапанами аналогично двигателю с механизмом газораспределения типа DHV. Единственными деталями, совершающими возвратно-поступательное движение остаются коромысла и клапана, так что конструкция все еще далека от совершенства, но уже намного лучше за счет отсутствия штанг и толкателей.

Регулировка зазора в клапанах осуществляется при помощи винта и контргайки в одном из плеч коромысла. Большинство современных четырехтактных двигателей основываются на схеме газораспределения SDHC — это проясняет, почему они способны спокойно работать при частотах вращения, на которых нижневальный двигатель разлетелся бы на части.

ГРМ с двумя верхними валамиГРМ с двумя верхними валами
DOHC с регулировочными шайбами сверхуDOHC с регулировочными шайбами сверху

Конструкция механизме газораспределения с двумя верхними распредвалами (DOHC)

Механизм газораспределения DOHC четырехтактного двигателя представляет собой усовершенствование схемы SOHC и предназначен для устранения единственной оставшейся возвратно-поступательно движущейся массы — коромысел (хотя при этом придется вернуть толкатели). Вместо единственного центрального распредвала используется пара, размешенная непосредственно над стержнями клапанов.

Для привода газораспределительного механизма используется цепной привод — наиболее традиционный и дешевый в изготовлении, хотя известна (но пока широко не распространена) конструкция, следующая за тенденциями в автомобильной промышленности, в которой вместо цепной передачи используются шкив и зубчатый ремень. Среди преимуществ ременной передачи можно перечислить следующие: они менее шумные, не растягиваются, как цепи, а шкивы не изнашиваются подобно звездочкам, хотя замену ремня следует производить чаще. Другой способ привода распредвалов используется не моделях VFR фирмы Honda и представляет собой зубчатую передачу с приводом от коленчатого вала. При использовании такой конструкции отпадает потребность в натяжителе схема также работает тише цепной, хотя шестерни зубчатой передачи подвержены износу. 

Толкатели распредвала, выполненные в форме «чаши», работают в расточках головки цилиндров. При использовании «чашеобразных» толкателей зазор в клапанах регулируется с помощью небольших круглых подкладок, называемых регулировочными шайбами. Поскольку сами шайбы выполняются нерегулируемыми, их необходимо заменять шайбами различной толщины до восстановления правильного зазора. На одних двигателях шайба практически совпадает с диаметром толкателя и устанавливается в гнездо, которое находится в верхней части толкателя; такую конструкцию называют «толкателем с регулировочными шайбами сверку». Шайбу можно заменить, удерживая толкатель в нижнем положении, при помощи специального приспособления так, чтобы образовался зазор между толкателем и распредвалом, достаточный для снятия и установки шайбы.

На других двигателях шайба намного меньше и располагается под толкателем в центре держателя пружины клапана. При этом она опирается непосредственно на торец стержня клапана; такую конструкцию называют «толкателем с регулировочными шайбами снизу». Таким образом, масса деталей, перемещающихся возвратно-поступательно, при использовании небольших прокладок снижается еще сильнее, но появляется необходимость демонтажа распредвала при каждой процедуре регулировки зазора в клапанах, что повышает стоимость и трудоемкость обслуживания. Для того, чтобы избежать трудностей, связанных с необходимостью применения специальных приспособлений или демонтажа распредвала, на некоторых двигателях с газораспределительным механизмом DOHC вместо «чашеобразных толкателей» используют небольшие легкие коромысла, на некоторых двигателях с подобной схемой коромысла снабжены традиционным регулировочным винтом и контргайкой. На других коромысла опираются на небольшую шайбу, расположенную по центру держателя пружины клапана, а сами коромысла установлены на валах, длина которых превышает ширину коромысла. Для удержания коромысла над клапаном на валу расположена пружина. Для замены регулировочной шайбы коромысла сдвигаются в сторону пружины так, чтобы шайбу можно было вынуть.

Схема DOHC допускает более высокие скорости вращения двигателя, чем SOHC, но даже в этом случае возможно зависание или вибрация клапанов при использовании широкой пружины. Чтобы избежать этого, на двигателях обычно используется две пружины вместо одной, при этом пружина меньшего диаметра устанавливается в пружину большего диаметра. Существуют два довода в пользу этого: во первых, малая пружина ускоряет закрытие клапанов, а во вторых, из-за различных резонансных частот пружин снижается вероятность вибрации. Также могут использоваться пружины переменной жесткости (витки пружины с одного конца располагаются ближе друг к другу, чем с другого), которые обеспечивают переменную резонансную частоту при использовании одной пружины. На данный момент широко используется комбинация двух этих идей — установка двух клапанных пружин с переменным шагом навивки для каждого клапана. Необходимо устанавливать пружины с переменным шагом так, чтобы конец пружины, где шаг витков меньше, опирался на головку цилиндра (для снижения возвратно-поступательно движущихся масс).

При подведении итогов следует отметить, что в данный момент на мотоциклах верхневальные двигатели представляют собой наиболее распространенную конструкцию. Это ни в коем случае не говорит о том, что развитие прекратилось, хотя маловероятно, что в ближайшем будущем эта схема исчезнет. Дальнейшее совершенствование идет по пути улучшения существующей схемы за счет применения улучшенных технологий и современных материалов. Самая интересная разработка в области четырехтактных мотоциклетных двигателей — изменяемые фазы газораспределения, которая используется на данный момент в автомобильной промышленности, и ожидается ее появление на мотоциклах

Использование гидравлического привода в клапанном механизме

Иногда для устранения зазоре в клапанном механизме применяется гидропривод, таким образом, обеспечивается саморегулировка клапана («Zero-lash» (нулевой зазор)). Система гидропривода клапанов впервые была применена на мотоцикле Honda СВХ750 1980 года выпуска, сейчас компания Harley Davidson использует ее на всем модельном ряде своих двигателей.

У данной системы есть два основных преимущества: автоматическая компенсация зазора в клапанном механизме, изменяющегося за счет теплового расширения и износа, а также снижение уровня шума. Кроме того, за счет поддержания нулевого зазора между узлами устраняются ударные нагрузки, снижаются износ и инерционность.

Система обеспечивает поддержание нулевого зазора между кулачком и толкателем за счет давления масла, перемещающего телескопическую штангу. Двигатель, на котором компания Honda применила эту систему, снабжен механизмом газораспределения типа DOHC с коромыслами. Гидравлический толкатель служит опорой для коромысла и удерживает его в постоянном контакте с кулачками распредвала. Компания Harey Davidson расположила свой гидравлический толкатель между кулачком распредвала и штангой. Гидротолкатели фирмы Honda состоят из корпуса толкателя, плунжера (который устанавливается внутри корпуса), пружины, (размещающейся между плунжером и корпусом) и управляющего шарикового клапана. Полость плунжера выполняет роль резервуара для масла.

По мере того, как распредвал вращается, и кулачки воздействуют на подпятник коромысла, плунжер перемещается в корпусе вниз и сжимает пружину. При этом давление масла в камера высокого давления повышается и заставляет шарик управляющего клапана опускаться на свое седло, размешанное в камере. При дальнейшем воздействии кулачка на коромысло давление в камере предотвращает любое взаимное перемещение толкателя и плунжера, следовательно,усилие передается к клапану, который при этом открывается. В момент соприкосновения вершины кулачка с коромыслом давление достигает своего максимального значения, крошечное количество масла выдавливается по зазору между плунжером и корпусом толкателя, которое не только смазывает их соприкасающиеся поверхности, но также частично способствует поглощению удара при максимальной высоте подъема клапана. Как только вершина кулачка минует коромысло, и клапана начнут закрываться, давление на плунжер снизится, что позволит освободиться пружине в корпусе толкателя. По мера того как это происходит, давление масла в камере понижается, открывая управляющий клапан и масло проникает из резервуара в камеру до ее полного наполнения. Плунжер поднимается, выбирая все зазоры между узлами механизма до достижения равновесия.

Цепней привод газораспределительного механизма, натяжители

Доводом в пользу применения цепного при вода ГРМ, а не ремня ил и шестеренчатой передачи, может послужить низкая стоимость изготовления. Однако цепи вытягиваются по мере эксплуатации, и без устройства, поддерживающего необходимое натяжение, фазы газораспределения были бы неточными, и привод шумел бы при работе. В связи с этим все цепные приводы ГРМ оснащены натяжителем, воздействующим на провисающую ветвь цепи через «башмак». Кроме того, применяется направляющий башмак или успокоитель, располагающийся на натянутой ветви цепи, а на двигателях с газораспределительным механизмам DOHC устанавливается направляющая для верхней ветви цепи между звездочками распределительных валов. Определенное изначальное провисание цепи, заложенное в конструкцию цепного привода, полезно, поскольку оно намного облегчает процедуру демонтажа распредвала. Обычно периодически требуется вручную регулировать натяжитель для выбора всевозможного увеличения провисания. В настоящее время большинство натяжителей оснащены автоматической регулировкой с пружиной, воздействующей на плунжер храпового или винтового механизма.

Для ременного привода также необходим натяжитель, но он используется для обеспечения заданного натяжения только при установке ремня или обслуживании привода.

Улучшенные конструкции четырехтактного двигателя

Многоклапанные головки

Главная задача любого проектировщика двигателей заключается в повышении индикаторного КПД. Это означает увеличение мощности двигателя без увеличения его объема. Для этого необходимо, чтобы в камеру сгорания поступило большее количество топливовоздушной смеси: она должна сгореть наиболее эффективно, чтобы не пропал на один джоуль энергии топлива, и покинули цилиндр все отработавшие газы. Для достижения этого можно использовать карбюраторы с большим диаметром диффузора и снижать разрежение на впуске воздуха в двигатель, но только опредепенное количество смеси может пройти через клапан данного размера за данный промежуток времени. Так что очевидным решением является увеличение диаметра клапанов. Сложность заключается в том, что существует определенная площадь поверхности головки цилиндра, и дальнейшее увеличение клапанов ограничено этой площадью.

Чтобы решить эту задачу, конструкторы использовали два впускных клапана меньшего диаметра вместо одного большого, создав при этом трехклапанную головку. Два таких клапана обладают общей площадью поверхности большей, чем один большой клапан, и, хотя один клапан в отдельности легче, общая дополнительная масса возвратно-поступательно движущихся частей не перевешивает выгоды, связанной с ростом КПД. Еще одно преимущество от использования большего числа клапанов: каждый из них в отдельности меньше и легче, и, следовательно, они могут работать при более высоких скоростях с меньшей склонностью к зависанию или вибрации. Эта система предлагала определенные улучшения, и производители решили попробовать добавить еще один выпускной клапан. Так на суд общества была представлена четырех-клапанная головка (стоит отметить, что впускные клапана обычно слегка больше выпускных). Для привода многоклапанного механизма на двигателях с ГРМ типа DOHC требуется единственное изменение: необходимо использовать вильчатое коромыспо, которое одновременно соприкасается с двумя клапанами, или увеличить число кулачков на распредвале вдвое. Но в многоклапанных головках не обязательно использовать схему DOHC, альтернативой такой схеме могут служить двигатели компании Honda с четырехклапанной головкой и схемой механизма газораспределения SOHC (с вильчатыми коромыслами), а также V — образный двухцилиндровый двигатель СХ500 с толкателями и вильчатыми коромыслами.

Помимо очевидного преимущества — большей площади клапанов — многоклапаные головки привели к улучшению формы камеры сгорания и размещению свечи зажигания в наиболее предпочтительном месте — центре камеры, сгорания (в результате чего улучшается газообмен и сгорание становится более эффективным). Хорошим оригинальным примером такой камеры сгорания является запатентованная компанией Suzuki камера TSCC (двухвихревая камера сгорания). Классическая полусферическая форма камеры сгорания заменена камерой более плоской формы, а в области каждого седла клапана выполнена собственная миниатюрная полусфера. Поступающая в цилиндр смесь вовлекается в вихревое движение, способствующее и ускоряющее наполнение камеры сгорания. Для улучшения сгорания на многих двигателях применяют «сквэш-зону’ (squish-zone) по периметру камеры сгорания, которая, направляет смесь внутрь и вверх к свече зажигания по мере подъема поршня. Тогда при сгорании смеси пламя быстро распространяется, и энергия топлива выделяется наилучшим образом для получения максимальной мощности.

Другое усовершенствование сделано в конструкции впускного тракта, который сужается по мере приближения к клапану. Это создает «эффект Вентури», благодаря которому коэффициент истечения увеличивается, в то время как канал, по которому смесь течет, сужается. Но это хорошо только тогда, когда форма клапана, который обтекает смесь, и форма камеры сгорания, куда она попадает, работают «в тесном сотрудничестве» для достижения полноценного эффекта.

Yamaha утвердила концепцию, на один шаг опережающую развитие многоклапанных головок, использовав пятиклапанную головку на FZR и YZF750, а также и на V-образном двигателе Genes, объемом l000 кy6.см. с углом развала блоков 20 градусов. Благодаря использованию пяти клапанов (трех впускных и двух выпускных) достигается максимальное использование площади камеры сгорания, заданной ограничениями, связанными с круглой формой клапанов. В результате индикаторный КПД получается выше по сравнению с четырехклапанной головкой. Единственный недостаток этой конструкции заключается в увеличении стоимости производства головки цилиндра и механизма газораспределения.

Использование многоклапанных головок тесно сопряжено с текущей тенденцией использования короткоходных двигателей с увеличенным диаметром цилиндра с целью достижения больших частот вращения двигателя. В короткоходном двигателе поршень должен пройти меньший путь до того, как он начнет свой следующий рабочий ход, а увеличение диаметра цилиндра приводит к увеличению камеры сгорания, в которой может разместиться больше клапанов. Рост диаметра цилиндра также приводит к увеличению поверхности днища поршня, то есть увеличивается площадь, на которую воздействует сгорающая топливовоздушная смесь.

Десмодромный привод клапанов

Возможно, внушительно названная десмодромная схема газораспределения — категорический ответ на сложности, связанные с вибрацией и зависанием клапанов. На всех традиционных четырехтактных двигателях клапан закрывается под воздействием одной или двух возвратных пружин. Можно изменить пружины для того, чтобы избежать вибрации или отскока клапана, а также проблемы зависания. Но любое изменение — только компромисс, обычно любые положительные эффекты всегда сопровождаются отрицательными.

Десмодромный привод клапанов избегает этих проблем за счет использования дополнительного распредвала для привода дополнительных коромысел, которые принудительно закрывают клапана точно так же, как и открывают их. Клапан открывается за счет воздействия открывающего коромысла на стержень. По мере того, как кулачок проходит точку максимального подъема клапана, и коромысло начинает освобождать клапан, закрывающее коромысло заставляет клапан закрыться. На более поздних версиях системы используется один распредвал со всеми необходимыми кулачками.

Практически десмодромный привод клапанов достаточно экзотичен и дорог для большинства серийно производимых мотоциклов. Он используется только компанией Ducati и приводит к хорошему эффекту, особенно в случае применения его на спортивных двигателях. Можно поспорить, нужен ли он на дорожных машинах — особенно с двигателями большого объема, максимальная частота вращения которых ограничена из других соображений. Что не является поводом для спора, так это эффективность, с которой десмодромный привод устраняет проблемы зависания и вибрации клапанов.

[kkstarratings]
Share Button

Статью прочитали:
326

moto-manual.com

Устройство оппозитного двигателя

Изобретение двигателя внутреннего сгорания обеспечило достаточно широкий шаг вперед человечеству. Но при этом и добавило головной боли – как «выжать» из двигателя максимальную мощность.

Одним из решений этого вопроса стало усложнение конструкции силового агрегата, ведь КПД двигателя с двумя цилиндрами выше, чем с одним. Введение в конструкцию дополнительных систем и механизмов тоже внесло свою лепту, но основой для достижения более лучших показателей двигателя все же осталось количество цилиндров.

Использование нескольких цилиндров в двигателе внутреннего сгорания добавило еще один вопрос для конструкторов – положение цилиндров относительно друг друга.

Каждое из последующих решений этого вопроса привело к появлению силовых агрегатов разной конструкции, каждый со своими особенностями, достоинствами и недостатками.

Первой попыткой увеличения количества цилиндров стало расположение их в ряд. Что касается конструкции этого агрегата, он является одним из оптимальных, однако большее количество цилиндров сказывается на габаритных размерах, даже 6-цилиндровый рядный двигатель имеет большие габариты, не говоря уже о версиях с 8 и 12 цилиндрами.

Уменьшить габаритные размеры позволило расположение цилиндров в два ряда с углом развала между ними до 90 град. В результате этого длина двигателя сократилась почти вдвое притом же показателе мощности. Это позволило уже создание 8-ми и 12 цилиндровых силовых установок. Однако высота самой установки осталась практически идентичной рядному мотору. А данная особенность этих моторов имеет одну из самых негативных свойств – высокий центр тяжести.

Попытки уменьшить габаритные размеры силовой установки привели к появлению двигателей с двумя рядами цилиндров, но расположенных друг к другу уже под углом 180 град. Такие силовые установки получили название оппозитных.

Этот тип силовых установок при их сравнительно небольшой высоте все же не очень «прижился», из современных производителей автомобилей такие двигатели использует только Subaru и Porsche, также он часто используется на мотоциклах. Самым, пожалуй, массовым применением оппозитного двигателя было на Фольксваген Жук.

Основные типы оппозитных двигателей

Чтобы понять, какие плюсы и минусы имеет оппозитный двигатель, следует вначале более подробно разобраться в его типах и конструкции.

На данный момент существует два типа оппозитных агрегатов. Первый тип получил название «Боксер». Этот тип оппозитника является приоритетным.

У «Боксера» два ряда цилиндров расположены горизонтально. Конструкция коленчатого вала позволяет двум параллельно расположенным поршням двигаться синхронно. То есть, если в правом цилиндре поршень достиг ВМТ, то расположенный напротив его левый поршень тоже находится в этой точке.

Количество цилиндров оппозитного двигателя может варьироваться от четырех до двенадцати.

В целом тип двигателя «Боксер» очень схож с V-образным, он является 4-тактным, поэтому конструкция подразумевает наличие головок цилиндров с установленным в них механизмом газораспределения.

Второй тип оппозитного агрегата, который сейчас активно разрабатывается – ОРОС. Конструкция этого двигателя очень интересна. На каждый цилиндр у него приходится по два поршня, которые двигаются асинхронно, при этом энергия, выделяемая при сгорании топлива и получаемая этими поршнями передается на один коленчатый вал.

Двигатель ОРОС

Двигатель ОРОС является 2-тактным, что позволило отказаться от использования головок блока и механизма газораспределения. Подача топлива и отвод продуктов горения у этого мотора производится посредством окон, проделанных в гильзе цилиндра. Один из поршней в цилиндре двигателя ОРОС отвечает за впуск топлива, а второй – за отвод отработанных газов.

Еще одной особенностью такого мотора является формирование камеры сгорания цилиндра самими поршнями за счет асинхронного их движения. При движении поршней навстречу друг другу через впускное окно подается топливная смесь, которая поршнями сжимается, а при максимальном их сближении происходит воспламенение.

Конструкция двигателя ОРОС включает два и более цилиндра, расположенных под углом 180 град. Между этими цилиндрами устанавливается коленчатый вал. В каждом цилиндре расположено по два поршня, связанных с коленвалом шатунами. Шатуны внутренних поршней короткие, а вот внешних поршней – достаточно длинные. Поскольку поршни получают линейные разнонаправленные нагрузки, это позволило существенно снизить трение в подшипниках коленчатого вала, а значит и потери мощности. Эти положительные качества двигателей ОРОС привели к тому, что ими сейчас активно занимаются многие ведущие автомобильные компании.

Устройство ОРОС

Стоит также упомянуть созданный отечественными конструкторами танковый двигатель 5ДТФ. Этот силовой агрегат тоже относился к типу ОРОС, однако конструкция его была еще интересней. В каждом цилиндре этого мотора тоже располагалось по два поршня, но усилие они передавали каждый на свой коленчатый вал. Поэтому у 5ДТФ имелось два коленчатых вала, установленных там, где у обычного оппозитного двигателя располагалась головка блока.

Положительные свойства оппозитных агрегатов

Все эти конструктивные особенности обеспечили оппозитным силовым установкам ряд преимуществ.

Достичь значительного уменьшения габаритных размеров с появлением оппозитного двигателя не особо удалось. Он небольшой по высоте и благодаря особой конструкции кривошипно-шатунного механизма имеет сравнительно меньшую длину, чем у других типов двигателей. Но он достаточно широк из-за того же большого угла положения рядов цилиндров относительно друг друга.

Из-за небольшой высоты, но достаточно большой ширины оппозитный двигатель имеет низкий центр тяжести, что является одним из основных его преимуществ. Автомобиль с таким мотором значительно устойчивее на дороге.

Оппозитные двигатели конструктивно очень сбалансированы. Уровень вибрации данного типа двигателя значительно ниже, чем рядного или V-образного. Самую лучшую балансировку имеют 6-цилиндровые оппозитники.

Из-за расположения силовой установки на одном уровне с трансмиссией обеспечивается максимальная передача крутящего момента.

Последним положительным качеством оппозитников является значительный ресурс, но, правда, только при своевременном техническом обслуживании.

Что касается двигателей ОРОС, то они способны работать практически на любом виде топлива, даже с невысокими эксплуатационными показателями.

Особая конструкция двигателя ОРОС, а также использование только двух тактов позволяет существенно снизить потребление топлива, примерно на 50% меньше, чем самый экономичный турбодизельный агрегат.

В нём удалось снизить степень сжатия до 16, соответственно температура сгорания топлива понижается, а значит и нагрузки на поршневую систему. К тому же при сравнительно компактных размерах и массе, этот двигатель способен обеспечить большой выход мощности. Двухцилиндровая установка ОРОС при своей массе в 6 кг способна выдать 13,5 л.с., а на один литр объёма 250 л.с. плюс к этому танковая тяга до 900 Нм. Такой показатель для других типов двигателей невозможен.

Недостатки этого типа силовых агрегатов

Преимуществ у оппозитных моторов достаточно, но не меньше у них и недостатков, что и привело к не очень распространенному их использованию.

Эти моторы конструктивно сложны, поэтому стоимость их большая, что сказывается на цене обслуживания и ремонта. К тому же сам ремонт их достаточно сложен и требует высокой квалификации от исполнителей. Найти толкового мастера, способного отремонтировать оппозитник крайне сложно.

Горизонтальное положение поршней приводит к тому, что поверхность гильз изнашивается неравномерно, из-за чего в камеры сгорания начинает просачиваться масло. «Жор» масла у автомобилей марки Subaru – явление, можно сказать, обыденное.

Чтобы добиться большего выхода мощности все оппозитные двигатели оснащаются турбонаддувами, которые позволяют увеличить мощностный показатель на 30-40%. Но наличие того же наддува усложняет конструкцию, при этом со временем из-за износа его элементов наддув тоже начнет «гнать» масло в цилиндры, увеличивая в разы его расход.

Трудно сказать, как себя будет показывать двигатель ОРОС в эксплуатации, будут ли у него те же проблемы что и у стандартного оппозитника. Это станет понятным только спустя некоторое время с момента выпуска первых автомобилей с ним.

Попытки использовать оппозитный силовые установки делали многие именитые автомобильные компании, однако практически все они от них отказались. Тем не менее, работы по улучшению оппозитников ведутся постоянно и на исследования выделяются значительные ресурсы.

autoleek.ru

принцип работы, плюсы и минусы

Оппозитный двигатель — это не просто техника, которая опередила свое время, а на самом деле решение многих задач, которые не способны решить многие современные традиционные двигатели.

Что такое оппозитный двигатель? Видео

Оппозитный двигатель представлен особым типом силовой установки, которая напоминает сама по себе традиционный двигатель, однако цилиндры при этом расположены – горизонтально. В простонародье данный мотор получил название «боксер». Это обусловлено движением поршней друг от друга, либо же друг другу, навстречу. Однако, при этом два поршня находятся в одинаковом положении.

Оппозитный двигатель. Фото

Первым образцом является двигатель от компании Volkswagen в 1938 году. В то время агрегат состоял из 4-цилиндрового «оппозитника» объемом 2 литра, мощностью 150 лошадиных сил. После этого мотор приобрел популярность и начал широко использоваться.

Оппозитный двигатель Субару

На сегодняшний день оппозитные двигатели производят и устанавливают компании Subaru и Porsche. До недавнего времени такую участь также разделяли и Toyota, Honda, Ferrari, и само собой, родоначальник оппозитных моторов – Volkswagen. Подобные установки можно заметить не только в мотоциклах, автобусах фирмы Икарус, но и в некоторых танках.

Видео про оппозитный двигатель Субару:

 

Принцип работы оппозитного двигателя. Видео

Чтобы сформировать окончательную картину о том, что же из себя представляет оппозитный двигатель, следует разобраться в его строении. Повторим то же, что было сказано ранее – это ДВС, которому свойственна одна особенность – движение пары поршней производится в горизонтальной плоскости. Вторая же пара по соседству находится также в горизонтальном положении.

Общая сумма таких цилиндров может достигать 12, начинается, конечно же, отсчет с 2. Количество обязательно будет кратно двум. Наиболее популярными образцами являются 4 и 6 цилиндров. Опытные механики и профессионалы отметили, что схема работы 2-х и 4-х цилиндрового оппозитника не слишком то и отличается от традиционного двигателя. Особенности начинают проявляться начиная с шести цилиндров.

Видео принципа работы оппозитного двигателя  Субару:

 

Разновидность оппозитных двигателей

Не будет новостью, что сам принцип работы зависит от особенности вида агрегата. Это относится и к оппозитным двигателям.

Они делятся на:

  1. Оппозитные боксер, которые часто применяются в автомобилях марки Subaru. Что касается принципа их работы, то следует сказать, что поршни при этом располагаются за заранее определенной дистанции друг от друга, на одинаковом расстоянии от оси двигателя. Но при этом каждый поршень расположен отдельно друг от друга в цилиндрах. Данный принцип работы схож с поединков в боксе, откуда, собственно, и название;

    Оппозитный двигатель — боксер. Фото

  2. ОРОС кардинально отличается от боксера, как строением, так и последовательностью работы поршней. Данные агрегаты относятся к двухтактным. Один из цилиндров расположен сразу за двумя поршнями, которые прикреплены к единому коленчатому валу. Один из них ответственный за впуск смеси, второй – за своевременность выхода продуктов сгорания. В данной конструкции отсутствует головка, которая в большинстве случаев имеется на блоке цилиндра. К преимуществам ОРОС двигателей относится то, что поршни «работают на один коленчатый вал». Именно это позволяет создавать эти двигатели небольших размеров и массой. Из этого вытекает более широкая сфера их применения. Также этот двигатель одинаково работает что на дизельном топливе, что на бензиновом. При всем при этом поршни проходят гораздо меньше расстояние, в связи с чем сила трения в разы меньше, что продлевает жизнь двигателя. А еще, учитывая то, что он обладает меньшим размером и массой, следовательно, для его изготовления требуется в раза два меньше деталей. Это позволяет сэкономить средства. Общим недостатком ОРОС двигателей является то, что они не так давно были разработаны и по сей день совершенствуются. Из-за этого не стоит исключать непредвиденные проблемы в процессе его эксплуатации;

    ОРОС двигатель оппозитный. Фото

  3. Танковые двигатели. Оппозитный двигатель рассчитан также и на работу военной техники, имеющую крупные габариты. Поршни при этом делят один цилиндр и двигаются в одном и том же направлении, однако каждый имеет свой коленчатый вал. Камера сгорания создается в тот момент минимального расстояния между поршнями. Сходством с ОРОС является то, что в сами цилиндры входит воздух, а излишние газы с помощью турбонаддува удаляются. Данная силовая установка обладает мощностью в 700 лошадиных сил, предельное количество оборотов – 2000. Объем при этом равен шести, либо тринадцати литрам.

    Танковый оппозитный двигатель. Фото

Плюсы оппозитных двигателей

Вне зависимости от вида мотора, оппозитные двигатели имеют общие достоинства, среди которых можно выделить:

Минусы оппозитных двигателей

Разумеется, в мире нет ничего идеального, что можно сказать и о оппозитных двигателях. К недостаткам относятся:

  • Весьма большая сумма на обслуживание, которое требует вмешательство профессионалов;
  • Большая стоимость запчастей;
  • Сложность всей конструкции в целом;
  • Более высокая затрата масла при работе.

Но даже учитывая вышеперечисленные минусы, многим производителям это не мешает устанавливать оппозитные двигатели на свои автомобили. Перед этим происходит взвешивание всех плюсов и минусов.

Главный из плюсов является больше возможностей и шире перспективы. Ведь, по сути, все недостатки упираются в денежные средства. Однако, большая часть людей осознает тот факт, что за хорошее качество требуется отдавать больше денег. К тому же, использование оппозитных двигателей является следующей ступенью в технологическом развитии.

 

Различия между оппозитным и рядным четырехцилиндровым двигателем

Сейчас мы будем говорить об общих чертах и отличительных особенностях рядных и оппозитных четырёхцилиндровых двигателях Boxer Four и Straight Four. А так же об их плюсах и минусах. Ниже короткое видео где подробно все описано.

Различия между оппозитным и рядным четырехцилиндровым двигателем. Видео

  1. Обе конструкции работают по принципу четырёхтактного цикла — пуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
  2. В обеих конструкциях рабочий ход происходит каждые 180 градусов поворота количества валов, но у них немного разный порядок зажигания.
  3. На каждом двигателе мы видим мы видим цилиндры под номерами 1, 2, 3, 4. Для оппозитных порядок зажигания 1, 3, 2, 4., а для рядной 1, 3, 4, 2. Так что порядок работы двух последних цилиндров поменян. Эта разница влияет на то как двигатель сбалансирован. У оппозитного двигателя пары цилиндров, наружу и во внутрь, двигаются вместе. Это значит, что сила инерции первого порядка, которая возникает, когда поршень достигает верхне или нижней мёртвой точки взаимокомпенсируются. С рядным четырёхтактном двигателем та же история — силы инерции первого порядка взаимокомпенсируют друг друга, что касается силы инерции второго порядка — здесь двигатели начинают отличаться. Силы инерции второго порядка создаются за счёт того, что поршень движется быстрее верхней части цилиндра, чем в нижней. Когда поршень достигает максимальной или минимальной мёртвой точки, силы инерции второго порядка направлены вверх или вниз от поршня. У оппозитного двигателя, поскольку поршни расположены напротив друг друга, эти силы инерции сбалансированы, что обеспечивает ровную работу двигателя. В рядный четырёхцилиндровой установке все силы направлены в одном направлении, из-за чего двигатель начинает вибрировать, если не использовать балансировочные валы.

Но всё-таки оппозитный двигатель не идеален, из-за того что поршни находятся не на одной линии друг с другом создаётся крутящий момент, который способствует вращению двигателя по вертикальной оси.

КСТАТИ ГОВОРЯ! Если добавить по два цилиндра к любой из конструкций, будь это оппозитная или рядная шестёрка, все силы инерции крутящего момента будут скомпенсированы.

Вы наверное подумали, что оппозитная шестёрка будет иметь вибрации из-за группы 3-х поршней, но каждая группа из трёх поршней балансирует вибрацию другой группы. Если сравнить размеры двигателей Subaru EJ20 2.0L Boxer-4 и Toyota 22R-E 2.0L Inline-4, то они практически одинаковые, с такой конфигурацией двигатели обычно не выполняют объёма более трёх литров, но раньше их выпускали гораздо большего объёма.

Самая большая современная рядная четвёрка — это бензиновый двигатель от автомобиля Toyota Tacoma, объёмом 2,7 литров.

Но это не значит, что рядная четвёрка не имеет своих преимуществ:

  1. Как правило, она более компактная, имеет только одну крышку цилиндров и не такая широкая. Что оставляет больше места для подвески и позволяет уменьшить радиус поворота, так как шины автомобиля имеют больше места для поворота.
  2. Что касается газораспределительного механизма, эта конкретная рядная четвёрка имеет один распредвал с верхним расположением, но чаще в современных автомобилях встречается два распредвала.
  3. Большим преимуществом рядной четвёрки является, то что она имеет только одну головку цилиндра, один впускной и один выпускной распредвал, меньше движущихся частей, меньше веса, а так же намного проще добраться до колодки цилиндра для обслуживания, будь это регулировка клапанов, или замена свеч с рядной конфигурацией — это сделать намного проще.

Наконец мы добрались до темы звучания двигателей. Многие люди утверждают, что оппозитные двигатели звучат лучше, но на самом деле это не преимущество. Этот звук связан с тем, что выхлопные патрубки имеют разную длину.

И так как Субару отказались от данной конструкции выхлопа, новые оппозитные четвёрки будут звучать так же как и остальные четырёхцилиндровые двигатели. Конечно можно создать выхлопную систему с патрубками, которые имеют разную длину, для получения уникального звука выхлопа. Но это может ухудшить продувку цилиндра из-за неравных пульсаций, да и особого смысла в этом нет. Однако, что касается оппозитного двигателя, установка патрубков с разной длинной кажется привлекательной.

Сложности ремонта и обслуживания оппозитных двигателей

Как было сказано ранее, если требуется провести какие-либо манипуляции на двигателе, без помощи специалиста не обойтись. В оппозиционном двигателей без последствий получится собственноручно произвести лишь  замену масла.

Одним из факторов, который имеет значительное влияние на срок службы – это вовремя и систематично проведенная раскоксовка. При этой процедуре производится очистка камеры сгорания, клапанов и поршней от скопившегося нагара. Лучше всего данную процедуру проводить осенью, либо в начале весны. Именно в этот период будет разумным и проверка масла с его сменной.

vaznetaz.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о