Рядный четырехцилиндровый двигатель
 | Эта статья , возможно, содержит оригинальные исследования . ( декабрь 2023 г. ) |
Оппозитный четырехцилиндровый двигатель , также известный как оппозитный четырехцилиндровый двигатель или оппозитный двигатель . [1] представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель с двумя рядами цилиндров, расположенными по разные стороны от общего коленчатого вала. Наиболее распространенным типом оппозитного четырехцилиндрового двигателя является оппозитный четырехцилиндровый двигатель , в котором каждая пара противоположных поршней движется внутрь и наружу одновременно.
Оппозитный четырехцилиндровый двигатель имеет идеальный первичный и вторичный баланс, однако наличие двух головок блока цилиндров означает, что производство этой конструкции обходится дороже, чем рядного четырехцилиндрового двигателя . В плоскости поршней возникает незначительный вторичный несбалансированный импульс крутящего момента, когда поршневая пара на одном конце двигателя находится в ВМТ, а другая пара — в НМТ. Пара ВМТ создает крутящий момент, больший, чем пара НМТ, поэтому разница составляет чистый несбалансированный импульс крутящего момента. Разница в силах инерции ВМТ и НМТ объясняется в разделе «Балансировка двигателя» . Двигатели Boxer-four используются в автомобилях с 1897 года, особенно Volkswagen и Subaru. Их также иногда использовали в мотоциклах и часто в самолетах. Cessna и Piper используют четырехцилиндровые оппозитные двигатели от Lycoming и Continental в самых распространенных гражданских самолетах в мире — Cessna 172 и Piper Cherokee , в то время как многие сверхлегкие самолеты и самолеты LSA используют версии Rotax 912 .
Дизайн
[ редактировать ]
В четырехцилиндровом двигателе каждая пара противоположных поршней последовательно движется вместе внутрь и наружу. Преимуществами оппозитной четверки являются идеальная вторичная вибрация (приводящая к минимальной вибрации), низкий центр тяжести и небольшая длина двигателя. В четырехцилиндровом оппозитном двигателе успешно используется воздушное охлаждение , хотя двигатели с воздушным охлаждением более шумные и имеют меньшую выходную мощность, чем эквивалентный двигатель с жидкостным охлаждением . В легких самолетах, где легкость имеет первостепенное значение, традиционно использовалось воздушное охлаждение. [2]
Недостатками оппозитных четырехцилиндровых двигателей (по сравнению с рядными четырехцилиндровыми двигателями) являются их дополнительная ширина, повышенные затраты, связанные с наличием двух головок цилиндров вместо одной, а также длинный выпускной коллектор, необходимый для достижения равномерно распределенных импульсов выхлопа. [3] Из-за этих факторов рядные четырехцилиндровые двигатели более распространены в автомобилях, чем оппозитные четырехцилиндровые двигатели, а двигатели V6 часто используются там, где требуются большие объемы рабочего объема. [4]
Баланс двигателя
[ редактировать ]Равные и противоположные силы, создаваемые в оппозитном четырехцилиндровом двигателе, приводят к идеальному вторичному балансу (в отличие от несбалансированных вертикальных сил, создаваемых рядными четырехцилиндровыми двигателями). Таким образом, четырехцилиндровые оппозитные двигатели лучше подходят для объемов двигателя более 2,0 л (122 куб. Дюймов), поскольку им не требуются уравновешивающие валы для снижения вторичной вибрации.
В оппозитном двигателе каждый цилиндр немного смещен относительно противоположной пары из-за расстояния между шатунными шейками. Такое смещение порождает легкое покачивание пары , [5] : 27 но любая возникающая в результате вибрация обычно недостаточна для использования балансировочных валов.
Как и во всех четырехтактных двигателях с четырьмя или менее цилиндрами, отсутствие перекрытия рабочих тактов приводит к пульсирующей передаче крутящего момента на маховик , вызывая крутильную вибрацию вдоль оси коленчатого вала. [6] Такую вибрацию, если она чрезмерна, можно минимизировать с помощью демпфера гармоник .
Выпускной коллектор
[ редактировать ]Типичный порядок зажигания оппозитного четырехцилиндрового двигателя заключается в том, что левый ряд цилиндров зажигается один за другим, за которым следует правый ряд цилиндров (или наоборот), с интервалом зажигания равномерным 180 градусов. Традиционно выхлопы двух цилиндров на каждом ряду объединялись, в результате чего неравномерные импульсы выхлопа вызывали характерный звук выхлопа «четырехрядный звук».
Другая распространенная конфигурация выхлопа (например, используемая Subaru с середины 2000-х годов) заключается в объединении цилиндров со смещением интервала зажигания на 360 градусов для оптимизации импульсов выхлопа . [7] [8] [9] Эта конфигурация требует длинных выпускных коллекторов для соединения цилиндров на противоположных берегах, что приводит к менее характерному звуку выхлопа.
Использование в автомобилях
[ редактировать ]1900–1935
[ редактировать ]
выпустила первый оппозитный четырехцилиндровый двигатель В 1900 году компания Benz & Cie на основе оппозитного двухцилиндрового двигателя Benz 1897 года «контра». [ нужна ссылка ] Этот двигатель использовался в гоночных автомобилях Benz, имел мощность 20 л.с. (15 кВт), рабочий объем 5,4 л (330 куб. Дюймов) и был разработан Георгом Дилем.
Лондонская компания Wilson-Pilcher выпустила свой первый автомобиль в 1901 году, оснащенный четырехцилиндровым оппозитным двигателем. Этот двигатель устанавливался продольно на шасси, имел водяное охлаждение, мощность 9 л.с. (7 кВт) и рабочий объем 2,4 л (146 куб. Дюймов). Необычно для того времени то, что диаметр цилиндра и ход поршня были равны, каждый из которых составлял 95 мм (3,7 дюйма).
В 1902 году автомобиль Buffum был оснащен оппозитными четырехцилиндровыми двигателями мощностью 16 лошадиных сил. Герберт Х. Баффум производил американский автомобиль под названием Buffum в Абингтоне, штат Массачусетс, с 1903 по 1907 год. [10]
Ранее выпускавшая оппозитные двухцилиндровые двигатели, Tatra 30 1926 года стала первой моделью чешской компании, оснащенной четырехцилиндровым оппозитным двигателем. Tatra производила различные модели с четырехцилиндровым двигателем в 1920-х и 1930-х годах.
1936–1999
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2023 г. ) |
1936 года Tatra T97 стала пионером в заднемоторной оппозитной четверке с воздушным охлаждением и опорной компоновкой шасси (позже использованной Volkswagen Beetle ), и в то же время, хотя и не связанной с этим, из Австрии появился Steyr 50 с передним оппозитным двигателем 4. двигатель с задним приводом. Также в 1936 году английская компания Jowett расширила свой модельный ряд от оппозитных двухцилиндровых двигателей до четырехцилиндровых оппозитных двигателей. Производство четырехцилиндровых двигателей Jowett продолжалось до 1954 года, когда прекратилось производство седана Javelin и Jowett Jupiter спортивных моделей .
Самым продолжительным серийным оппозитным четырехцилиндровым двигателем является двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением , который производился с 1938 по 2006 год и наиболее широко использовался в заднемоторных Volkswagen Beetle 1938–2003 годов и Volkswagen Transporter 1950–1983 годов . [11] Этот двигатель с воздушным охлаждением был разработан компанией Porsche и также использовался в Porsche 356 1948–1965 годов , Porsche 550 1953–1956 годов , Porsche 912 1965–1969 годов и Porsche 914 1969–1976 годов . была представлена версия с водяным охлаждением под названием Volkswagen Wasserboxer . В 1984 году в целях соблюдения норм по выбросам выхлопных газов в Volkswagen Transporter (T3)
В течение 1960-х и 1970-х годов несколько производителей производили оппозитные четырехцилиндровые двигатели, в том числе оппозитный четырехцилиндровый двигатель Citroën с водяным охлаждением с воздушным охлаждением, четырехцилиндровый оппозитный двигатель Alfa Romeo с водяным охлаждением , четырехцилиндровый оппозитный двигатель Lancia с водяным охлаждением. и Subaru ЕА движок .
Двумя важными двигателями, разработанными в этот период, но так и не увидевшими свет в серийном производстве, были 800-кубовый двигатель Morris с боковыми клапанами, созданный Алеком Иссигонисом в 1947 году, первоначально предназначавшийся для Morris Minor, и 2,2-литровый двигатель Ferguson SOHC, созданный Клодом Хиллом в 1966 году. в рамках исследовательского проекта автомобиля R5.
2000 – настоящее время
[ редактировать ]
К 2000 году большинство производителей заменили оппозитные четырехцилиндровые двигатели на рядные четырехцилиндровые. с водяным охлаждением Заметным исключением является Subaru: двигатель Subaru EJ доступен с турбонаддувом в спортивном седане Subaru WRX и его аналоге World Rally Car . Переход Subaru на полный привод стал фактором сохранения оппозитного четырехцилиндрового двигателя, поскольку более короткая длина этого двигателя помогает разместить компоненты полного привода в шасси. [12] Хотя он дороже, чем рядный четырехцилиндровый двигатель, оппозитный четырехцилиндровый двигатель позволяет Subaru создать полноприводный автомобиль с небольшими дополнительными затратами по сравнению с двухколесным приводом. [12]
В 2012 году безнаддувная версия двигателя Subaru FA использовалась в Toyota 86 (также называемом «Subaru BRZ» и «Scion FR-S»). заднеприводном спортивном купе [13] Этот двигатель имеет водяное охлаждение, непосредственный впрыск бензина , мощность 147 кВт (197 л.с.) и рабочий объем 2,0 л (122 куб. Дюймов).
со средним расположением двигателя 2016 года Спортивные автомобили Porsche Boxster/Cayman (982) были уменьшены с безнаддувного оппозитного шестицилиндрового двигателя до четырехцилиндрового оппозитного двигателя с турбонаддувом, первого оппозитного четырехцилиндрового двигателя Porsche с середины 1970-х годов. Этот двигатель производится объемом 2,0–2,5 л (122–153 куб. Дюймов) и развивает мощность до 365 л.с. (272 кВт). [14] Некоторые обозреватели раскритиковали Boxster/Cayman за скучный звук двигателя. [15] [16] [17]
Использование в мотоциклах
[ редактировать ]
Большинство мотоциклов с четырехцилиндровыми двигателями используют рядную четырехцилиндровую схему двигателя использовалось несколько оппозитных четырехцилиндровых двигателей , однако в мотоциклах с валовым приводом :
- 1938–1939 Zündapp K800 (с воздушным охлаждением)
- 1974–1987 Honda Gold Wing (с жидкостным охлаждением)
- 1955–1956 Wooler 500cc (с воздушным охлаждением)
- 1981–1982 BFG 1300 (на французском языке) с воздушным охлаждением с четырехцилиндровым оппозитным двигателем Citroën . Было построено около 450 экземпляров, четверть из которых приобрела французская полиция. [18] [19]
Использование в самолетах
[ редактировать ]
В легких самолетах обычно используются четырехцилиндровые оппозитные двигатели объемом до 6,4 л (390 куб. дюймов) от таких производителей, как Lycoming Engines , Continental Motors и Franklin Engine Company .
Для радиоуправляемых самолетов четырехцилиндровые оппозитные двигатели объемом 40–50 куб.см (2,4–3,1 куб. дюйма) производятся такими компаниями, как OS Engines .
Примечательным недавним четырехцилиндровым оппозитным авиационным двигателем является с боковыми клапанами бельгийский D-Motor LF26 . [20] Хотя от формата бокового клапана уже давно отказались в большинстве автомобильных применений, поскольку его камера сгорания является препятствием для высоких оборотов двигателя , двигатель D-Motor с огромной площадью (1,295:1) представляет собой очень простой, низкооборотный, компактный, надежный легкий авиационный двигатель (без тяжелого усложнения клапанного механизма верхнего расположения) [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Так называемая «боксерская» конфигурация чем-то похожа на то, как участники бокса сбивают перчатки перед боем.
- ^ К признанным производителям таких авиационных двигателей с воздушным охлаждением относятся Lycoming и Continental .
- ^ Нанни, MJ (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Баттерворт-Хайнеманн. п. 13 . ISBN 978-0-7506-8037-0 .
- ^ Статья о двигателе [1]
- ^ Уилсон, Хьюго (1995). «А-Я мотоциклов». Энциклопедия мотоцикла . Лондон, Великобритания: Дорлинг Киндерсли. ISBN 0-7513-0206-6 .
- ^ Томсон. Теория вибрации и ее приложения. п. 190. Динамика возвратно-поступательных сил. «Прентис Холл Инк.», США, 1965 г.
- ^ Объявление о выхлопе Legacy на японском языке: «Fuji Heavy Industries, информация для прессы» . 23 мая 2003 г. Архивировано из оригинала 15 мая 2016 г. Проверено 16 декабря 2013 г.
- ^ Объявление о выхлопе Forester на японском языке: «Fuji Heavy Industries, пресс-релиз» . 27 января 2005 г. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 16 декабря 2013 г.
- ^ Объявление о выхлопе Impreza на японском языке: «Fuji Heavy Industries, пресс-релиз» . 05.06.2007. Архивировано из оригинала 9 марта 2016 г. Проверено 16 декабря 2013 г.
- ^ «Буффум-автомобиль» . Фарбер и партнеры. Архивировано из оригинала 23 апреля 2019 г. Проверено 27 октября 2019 г.
- ^ «Двигатель, построенный Бенцем, до сих пор жив» . Глобус и почта . 29 апреля 2010 г. Проверено 1 сентября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Степлер, Ричард (сентябрь 1994 г.). «Предварительный просмотр: три способа получить контроль» . Популярная наука . 245 (3): 44 . Проверено 23 октября 2011 г.
- ^ Бонк, Аарон (07 февраля 2013 г.) (07 февраля 2013 г.). «Как работают оппозитные двигатели и почему вам следует обратить внимание на новый Subaru FA20» . Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 г. Проверено 8 января 2014 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «Производительность: новый 718 Boxster» . Порше. 2016 . Проверено 1 ноября 2016 г.
- ^ «Порше 718 Кайман 2019 года» . www.caranddriver.com . 14 мая 2019 года . Проверено 1 сентября 2019 г.
- ^ «Обзор Porsche 718 Cayman – Porsche начального уровня превосходит свой вес» . www.evo.co.uk. Проверено 1 сентября 2019 г.
- ^ «Обзор Porsche 718 Cayman First Drive 2017 года: производительность превосходит звук» . www.motortrend.com . Проверено 1 сентября 2019 г.
- ^ Джулиан Марш (10 июня 2000 г.). «Мотоциклы BFG и MF» . Citroenet.org.uk . Проверено 6 декабря 2011 г.
- ^ Джулиан Марш. «Оппозитный двигатель GS и GSA» . Citroenet.org.uk . Проверено 6 декабря 2011 г.
- ^ Модульный вариант LF26 - 4-литровый оппозитный шестицилиндровый двигатель D-Motor LF39.
- ^ Примечание. Низкооборотный двигатель идеально подходит для привода воздушного винта, который обычно наиболее эффективен при частоте вращения около 2000 об / мин. Если клапан в двигателе с боковым клапаном застрянет в открытом положении, он не сможет ударить поршень и вызвать отказ двигателя; двигатель будет продолжать работать только с этим неработающим цилиндром. Это важная функция безопасности авиационных двигателей.
