Плоский двигатель

Плоский двигатель — это поршневой двигатель , цилиндры которого расположены по обе стороны от центрального коленчатого вала . Плоские двигатели также известны как горизонтально-оппозитные двигатели , однако они отличаются от менее распространенной конструкции двигателей с оппозитными поршнями , в которых каждый цилиндр имеет два поршня, разделяющих центральную камеру сгорания.

Наиболее распространенной конфигурацией оппозитных двигателей является конфигурация оппозитного двигателя , в которой поршни каждой оппозитной пары цилиндров движутся одновременно внутрь и наружу. Другая конфигурация представляет собой V-образный двигатель с углом между рядами цилиндров 180 градусов; в этой конфигурации каждая пара цилиндров имеет одну шатунную шейку, так что когда один поршень движется внутрь, другой движется наружу.

Первый плоский двигатель (Benz Contramotor) был построен в 1897 году Карлом Бенцем . Плоские двигатели используются в авиации, мотоциклах и автомобилях. Сейчас они менее распространены в автомобилях, чем рядные двигатели (для двигателей с числом цилиндров менее шести) и V-образные двигатели (для двигателей с шестью и более цилиндрами). Плоские двигатели более распространены в самолетах, где прямые двигатели - редкость, а V-образные двигатели почти исчезли, за исключением исторических самолетов. Они даже заменили радиальные двигатели на многих небольших установках.

Дизайн

Достоинствами плоских двигателей являются малая длина, низкий центр масс и пригодность для воздушного охлаждения .

По сравнению с более распространенными прямыми двигателями , плоские двигатели имеют лучший первичный баланс (что приводит к меньшей вибрации); ^[1] однако недостатками являются увеличенная ширина и необходимость иметь две головки блока цилиндров. По сравнению с двигателями V — наиболее распространенной компоновкой двигателей с шестью и более цилиндрами — плоские двигатели имеют более низкий центр масс и лучший первичный баланс, чем двигатели V6, однако они обычно имеют большую ширину. ^[2]

Наиболее распространенные варианты использования плоских двигателей:

Плоские двухцилиндровые двигатели в основном используются в мотоциклах. Иногда они использовались в легких автомобилях, самолетах и промышленности, в основном до 1960-х годов.
Рядные четырехцилиндровые двигатели в основном используются в автомобилях (особенно в более ранних версиях Volkswagen Type 1–4 . и Subaru) ^[2] в большинстве их моделей) и иногда использовались в мотоциклах. Чаще всего они используются в небольших одномоторных самолетах авиации общего назначения , в которых они производятся и используются по сей день.
Плоские шестицилиндровые двигатели в основном используются в автомобилях (особенно в спортивном автомобиле Porsche 911), а иногда и в мотоциклах и самолетах.
Плоско-восьмерочные двигатели использовались в нескольких гоночных автомобилях, в основном в Porsche в 1960-х годах.
двигатели Flat-Ten Известно, что не дошли до производства. Прототип двигателя дорожного автомобиля был построен компанией Chevrolet в 1960-х годах.
Плоско-двенадцатицилиндровые двигатели использовались в различных гоночных автомобилях, особенно в Porsche 917K в 1960-х и 1970-х годах, а также в Ferrari с 1973 по 1996 год. дорожных автомобилях
Известно, что плоско-шестнадцатицилиндровые двигатели не дошли до производства. Прототипы двигателей для гоночных автомобилей были построены компаниями Coventry и Porsche в 1960-х и 1970-х годах.

Конфигурация боксера

1954 года выпуска BMW R68 Оппозитный оппозитный двигатель

В большинстве плоских двигателей используется «боксерская» конфигурация, в которой каждая пара противоположных поршней движутся внутрь и наружу одновременно, что-то вроде того, как участники бокса сбивают перчатки вместе перед боем. ^[3] Оппозитные двигатели имеют низкую вибрацию, поскольку являются единственной распространенной конфигурацией, не имеющей неуравновешенных сил независимо от количества цилиндров. Поэтому оппозитные двигатели не требуют балансирного вала. ^[4] или противовесы на коленчатом валу для балансировки веса возвратно-поступательных частей. Однако качающаяся пара присутствует, поскольку каждый цилиндр немного смещен относительно противоположной пары из-за расстояния между шатунными шейками вдоль коленчатого вала. ^[3]

180-градусный V-образный двигатель

Альтернативной конфигурацией оппозитных двигателей является V-образный двигатель с развалом 180 градусов , который использовался в большинстве двенадцатицилиндровых оппозитных двигателей. В этой конфигурации каждая пара поршней имеет общую шатунную шейку , а не в оппозитной конфигурации, где каждый поршень имеет собственную шатунную шейку.

Использование авиации

Стартер Riedel времен Второй мировой войны

В 1902 году моноплан Пирса (который позже стал одним из первых самолетов, совершивших полет) был оснащен двухцилиндровым оппозитным двигателем. Среди первых самолетов серийного производства, в которых использовался оппозитный двигатель, можно назвать серию самолетов Santos-Dumont Demoiselle 1909 года , оснащенных оппозитными двухцилиндровыми двигателями. ^{[ нужна ссылка ]}

Несколько оппозитных четырехцилиндровых двигателей были произведены специально для легких самолетов. Несколько производителей производили авиационные двигатели оппозитный шестицилиндровый двигатель в 1930-х и 1940-х годах. ^{[ нужна ссылка ]}

Во время Второй мировой войны оппозитные двухцилиндровые двигатели, называемые «стартерами Риделя», использовались в качестве стартера/механического ВСУ для первых немецких реактивных двигателей, таких как Junkers Jumo 004 и BMW 003 . разработанные Норбертом Риделем Эти двигатели, , имеют очень прямоугольное соотношение хода 2:1, поэтому их можно разместить внутри впускного коллектора, непосредственно перед турбинным компрессором. ^{[ нужна ссылка ]}

Использование мотоцикла

Плоские двигатели дают мотоциклам ряд преимуществ, включая низкий центр масс , низкую вибрацию, возможность использования карданного вала и даже охлаждение цилиндров (для двигателей с воздушным охлаждением). ^[5]^[6] Наиболее распространенной конструкцией плоских двигателей для мотоциклов является оппозитный двигатель, начиная с модели Fée 1905 года, выпускаемой компанией Light Motors Company, которая была первым серийным мотоциклом, в котором использовался плоский двигатель. ^[7] BMW Motorrad имеет долгую историю производства мотоциклов-боксеров-близнецов, начиная с 1923 года с BMW R32. ^[5]

Несколько мотоциклов были произведены с четырехцилиндровыми оппозитными двигателями, например, Zündapp K800 1938–1939 годов и Honda Gold Wing 1974–1987 годов . В 1987 году двигатель Honda Gold Wing был увеличен до оппозитного шестицилиндрового двигателя. ^{[ нужна ссылка ]}

Использование в автомобилестроении

1969 Hino Motors DS140 оппозитный двенадцатидизельный двигатель

1923-1927 Шасси и двигатель Tatra 11 — передний расположение двухцилиндрового оппозитного двигателя с задним приводом.

При использовании в автомобилях преимуществами оппозитных двигателей являются низкий центр масс (что улучшает управляемость автомобиля), ^[4] небольшая длина, низкий уровень вибрации и пригодность для воздушного охлаждения (благодаря хорошо оголенной, большой площади поверхности головки блока цилиндров и небольшой длине). ^[8] Однако большая ширина оппозитных двигателей (по сравнению с более распространенными рядными и V-образными компоновками) является недостатком, особенно когда двигатель расположен между управляемыми колесами. ^{[ нужна ссылка ]}

Плоские двигатели использовались различными производителями автомобилей — в основном с оппозитной четверкой — вплоть до конца 1990-х годов. С тех пор только Porsche и Subaru остаются крупными производителями оппозитных двигателей. ^{[ нужна ссылка ]}

Компоновка трансмиссии

автомобиля Из-за небольшой длины плоского двигателя размещение плоского двигателя за пределами колесной базы приводит к минимальному свесу. ^[9] Поэтому многие автомобили с оппозитными двигателями использовали заднемоторную и заднеприводную компоновку . Примеры включают оппозитный BMW 600 (1957–1959) и BMW 700 (1959–1965); оппозитная четверка Tatra 97 (1936–1939), Volkswagen Beetle (1938–2003) и Porsche 356 (1948–1965); и шестицилиндровый Chevrolet Corvair (1959–1969), Porsche 911 (с 1963 по настоящее время) и Tucker 48 (1947–1948).

Противоположная компоновка, переднемоторная и переднеприводная , также была распространена для автомобилей с оппозитными двигателями. Примеры включают Citroën 2CV (1948–1990), Panhard Dyna X (1948–1954), Lancia Flavia (1961–1970), Citroën GS (1970–1986), Alfa Romeo Alfasud (1971–1989) и Subaru Leone (1971–1986). 1994).

Subaru производит автомобили с передним расположением двигателя и полным приводом, оснащенные оппозитными двигателями (в основном оппозитными четырехцилиндровыми двигателями) с 1971 года. Примеры включают Subaru Leone (1971–1994), Subaru Legacy (с 1989 по настоящее время) и Subaru Impreza (1992 – настоящее время). Передние полуоси выходят из переднего дифференциала, который является частью коробки передач. Задний карданный вал соединяет коробку передач с задними полуосями.

Традиционная компоновка с передним расположением двигателя и задним приводом относительно редко встречается для автомобилей с оппозитными двигателями, однако некоторые примеры включают Toyota 86 / Subaru BRZ (с 2012 г. по настоящее время), Jowett Javelin (1947–1953), Glas Isar (1958–настоящее время). 1965) и Татра 11 (1923–1927).

История

Volkswagen с воздушным охлаждением Оппозитный четырехцилиндровый двигатель

с 2012 г. по настоящее время Subaru FA20 оппозитный четырехмоторный

Первый плоский двигатель изготовил в 1897 году немецкий инженер Карл Бенц . ^[5]^[10] Двигатель, получивший название «Контра» , представлял собой двухцилиндровую оппозитную конструкцию. Ранние случаи использования плоских двигателей в автомобилях включают Lanchester Phaeton мощностью 8 л.с. оппозитный двухцилиндровый двигатель Wilson-Pilcher 1901 года, 1900 года, оппозитный четырехцилиндровый двигатель ^[11] Wilson-Pilcher 1904 года мощностью 18/24 л.с. оппозитный шестицилиндровый двигатель , Ford Model A 1903 года , Ford Model C 1904 года и Ford Model F 1905 года . ^[12]

В 1938 году был выпущен Volkswagen Beetle (тогда называвшийся «KdF-Wagen») с расположенным сзади оппозитным четырехцилиндровым двигателем. Этот двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением производился в течение многих лет и также использовался в Volkswagen Type 2 (Transporter, Kombi или Microbus), спортивном автомобиле Volkswagen Karmann Ghia и компактном автомобиле Volkswagen Type 3 . Версия с водяным охлаждением, известная как Wasserboxer , была представлена в 1982 году и в конечном итоге заменила версии с воздушным охлаждением.

Большинство спортивных автомобилей за всю историю Porsche, начиная с ее первого автомобиля, оснащались оппозитными двигателями; 1948–1965 годов Porsche 356 использовал оппозитный четырехцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением. Также использовались оппозитные четырехцилиндровые двигатели Porsche 914 1969–1976 годов , Porsche 912 2016 года выпуска 1965–1969 годов и Porsche Boxster/Cayman (982) . В Porsche 911 с момента его появления в 1964 году до настоящего времени используются исключительно оппозитные шестицилиндровые двигатели. В 1997 году Porsche 911 перешёл с воздушного охлаждения на водяное.

Плоские восьмицилиндровые двигатели Porsche использовались в различных гоночных автомобилях на протяжении 1960-х годов, таких как автомобиль Porsche 804 Formula One 1962 года и спортивный автомобиль Porsche 908 1968-1971 годов . Оппозитный двенадцатицилиндровый двигатель также производился компанией Porsche для спортивного автомобиля Porsche 917 1969–1973 годов .

Chevrolet использовала горизонтально-оппозитный 6-цилиндровый двигатель с воздушным охлаждением в своей линейке Corvair на протяжении всего производственного цикла с 1960 по 1969 год в различных приложениях и номинальных мощностях, включая одно из первых применений турбокомпрессора в серийном автомобиле.

Двигатель Subaru EA был представлен в 1966 году и положил начало линейке оппозитных четырехцилиндровых двигателей Subaru , которые производятся и по сей день. ^[13] Большинство моделей Subaru оснащены оппозитными четырехцилиндровыми двигателями либо без наддува, либо с турбонаддувом. В печатной рекламе купе Subaru GL 1973 года двигатель назывался «квадрозонтальным». ^[14] Компания также производила оппозитные шестицилиндровые двигатели с 1988 по 1996 и 2001–2019 годы. ^[15] В 2008 году двигатель Subaru EE стал первым в мире дизельным оппозитным двигателем для легковых автомобилей. Этот двигатель представляет собой оппозитную четверку с турбонаддувом и системой впрыска топлива Common Rail. ^[4]^[16]^[17]^[18]

В 1970-х годах Ferrari использовала оппозитные двенадцатые двигатели на различных автомобилях Формулы-1. Оппозитный двенадцатицилиндровый двигатель дорожного автомобиля (с 180-градусной конфигурацией V12) использовался в Ferrari Berlinetta Boxer 1973–1984 годов , Ferrari Testarossa 1984–1996 годов и их производных. ^[19]

Toyota использует обозначение Toyota 4U-GSE для оппозитного четырехцилиндрового двигателя в версиях близнецов Toyota 86 / Subaru BRZ под маркой Toyota , хотя на самом деле двигатель разработан и изготовлен Subaru как двигатель Subaru FA20 . ^[3]

См. также

Ссылки

^ «Физика: углы расположения цилиндров двигателя» . www.caranddriver.com . 14 октября 2019 г. Проверено 18 октября 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Автомобильные характеристики Subaru» . Австралия: Субару . Проверено 1 июля 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Бонк, Аарон (7 февраля 2013 г.). «Как работают оппозитные двигатели» . Журнал Супер Стрит . Источник Интерлинк Медиа. Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 года . Проверено 21 декабря 2013 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хэнлон, Майк (7 февраля 2001 г.). «Первый в мире горизонтально-оппозитный турбодизель» . Гизмаг . Проверено 20 декабря 2013 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Инглиш, Боб (29 апреля 2010 г.). «Двигатель, построенный Бенцем, до сих пор жив» . Глобус и почта . Канада. Архивировано из оригинала 20 декабря 2013 года . Проверено 19 декабря 2013 г.
^ Шимезак, Паскаль. «Дебют легенды» . Сага о GoldWing (на французском языке). Федерация клубов GoldWing Франции. Архивировано из оригинала 19 декабря 2013 года . Проверено 20 декабря 2013 г.
^ «Двигатель будущего». Мотоциклетный цикл . Iliffe & Sons Ltd.: 283, 5 октября 1916 г.
^ Нанни 1988 , стр. 12–13.
^ Нанни, MJ (1988). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Оксфорд, Великобритания: Профессиональное издательство Heinemann. п. 12. ISBN 0-434-91473-8 . Проверено 8 мая 2015 г.
^ Ходжич, Муамер (27 марта 2008 г.). «Mercedes Heritage: Четырехцилиндровые двигатели от Mercedes-Benz» . Блог . БенцИнсайдер . Проверено 20 декабря 2013 г.
^ «Бензиновые автомобили Уилсона-Пилчера». Автомобильный журнал . 16 апреля 1904 г.
^ Каймс, Беверли (1996). Стандартный каталог американских автомобилей 1805-1942 годов . Публикации Краузе. п. 572. ИСБН 0-87341-428-4 .
^ «Выдающаяся инженерия, установленная в Subaru 1000» . Философия СУБАРУ . Fuji Heavy Industries Ltd. 10 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2013 г. . Проверено 20 декабря 2013 г. Источник: журнал Subaru - дополнительное издание Subaru 1000 (выпущено 20 мая 1966 г.).
^ «» Винтажная реклама Subaru (Subaru GL Coupe 1973 года)» . Scoobyblog.com . Проверено 18 сентября 2010 г.
^ «Клуб Flat-6: Subaru Impreza 1993 года с 6-цилиндровым двигателем Legacy» . www.dailyturismo.com . 12 июня 2018 года. Архивировано из оригинала 21 сентября 2019 года . Проверено 21 сентября 2019 г.
^ «Гринкарконгресс» . Анонс Legacy Diesel . Проверено 23 января 2008 г.
^ Харвуд, Эллисон (январь 2008 г.). «Subaru Turbodiesel Boxer 2008 года — первая поездка» . Журнал «МоторТренд» . Источник Интерлинк Медиа . Проверено 20 декабря 2013 г.
^ «Настоящая инженерная революция» . СУБАРУ БОКСЕР ДИЗЕЛЬ . Fuji Heavy Industries Ltd. Архивировано из оригинала 1 марта 2014 года . Проверено 20 декабря 2013 г.
^ «Плоский двигатель-12» . Феррари.com . Ferrari SpA Архивировано из оригинала 25 декабря 2013 года . Проверено 21 декабря 2013 г.

[1] «Физика: углы расположения цилиндров двигателя» . www.caranddriver.com . 14 октября 2019 г. Проверено 18 октября 2019 г.

[why-subaru-2] Jump up to: ^а ^б «Автомобильные характеристики Subaru» . Австралия: Субару . Проверено 1 июля 2020 г.

[Bonk-3] Jump up to: ^а ^б ^с Бонк, Аарон (7 февраля 2013 г.). «Как работают оппозитные двигатели» . Журнал Супер Стрит . Источник Интерлинк Медиа. Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 года . Проверено 21 декабря 2013 г.

[Hanlon-4] Jump up to: ^а ^б ^с Хэнлон, Майк (7 февраля 2001 г.). «Первый в мире горизонтально-оппозитный турбодизель» . Гизмаг . Проверено 20 декабря 2013 г.

[English-5] Jump up to: ^а ^б ^с Инглиш, Боб (29 апреля 2010 г.). «Двигатель, построенный Бенцем, до сих пор жив» . Глобус и почта . Канада. Архивировано из оригинала 20 декабря 2013 года . Проверено 19 декабря 2013 г.

[Szymezak1-6] Шимезак, Паскаль. «Дебют легенды» . Сага о GoldWing (на французском языке). Федерация клубов GoldWing Франции. Архивировано из оригинала 19 декабря 2013 года . Проверено 20 декабря 2013 г.

[TMCfuture-7] «Двигатель будущего». Мотоциклетный цикл . Iliffe & Sons Ltd.: 283, 5 октября 1916 г.

[FOOTNOTENunney198812–13-8] Нанни 1988 , стр. 12–13.

[9] Нанни, MJ (1988). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Оксфорд, Великобритания: Профессиональное издательство Heinemann. п. 12. ISBN 0-434-91473-8 . Проверено 8 мая 2015 г.

[10] Ходжич, Муамер (27 марта 2008 г.). «Mercedes Heritage: Четырехцилиндровые двигатели от Mercedes-Benz» . Блог . БенцИнсайдер . Проверено 20 декабря 2013 г.

[Automotor-11] «Бензиновые автомобили Уилсона-Пилчера». Автомобильный журнал . 16 апреля 1904 г.

[Kimes-12] Каймс, Беверли (1996). Стандартный каталог американских автомобилей 1805-1942 годов . Публикации Краузе. п. 572. ИСБН 0-87341-428-4 .

[13] «Выдающаяся инженерия, установленная в Subaru 1000» . Философия СУБАРУ . Fuji Heavy Industries Ltd. 10 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2013 г. . Проверено 20 декабря 2013 г. Источник: журнал Subaru - дополнительное издание Subaru 1000 (выпущено 20 мая 1966 г.).

[14] «» Винтажная реклама Subaru (Subaru GL Coupe 1973 года)» . Scoobyblog.com . Проверено 18 сентября 2010 г.

[15] «Клуб Flat-6: Subaru Impreza 1993 года с 6-цилиндровым двигателем Legacy» . www.dailyturismo.com . 12 июня 2018 года. Архивировано из оригинала 21 сентября 2019 года . Проверено 21 сентября 2019 г.

[16] «Гринкарконгресс» . Анонс Legacy Diesel . Проверено 23 января 2008 г.

[17] Харвуд, Эллисон (январь 2008 г.). «Subaru Turbodiesel Boxer 2008 года — первая поездка» . Журнал «МоторТренд» . Источник Интерлинк Медиа . Проверено 20 декабря 2013 г.

[18] «Настоящая инженерная революция» . СУБАРУ БОКСЕР ДИЗЕЛЬ . Fuji Heavy Industries Ltd. Архивировано из оригинала 1 марта 2014 года . Проверено 20 декабря 2013 г.

[19] «Плоский двигатель-12» . Феррари.com . Ferrari SpA Архивировано из оригинала 25 декабря 2013 года . Проверено 21 декабря 2013 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]