Плоский двигатель — поршневой двигатель , в котором цилиндры расположены по обе стороны от центрального коленчатого вала . Плоские двигатели также известны как горизонтально-оппозитные двигатели , однако это отличается от менее распространенной конструкции двигателя с оппозитными поршнями , в которой каждый цилиндр имеет два поршня, разделяющих центральную камеру сгорания.
Наиболее распространенной конфигурацией плоских двигателей является конфигурация оппозитного двигателя, в которой поршни каждой противоположной пары цилиндров движутся внутрь и наружу одновременно. Другая конфигурация фактически является V-образным двигателем с углом между рядами цилиндров 180 градусов: в этой конфигурации каждая пара цилиндров делит 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 использовались в авиации, мотоциклах и автомобилях. Сейчас они менее распространены в автомобилях, чем рядные двигатели (для двигателей с менее чем шестью цилиндрами) и V-образные двигатели (для двигателей с шестью или более цилиндрами). Плоские двигатели более распространены в самолетах, где рядные двигатели являются редкостью, а V-образные двигатели почти исчезли, за исключением исторических самолетов. Они даже заменили радиальные двигатели во многих небольших установках.
Преимуществами плоских двигателей являются небольшая длина, низкий центр масс и пригодность для воздушного охлаждения (благодаря хорошо открытым цилиндрам и головкам цилиндров с большой площадью поверхности, а также их небольшой длине).
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 цилиндров. По сравнению с V-образными двигателями — наиболее распространенной компоновкой для двигателей с шестью цилиндрами или более — плоские двигатели снова имеют более низкий центр масс, а для шестицилиндровых — лучший первичный баланс; недостатком снова является их большая ширина. [2]
Наиболее распространенные области применения плоских двигателей:
Большинство плоских двигателей используют конфигурацию «боксера», где каждая пара противостоящих поршней движется внутрь и наружу одновременно, что-то вроде того, как боксеры бьют друг друга перчатками перед боем. [3] Двигатели с оппозитным расположением цилиндров имеют низкую вибрацию, поскольку они являются единственной распространенной конфигурацией, в которой нет неуравновешенных сил, независимо от количества пар цилиндров. Поэтому двигателям с оппозитным расположением цилиндров не требуется ни балансировочный вал [4] , ни противовесы на коленчатом валу для уравновешивания веса возвратно-поступательных частей. Однако пара качания присутствует, поскольку каждый цилиндр слегка смещен относительно другого члена своей пары из-за расстояния между шатунными шейками вдоль коленчатого вала. [3]
Альтернативная конфигурация для плоских двигателей — это двигатель V -образной формы с углом развала 180 градусов , который используется в большинстве двенадцатицилиндровых плоских двигателей. В этой конфигурации каждая пара поршней делит шатунную шейку , что проще конфигурации оппозитного типа, где каждый поршень имеет свою отдельную шатунную шейку.
В 1902 году моноплан Пирса (который позже стал одним из первых самолетов, совершивших полет) был оснащен двухцилиндровым двигателем. Среди первых коммерческих самолетов, использовавших двухцилиндровый двигатель, была серия самолетов Santos-Dumont Demoiselle 1909 года , которая была оснащена двухцилиндровыми двигателями с оппозитными цилиндрами. [ необходима цитата ]
Несколько двигателей boxer-four были произведены специально для легких самолетов. Ряд производителей производили двигатели boxer-6 в 1930-х и 1940-х годах. [ необходима цитата ]
Во время Второй мировой войны двухцилиндровый оппозитный двигатель, называемый «стартер Риделя», использовался в качестве стартера/механической ВСУ для ранних немецких реактивных двигателей, таких как Junkers Jumo 004 и BMW 003. Разработанные Норбертом Риделем , эти двигатели имеют очень большое передаточное отношение хода поршня 2:1, чтобы их можно было разместить во впускном коллекторе, непосредственно перед компрессором турбины. [ требуется ссылка ]
Плоские двигатели предлагают несколько преимуществ для мотоциклов, включая низкий центр масс , низкую вибрацию, пригодность для привода вала и равномерное охлаждение цилиндров (для двигателей с воздушным охлаждением). [5] [6] Наиболее распространенной конструкцией плоского двигателя для мотоциклов является оппозитный двухцилиндровый двигатель, начиная с плоскоцилиндрового двигателя Fée 1905 года, произведенного компанией Light Motors Company, который был первым серийным двигателем для мотоциклов. [7] У BMW Motorrad долгая история мотоциклов с оппозитными двухцилиндровыми двигателями, начиная с 1923 года с BMW R32 [5]
Несколько мотоциклов были произведены с четырехцилиндровыми двигателями, например, Zündapp K800 1938–1939 годов и Honda Gold Wing 1974–1987 годов . В 1987 году двигатель Honda Gold Wing был модернизирован до шестицилиндрового двигателя. [8]
При использовании в автомобилях преимуществами плоских двигателей являются низкий центр масс (что улучшает управляемость автомобиля), [4] короткая длина, низкая вибрация и пригодность для воздушного охлаждения (благодаря хорошо открытой, большой площади поверхности, головкам цилиндров и короткой длине). [9] Однако большая ширина плоских двигателей (по сравнению с более распространенными рядными и V-образными компоновками) является недостатком, особенно когда двигатель расположен между управляемыми колесами. [ необходима цитата ]
Плоские двигатели использовались различными производителями автомобилей – в основном с конструкцией boxer-four – вплоть до конца 1990-х годов. С тех пор только Porsche и Subaru оставались значимыми производителями плоских двигателей. [ необходима цитата ]
Из-за небольшой длины плоских двигателей размещение плоского двигателя за пределами колесной базы автомобиля приводит к минимальному свесу. [10] Поэтому многие автомобили с плоскими двигателями использовали заднемоторную компоновку с задним приводом . Примерами служат двухцилиндровые BMW 600 (1957–1959) и BMW 700 (1959–1965); четырехцилиндровые Tatra 97 (1936–1939), Volkswagen Beetle (1938–2003) и Porsche 356 (1948–1965); а также шестицилиндровые Chevrolet Corvair (1959–1969), Porsche 911 (1963-настоящее время) и Tucker 48 (1947–1948).
Противоположная компоновка, передний двигатель передний привод , также была распространена для автомобилей с оппозитными двигателями. Примерами служат 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 (1971–1994).
Subaru выпускает автомобили с передним расположением двигателя, полным приводом и оппозитными двигателями (в основном оппозитными четырехцилиндровыми двигателями) с 1971 года. Примерами служат Subaru Leone (1971–1994), Subaru Legacy (1989-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 нетипична для автомобилей с оппозитными двигателями, однако некоторые примеры включают Toyota 86 / Subaru BRZ (с 2012 г. по настоящее время), Jowett Javelin (1947–1953 гг.), Glas Isar (1958–1965 гг.) и Tatra 11 (1923–1927 гг.).
Первый оппозитный двигатель был создан в 1897 году немецким инженером Карлом Бенцем . [5] [11] Названный двигателем «Контра» , он имел конструкцию с двумя оппозитными цилиндрами. Ранние случаи использования оппозитных двигателей в автомобилях включают в себя Lanchester 8 л. с. Phaeton boxer-twin 1900 года, Wilson-Pilcher boxer-four 1901 года, [12] Wilson-Pilcher 18/24 HP boxer-six 1904 года и Ford Model A 1903 года , Ford Model C 1904 года и Ford Model F 1905 года . [13]
В 1938 году был выпущен Volkswagen Beetle (тогда называвшийся «KdF-Wagen») с задним расположением оппозитного четырехцилиндрового двигателя. Этот двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением выпускался 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 на протяжении всей истории Porsche оснащены оппозитными двигателями, начиная с самого первого автомобиля; Porsche 356 1948-1965 годов использовал оппозитный четырехцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением. Также оппозитные четырехцилиндровые двигатели использовались в Porsche 914 1969-1976 годов , Porsche 912 1965-1969 годов и Porsche Boxster/Cayman (982) 2016 года выпуска . Porsche 911 использовал исключительно оппозитные шестицилиндровые двигатели с момента своего появления в 1964 году и по настоящее время. В 1997 году Porsche 911 перешел с воздушного охлаждения на водяное.
Оппозитные восьмицилиндровые двигатели Porsche использовались в различных гоночных автомобилях на протяжении 1960-х годов, таких как болид Porsche 804 Формулы-1 1962 года и спортивный автомобиль Porsche 908 1968-1971 годов . Оппозитный двенадцатицилиндровый двигатель также производился Porsche для спортивного автомобиля Porsche 917 1969-1973 годов .
Компания Chevrolet использовала горизонтально-оппозитный 6-цилиндровый двигатель с воздушным охлаждением в своей линейке Corvair на протяжении всего периода ее производства с 1960 по 1969 год в различных вариантах применения и с различными мощностями, включая одно из первых применений турбокомпрессора в серийном автомобиле.
Двигатель Subaru EA был представлен в 1966 году и положил начало линейке двигателей Subaru boxer-four, которые производятся и по сей день. [14] Большинство моделей Subaru оснащены двигателем boxer-four как с атмосферным, так и с турбонаддувом. В печатной рекламе купе Subaru GL 1973 года этот двигатель назывался «квадрозонтальным». [15] Компания также производила двигатели boxer-six с 1988 по 1996 и с 2001 по 2019 годы. [16] В 2008 году двигатель Subaru EE стал первым в мире дизельным оппозитным двигателем для легковых автомобилей. Этот двигатель представляет собой турбированный оппозитный двигатель с четырьмя цилиндрами и системой впрыска топлива Common Rail. [4] [17] [18] [19]
Ferrari использовала двенадцатицилиндровые двигатели для различных автомобилей Формулы-1 в 1970-х годах. Дорожный двенадцатицилиндровый двигатель (использующий конфигурацию V12 с развалом цилиндров 180 градусов) использовался для Ferrari Berlinetta Boxer 1973-1984 годов , Ferrari Testarossa 1984-1996 годов и их производных. [20]
Toyota использует обозначение Toyota 4U-GSE для оппозитного четырехцилиндрового двигателя в версиях Toyota 86 / Subaru BRZ с маркой Toyota , хотя на самом деле двигатель разработан и произведен Subaru как двигатель Subaru FA20 . [3]
Источник: журнал 'Subaru' – Subaru 1000 extra edition (выпущен 20 мая 1966 г.)