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 противоположной 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 чаще встречаются 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.
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:
В большинстве плоских двигателей используется «боксерская» конфигурация, в которой каждая пара противоположных поршней движется внутрь и наружу одновременно, что-то вроде того, как спортсмены-боксеры сбивают друг друга перчатками перед боем. [3] Оппозитные двигатели имеют низкую вибрацию, поскольку являются единственной распространенной конфигурацией, в которой нет неуравновешенных сил независимо от количества цилиндров. Поэтому оппозитным двигателям не требуется балансирный вал [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]
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.
В 1902 году моноплан Пирса (который позже стал одним из первых самолетов, совершивших полет) был оснащен двухцилиндровым оппозитным двигателем. Среди первых самолетов коммерческого производства, в которых использовался оппозитный двигатель, можно назвать серию самолетов Santos-Dumont Demoiselle 1909 года , оснащенных оппозитными двухцилиндровыми двигателями. [ нужна цитата ]
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 цитата ]
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 . Эти двигатели , разработанные Норбертом Риделем , имеют очень прямоугольное соотношение хода 2:1, так что они могут поместиться во впускном отводителе, непосредственно перед турбокомпрессором. [ нужна цитата ]
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 двухцилиндровый 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 цитата ]
При использовании в автомобилях преимуществами плоских двигателей являются низкий центр масс (что улучшает управляемость автомобиля), [4] малая длина, низкая вибрация и пригодность к воздушному охлаждению (за счет хорошо оголяемой, большой площади поверхности цилиндра). головки и короткая длина). [8] Однако большая ширина плоских двигателей (по сравнению с более распространенными рядными и V-образными компоновками) является недостатком, особенно когда двигатель расположен между управляемыми колесами. [ нужна цитата ]
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 цитата ]
Из-за небольшой длины плоского двигателя размещение плоского двигателя за пределами колесной базы автомобиля приводит к минимальному свесу. [9] Поэтому многие автомобили с оппозитными двигателями использовали заднеприводную компоновку . Примеры включают оппозитный BMW 600 (1957–1959) и BMW 700 (1959–1965); оппозитные четырехцилиндровые 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 (1971–1971). 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).
Первый плоский двигатель изготовил в 1897 году немецкий инженер Карл Бенц . [5] [10] Двигатель, получивший название «Контра» , представлял собой оппозитно-твиновскую конструкцию. Ранние случаи использования плоских двигателей в автомобилях включают оппозитный двухцилиндровый двигатель Lanchester 1900 года Phaeton мощностью 8 л.с. , оппозитный четырехцилиндровый двигатель Wilson-Pilcher 1901 года , оппозитный шестицилиндровый двигатель Wilson-Pilcher 1904 года мощностью 18/24 л.с. 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; Porsche 356 1948–1965 годов использовал оппозитный четырехцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением. Также использовались оппозитные четырехцилиндровые двигатели Porsche 914 1969–1976 годов , Porsche 912 1965–1969 годов и Porsche Boxster/Cayman (982) 2016 года выпуска . С момента своего появления в 1964 году до настоящего времени в Porsche 911 использовались 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 . Плоский двенадцатицилиндровый двигатель также производился компанией 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 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 в 1988–1996 и 2001–2019 годах. [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]
Источник: журнал Subaru - дополнительное издание Subaru 1000 (выпущено 20 мая 1966 г.).