Четырехцилиндровый двигатель , также известный как горизонтально-оппозитный четырехцилиндровый двигатель или оппозитный двигатель , [1] представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель с двумя рядами цилиндров, расположенных по разные стороны от общего коленчатого вала. Наиболее распространенным типом четырехцилиндрового двигателя является оппозитный четырехцилиндровый двигатель , каждая пара оппозитных поршней движется внутрь и наружу одновременно.
Двигатель boxer-four имеет идеальный первичный и вторичный баланс, однако две головки цилиндров означают, что конструкция дороже в производстве, чем рядный четырехцилиндровый двигатель . Существует незначительный, вторичный несбалансированный импульс вращательного момента в плоскости поршней, когда поршневая пара на одном конце двигателя находится в ВМТ, а другая пара в НМТ. Пара ВМТ создает крутящий момент больше, чем пара НМТ, поэтому чистый несбалансированный импульс крутящего момента является разницей. Разница в силах инерции ВМТ и НМТ объясняется в разделе Баланс двигателя . Двигатели boxer-four используются в автомобилях с 1897 года, особенно Volkswagen и Subaru. Они также иногда использовались в мотоциклах и часто в самолетах. Cessna и Piper используют плоские четырехцилиндровые двигатели от Lycoming и Continental в самых распространенных гражданских самолетах в мире - Cessna 172 и Piper Cherokee , в то время как многие сверхлегкие и LSA самолеты используют версии Rotax 912 .
В двигателе с четырьмя плоскими цилиндрами каждая пара противостоящих поршней последовательно движется внутрь вместе и наружу вместе. Преимуществами компоновки с четырьмя оппозитными цилиндрами являются идеальная вторичная вибрация (приводящая к минимальной вибрации), низкий центр тяжести и короткая длина двигателя. В двигателе с четырьмя плоскими цилиндрами 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, воздушное охлаждение традиционно было распространено. [2]
Недостатками двигателей с оппозитными четырьмя цилиндрами (по сравнению с рядными четырьмя) являются их дополнительная ширина, повышенные затраты, связанные с наличием двух головок цилиндров вместо одной, и длинный выпускной коллектор, необходимый для достижения равномерно распределенных импульсов выхлопа. [3] Из-за этих факторов рядные четыре двигателя более распространены в автомобилях, чем оппозитные четыре, а двигатели V6 часто используются там, где требуется больший рабочий объем. [4]
Равные и противоположные силы, создаваемые в четырехцилиндровом оппозитном двигателе, приводят к идеальному вторичному балансу (в отличие от неуравновешенных вертикальных сил, создаваемых рядными четырехцилиндровыми двигателями). Поэтому четырехцилиндровые оппозитные двигатели лучше подходят для рабочих объемов свыше 2,0 л (122 куб. дюйма), поскольку им не требуются балансировочные валы для снижения вторичной вибрации.
В оппозитном двигателе каждый цилиндр слегка смещен относительно своей противоположной пары из-за расстояния между шатунными шейками. Это смещение приводит к небольшому качающемуся паре , [5] : 27, но любая результирующая вибрация обычно недостаточна, чтобы требовать балансировочных валов.
Как и во всех четырехтактных двигателях с четырьмя цилиндрами или менее, отсутствие перекрытия рабочих ходов приводит к пульсирующей подаче крутящего момента на маховик , вызывая крутильную вибрацию вдоль оси коленчатого вала. [6] Такая вибрация, если она чрезмерна, может быть минимизирована с помощью гармонического демпфера .
Типичный порядок зажигания для четырехцилиндрового оппозитного двигателя — левый ряд цилиндров зажигается один за другим, за ним следует правый ряд цилиндров (или наоборот), с интервалом зажигания, равномерно распределенным на 180 градусов. Традиционно выхлопы из двух цилиндров каждого ряда объединялись, в результате чего получались неравномерные импульсы выхлопа, вызывающие характерный звук выхлопа «плясающего четырехцилиндрового двигателя».
Другая распространенная конфигурация выхлопа (например, используемая Subaru с середины 2000-х годов) заключается в парном соединении цилиндров со смещением интервала зажигания на 360 градусов с целью оптимизации импульсов выхлопа . [7] [8] [9] Такая конфигурация требует длинных выпускных коллекторов для парного соединения цилиндров на противоположных рядах, что приводит к менее выраженному звуку выхлопа.
В 1900 году компания Benz & Cie выпустила первый четырёхцилиндровый оппозитный двигатель , созданный на основе двухцилиндрового оппозитного двигателя «Contra» 1897 года. [ требуется ссылка ] Этот двигатель использовался в гоночных автомобилях Benz, развивал мощность 20 л. с. (15 кВт), имел рабочий объём 5,4 л (330 куб. дюймов) и был разработан Георгом Дилем.
Лондонская компания Wilson-Pilcher выпустила свой первый автомобиль в 1901 году, который был оснащен четырехцилиндровым двигателем. Этот двигатель был установлен продольно в шасси, имел водяное охлаждение, выдавал 9 л. с. (7 кВт) и имел рабочий объем 2,4 л (146 куб. дюймов). Необычно для своего времени, 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 двухцилиндровые оппозитные двигатели, Tatra 30 1926 года стала первой моделью чешской компании, оснащенной четырехцилиндровым оппозитным двигателем. Tatra выпускала различные модели с четырехцилиндровыми оппозитными двигателями в 1920-х и 1930-х годах.
Tatra T97 1936 года стала пионером заднемоторной, воздушноохлаждаемой, четырехцилиндровой, хребтовой компоновки шасси (позже использованной Volkswagen Beetle ), и в то же время, хотя и не связанной с ней, из Австрии появился Steyr 50 , щеголяющий передним двигателем boxer 4 с задним приводом. Также в 1936 году английская компания Jowett расширила свой модельный ряд с двухцилиндровых двигателей до четырехцилиндровых. Производство четырехцилиндровых двигателей Jowett продолжалось до 1954 года, когда было прекращено производство седанов Jowett Javelin и спортивных моделей Jowett Jupiter .
Самым продолжительным серийным четырёхцилиндровым двигателем является двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением , который выпускался с 1938 по 2006 год и наиболее известен тем, что использовался в заднемоторном Volkswagen Beetle 1938–2003 годов и Volkswagen Transporter 1950–1983 годов . [11] Этот двигатель с воздушным охлаждением был разработан 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. В 1984 году для соответствия нормам выбросов выхлопных газов в Volkswagen Transporter (T3) была представлена версия с водяным охлаждением под названием Volkswagen Wasserboxer .
В 1960-х и 1970-х годах несколько производителей выпускали четырёхцилиндровые оппозитные двигатели, включая четырёхцилиндровый оппозитный двигатель Citroën с воздушным охлаждением, четырёхцилиндровый оппозитный двигатель Alfa Romeo с водяным охлаждением , четырёхцилиндровый оппозитный двигатель Lancia с водяным охлаждением и четырёхцилиндровый оппозитный двигатель Subaru EA с водяным охлаждением .
Два важных двигателя, разработанных в этот период, но так и не поступивших в серийное производство, — это двигатель Morris объемом 800 куб. см с боковым расположением клапанов, разработанный Алеком Иссигонисом в 1947 году и изначально предназначавшийся для Morris Minor, и двигатель Ferguson объемом 2,2 л с одним верхним распредвалом, разработанный Клодом Хиллом в 1966 году в рамках исследовательского проекта по созданию автомобиля R5.
.jpg/1280px-Subaru_BRZ_engine_(20413082204).jpg)
К 2000 году большинство производителей заменили четырехцилиндровые двигатели на четырехцилиндровые рядные. Заметным исключением является Subaru, где двигатель Subaru EJ с водяным охлаждением был доступен в турбированной форме в спортивном седане Subaru WRX и его аналоге World Rally Car . Принятие полного привода Subaru стало фактором сохранения четырехцилиндрового двигателя, поскольку меньшая длина этого двигателя помогает устанавливать компоненты полного привода в шасси. [12] Хотя он дороже, чем четырехцилиндровый рядный двигатель, четырехцилиндровый двигатель позволяет Subaru построить полноприводный автомобиль с небольшой надбавкой к стоимости привода на два колеса. [12]
В 2012 году атмосферная версия двигателя Subaru FA использовалась в заднеприводном спортивном купе Toyota 86 (также называемом «Subaru BRZ» и «Scion FR-S»). [13] Этот двигатель имеет водяное охлаждение, непосредственный впрыск бензина , мощность 147 кВт (197 л. с.) и рабочий объем 2,0 л (122 куб. дюйма).
Porsche Boxster/Cayman (982) 2016 года выпуска — среднемоторные спортивные автомобили, уменьшенные с атмосферного шестицилиндрового двигателя до турбированного четырехцилиндрового двигателя, первого четырехцилиндрового двигателя Porsche с середины 1970-х годов. Этот двигатель выпускается рабочим объемом 2,0–2,5 л (122–153 куб. дюйма) и развивает мощность до 365 л. с. (272 кВт). [14] Несколько рецензентов критиковали Boxster/Cayman за невыразительный звук двигателя. [15] [16] [17]
Большинство мотоциклов с четырехцилиндровыми двигателями используют рядную четырехцилиндровую компоновку, однако несколько оппозитных четырехцилиндровых двигателей использовались в мотоциклах с карданным приводом :
На легких самолетах обычно используются четырехцилиндровые оппозитные двигатели рабочим объемом до 6,4 л (390 куб. дюймов) таких производителей, как Lycoming Engines , Continental Motors и Franklin Engine Company .
Для радиоуправляемых самолетов выпускаются четырехцилиндровые оппозитные двигатели рабочим объемом 40–50 куб. см (2,4–3,1 куб. дюйма) такими компаниями, как OS Engines .
Известным современным четырехцилиндровым авиационным двигателем является бельгийский двигатель D-Motor LF26 с боковым расположением клапанов . [20] Хотя формат с боковым расположением клапанов давно заброшен для большинства автомобильных применений, поскольку его камера сгорания является препятствием для высоких оборотов двигателя , массивный сверхквадратный (1,295:1) двигатель D-Motor является очень простым, низкооборотистым, компактным, надежным и легким авиационным двигателем (без тяжелого усложнения в виде верхнеклапанного клапанного механизма) [21]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)