Protiběžný motor — DRIVE2

Co víme o motoru boxer? Že se písty pohybují vodorovně. Že tento motor je tváří vozů Subaru. To je asi vše. Pojďme se dozvědět něco víc.

Protiběžný motor je jedno ze schémat uspořádání spalovacího motoru, ve kterém jsou písty v úhlu 180° a pohybují se v horizontální rovině směrem k sobě a od sebe. V tomto případě jsou dva sousední písty vždy ve stejné poloze, například v horní úvrati.

Pohyb pístů v motoru připomíná boxerský zápas, a proto se protiběžný motor nazývá jiným názvem boxer (boxer). Konstrukčním rysem motoru boxer je instalace každého pístu s ojnicí na samostatném ojničním čepu klikového hřídele. Motor boxer má vždy sudý počet válců (2, 4, 6, 8, 10, 12). V současnosti jsou nejběžnější čtyř- a šestiválcové „boxery“.

Boxerový motor by se neměl zaměňovat s motorem ve tvaru V a úhlem válce 180°. Navzdory vnější podobnosti jsou u takového motoru sousední písty s ojnicemi umístěny na stejném klikovém čepu. Proto když jeden píst dosáhne horní úvrati, druhý se nachází v dolní úvrati.
Nepopiratelnými výhodami boxerového motoru jsou nízké těžiště, minimální vibrace během provozu a vysoká úroveň bezpečnosti při čelní srážce.

Nižší těžiště motoru boxer umožňuje lepší stabilitu a ovladatelnost vozu. Nízký motor je umístěn na stejné ose jako převodovka, čímž se dosahuje efektivnějšího přenosu výkonu.

Protihrotový motor je téměř zcela bez vibrací (existuje pouze moment od setrvačných sil druhého řádu, který má tendenci otáčet motorem kolem svislé osy). Vzájemně koordinovaný pohyb sousedních pístů zajišťuje plynulý chod motoru. Vyvážení hmoty v protihrotovém motoru umožňuje instalaci klikového hřídele na třech hlavních ložiskách (místo obvyklých pěti), což výrazně snižuje délku motoru a jeho hmotnost.

Protilehlý motor ve větší míře splňuje požadavky pasivní bezpečnosti. Při čelní srážce se motor zasouvá pod vůz a tím šetří životy cestujících v kabině. Neméně důležitou výhodou pro řidiče protilehlého motoru je charakteristický zvuk jeho provozu, který se liší od ostatních spalovacích motorů.

Bohužel, protilehlý motor není bez nevýhod. Nejzávažnější je podle našeho názoru vysoká pracnost oprav spojená s konstrukčním prvkem motoru. Pro provedení některých oprav je tedy nutné motor z vozu vyjmout. Některé zdroje uvádějí, že horizontální pohyb pístu vede k nerovnoměrnému opotřebení vložky válce a v důsledku toho ke zvýšené spotřebě oleje. Vzhledem k určitým celkovým rozměrům je protilehlý motor na voze instalován pouze podélně.

V současné době vyvíjejí a montují boxerové motory do svých vozů značky Subaru a Porsche. Dříve se boxerové motory montovaly do vozů Alfa Romeo, Citroën, Chevrolet, Honda, Lancia, Toyota, Volkswagen a dokonce i Ferrari.

Subaru používá boxerové motory od roku 1963. Jsou to čtyřválcové a šestiválcové BoxerHistorie čtyřválcových motorů Subaru sahá až do tří generací: série EA (1966–1994); série EJ (1989-1998, klikový hřídel na 5 hlavních ložiskách, 1999-2010, klikový hřídel na třech hlavních ložiskách); řada FB (od roku 2010). Šestiválcový Boxer se do výroby dostal o něco později – sériová výroba ER (1987–1991), série EG (1992–1997), série EZ (od roku 1999).

Velká většina motorů boxer jsou benzínové motory s distribuovaným vstřikováním paliva a systémem časování ventilů v hlavě válců. Mají jeden (SOHC) nebo dva (DOHC) vačkové hřídele, které jsou poháněny z klikové hřídele ozubeným řemenem nebo řetězem. Navzdory rozdílnému počtu vačkových hřídelí motory implementují čtyřventilový systém výměny plynů. Řada motorů je vybavena turbodmychadlem.
Čtyřválcový Boxer třetí generace se ukázal být jednodušší, kompaktnější, úspornější a neškodnější.

Pro snížení spotřeby paliva, snížení toxických emisí, zvýšení točivého momentu a rozšíření jeho limitů bylo v nových motorech použito mnoho pokročilých technických řešení:
— kompresní poměr byl zvýšen zvětšením zdvihu pístu a zmenšením objemu spalovacího prostoru;
— hmotnost pohyblivých částí (ojnice, píst, klikový hřídel) je snížena díky kování;
— vačkové hřídele sání a výfuku používají systém variabilního časování ventilů (aktivní systém řízení ventilů AVCS);
— bylo použito nové olejové čerpadlo, které zajišťuje vysoce kvalitní mazání a prodlužuje životnost motoru;
— používá se chladicí systém se samostatnými okruhy pro chlazení bloku válců a hlavy válců.

V roce 2008 Subaru poprvé představilo vznětový boxerový motorČtyřválcový motor o objemu 2,0 litru vyvíjí výkon 150 koní. Používá vstřikovací systém Common Rail, systém přeplňování turbodmychadlem s turbínou s proměnnou geometrií.

Řada modelů Porsche (911, Boxster, Cayman) je vybavena šestiválcovými protiběžnými motory. Dříve byly pro použití v automobilových závodech vyvinuty osmiválcové a dvanáctiválcové protiběžné motory.

Boxerový motor (Obr. 1.13) je pístový spalovací motor, u kterého je úhel mezi řadami válců 180°. V automobilech a motocyklech se pro snížení těžiště používá protilehlý motor namísto tradičního motoru ve tvaru V. Protilehlé uspořádání pístů jim navíc umožňuje vzájemně neutralizovat vibrace, díky čemuž má motor plynulejší provozní charakteristiku. Protilehlé motory s vačkovým hřídelem v hlavě válců však mají dvakrát více vačkových hřídelů. Protilehlý motor se nejvíce používal v modelu Volkswagen Beetle, kterého se za léta výroby vyrobilo 21529464 XNUMX XNUMX kusů. Obr. 1.13. Vnější vzhled protilehlého motoru

Porsche jej používá ve většině svých sportovních a závodních modelů. Motor boxer je také charakteristickým rysem vozů Subaru, který se od roku 1963 montuje téměř do všech modelů. Většina motorů této společnosti má uspořádání boxer, které zajišťuje velmi vysokou pevnost a tuhost bloku válců. Kromě automobilů a motocyklů se motory boxer používají i v nákladních automobilech a autobusech, aby se snížilo těžiště vozidla a motor se pohodlně umístil pod podlahu karoserie.

Takové motory byly instalovány do vozů VAZ jako experiment (malá várka vozů byla vyrobena pro speciální služby). V současné době rotační pístové motory (RPE) vyrábí pouze Mazda (model Renesis) ve dvou modifikacích: standardní a vysoce výkonná. Sací systémy obou modifikací se liší. Organizace pracovního cyklu RPE (obr. 1.14.) se provádí následovně. Otáčení rotoru-pístu 7 s frekvencí až 10000 XNUMX ot/min se provádí excentrickým hřídelem a ozubeným kolem převodovky. Stator 8 má šířku 80 mm. Ozubené kolo ozubeného převodu je v neustálém záběru s ozubeným kolem soustředným s trojúhelníkovým rotorem-pístem 7. Díky této excentricitě se rotor-píst nejen otáčí, ale také vykonává vratný pohyb o velikost 2 podél svislé osy statoru 8, kde е — excentricita. Rotor se zaoblenými rohy (žebry) se tedy odvaluje po epitrochoidálním povrchu statoru. RPD je dynamicky vyvážený, ale díky 20% snížení hmotnosti jeho setrvačníků a protizávaží jsou vibrace při volnoběhu cítit. Ty jsou sníženy pomocí speciálního zavěšení pohonné jednotky, které omezuje jejich přenos na pomocný rám nebo karoserii vozu na minimum. Na bočním povrchu rotoru-pístu jsou instalovány čtyři kroužky: dvě stírací těsnění oleje, jedno kompresní těsnění a jedno boční těsnění. Boční kroužek s lichoběžníkovým průřezem snižuje tvorbu uhlíku na bočních výfukových otvorech. V pracovním objemu statoru-klikové skříně dochází současně k několika pracovním zdvihům (obr. 1.15). V první poloze rotoru, na straně /, dochází k sacímu zdvihu vzduchu a vstřikování benzínu, na 11 – bezvzduchové komprese Obr. 1.14. Celkový pohled RPD: 1 – elektronická řídicí jednotka; 2 – sací potrubí; 3 – speciální tryska; 4 – boční okna pro přívod hořlavé směsi; 5 – výstupní kanály; 6 – výpustná okna; 7 – rotor; 8 – stator; 9 – dvě zapalovací svíčky (hlavní a přídavná) pracující v sérii Obr. 1.15. Zdvihy rotačního pístového motoru: Zdvih 1: sání-komprese – uvolnění; 2. zdvih: komprese – silový zdvih – překrývající se okna; 3. krok: zapalování – otázka – sání; zdvih 4: hnací zdvih – otázka – vtok

směsi, ze strany III produkty spalování vystupují z motoru. Ve druhé poloze začíná komprese v objemu ze strany /, na straně II dochází k pracovnímu zdvihu – směs paliva a vzduchu je zapálena dvěma zapalovacími svíčkami, jedná se o tzv. dvojitý žralok (dvojitá jiskra (anglicky), tj. dvě jiskry z různých zapalovacích svíček jednu po druhé. Intervaly mezi nimi vypočítává elektronická řídicí jednotka v závislosti na provozním režimu motoru. Ve třetí poloze rotoru na straně / se zapálí pracovní směs, na II – výstup výfukových plynů, z boku III.— vstup pracovní směsi. V poslední, čtvrté poloze ze strany / pracovní zdvih končí, dochází k uvolnění ze strany II a sání končí ze strany III. Kompletní cyklus klasického čtyřdobého chodu v tomto rotačním pístovém motoru probíhá při 120° rotace rotoru a pístu; během této doby excentrická hřídel, která zajišťuje lineární pohyb rotoru, provede jednu otáčku, nikoli dvě (jako u spalovacího motoru se čtyřdobým cyklem), proto je snížený pracovní objem ekvivalentní klasickému šestiválcovému spalovacímu motoru o objemu 2616 cm3. Modifikace U modelu Renesis RPD byly řešeny následující problémy. Na rozdíl od předchozích modelů má RPD výfukový otvor přesunutý na boční stěnu statoru, což minimalizuje překrývání otvorů. Ukázalo se, že rychlost otevírání výfukového otvoru v novém umístění je nižší než dříve, a pro její zvýšení musel být výfukový trakt narovnán. Pro lepší plnění RPD vzduchem během sacího zdvihu byl systém přívodu vzduchu vyroben kombinovaně: byly použity hlavní a doplňkové otvory pro přívod vzduchu, sací potrubí různých délek, ventily, které zajišťují nebo přerušují proudění vzduchu v různých provozních režimech RPD. Charakteristickými rysy standardního modelu RPD a modelu High Power jsou rozdíl v sacím systému (obr. 1.16). Motor High Power má osm otvorů (dva na každé straně každého rotoru) a přepínací sací systém. Při nízkých otáčkách rotoru prochází vzduch původním sacím potrubím a vstupuje do motoru jedním otvorem 6 na sekci. S rostoucí rychlostí otáčení se nejprve otevírají sekundární otvory 8 a poté se otevírá ventil 5 a prodlužuje sací trakt, čímž se mění jeho rezonanční charakteristiky. To umožňuje měnit rezonanční plnicí frekvenci a zvyšovat plnění statoru. Sací systém výkonné verze je složitější. Zde jsou přidány dva další otvory na sekci, celkem šest sacích otvorů, a počet ventilů dosáhl pěti. Provozní režimy různých prvků sacího systému uvažovaných modifikací jsou uvedeny v tabulce 1.2. Obr. 1.16. Schémata sacích systémů modifikací Renesis RPD: a — standardní; b – vysoký výkon; 1 – hlavní sací potrubí; 2–krátké sací potrubí; 3 – vzduchový filtr; 4 – Elektronicky ovládaná škrticí klapka; 5 – elektromagnetický ventil; 6 – hlavní vstupní okna; 7 – sekundární sací ventily; 8 – sekundární sací otvory; 9 – okenní ventily pro vysokorychlostní vstřikování benzínu; 10 – výfuková okna

Tabulka 1.2 Provozní režimy prvků sacího systému motoru Renesis High Power RPD

Rozsah otáček rotoru p, min