Оппозит и его перспективы.Безусловно, репутация Subaru в полной мере соответствует той степени доверия и уважения, которой этот бренд пользуется в кругу своих почитателей. Конструкторские успехи инженеров компании не могут не впечатлять особенно на фоне того, что специалисты Subaru шли своим неповторимым путем и использовали только оригинальные технические решения. Однако в современном мире не принято почивать на лаврах: само время ставит перед инженерами и конструкторами новые интересные задачи, в ходе решения которых новые образцы спроектированной техники демонстрируют такие качества, о которых прежде не приходилось и мечтать.
В отношении Subaru можно с уверенностью говорить, что от решения таких задач компания не только не отказывается, но и готова работать с ними, опираясь на весь свой опыт и нестандартные возможности используемых конструкций. Так, именно Subaru, учитывая возросший спрос на экономичные и экологичные двигатели, предложила горизонтально-оппозитный дизель – мотор, который в очередной раз исчерпывающе доказывает преимущества оппозитов. Под заказ, прежде всего для европейских поклонников марки, компания разработала свой первый оппозитный дизель.
Сохраняя преимущества компоновки, новый горизонтально-оппозитный двухлитровый двигатель имеет такие же отношение диаметра цилиндра/хода поршня и такой же короткий коленвал, как и его бензиновые собратья. При его разработке использовались алюминиевые блок, головки и турбина, расположенная сразу за выпускными клапанами. Дизельный оппозит даже превзошел по компактности свой двухлитровый бензиновый аналог. При этом – что еще более удивительно – его масса аналогична этому показателю у бензинового варианта.
В результате работ над оппозитным двигателем инженеры Subaru разработали самый тихий четырехцилиндровый дизель в своем классе. В отличие от конкурирующих моделей другой компоновки, у оппозитного дизеля попросту нет балансирных валов. Благодаря низкой инерционности при нажатии на педаль газа этот мотор демонстрирует острую, превосходную реакцию. Дизель становится спортивным не в первый раз, однако впервые – настолько удачно: 148-сильный дизельный горизонтально/оппозитный мотор обеспечивает автомобилю Legacy одни из лучших в своем классе показатели скорости и динамики.
Максимум крутящего момента приходится на 1800 об.-мин. Максимум мощности достигается при приближении к 4500 об.-мин. И это тогда, когда основная задача, стоящая при разработке, сводилась к обеспечению минимально возможного расхода топлива и низкого уровня выбросов токсичных газов, а задача обеспечения высокой мощности была вообще отодвинута на задний план.
После удачного примера с «дизилизацией» оппозита – шага, который во всех отношениях был полностью неожиданным, не исключено, что компания Subaru будет искать и другие нестандартные, но эффективные технические решения. Существуют ли они, и какие еще возможности столь перспективной компоновки мотора остаются нераскрытыми для массового применения?
Ответить на эти вопросы можно, обратившись к опыту работ отечественных инженеров и конструкторов. В конце 1990/х на Киевском мотоциклетном заводе, также использующем на своих мотоциклах двигатель оппозитной компоновки, были проведены интересные эксперименты по обеспечению условий для работы двигателя в нескольких эксплуатационных режимах вместо одного. Эти работы стали возможными прежде всего потому, что оппозитная схема двигателя позволяет управлять режимами работы мотора с избирательностью, недоступной для рядных и V-образных двигателей.
Детально рассматривая особенности работы оппозитного мотора, нетрудно заметить, что поршни в оппозитных парах его цилиндров, вне зависимости от выполняемого рабочего такта, при любых условиях совершают синхронное движение, одновременно перемещаясь из ВМТ в НМТ, и наоборот. Обычно механизм газораспределения обеспечивает подачу и сгорание топливной смеси таким образом, чтобы рабочие такты в оппозитном двигателе протекали поочередно. Отсюда, кстати, синоним названия оппозита – «боксер»: слишком уж напоминают поочередные рабочие такты в оппозитных парах цилиндров движения рук боксирующего спортсмена, поочередно наносящего удары сопернику.
С другой стороны, данный режим работы оппозитного мотора – не единственный из ему доступных. Ведь кроме поочередного выполнения рабочих тактов в оппозитных парах цилиндров, в этом двигателе возможна и иная организация работы – совместное выполнение рабочих тактов в оппозитных парах цилиндров. Возможна, но целесообразна ли эта замена?
Ответить однозначно на этот вопрос нельзя. Совместное выполнение рабочего такта в оппозитных парах цилиндров вполне способно существенно увеличить показатель крутящего момента, но не мощности. Связано это с тем, что выполнение рабочих тактов одновременно в двух оппозитных цилиндрах сопряжено с необходимостью значительного увеличения момента инерции маховика двигателя. Без этой конструктивной меры изменение порядка тактности двигателя приведет лишь к ухудшению его показателей.
Крутящий момент двигателя напрямую зависит от двух показателей: того, насколько велика сила давления на днище поршня, и того, насколько большим является плечо силы, вращающей коленвал. Именно по этой причине для максимального момента в равной степени важны показатели эффективности сгорания топливной смеси и соотношение диаметра поршня к его ходу.
Проводя параллели между выполнением рабочих тактов в оппозитных парах цилиндров, несложно увеличить фактически в два раза как силу давления на днище поршня (ведь их теперь два вместо одного), так и плечо силы, действующей на коленвал (одновременное приложение двух сил с противоположных сторон вала в два раза увеличивает плечо силы, действующей на вал). Казалось бы, в результате этой нехитрой доработки момент просто
обязан вырасти как минимум вдвое. Однако не все так просто.
Переводя оппозитный двигатель в режим работы с одновременным выполнением рабочих тактов в оппозитных парах цилиндров, следует помнить, что теперь рабочие такты хоть и обеспечивают удвоение силы, действующей на вал, но выполняются соответственно реже. И это снижение частоты приложения силы, обеспечивающей вращение вала, необходимо компенсировать. Сделать это иначе, чем кардинально, в несколько раз увеличив момент инерции маховика, его массу и радиус, сложно. Однако без этого увеличения двигатель окажется в ситуации работы со сниженной нагрузкой, что неизбежно выразится в ухудшении всех его рабочих параметров. С другой стороны, оппозитный двигатель с «тракторным» маховиком неминуемо теряет столь привлекательную и ему доступную мощность и динамику. Так где же выход?
В свое время выход из сложившейся ситуации специалисты Киевского мотозавода нашли в том, чтобы вместо необратимого изменения конструкции оппозита ввести в его конструкцию устройства, позволяющие решить задачу перевода двигателя из одного режима тактности в другой, и наоборот. По этому замыслу в конструкцию оппозитного двигателя должны были быть введены две дополнительные системы: маховик с переменным моментом инерции и система изменения положения распредвала. Эксперименты с маховиком были проведены и завершились успешно. Подключая и отключая дополнительный к облегченному маховик, на моторном стенде был
получен результат в виде изменения крутящего момента на 20%.
С распредвалом дело обстояло сложнее, поскольку в архаичной конструкции двигателя КМЗ единственный распредвал используется для привода клапанов в головках двигателя через толкающие штанги. Тем не менее оппозитный мотор с синхронным выполнением рабочих тактов на КМЗ был не только создан, но и испытан на мотоцикле. Этот вариант мотора показал, что ожидание роста момента при такой доработке вполне оправдано. Нагрузка, которую двигатель мотоцикла с трудом преодолевал на второй передаче, для доработанного варианта мотора оставалась приемлемой даже при движении мотоцикла на третьей передаче.
Как всегда, в наших условиях проект КМЗ не был завершен по банальным причинам. Однако главное – целесообразность применения разработанных способов повышения эффективности работы оппозитного мотора – этот проект доказал. Теперь осталось его только успешно применить на практике. И кто знает, быть может, именно Subaru с ее перспективным оппозитом заинтересуется перспективой освоения украинских разработок на своем производстве. Ведь многого здесь не потребуется – в основном, все тот же отключаемый маховик да встроенный в привод одного из распредвалов механизм поворота распредвала в ходе его вращения. Несложная, в общем/то, вещь, гораздо более простая в исполнении, чем, к примеру, VTEC от Honda. На фоне того, что ожидаемый эффект от этой доработки составляет от 50% роста показателя крутящего момента, шаг в сторону реализации этого проекта выглядит вполне разумным и целесообразным решением.
Заинтересуется проектом Subaru или нет, зависит от многих обстоятельств. Прежде всего от того, каким образом до этой компании сможет дойти предложение украинских специалистов. Однако то, что работа в этом направлении остается перспективной, вне зависимости от изрядно подмоченного долговременным бездействием отечественного моторостроения имиджа украинских инженеров – бесспорно. Убедительно это доказывает пример британской компании Ricardo, сумевшей доработать мотор разработанным в Киеве методом до показателей удвоенного максимального момента и мощности при обеспечении роста экономичности на треть. Впрочем, это уже другая история.
Казалось бы, попытка обратиться к примеру незадачливого отечественного предприятия, бесславно заканчивающего свою историю во времена баснословного спроса на свойственную для него продукцию, не может быть состоятельной. Тем не менее, факт разработки инженерами КМЗ технологий, способных поднять крутящий момент оппозита в полтора раза, от этого не перестает быть фактом. При этом действенных возможностей поднять момент и снизить расход топлива вкупе со снижением выбросов вредных газов в мире не так уж и много. И всех их запросто можно пересчитать по пальцам одной руки. Поэтому интерес со стороны Subaru к новой и крайне просто реализуемой разработке украинских специалистов не исключен. Ведь, в конце концов, Subaru – не КМЗ. На Subaru разработкам принято давать профессиональную оценку по фактам эффективности, а не исходить из любительских предрассудков. Как бы оно там ни было, можно не сомневаться, что Subaru еще покажет множество интересных конструкций, разработанных для своих почитателей и в пику ожиданиям конкурентов. Может быть, компания найдет свои принципиальные технические решения по более оптимальному использованию скрытых возможностей оппозита. А может, останется верна традициям совершенствования доступных ей технических решений. Японские инженеры располагают главным – они востребованы и признаны как у себя дома, так и в мире. Им и выбирать. Нелегкий путь, который им пришлось пройти для достижения этой цели, у них за спиной. Поэтому впереди их ждут только успехи. И это справедливо.