水平对置引擎

工业技术术语

水平对置引擎通常被称为BOXER,BOXER原意是拳击手。这种引擎汽缸分成左右两边,每边2或3个汽缸,左右两边的活塞作180度的对向运动,犹如拳击手出拳对打,因而得此称呼。

发展史
Porsche和Subaru的水平对置引擎之间最大的区别其实在于安装方式:Subaru是前纵置引擎、前轮驱动或者四轮驱动,跟一般的前横置引擎前轮驱动车型不一样,Subaru的引擎实际上跟Audi的V型引擎+Quadro的布局很相似,是非常典型的Symmetric AWD Layout。由于EJ系列引擎只有4/6缸容积不超过3000cc,前置引擎仓的空间比较充裕因此Subaru只需要解决引擎的供油和散热问题就可以。其实Subaru的引擎并不是很先进或者很特别的设计,只是同级厂商没有使用水平对向设计所以显得“与众不同”。
Porsche的水平对向引擎最早是从6缸2.0L风冷开始的。911从诞生的头一天开始就是高性能跑车,因此Porsche引擎上面使用了昂贵的尖端技术。911是后纵置引擎后轮/四轮驱动布局风冷设计,引擎仓可用空间不多,Porsche设计之初只预留2.7L的空间认为2.7L是一个极限。
进入70年代不断增长的马力需求,催化转换器/无铅汽油引入以及新废气排放条例的实施让Porsche急需增大引擎容积。要扩大容积有两个选择:一个拉长冲程(增加长度),一个增大口径(增加宽度)。 虽然在911 Turbo上Porsche可以大幅增加车尾的宽度来增大引擎仓空间,但这样会大大增加空气阻力而且成本也非常高,在普通的911行不通。凭借在赛车场上累积的技术和经验,Porsche从增强缸体强度减少缸壁厚度增大汽缸口径找到突破点,新型高强度金属材料和电子燃油喷注的应用也让911引擎最高转数和输出大幅提升。虽然引擎的总体尺寸没有明显增大,但容积在2.7L以上的911引擎为了不增加车尾宽度保持最优化的整体布局,引擎和排挡箱/传动轴之间是有一个倾斜的齿轮连接,跟一般汽车直连是有区别的。
风冷911 Flat 6引擎在993一代已经发展到极限,使用风冷设计3.2L一个技术极限同时为了保留冷却空间,Porsche一直使用占用空间较少的SOHC 2V per clinder 设计,而没有采用同代引擎已经普遍使用高性能DOHC 4V。风冷引擎曾经是Porsche 911的招牌,但在911 GT1/Boxster上Porsche首先试验水冷Flat 6 DOHC设计,并在随后的996一代911上采用了水冷设计。得益于水冷设计996引擎容积达到空前的3.8L(911 GT3),配合在993/968上登场的Vario Cam(类似VVT-Li/i-VTEC的系统)最高转数提升到7850rpm。为了解决水平对置引擎天生的供油问题,在911 Turbo/GT2上Porsche采用了最高规格的Dry Sump 润滑和3个强力油泵提升911在高G数下的表现,在保留13000英里维修间隔的前提下马力也提升到骇人的472匹(3.6L Turbo)。
特点
发动机活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低,车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上,两侧活塞产生的力矩相互抵消,大大降低车辆在行驶中的振动,使发动机转速得到很大提升,减少噪音。
低重心:产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低,更容易达到整体平衡。
低振动:活塞运动的平衡良好(180度左右抵消)。 相比直列式,在曲轴方面所需的平衡配重因素减少,有助转速提升。它能保持650转的低转速,并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机行式油耗最低。
优缺点
水平对置发动机,发动机活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低,车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上,两侧活塞产生的力矩相互抵消,大大降低车辆在行驶中的振动,使发动机转速得到很大提升,减少噪音。
优点
水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的气缸为“平放”,不仅降低了汽车的重心,还能让车头设计得又扁又低,这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时,水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构,这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好,运行时的功率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。
缺点
1、排气管。排气管的位置必须在正下方,而且两排汽缸都有排气管,中间隔着个曲轴箱,这个恐怕是平置引擎最大的弱势。因为这个原因,平置引擎几乎不可能做横置前驱布局,因为总有一排汽缸排气会非常难解决,必须想办法跨过变速箱/曲轴箱等等。平置引擎通常都只能配合纵置布局,这样排气的位置还比较好解决,但是远没有直列和V型引擎的侧排气方便。作为中置引擎的话排气也会较难解决,要么从后悬挂中间穿过(保时捷 bosxter/cayman)或者是需要在后悬挂底下穿过(保时捷 914),都是比较不利的因素。同样,因为排气管在汽缸正下方,所以排气歧管的位置必须低于发动机,这个也导致平置引擎的曲轴箱其实不能降到车子的最低点,所以说平置引擎降低重心这个也是相对的情况而已,并不是绝对的。
2、体积和紧凑。首先横向尺寸过大就是一个严重的问题,基本上前纵置引擎的话会严重影响前轮的位置,可能不够空间让前轮转动,增大转弯半径。这个也就斯巴鲁能比较完美的解决,不过代价也是前移的重心和下降的操控。而讲求效率和利用率的前提下,体积大的弱点几乎等于给平置引擎宣布了无期徒刑。
3、复杂性。毫无疑问,如果是平置4汽缸引擎要做到DOHC(双顶置凸轴/四气门),则必须两列汽缸一共4条凸轴,并且需要一条长长的正时皮带/正时链条驱动。但是如果是直列4汽缸的话,因为只有一列气缸只需要2条凸轴就够了,而且正时传动的长度也是平置引擎的一半,同时涉及的液压张紧等机构也将是平置引擎的一半,所以平置引擎的复杂性毫无疑问远超直4引擎,甚至比V6引擎还要麻烦点。
水平对置引擎的维修
发动机的拆卸
拆卸的目的是为了检查和修理发动机的零部件,以便对需要维护的总成进行维护,或对有缺陷的零件进行修复或更换,使配合关系失常的零件经过调整达到规定技术标准。发动机的拆卸应遵循以下原则。
1、掌握正确的拆卸方法:为了提高拆卸工效,减少零部件的损伤和变形,需要使用相应的专用工具和设备,严禁任意敲占或撬打。例如拆卸紧配合件时,应尽量使用拉器;拆卸螺栓联接件时,要选用适当的寸具。依螺栓紧固的力矩大小优先选用套筒扳手、梅花扳手和单扳手,一般不能使用活动扳手和手钳,以免损坏螺母和螺栓的六角边棱,给下次的拆卸带来不必要的麻烦。由表及里按顺序逐级拆卸。一般先拆附件,然后按总成→部件→组合件→零件的顺序进行拆卸。
2、拆卸时要为重新装配做好准备:拆卸时要注意检查或做好装配标记。有些相互配合的零件是分组选配的或经过厂自然磨合,有些组合件则是装合后一起加工,为了保证一些配合件或组合件的装配关系,在拆卸时应对原有的记号加以校刘和辨认,没有记号或标记不清的应重新做好标记。零件要分类顺序摆放。为厂便于清洗、检查和装配,零件应分类或按总成、组合件顺序摆放,不可互换的零件应成对放置,易丢失的零件应专门放在相应的容器里。
发动机的装配
1、装配前的准备
(1)零件检查:对于经过修理和更换的所有零件,在装配前都要进行认真的质量检测,以防止不合格的零件进入装配过程。
(2)零件清洁:零件装配前都要进行仔细的清洗,防止油污、尘粒、金属屑等进人相对运动零件之间,以免破坏配合关系加速磨损。除指定清洗剂外,一般使用干净的柴油或汽油进行清洗,然后用压缩空气吹干。
(3)配合零件的选配:配合零件必须满足一定的配合要求,包括间隙配合、过渡配合及过盈配合,装配前要做好选配工作,并做出相应标记,以保证零件装配的正确性
2、装配后的调试
发动机总成装配后,一般要求经过冷磨与热试后,才能投入使用。通过冷磨与热试,可提高零件配合质量、保证正确的间隙和准确的正时,从而提高发动机的动力性、经济性、工作可靠性和使用寿命。发动机的冷磨发动机的冷磨是指以电动机或其他动力带动发动机运转、磨合的过程,其功用是使相对配合的零件之间进行自然磨合。由于冷磨后,还必须对发动机进行拆检与清洗,所以冷磨时可不安装燃油供给系统利点火系统各附件,如果已装上,则应拆下汽油机火花塞或柴油机喷汕器,以减小冷磨时气缸内的压力,减小发动机零部件的机械负荷。冷磨时,由于新装配发动机各处配合间隙较小,应使用粘度较低的润滑油,以保证润滑可靠。此外,应使发动机转速由低到高分段进行冷磨,并注意检查有无漏气、漏水、漏油现象,听诊发动机有无异响。冷磨时间根据零件配合情况确定,一般为1.5-2.0小时。随着配件质量的提高和修理中手工加工量的减少,发动机冷磨在实际中的应用已日趋减少。
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