水平对置
发动机(Horizontally opposed engine),又称卧式发动机、B型发动机(Boxer engine),是指将发动机活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上做左右运动的一种活塞式发动机。水平对置
发动机具有运转平稳、增强稳定性、提高动力传递效率等特点,广泛应用于汽车、摩托车和飞机等领域。
1896年,
德国工程师
本茨制造出了第一台水平对置式发动机。1903年,福特等公司汽车搭载水平对置式发动机,因制造成本高而放弃。2011年,
斯巴鲁的第三代水平对置发动机配上了
丰田汽车的D-4S缸内直喷系统。2012年3月,日本
富士重工业株式会社开发出水平对置发动机的升级版——新一代Boxer发动机。2024年7月,
比亚迪L3公开其水平对置发动机和车辆专利。2024年7月,
比亚迪L3水平对置发动机和车辆的发明专利公布,专利公开了水平对置发动机和车辆,水平对置发动机包括缸体,进气歧管底座。
水平对置
发动机根据设计可分为B6和B4两种型号,分别代表水平对置6缸和4缸发动机。水平对置
发动机作为发动机的一种,其总体构造包括机体组件与曲柄连杆机构、换气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、起动系统和点火系统(仅汽油机)。
发动机工作时,活塞在气缸内经过进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程四个冲程。
历史沿革
1896年,
德国工程师
本茨制造出了第一台水平对置式发动机。1903年,福特Model A、第一代大众甲壳虫和
保时捷356、
雪铁龙公司经典国民车2CV、宝马600等都曾使用水平对置式
发动机,但由于水平对置发动机的设计和生产工艺要求严苛,制造成本高且维修难度大,截至2018年2月,仍在使用水平对置发动机的汽车企业只有
斯巴鲁和保时捷,摩托车厂商则只有宝马、
本田技研工业。
2011年,斯巴鲁的第三代水平对置发动机配上了
丰田汽车的D-4S缸内直喷系统之后,压缩比得以提升至12.5,2.0升的排量可以提供200马力,最大功率出现在每分钟7700转,
最大扭矩点在每分钟6600转,是典型的竞赛型选手。变速箱有6挡手动和6挡自动两种。
自动变速器当然会配方向盘换挡拨片,这是必须的。出于减重,并且要为水平对置发动机腾出空间,前悬挂是麦弗逊式,后悬挂才是
斯巴鲁翼豹那样的双叉臂式。为了获得更好的弯道表现,后桥还采用了限滑差速器。
2012年3月,日本
富士重工业株式会社开发出水平对置发动机的升级版——新一代Boxer发动机。该
发动机将首先配置在运动
MPV(SUV)“森林人(Forester)”上。Boxer发动机不仅从基本骨架上进行了全面更新。使燃烧效率比原来提高了约10%。而且通过延长冲程实现了发动机的小型化。按排量Boxer发动机分为2.0升和2.5升两种机型:其装备的排气再循环(EGR)冷却器、吸排气阀除采用可变阀门正时机构外,还通过活塞及连杆等部件的轻量化.以及采用高效率的小型机油泵等,使该发动机的摩擦损耗减小了约30%,在实现小型化的同时,提高了燃烧效率。
2024年5月,
速霸陆Vivio有意利用其水平对置发动机技术打造新型混合动力系统。2024年7月,
比亚迪L3水平对置发动机和车辆的发明专利公布,专利公开了水平对置发动机和车辆,水平对置发动机包括缸体,进气歧管底座,所述进气歧管底座设置于所述缸体的底部,排气歧管,所述排气歧管设置于所述缸体的顶部。
基本构造
水平对置
发动机作为发动机的一种,其总体构造包括机体组件与曲柄连杆机构、换气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、起动系统和点火系统(仅汽油机)。
机体组件与曲柄连杆机构
机体组件包括机体、气缸盖、气缸套和油底壳等。机体组件是发动机的骨架,所有运动部件和系统都支承和安装在它上面。曲柄连杆机构主要由活塞、连杆、曲轴及飞轮等组成,其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并将作用在活塞顶部的燃气压力转变为曲轴的转矩输出。
换气系统
换气系统由空气滤清器、进排气管道、配气机构、消声灭火器等组成。其功用是定时开关进、排气门,实现气缸的换气;过滤空气中的杂质,保证进气清洁;降低排气噪声。
燃料供给系统
根据
发动机所用燃料的不同,燃料供给系统分为柴油机供油系统和汽油机供油系统。
润滑系统
润滑系统由集滤器、机油泵、机油滤清器、机油散热器、油道和机油压力表等组成。其功用是将机油压送到
发动机各运动件的摩擦表面,以减少运动件的摩擦和磨损,带走摩擦热量,清洗表面磨屑,加强密封和防止零件锈蚀。
冷却系统
冷却系统由散热器、水泵、风扇、水套、节温器和机体散热片等组成。冷却系统的功用是冷却受热机件,保证发动机在适宜的温度下正常工作。
起动系统
起动系统由
蓄电池、起动机和起动开关等组成。其功用是起动发动机,使发动机由静止状态转入稳定运转状态。
点火系统
汽油机设有点火系统,它由蓄电池、
发电机、点火线圈、点火控制器、高压线和火花塞等组成。点火系统的功用是定时产生电火花,点燃混合气。柴油机没有点火系统。
工作原理
水平对置
发动机的气缸排列形式为对置式,是指左右两列气缸相对排列,这样的结构使发动机整体重心降低、平衡性好。相对于普通的直列和V型发动机活塞运动形式,水平对置发动机的活塞运动为水平方向上的左右运动。发动机工作时,活塞在气缸内经过四个冲程:进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在做功冲程中油气
混合物燃烧时的急剧膨胀带来的压力,使停留在上止点的活塞向下止点运动,并通过连杆将这种平面移动转化为曲轴的转动,转动半径为R,通过曲轴飞轮端传递给汽车的变速系统,进而传递给车轮,使汽车行驶。对于四冲程
发动机来说,曲轴转2圈发动机完成进气、压缩、做功和排气四个过程,且在这四个行程中,只有做功行程是对外做功。由此引起曲轴输出转矩成周期性,为了改善这种状况,在曲轴后端装置飞轮。
主要分类
水平对置发动机的英文为BoxelEngine,含义就是“拳击手发动机”,简称为B型发动机。按气缸数量不同区分,比如B6、B4发动机,B4发动机代表水平对置4缸发动机,B6发动机则代表水平对置6缸发动机。
特点
优点
水平对置
发动机本身就左右对称,因此它可使变速器等放置在车身正中,让汽车左右重量对称,这种发动机可以很简单地相互抵消振动,使发动机运转更平稳,而不会像大多数汽车那样重心偏向一侧。水平对置发动机的重心低,能让车头设计得又扁又低。这两点都增强了汽车的行驶稳定性。此外,水平对置发动机的动力输出轴方向与传动轴方向一致,因此不需要改变动力传递方向而是可以直接与离合器、变速器对接,大大提高了动力传递效率,使汽车的起动和加速更迅猛。
缺点
水平对置发动机的缺点是维修不方便,而且各缸点火间隔不一致,使其排气声音比较怪异。普通汽车极少装配水平对置
发动机,只有
保时捷、
速霸陆Vivio和
丰田汽车等仍在生产和使用这种发动机。
应用
水平对置发动机可用于汽车、摩托车和飞机。由于其局限性,截至2016年11月,只有
保时捷和
斯巴鲁两家汽车厂商使用水平对置发动机。
著名型号
斯巴鲁
水平对置发动机作为斯巴鲁的核心技术之一,其活塞平均分布在曲轴两侧,在水平方向上进行往复运动。水平对置发动机,其实并不是相邻的两个气缸完全“面对面”正向排列,而是会相互错开一定的角度,这是因为相邻的两个活塞上与活塞相连的连杆机构不可能装配在曲轴的同一位置上,这也直接导致相邻两个气缸的活塞中心并不在同一条直线上。即便如此,活塞在水平方向上做往复运动的平衡性依然良好,两侧活塞所产生的往复
惯性力及其
力矩能够相互抵消,从而不需要采用专门的平衡机构,有助于
发动机转速的提升和动力性能的提高,并且在很大程度上降低了发动机的振动和噪音水平,提高了车辆行驶的舒适性和静音性。
气缸呈水平对置的方式排列还能够大大降低发动机的高度,带来的直接优点就是降低了整车的重心,从而增强了车辆的行驶稳定性。不过,独特的设计在为水平对置发动机带来众多技术优势的同时,也为其普及推广带来了一定的不利因素。由于水平对置发动机对发动机零部件,尤其是缸体、活塞的制造工艺和装配精度要求相当严格,所以水平对置发动机的制造成本相比直列发动机和V型发动机要高出许多,因此,采用水平对置发动机的车型价格往往较同级别、同排量的车型高出不少。
截至2016年11月,
速霸陆Vivio已经研发出水平对置4缸和6缸两款水平对置发动机,并且在旗下力狮、
斯巴鲁翼豹、森林人、驰鹏和傲虎等多款车型上得以采用。
保时捷
保时捷水平对置
发动机与斯巴鲁水平对置发动机在发动机构造和原理方面并没有太大的差别,并且也都具有水平对置发动机所特有的结构特点和技术优势。两者之间唯一的区别只在于水平对置发动机在车辆上的安装位置,斯巴鲁旗下的车型全部都采用了发动机前置的布置型式,而保时捷则采用了将水平对置发动机布置在车辆中部或后部的发动机布置型式。两家汽车厂商虽然都采用了具有相同气缸排列方式的发动机,但是不同的发动机安装位置却充分反映出两家公司在车型设计方面的两种风格迥异的设计思想,
速霸陆Vivio更多地注重于车辆的行驶稳定性和舒适性,而
保时捷则侧重于通过发动机中置或后置的布置型式将车辆的操控性能发挥到极致,从而带来无与伦比的操控感觉和驾驶乐趣。此外,两种不同的
发动机布置型式还能够收到不同的车辆平衡效果。发动机中置的结构布局使车辆的重心集中在车辆的中部,明显更有利于整车达到平衡,而不是像发动机前置那样,车辆的重心偏向于发动机舱。
截至2016年11月,保时捷已经在911Carrera和CaymanS等多款车型上装备了水平对置发动机。其中,
保时捷911Carrera车型采用了发动机后置
RWD的型式,CaymanS车型则采用了发动机中置后轮驱动的型式。
长城灵魂摩托车
2024年5月,长城灵魂摩托车搭载的自研水平对置八缸
发动机也在北京车展的展台上进行了展出。水平对置8缸发动机,排量将在1500cc-2500cc之间。值得注意的是,水平对置8缸发动机搭载在摩托车上还属于业内首创。