水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)（Horizontally opposed engine），又稱臥式發(fā)動(dòng)機(jī)、B型發(fā)動(dòng)機(jī)（Boxer engine），是指將發(fā)動(dòng)機(jī)活塞平均分布在曲軸兩側(cè)，在水平方向上做左右運(yùn)動(dòng)的一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、增強(qiáng)穩(wěn)定性、提高動(dòng)力傳遞效率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車和飛機(jī)等領(lǐng)域。
1896年，德國(guó)工程師本茨制造出了第一臺(tái)水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。1903年，福特等公司汽車搭載水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)，因制造成本高而放棄。2011年，斯巴魯的第三代水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)配上了豐田汽車的D-4S缸內(nèi)直噴系統(tǒng)。2012年3月，日本富士重工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)出水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)版——新一代Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)。2024年7月，比亞迪L3公開其水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛專利。2024年7月，比亞迪L3水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的發(fā)明專利公布，專利公開了水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛，水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)包括缸體，進(jìn)氣歧管底座。
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)可分為B6和B4兩種型號(hào)，分別代表水平對(duì)置6缸和4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，其總體構(gòu)造包括機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)（僅汽油機(jī)）。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)經(jīng)過進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程四個(gè)沖程。
歷史沿革
1896年，德國(guó)工程師本茨制造出了第一臺(tái)水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。1903年，福特Model A、第一代大眾甲殼蟲和保時(shí)捷356、雪鐵龍公司經(jīng)典國(guó)民車2CV、寶馬600等都曾使用水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)苛，制造成本高且維修難度大，截至2018年2月，仍在使用水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車企業(yè)只有斯巴魯和保時(shí)捷，摩托車廠商則只有寶馬、本田技研工業(yè)。
2011年，斯巴魯?shù)牡谌綄?duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)配上了豐田汽車的D-4S缸內(nèi)直噴系統(tǒng)之后，壓縮比得以提升至12.5，2.0升的排量可以提供200馬力，最大功率出現(xiàn)在每分鐘7700轉(zhuǎn)，最大扭矩點(diǎn)在每分鐘6600轉(zhuǎn)，是典型的競(jìng)賽型選手。變速箱有6擋手動(dòng)和6擋自動(dòng)兩種。自動(dòng)變速器當(dāng)然會(huì)配方向盤換擋撥片，這是必須的。出于減重，并且要為水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)騰出空間，前懸掛是麥弗遜式，后懸掛才是斯巴魯翼豹那樣的雙叉臂式。為了獲得更好的彎道表現(xiàn)，后橋還采用了限滑差速器。
2012年3月，日本富士重工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)出水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)版——新一代Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)將首先配置在運(yùn)動(dòng)MPV（SUV）“森林人（Forester）”上。Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)不僅從基本骨架上進(jìn)行了全面更新。使燃燒效率比原來提高了約10％。而且通過延長(zhǎng)沖程實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的小型化。按排量Boxer發(fā)動(dòng)機(jī)分為2.0升和2.5升兩種機(jī)型：其裝備的排氣再循環(huán)（EGR）冷卻器、吸排氣閥除采用可變閥門正時(shí)機(jī)構(gòu)外，還通過活塞及連桿等部件的輕量化．以及采用高效率的小型機(jī)油泵等，使該發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損耗減小了約30％，在實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，提高了燃燒效率。
2024年5月，速霸陸Vivio有意利用其水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)打造新型混合動(dòng)力系統(tǒng)。2024年7月，比亞迪L3水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的發(fā)明專利公布，專利公開了水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛，水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)包括缸體，進(jìn)氣歧管底座，所述進(jìn)氣歧管底座設(shè)置于所述缸體的底部，排氣歧管，所述排氣歧管設(shè)置于所述缸體的頂部。
基本構(gòu)造
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，其總體構(gòu)造包括機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)（僅汽油機(jī)）。
機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)
機(jī)體組件包括機(jī)體、氣缸蓋、氣缸套和油底殼等。機(jī)體組件是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，所有運(yùn)動(dòng)部件和系統(tǒng)都支承和安裝在它上面。曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸及飛輪等組成，其功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將作用在活塞頂部的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩輸出。
換氣系統(tǒng)
換氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進(jìn)排氣管道、配氣機(jī)構(gòu)、消聲滅火器等組成。其功用是定時(shí)開關(guān)進(jìn)、排氣門，實(shí)現(xiàn)氣缸的換氣；過濾空氣中的雜質(zhì)，保證進(jìn)氣清潔；降低排氣噪聲。
燃料供給系統(tǒng)
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所用燃料的不同，燃料供給系統(tǒng)分為柴油機(jī)供油系統(tǒng)和汽油機(jī)供油系統(tǒng)。
潤(rùn)滑系統(tǒng)
潤(rùn)滑系統(tǒng)由集濾器、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器、油道和機(jī)油壓力表等組成。其功用是將機(jī)油壓送到發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件的摩擦表面，以減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦和磨損，帶走摩擦熱量，清洗表面磨屑，加強(qiáng)密封和防止零件銹蝕。
冷卻系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)由散熱器、水泵、風(fēng)扇、水套、節(jié)溫器和機(jī)體散熱片等組成。冷卻系統(tǒng)的功用是冷卻受熱機(jī)件，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下正常工作。
起動(dòng)系統(tǒng)
起動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池、起動(dòng)機(jī)和起動(dòng)開關(guān)等組成。其功用是起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
點(diǎn)火系統(tǒng)
汽油機(jī)設(shè)有點(diǎn)火系統(tǒng)，它由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火控制器、高壓線和火花塞等組成。點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是定時(shí)產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混合氣。柴油機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。
工作原理
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸排列形式為對(duì)置式，是指左右兩列氣缸相對(duì)排列，這樣的結(jié)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)整體重心降低、平衡性好。相對(duì)于普通的直列和V型發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)形式，水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)為水平方向上的左右運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)經(jīng)過四個(gè)沖程：進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。在做功沖程中油氣混合物燃燒時(shí)的急劇膨脹帶來的壓力，使停留在上止點(diǎn)的活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過連桿將這種平面移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為R，通過曲軸飛輪端傳遞給汽車的變速系統(tǒng)，進(jìn)而傳遞給車輪，使汽車行駛。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，曲軸轉(zhuǎn)2圈發(fā)動(dòng)機(jī)完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)過程，且在這四個(gè)行程中，只有做功行程是對(duì)外做功。由此引起曲軸輸出轉(zhuǎn)矩成周期性，為了改善這種狀況，在曲軸后端裝置飛輪。
主要分類
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的英文為BoxelEngine，含義就是“拳擊手發(fā)動(dòng)機(jī)”，簡(jiǎn)稱為B型發(fā)動(dòng)機(jī)。按氣缸數(shù)量不同區(qū)分，比如B6、B4發(fā)動(dòng)機(jī)，B4發(fā)動(dòng)機(jī)代表水平對(duì)置4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，B6發(fā)動(dòng)機(jī)則代表水平對(duì)置6缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)本身就左右對(duì)稱，因此它可使變速器等放置在車身正中，讓汽車左右重量對(duì)稱，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可以很簡(jiǎn)單地相互抵消振動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，而不會(huì)像大多數(shù)汽車那樣重心偏向一側(cè)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的重心低，能讓車頭設(shè)計(jì)得又扁又低。產(chǎn)生的橫向震動(dòng)容易被支架吸收，有效將全車較重的發(fā)動(dòng)機(jī)重心降低，更容易達(dá)到整體平衡。這兩點(diǎn)都增強(qiáng)了汽車的行駛穩(wěn)定性。此外，水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸方向與傳動(dòng)軸方向一致，因此不需要改變動(dòng)力傳遞方向而是可以直接與離合器、變速器對(duì)接，大大提高了動(dòng)力傳遞效率，使汽車的起動(dòng)和加速更迅猛。
缺點(diǎn)
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是維修不方便，而且各缸點(diǎn)火間隔不一致，使其排氣聲音比較怪異。普通汽車極少裝配水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，只有保時(shí)捷、速霸陸Vivio和豐田汽車等仍在生產(chǎn)和使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)。
應(yīng)用
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)可用于汽車、摩托車和飛機(jī)。由于其局限性，截至2016年11月，只有保時(shí)捷和斯巴魯兩家汽車廠商使用水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)。
著名型號(hào)
斯巴魯
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)作為斯巴魯?shù)暮诵募夹g(shù)之一，其活塞平均分布在曲軸兩側(cè)，在水平方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，其實(shí)并不是相鄰的兩個(gè)氣缸完全“面對(duì)面”正向排列，而是會(huì)相互錯(cuò)開一定的角度，這是因?yàn)橄噜彽膬蓚€(gè)活塞上與活塞相連的連桿機(jī)構(gòu)不可能裝配在曲軸的同一位置上，這也直接導(dǎo)致相鄰兩個(gè)氣缸的活塞中心并不在同一條直線上。即便如此，活塞在水平方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平衡性依然良好，兩側(cè)活塞所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力及其力矩能夠相互抵消，從而不需要采用專門的平衡機(jī)構(gòu)，有助于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提升和動(dòng)力性能的提高，并且在很大程度上降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪音水平，提高了車輛行駛的舒適性和靜音性。
氣缸呈水平對(duì)置的方式排列還能夠大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，帶來的直接優(yōu)點(diǎn)就是降低了整車的重心，從而增強(qiáng)了車輛的行駛穩(wěn)定性。不過，獨(dú)特的設(shè)計(jì)在為水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)帶來眾多技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也為其普及推廣帶來了一定的不利因素。由于水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，尤其是缸體、活塞的制造工藝和裝配精度要求相當(dāng)嚴(yán)格，所以水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本相比直列發(fā)動(dòng)機(jī)和V型發(fā)動(dòng)機(jī)要高出許多，因此，采用水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的車型價(jià)格往往較同級(jí)別、同排量的車型高出不少。
截至2016年11月，速霸陸Vivio已經(jīng)研發(fā)出水平對(duì)置4缸和6缸兩款水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在旗下力獅、斯巴魯翼豹、森林人、馳鵬和傲虎等多款車型上得以采用。
保時(shí)捷
保時(shí)捷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)與斯巴魯水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和原理方面并沒有太大的差別，并且也都具有水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)所特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。兩者之間唯一的區(qū)別只在于水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛上的安裝位置，斯巴魯旗下的車型全部都采用了發(fā)動(dòng)機(jī)前置的布置型式，而保時(shí)捷則采用了將水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)布置在車輛中部或后部的發(fā)動(dòng)機(jī)布置型式。兩家汽車廠商雖然都采用了具有相同氣缸排列方式的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是不同的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置卻充分反映出兩家公司在車型設(shè)計(jì)方面的兩種風(fēng)格迥異的設(shè)計(jì)思想，速霸陸Vivio更多地注重于車輛的行駛穩(wěn)定性和舒適性，而保時(shí)捷則側(cè)重于通過發(fā)動(dòng)機(jī)中置或后置的布置型式將車輛的操控性能發(fā)揮到極致，從而帶來無與倫比的操控感覺和駕駛樂趣。此外，兩種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)布置型式還能夠收到不同的車輛平衡效果。發(fā)動(dòng)機(jī)中置的結(jié)構(gòu)布局使車輛的重心集中在車輛的中部，明顯更有利于整車達(dá)到平衡，而不是像發(fā)動(dòng)機(jī)前置那樣，車輛的重心偏向于發(fā)動(dòng)機(jī)艙。
截至2016年11月，保時(shí)捷已經(jīng)在911Carrera和CaymanS等多款車型上裝備了水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，保時(shí)捷911Carrera車型采用了發(fā)動(dòng)機(jī)后置RWD的型式，CaymanS車型則采用了發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)的型式。
長(zhǎng)城靈魂摩托車
2024年5月，長(zhǎng)城靈魂摩托車搭載的自研水平對(duì)置八缸發(fā)動(dòng)機(jī)也在北京車展的展臺(tái)上進(jìn)行了展出。水平對(duì)置8缸發(fā)動(dòng)機(jī)，排量將在1500cc-2500cc之間。值得注意的是，水平對(duì)置8缸發(fā)動(dòng)機(jī)搭載在摩托車上還屬于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。
參考資料 >
55周年紀(jì)念 | 斯巴魯水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展史.新浪微博.2024-07-24
The world’s first horizontally-opposed turbo diesel engine.newatla.2024-07-24
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)介紹.搜狐汽車.2024-09-27
技師長(zhǎng)|水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)是斯巴魯?shù)臉s耀還是無奈?.界面新聞.2024-07-24
跟進(jìn)保時(shí)捷、斯巴魯！比亞迪水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)專利公布.百家號(hào).2024-08-06
美股三大期指集體走低 法拉第未來盤前暴跌三成 | 今夜看點(diǎn).天天基金網(wǎng).2024-08-06
天平的兩端——水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)解析.中國(guó)數(shù)字科技館.2024-03-14
搭載水平對(duì)置8缸發(fā)動(dòng)機(jī) 長(zhǎng)城靈魂摩托車發(fā)布預(yù)告.國(guó)際在線.2024-08-06