Двухтактные и четырехтактные двигатели (2)

Начало. Но с середины восьмидесятых годов двухтактный двигатель вновь стал модной темой на страницах технических журналов и в докладах инженерных обществ. Решение проблемы пришло из Австралии — небольшая фирма «Орбитал Энджин Компании объявила в 1986 году, что ей удалось создать двухтактный двигатель, соединивший в себе преимущества обоих типов моторов.

Опытный образец трехцилиндрового двигателя рабочим объемом 1 200 ?м обладал той же мощностью, что обычный четырехтактный автомобильный 1600-кубовый двигатель, при этом расходовал столько же топлива, был вдвое легче и компактнее, развивал на 5 % больший крутящий момент и к тому же обладал более чистым выхлопом. Поначалу казалось, что это обычная сенсация из разряда однодневок, не выдерживающих сколько-нибудь серьезной проверки. Но тщательные испытания показали результаты еще лучше рекламировавшихся! Лицензию на производство этого двигателя приобрели такие концерны, как «Дженерал Моторс», «Форд», «Фиат», крупнейшая компания по выпуску лодочных моторов «Меркурий Марине». Собственные варианты такого двигателя разрабатывают «Крайслер», «Тойота», «Пежо».

Само техническое решение австралийских инженеров было простым до элегантности: если «ахиллесова пята» двухтактного двигателя в том, что продувка осуществляется топливом, то нельзя ли вместо топливной смеси использовать чистый воздух, а топливо подавать уже после закрытия выпускного и перепускных окон? Естественно, для подачи нужной дозы топлива в более короткое время придется прибегнуть к впрыску!

Собственно говоря, эта идея не нова: подобные опыты в авиации проводились еще до Второй мировой войны, а в 1972 году французская фирма «Мотобекан» даже приступила к серийному выпуску первого (и пока единственного) в мире мотоцикла с 350-кубовым двигателем, оснащенным системой впрыска топлива. Но успеха эти опыты не имели. Главная трудность, стоявшая на пути конструкторов, заключалась в том, что на впрыск топлива остается впятеро меньше времени, чем у четырехтактного двигателя.

За эти мгновения топливо не успевает распылиться на частицы, обеспечивающие полное сгорание.

«Изюминка» проекта «Орбитал» (так назвали его австралийские инженеры) в том, что форсунка специального устройства впрыскивает топливо совместно со сжатым воздухом. Подачу воздуха осуществляет небольшой компрессор в передней части двигателя. В остальном двигатель «Орбитал» полностью идентичен обычному двухтактному мотору.

Впрочем, не все считают, что главное — простота устройства. Инженеры фирмы «Тойота» убеждены, что двухтактному двигателю необходимы… два верхних распределительных вала и четыре клапана на цилиндр. В двигателе «Тойота С2» нет окон в стенках цилиндра, картер не участвует в работе, и вообще он по устройству чрезвычайно похож на обычный четырехтактный — но работает по двухтактному циклу. Продувка осуществляется при открытых впускных и выпускных клапанах с помощью нагнетателя типа «Руте». Топливо впрыскивается после закрытия клапанов. Такая схема позволяет делать двигатель на том же оборудовании, что и четырехтактный, и легко конвертировать его в дизельный вариант. Правда, по стоимости он превосходит даже обычный четырехтактник.

Компромисс между этими решениями — совместная разработка фирмы «Пежо» и Французского Института Нефти. Спроектированная ими система получила название ИАПАК (в переводе с французского это сокращение расшифровывается как «Впрыск Топлива с Помощью Сжатого Воздуха»). К серийному мотоциклетному двухтактному 250-кубовому двигателю были добавлены впускной клапан, форсунка обычного типа, впрыскивающая бензин в зону перед впускным клапаном, и ресивер между картером и клапаном. Рассмотрим несколько подробнее как работает такой двигатель — см. рис. 2.

Поршень движется вверх (рис. 2а), подходя к верхней мертвой точке; перепускные и

выпускное окна закрыты; впускной клапан закрыт; в зоне над поршнем сжимается топливо-воздушная смесь; в картер за счет разрежения поступает свежий воздух.

После вспышки в камере сгорания (рис. 26) поршень движется вниз от ВМТ; впускной клапан закрыт; перепускные и выпускное окна еще

закрыты; в картере происходит сжатие воздуха, за счет открытия лепестковых клапанов сжатый воздух из картера поступает в ресивер.

Поршень проходит нижнюю мертвую точку (рис. 2в) и начинает двигаться вверх; через открытые перепускные и выпускное окна происходит продувка сжатым воздухом из картера; впускной клапан закрыт.

Поршень в движении вверх (рис. 2г) закрывает перепускные окна, но выпускное окно остается открытым; топливо впрыскивается форсункой и через открытый впускной клапан сжатый воздух из ресивера распыляет его в камере сгорания; искра поджигает топливо-воздушную смесь.

Таким образом, отличие системы ИАПАК и в том, что топливо начинает подаваться в камеру сгорания еще до того, как закроется выпускное окно. Выброс несго-ревшего топлива предотвращен за счет подбора формы камеры сгорания и установки специального дефлектора на впускном клапане, направляющего движение топливо-воздушной смеси. А достоинства системы? По сравнению с четырехтактным двигателем того же рабочего объема двигатель ИАПАК развивает на 30 % большую мощность при сниженном на 20 % расходе топлива. Выбросы окислов азота сокращаются в 5… 10 раз. В то же время по сравнению с двухтактным двигателем выброс несгоревших углеводородных компонентов сокращен на 80…90 %.

Время покажет, вытеснят ли двухтактники нового поколения классические четырехтактное двигатели: ведь мы помним, какие надежды лет двадцать назад возлагались на роторный двигатель. Но перспективы нового мотора видятся более радужными: в отличие от двигателя Ван-келя он не требует полной замены производственного оборудования. Сейчас же филиал фирмы «Орбитал» в США заканчивает строительство завода, который уже в 1993 году должен начать серийный выпуск новой продукции. В случае удачи предусмотрено расширение производственных мощностей до 150 тысяч двигателей а год. Пока все варианты новых двухтактных двигателей предназначены для установки на автомобили. Но, несомненно, этот компактный и экономичный силовой агрегат найдет свое место и в мототехнике.

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *