В. А. Корогодский к.т.н.
При повышении нормативных требований на токсичность отработавших газов двигателей, для предприятий, которые выпускают двухтактные двигатели с искровым зажиганием, возникла дилемма – переход на выпуск четырехтактных двигателей или модернизация и изготовление новых двухтактных двигателей с системой непосредственного впрыска топлива.
В настоящее время ведущими двигателестроительными фирмами, выпускающими двухтактные двигатели с непосредственным впрыском топлива, являются:
- по выпуску автомобильных двигателей – «Orbital Engine Corporation», «General Motors», «Ford»;
- по выпуску мотоциклетных двигателей – "Kawasaki", "MZ", "Bombardier-Rotax", "Tohatsu", "Peugeot", "Piaggio" и "Aprilia", использующие систему непосредственного впрыскивания топлива под названием "DiTech";
- по выпуску двухтактных двигателей для водного транспорта – ''Yamaha'', ''Mercury'' и, естественно, фирма "Evinrude", использующая систему непосредственного впрыскивания топлива "E-Tec".
Анализ последних разработок этих двигателестроительных фирм показал, что двухтактные двигатели с непосредственным впрыском топлива имеют меньше выбросов вредных веществ в отработавших газах даже в сравнении с четырехтактными двигателями с непосредственным впрыском топлива.
Исследования модернизации двухтактных двигателей
мотоциклов "Kawasaki" системой непосредственного впрыска топлива фирмы
"Orbital Engine Corporation" (рабочий процесс OCP), показали, что на
88 % снижено содержание CnHm
и на 72 % снижено содержание СО в отработавших газах. При этом на
30 – 40 % повышена топливная экономичность двигателя на частичных и
мощностных режимах, а на режимах холостого хода до 70 % по сравнению с
карбюраторной системой питания [2][3].
Сравнение двухтактных двигателей "Kawasaki" с карбюратором и с системой
непосредственного впрыска топлива "DI Fuel-Injected" проводились по
индийскому циклу “Indian Drive Cycle”. С использованием газоанализатора
"Vetronix PXA-1100" было определено количественное содержание вредных
веществ в отработавших газах. Результаты исследований представлены в
таблице [4].
Сравнение
двухтактных двигателей "Kawasaki" с карбюраторной системой питания и с
системой непосредственного впрыска топлива "DI Fuel-Injected":
| Карбюраторная система питания | Непосредственный впрыск топлива | % усовершенствования | Топливная экономичность (км/литр) | 31 | 41 | 32 % |
| Выбросы вредных веществ в отработавших газах (г/км) | Несгоревшие углеводороды (С6Н14) | 4,4 | 0,6 | 88 % | Монооксид углерода (СО) | 1,3 | 0,4 | 72 % |
Фирма "Evinrude" объясняет низкое содержание вредных веществ в
отработавших газах (суммарное количество несгоревших углеводородов CnHm и оксидов азота NOх
составляет 17,6 г/(кВт • ч)) тем, что в двигателях исключаются потери
топлива при продувке и используется автономная система смазки [5].
Смазка осуществляется при помощи лубрикационного насоса и разветвленной
сети каналов, подающих масло к нуждающимся в смазке сопрягающимся
поверхностям в количестве, зависящем от степени нагруженности каждого
конкретного узла. Масло при этом с топливом не смешивается. Подача его,
как и топлива, управляется электронным блоком. Специально для системы
питания "E-Tec" было разработано особое масло "XF-100", которое при
попадании в камеру сгорания полностью сгорает. При этом двигатели
"Evinrude E-TEC" потребляют вдвое меньше масла, чем существующие
впрысковые двухтактные, и на 75 % меньше, чем традиционные
четырехтактные карбюраторные двигатели. Согласно данным фирмы
"Bombardier", содержание оксида углерода (СО = 66,5 г/(кВт • ч)) в
отработавших газах на частичных режимах и холостом ходу двигателя
"Evinrude E-Tec" на 80 % меньше, чем у большинства четырехтактных
двигателей, что объясняется организацией послойного сгорания
топливовоздушной смеси. Двигатели "Evinrude E-Tec" по потреблению
топлива являются более экономичными, чем четырехтактные двигатели той
же мощности.
Для снижения шума на
двигателях с “E-Tec” применяется система настроенного выпуска, которая
обеспечивает уровень шума (75,6 дБ) ниже, чем в четырехтактных
двигателях аналогичной мощности.
При этом двигатели "Evinrude E-Tec" признаны лучшими двухтактными
двигателями 2006 года и имеют статус CARB 3-star, что свидетельствует о
минимальных выбросах вредных веществ в отработавших газах.
Кроме того, применение системы непосредственного впрыскивания топлива
на двухтактном двигателе позволяет по сравнению с обычным
четырехтактным двигателем иметь на 60 – 80 % выше максимальную
мощность. При этом использование непосредственного впрыска топлива
позволяет снизить внешний объем двигателя на 70 %, вес на 50 % и
стоимость на 20 % по сравнению с четырехтактным двигателем той же
мощности.
Таким образом, выполнение международного законодательства по выбросам
вредных веществ в отработавших газах двигателей, основанное на ECE 40,
ECE 47 и IDC drivecycles, возможно только при использовании системы
непосредственного впрыскивания топлива. Дальнейшего снижения выбросов
вредных веществ в атмосферу, не считая гибридных двигателей и
использование водорода в качестве топлива, можно достигнуть как в
двухтактных, так и в четырехтактных двигателях только за счет
применения нейтрализатора отработавших газов.
- Корогодский В.А. Влияние степени сжатия и угла опережения зажигания
на показатели рабочих процессов двигателя с непосредственным впрыском
// Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ. – 2005. – Вып. 16. – С.
312-315.
- Marco Nuti. "Emissions from Two-Stroke Engines," Society of Automotive Engineers, 1998, pg 85.
- Bryan
Willson “Direct Injection as a Retrofit Strategy for Reducing Emissions
from 2-Stroke Cycle Engines in Asia” Better Air Quality Asia
Conference, 2002.
- Tim
Bauer, Nathan Lorenz, Dr. Bryan Willson, “Emission Characterization of
a Small Two-Stroke Engine Direct Injection Retro-Fit Kit with
Carbureted Baseline Comparison” Better Air Quality Asia Conference 2004.
- http://www.evinrude.com
|