Четыре или два?

Четыре или два? Четырехтактные и двухтактные двигатели

В XX в. 4- и 2-тактные автомобильные и мотоциклетные двигатели соперничали десятилетиями; победили тогда «четырехтакты». Но моторостроители не забывают и о «двухтактах»: очень уж заманчиво снимать рабочий ход с цилиндра на каждом обороте вала. Мощность, равномерность хода, компактность, простота конструкции [Еще «двухтакты» замечательны легким пуском при минусовой температуре…] (см. «Возвращение двухтакта?», «Турбо», 2002, №12).

Но и недостатки 2-тактных моторов (главный из которых – неустойчивая работа под малой нагрузкой и на «холостом» ходу) тоже на виду. А нельзя ли сочетать приятное с полезным – и соединить в одном пакете 2- и 4-тактную конструкции? В английской инжиниринговой компании Ricardo считают, что «да»: специально под проект 2/4SIGHT образован консорциум, куда входят японская Denso и другие заинтересованные юридические лица.

2-тактный мотор со щелевым газораспределением и кривошипно-камерной продувкой
Обыкновенный 2-тактный мотор со щелевым газораспределением и кривошипно-камерной продувкой

Нам знакомы простенькие «двухтакты» с бесклапанным – так называемым «щелевым» – газораспределением. В основе необычной конструкции Ricardo – нормальный «четырехтакт» с 4-клапанными головками цилиндров. Ключ к переключению «тактности» – в изменении фаз газораспределения: клапаны срабатывают не раз на 2 оборота коленвала, а на каждом обороте. Как достигается удвоение частоты ГРМ, у Ricardo пока не раскрывают. Допустим, 2-ступенчатый (планетарный) редуктор в приводе распредвалов – с соотношением передаточных чисел 1:2.

Кроме того, фазы газораспределения нужно смещать по углу поворота коленвала. В 2-тактном режиме выпуск начинается очень рано – где-нибудь за 80° до н.м.т. Позже (но еще до н.м.т.) открываются впускные клапаны и начинается продувка цилиндра воздухом (без горючего). Примерно на 60° после н.м.т. выпуск заканчивается [«Несимметричные» фазы впуска-выпуска. Чрезвычайно выигрышно с точки зрения наполнения цилиндров, но труднодостижимо в обычных «двухтактах» со щелевым газораспределением.], но наполнение цилиндра продолжается [Понятно, что тут нужен продувочный компрессор (приводной). Иначе подать в цилиндры продувочный воздух против давления отработанных газов, а потом на ходе сжатия не удастся. «Двухтакты» всегда оснащают продувочным нагнетателем – хотя бы под поршнем. А компрессор уместен и в 4-тактном режиме.] – где-то до 90° перед в.м.т. Когда выпускные клапаны закрываются, в надпоршневое пространство впрыскивается топливо (не раньше, чтобы оно не вылетало в ходе продувки на выхлоп). Дальше – сжатие, воспламенение [Понятно, что впрыск топлива и искрообразование тоже переключаются со сменой режима работы. Однако тут серьезных затруднений нет.], рабочий ход. Voila. Между прочим, в «Турбо» уже шла речь о возможности переключения 4-тактного гоночного двигателя в 2-тактный режим (см. «Долгий путь к себе», «Турбо», 2002, №3). А «в металле» идея, видимо, впервые воплотится для двигателя легкового автомобиля.

Как видите, в 2-тактном режиме не только клапанам приходится срабатывать вдвое чаще, но и продолжительность впуска-выпуска гораздо меньше. Так, в 4-тактном режиме фазы выпуска – около 225°, а у «двухтакта» – только (80+60 =) 140°. Значит, нужен механизм переключения – вроде хондовского VTEC – плюс устройство фазовращения для смещения фаз впуска-выпуска в зависимости от режима работы. Громоздкая конструкция, а вот гипотетический электромагнитный (или электрогидравлический) привод клапанов позволил бы снять все вопросы разом. Не намерены ли у Ricardo применить небывалый ГРМ – без распредвалов и кулачкового механизма? Участие в консорциуме мощной Denso с ее опытом создания разнообразнейших устройств «мекатроники» [«Мекатроника» соединяет слаботочную электронику и силовые исполнительные механизмы: ABS, «роботизированные» коробки передач, электромагнитные форсунки впрыска топлива и т. д.] не случайно…

Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме
Порядок работы двигателя 2/4SIGHT в 2-тактном режиме

По проекту 2/4SIGHT разрабатывается V-образный 6–цилиндровый 2-литровый двигатель. В 2-тактном режиме от него можно ожидать до 200 кВт/272 л.с. при 4500 мин-1 [Для «двухтакта» с клапанным газораспределением (в отличие от щелевого) высокие обороты недостижимы – из-за двойной частоты работы ГРМ. Уже при 4500 мин-1 в 2-тактном режиме клапанный механизм нагружается силами инерции примерно как при 9000 оборотов в 4-тактном.] – на уровне 3-4-литрового «четырехтакта». Причем равномерность хода – как у 12-цилиндрового мотора! А при невысокой нагрузке и на «холостом» – спокойная работа в 4-тактном режиме. У Ricardo рассчитывают, что 2/4-тактный мотор окажется аж на 30% экономичнее равного по мощности 4-тактного. И выбросы вредных веществ заметно меньше. А вот о простоте устройства классических «двухтактов» (со щелевым газораспределением и кривошипно-камерной продувкой) забудьте. Проект 2/4SIGHT рассчитан на 30 месяцев, так что к осени 2007 ждите. Занятно, на какой из моделей впервые появится необычный мотор?