Авторизация
В продаже - № 4(84) 2018
Тест-драйв
>

 

 

 

ЗберегтиЗберегти

 

Поиск по журналу
Настройки поиска:
в номере:
по рубрике:
тема:
статьи автора:
Технология E-TEC: три года спустя
Тема: ------; Автор: oio; Страница в журнале: 114;

История создания лодочных двигателей Johnson и Evinrude – это, по сути, и есть история подвесных моторов вообще. В 1903 году братья Джонсон из Индианы изготовили свой первый мотор. Оле Эвинруд сконструировал свой образец двигателя в 1908 году. К 1936 году, после слияния фирм Johnson Motors и Evinrude, произошло окончательное формирование торговых марок Johnson и Evinrude.

В этой славной истории были и взлёты, и падения, и технологические решения, опередившие время, и выпуск одного типа двигателя более двадцати лет. Многие технические находки, опробованные на некоторых подвесниках десятилетиями назад, из-за несовершенства тогдашних технологий и материалов только в наше время обрели силу. С момента появления первого лодочного подвесного мотора и до 1980-х годов разработчики трудились над снижением его веса, облегчением запуска, увеличением мощности… А вредность выбросов их совсем не волновала.
И вот штат Калифорния (США) первым принимает суровый закон, ограничивающий токсичность выхлопных газов для автомобилей, работающих на бензине. Чтобы уменьшить загрязнение воздуха, в 1988 г. была введена норма "California Air Resources Board" (CARB), которая представляла собой нормированные требования по ограничению и токсичности эмиссии.
Естественно, перед производителями и разработчиками лодочных моторов также стал вопрос об уменьшении токсичности выхлопа. Наконец, в феврале 2003 года корпорация Bombardier Recreational Products (BRP) анонсировала Evinrude E-TEC, который открыл новую эпоху в индустрии подвесных лодочных моторов. Эта технология изначально была разработана для соответствия CARB 3 звезды. Она оказалась настолько эффективной, что в том же году на бот-шоу в Майами Evinrude E-TEC номинирован на звание «Новшество года» в категории лодочных двигателей.

Немного теории
Почему же так происходит – 80 лет производили моторы, которые загрязняют окружающую среду и, как следствие, потребляют много топлива?
Ответ прост. Всё дело в том, что изначально лодочные двигатели старались делать возможно более лёгкими, с хорошей динамикой разгона. Под эти требования как нельзя лучше подходят двухтактные моторы. Они легки, так как отсутствует множество узлов, присущих четырёхтактникам (распредвал, картер с моторным маслом, цепи или ремни распредвала и т.д.). Поскольку каждый ход поршня у двухтактного мотора рабочий, у него лучшая динамика разгона (в отличие от четырёхтактных моторов, где поршень передаёт коленвалу энергию через раз).
Всмотревшись в схему работы двухтактного двигателя (Рис. 1), можно заметить некий компромисс, с которым конструкторы двухтактников бьются не один десяток лет. Компромисс этот заключается в следующем. Представим себе камеру сгорания такого мотора в момент зажигания. Вот поршень пошёл вниз, толкаемый сгоревшей топливной смесью. Пройдя мимо выпускных окон (тут уходят отработанные газы), чуть ниже поршень открывает окна впускные – ТВС (топливно-воздушная смесь) из полости коленвала впрыскивается в камеру сгорания. Итак, компромисс: если геометрию впускных и выпускных окон настроить так, чтобы в камеру сгорания подавалось большое количество свежей ТВС, то она заполнит камеру сгорания, вытеснит остатки выхлопных газов в выпускной коллектор и частично «улетит» в выхлопную трубу вслед за выхлопными газами. В этом случае разработчик получит хорошую удельную мощность и… высокий расход топлива плюс токсичность выбросов. Случай другой: если геометрию впускных и выпускных окон настроить так, чтобы в камеру сгорания подавалось меньшее количество свежей ТВС, то она частично заполнит камеру сгорания, не вытеснив полностью выхлопные газы, но при обратном ходе поршня её «улетает» в выхлопную трубу значительно меньше. Разработчик получит неважную удельную мощность, но лучшую экономичность и меньшие вредные выбросы в атмосферу. И в любом случае токсичность выхлопа у двухтактного мотора выше, чем у четырёхтактного такой же мощности, но зато четырёхтактный проиграет карбюраторному двухтактному по весу и динамике разгона.
В конце 90-х годов производители подвесных лодочных моторов стали прогнозировать своё невесёлое будущее и строить планы. Одни полностью отказались от двухтактников, другие стали разрабатывать и внедрять в них передовые и высокоинтеллектуальные разработки. Одной из первых модернизировала свои моторы корпорация OMC – в 1997 году выпустила двигатель, построенный с использованием технологии FICHT. Здесь ключевым фактором были специальные инжекторы, что позволяли впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания. Вкупе с бортовым микроконтроллером это революционное решение позволило точно дозировать топливо в момент, когда поршень на обратном ходу перекрывает все окна (Рис. 2). К тому же в полость коленвала теперь распыляется чистое масло, которое не смывается топливом – того теперь там нет! Раз топливо не смывает, можно уменьшить количество масла. И всё! Уже только благодаря этому конструкторы получили двухтактный мотор с совершенной динамикой разгона, великолепной кривой мощности и малым весом, но при этом имеющий уровни выброса и экономичности как у карбюраторного четырёхтактного двигателя.
Многие конкуренты просто повторили это решение в своих системах (Orbital, TLDI и др.), но OMC пошла дальше. Её инженеры сумели реализовать так называемую технологию послойного сгорания. Что за технология? Практически половину всего времени лодочный мотор используется вполмощности. Получается, чем меньше обороты двигателя, тем меньше должен быть и расход топлива. Но это не так. На деле при пропорциональном уменьшении расхода топлива в камере сгорания оказывается всё более трудновоспламеняемая ТВС, зачастую сгорающая со взрывным характером. Мало того, что детонация разрушает поршень, так у двухтактников ещё одна беда: поршень у них охлаждается за счёт испарения на нём топливной смеси. Если смесь «бедная», охлаждения практически нет – следует прогар поршня, задиры на стенках цилиндра. Поэтому при неполной нагрузке приходится конструктивно «обогащать» ТВС, выбрасывая топливо в буквальном слове на ветер!
Всё изменила технология послойного сгорания (Рис. 3). Вот её принцип: электронный блок даёт настолько короткий импульс, что впрыск необходимого количества топлива происходит в точно определённый момент. Топливо разбивается о специальную выемку на дне поршня и достигает свечи. Поршень охладился, а вокруг свечи образовалось локальное облачко ТВС с нормальным соотношением «воздух–топливо» (причём вокруг облака ТВС, в остальной камере сгорания – воздух). Свеча легко поджигает смесь и ТВС сгорает без детонации. Вот и всё. Благодаря этой инновации все остальные моторы (даже четырёхтактные!) по нормам выхлопа и расходу топлива остались далеко позади! (Рис. 4). И это при той же динамике разгона и малом весе!
Но корпорация OMC обкатать технологию FICHT не успела. Права на выпуск двигателей Johnson и Evinrude выкупила фирма Bombardier, изначально конкурировавшая с технологией FICHT. Вместо дальнейшего развития FICHT специалисты Bombardier всё переиначили: в новом поколении двигателей решили совместить производительность и простоту обслуживания двухтактников с лучшими качествами четырёхтактников. Задумка грандиозная, поэтому компания строит новые заводы, переманивает туда лучших специалистов и… так появился «двигатель XXI века» – Evinrude E-TEC. Он впитал в себя не только все достоинства FICHT, но и опыт, наработки и «пожелания» предыдущих поколений лодочных моторов.

В чем же соль технологии Evinrude E-TEC?
Начну с самого главного. Инжектор FICHT, по сути, был всё тем же, только хорошо оптимизированным под конкретный двигатель, классическим инжектором: жёстко закреплённая катушка плюс подпружиненный магнитный плунжер, который и распылял топливо (Рис. 5). В отличие от четырёхтактных моторов, где инжектор до открытия впускного клапана может сделать несколько распылов, двухтактный инжектор прямого впрыска должен распылить всё топливо за один впрыск. Получается, инжектор двухтактника с непосредственным впрыском должен иметь существенные размеры – что означает массивный плунжер и мощную возвратную пружину. Инжектор FICHT как раз таким и был. Огромный его минус – в больших моментах инерции плунжера и, следовательно, в особых требованиях к пружине. На малых оборотах всё это действует. Но на полной мощности огромные импульсы катушки разгоняют тяжёлый плунжер всё быстрее и быстрее и возвратная пружина уже не успевает вернуть плунжер в исходное положение – ведь её усилие сжатия не меняется от скорости работы. Да ещё при резком возврате плунжер об ограничитель бьётся. И выходит, что электроника «успевает», а механический инжектор нужную подачу топлива обеспечить не в состоянии. К тому же для управления таким инжектором надо ставить стабильный генератор и мощные тиристоры.
Всё изменила технология Evinrude E-TEC. Представьте себе динамик акустической системы: магнит неподвижен, а катушечка с лёгким диффузором совершает довольно мощные колебания. Инжектор, построенный по технологии Evinrude E-TEC, вот так и устроен (Рис. 6). Тяжёлый и мощный магнит закреплён неподвижно, а катушка ходит в зазоре магнита. Катушка связана с лёгким плунжером. Массивной возвратной пружины нет. Один короткий импульс катушки – и топливо распылено. Второй импульс обратной полярности – торможение и возврат катушки обратно. Третий импульс обратной полярности – стабилизация катушки в исходном положении. Всё! Что электроника вычислила, исходя из параметров окружающей среды и состояния двигателя, то инжектор новой технологии отмерил и распылил.
«Инжекторная революция» позволила корпорации Bombardier (ставшей на то время уже BRP) создать первый в мире подвесной лодочный мотор с непосредственным впрыском, с румпельным управлением, с ручным стартером и без внешнего питания от аккумулятора. Благодаря точнейшей дозировке топлива, двигатели E-TEC существенно экономичнее, а количество вредных выбросов упало до рекордно низких показателей.

За что ещё заплатит покупатель?
Рассмотрим подробнее все новшества, которые предлагаются покупателю.
Поршни в данном типе двигателя изготовлены из сплава, запатентованного NASA, что позволило уменьшить тепловые расширения и улучшить их прочность. Гильзы цилиндров обработаны нитридом бора, что (наряду с улучшенными поршнями) в разы снизило время обкатки, причём без прежних ограничений по мощности.
Предположим, перед нами самая младшая на сегодняшний день модель двигателя с системой E-TEC – 40-сильный Evinrude. Его генератор обеспечивает 3-5-амперную зарядку аккумулятора уже на холостом ходу. На полных оборотах двигатель способен отдавать в бортовую сеть до 25 А, чего достаточно для электроники и агрегатов самой «навороченной» лодки! При этом двигатель стал первым в мире подвесным лодочным двухтактником с прямым впрыском и румпельным управлением – аккумулятор ему вообще не нужен! Всё это благодаря двум новшествам. Первое – генератор данного двигателя выдаёт 55 вольт, которые при помощи ШИМ (широтно-импульсного модулятора) превращаются в стандартные 12 вольт. Такой запас по напряжению позволяет запитывать бортовые электропотребители при одной трети мощности. Это очень важно для румпельного мотора, что заводится ручным стартером. Второе новшество – трёхфазный генератор. На малом ходу его катушки включены последовательно, а при более 1800 об/мин – параллельно (коммутация, конечно, электронная). Это практически выравнивает кривую Э.Д.С. на выходе.
Во всех двигателях семейства Evinrude E-TEC приняты крайне серьёзные меры по снижению шума (Рис. 7 и 8). Внутреннее пространство нижней и верхней крышек двигателя заполнено специальной шумопоглощающей пеной, на впускном и выпускном коллекторах устанавливаются резонаторы особой формы. Даже дроссельные заслонки на холостом ходу закрываются полностью, чтобы добиться минимального уровня шума. Надо отдать должное специалистам из BRP – они существенно уменьшили шум двухтактного мотора.
Важнейший узел семейства Evinrude E-TEC – бортовой контроллер (или блок электроники). Конструкторы блока позаботились об индикации состояния мотора: четыре светодиода помогут пользователю без каких-либо диагностических приборов контролировать правильность его работы. Также немаловажная функция бортового контроллера – возможность автоматически (по желанию владельца) произвести консервацию двигателя. Ну и, конечно же, «компьютер» хранит в себе всю информацию о работе двигателя: и температурные режимы, и обороты, и возможные отказы каких-либо датчиков. Всё это значительно облегчает обслуживание мотора или поиск возможных неисправностей. Плюс ко всему данный блок автоматически калибрует все датчики, что позволяет убрать всяческие регулировки, согласования и т.д. Естественно, при возникновении нештатной ситуации «компьютер» не даст двигателю погибнуть – он вовремя оповестит пользователя, сбросит обороты или заглушит мотор, но при этом позволит владельцу некоторое расстояние пройти на оборотах, близких к холостым – чтобы добраться до берега.
Ещё один из важнейших плюсов двигателей Evinrude E-TEC – 300 часов (или 3 года – смотря что наступит раньше) до первого техобслуживания. Конечно же, с нашим топливом могут быть некоторые отступления – возможно, свечи придётся чаще менять…

Итоги трёх лет эксплуатации двигателей Evinrude E-TEC
Как представитель сервисного центра фирмы «Бриг ЛТД», могу с уверенностью сказать – двигатель заслуживает пристального внимания тех, кто хочет приобрести надёжный и современный подвесной лодочный мотор. Статистика поломок данного семейства двигателей показывает весьма низкий процент отказов. По своим тактико-техническим характеристикам двигатель не вызвал неудовлетворения ни у одного из владельцев.
Причём – я могу с уверенностью это сказать – технология E-TEC не стоит на месте. Специалисты BRP постоянно что-то усовершенствуют в конструкции моторов, и останавливаться, по-видимому, пока не собираются: недочёты, замеченные в первых партиях, буквально в следующей партии моторов были уже исправлены!

Юрий АРТАМОНОВ,
инженер сервисного центра «Бриг ЛТД».