Δίχρονοι κινητήρες

Πως λειτουργεί: δείτε τη προσoμοίωση ή το video1 ή το video2
Δείτε μια προσομοίωση λειτουργίας με τη βοήθεια της υπολογιστικής Ρευστομηχανικής (CFD): video


Δίχρονοι (4Τ 229, 10/1989)

Συντάκτης: Jerry Sloninger

Στη διάρκεια της ιστορίας του αυτοκινήτου, όλα σχεδόν όσα δοκιμάστηκαν σ' αυτό, επανέρχονται κάποια στιγμή στο προσκήνιο. Πάρτε το δίχρονο κινητήρα. Ο Ντάιμλερ τον δοκίμασε πριν ακόμα υπάρξουν αυτοκίνητα, αλλά δεν μπορούσε να ελέγξει τη ροή των αερίων. Η ιδέα ξαναζωντάνεψε στη δεκαετία του '30, σαν μια φτηνή εναλλακτική λύση, τα κατάφερε καλά σαν μεγάλος ντίζελ στα φορτηγά, αλλά στη δεκαετία του '80 επιβιώνει στ' αυτοκίνητα μόνο μ' ένα άσχημο όνομα, σαν το Βάρτμπουργκ. Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν εκείνοι, σαν τη Σάριτς (Sarich) στην Αυστραλία που προκάλεσε το ενδιαφέρον της Φορντ και της Τζένεραλ Μότορς, ή την AVL στο Γκρατς της Αυστρίας (όπου οι ασυνήθιστοι κινητήρες είναι κάτι το… συνηθισμένο), που πιστεύουν ότι αναμένεται η αναγέννηση του δίχρονου κινητήρα. Και δεν πρόκειται να κολλήσουν στη φτηνή κατηγορία της αγοράς. Οι δίχρονοι κινητήρες στην υψηλή κλάση, είναι μια ορατή πιθανότητα.
Η πρόκληση είναι η νέα τεχνολογία - η εσωτερική προετοιμασία του μίγματος και ο ψεκασμός, για παράδειγμα. Αν προσθέσετε και τη σάρωση του κυλίνδρου με τη βοήθεια του συμπιεστή, η AVL πιστεύει ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί η απόδοση ενός δίλιτρου τετράχρονου κινητήρα με λιγότερο από ένα λίτρο με το δίχρονο. Το μεγάλο πλεονέκτημα είναι, βέβαια, η εξοικονόμηση χώρου, αν και οι μελλοντικοί δίχρονοι κινητήρες με τους συμπιεστές δεν θα έχουν τόσο μικρό μέγεθος σαν τα Ντε-Κα-Βε με τους «μπλε καπνούς» των οποίων την αρνητική παράδοση πρέπει να ξεπεράσουν. Άλλο θετικό στοιχείο είναι η μεγάλη ροπή, ακόμα και σε σύγκριση μ' έναν υπερτροφοδοτούμενο τετράχρονο, αλλά αυτό προϋποθέτει συμπιεστή για την υποβοήθηση της σάρωσης και τουλάχιστον μια βαλβίδα εξαγωγής για να ξεπεραστούν τα προβλήματα αυξημένης ρύπανσης που ήταν έμφυτα στα παλιότερα σχέδια. Η καλή απόδοση του συμπιεστή σάρωσης είναι εξαιρετικής σημασίας - κάτι που ίσως κάνει απαραίτητη και τη χρησιμοποίηση βαλβίδων στην εισαγωγή, εκτός από τον ειδικό σχεδιασμό του συμπιεστή. Στο σημερινό κόσμο μας, με το «φαινόμενο του θερμοκηπίου», η μαγική λέξη είναι ο έλεγχος του CO2 (διοξείδιο του άνθρακα), κάτι που κατά βάση σημαίνει μείωση της κατανάλωσης. Για δεδομένη απόδοση με μερικό φορτίο, ο δίχρονος κινητήρας πλεονεκτεί σ' αυτό το θέμα. Ο κινητήρας Σάριτς καλύπτει αυτήν τη στιγμή τα αμερικάνικα όρια εκπομπής ρύπων, περνώντας όμως μόλις και μετά βίας το όριο των ΝOΧ (οξειδίων του αζώτου).
Η προετοιμασία του μίγματος είναι το επόμενο εμπόδιο και ο ψεκασμός υψηλής πίεσης δίνει εδώ τις περισσότερες υποσχέσεις, σε συνδυασμό μ' ένα συμπιεστή και βαλβίδα εισαγωγής .Υπάρχει ένα πολύ στενό χρονικό «παράθυρο» για τον ψεκασμό του καυσίμου πριν περάσει έξω από τη βαλβίδα εξαγωγής, μικρότερο από το αντίστοιχο του τετράχρονου κινητήρα, κάτι που σημαίνει πιο πολύπλοκη (και ακριβή) αντλία ψεκασμού.
Ο έμμεσος ψεκασμός φαίνεται σήμερα να υπόσχεται πολλά, κυρίως στο θέμα του κόστους, αλλά οι περισσότεροι οπαδοί του δίχρονου κινητήρα αμφιβάλλουν αν θα μπορέσουν ν' αποφύγουν τελικά τον άμεσο ψεκασμό υψηλής τεχνολογίας, λόγω των σημαντικών του πλεονεκτημάτων όσον αφορά τις εκπομπές ρύπων και την κατανάλωση. Ακόμα και σ' αυτήν την περίπτωση, δεν θα καλύπτουν τα αυστηρότερα μελλοντικά όρια, χωρίς πρόσθετα συστήματα. Μια εναλλακτική λύση που προτιμάται από την AVL και άλλους Ευρωπαίους, είναι η προετοιμασία του μίγματος πριν από τον κύλινδρο, η οποία όμως οδηγεί σ' ένα συμβιβασμό μεταξύ των εκπομπών ΝOΧ και HC (υδρογονανθράκων), ενώ ο έμμεσος ψεκασμός προτιμάται για τη χαμηλή εκπομπή HC. Οι μηχανικοί, πάντως, έχουν ακόμα να κάνουν πολλή έρευνα στον τομέα της ροής των αερίων για να βελτιώσουν την ποιότητα των καυσαερίων.
Με τόσες πολλές σημαντικές εταιρίες να ισχυρίζονται ότι έχουν πεισθεί για τα πλεονεκτήματα του δίχρονου κινητήρα, οι οδηγοί πρέπει να ξεπεράσουν την προκατάληψή τους γι' αυτούς. Τα πλεονεκτήματα που αναφέρονται συχνότερα περιλαμβάνουν τη μεγαλύτερη ισχύ, ακόμα και χωρίς συμπιεστή, τη μεγαλύτερη ροπή στους μικρούς κινητήρες, το μικρό μέγεθος και το μικρό βάρος. Σίγουρα, πάντως, οι προηγμένοι δίχρονοι κινητήρες δεν θ' αποτελούν μια φτηνή λύση και το κόστος τους θα είναι αρκετά μεγάλο ώστε να σβήσει τη «φτηνή» εικόνα του δίχρονου κινητήρα, χωρίς να χρειαστεί καμιά διαφημιστική εκστρατεία.
229-1.jpg
Σχήμα 1: Σύγκριση του μεγέθους ενός σύγχρονου δίχρονου κι ενός τετράχρονου κινητήρα ίδιας ισχύος. Οι περιοχές μαύρου χρώματος δείχνουν πόσο «περισσεύει» ο τετράχρονος.
229-2.jpg
Σχήμα 2: Καμιά σχέση με το παρελθόν. Σχηματική παράσταση του σύγχρονου δίχρονου κινητήρα, όπως τον βλέπει η AVL, με μηχανικό συμπιεστή, βαλβίδες εισαγωγής κι εξαγωγής και σύστημα άμεσου ψεκασμού.
229-3.jpg
Σχήμα 3: Σχηματική παράσταση του συστήματος έμμεσου ψεκασμού για δίχρονους βενζινοκινητήρες από την αυστριακή AVL.