2 тактный двигатель дизельный: Двухтактный дизельный двигатель — как он работает – Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности

Содержание

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

насосов;
продувочных камер;
компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.

Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.

Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.

Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
увеличенный расход масла;
необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

<center><div class="lazy lazy-hidden advv"><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:336px;height:280px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="9935184599"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></div></center>

Двухтактные дизели GM и ЯАЗ. Начало.: johnwarner — LiveJournal

Приветствую тебя, Читатель!

Мне всегда были интересны не только двигатели, но и их история, развитие, преодоление детских болезней и принципиальных недостатков. В данном случае, мне захотелось узнать, что из себя представляют двухтактные дизельные моторы серии ЯАЗ. К тому же, в Рунете, тема по части этих моторов освещена слабо. Есть информация лишь по их выпуску в СССР. Однако, их американские предки освещены менее, чем никак. А ведь это очень известные, практически легендарные моторы!
Восполняем этот пробел переводной статьёй с моими нечастыми дополнениями. Каюсь, обозначил не все свои дополнения, уже в середине статьи стал местами делать вставки без указания авторства. Но, поверьте, это было полезно в контексте повествования, а на безраздельное авторство я не претендую. Меня можно считать редактором.

С уважением, Юрков Дмитрий a.k.a. John Warner

Автор: James Jensen, 2011

Перевод: John Warner, 2017

В США нет ни одного человека, который бы в той или иной форме, независимо от того, знали они об этом или нет, не испытывал бы влияние почтенного двигателя Detroit Diesel. Этот простой, легко приспосабливаемый куда угодно двигатель в свое время приводил в движение практически все виды тяжелой американской дорожной техники, такой, как автобусы, пожарные машины и прочая. Известный в народе, как «Green Leaker» (Зелёный грязнуля — здесь и далее прим. переводчика), «Screamin` Jimmie» (Крикун Джимми) или просто «Джимми», также широко представлен и на воде. Двигателя Detroit Diesel приводили в движение рыболовецкие суда и множество прочих.

Этот высокооборотный двухтактный двигатель, окрашенный в знаменитый цвет «Альпийская Зелень», является почти чем-то странным и неизвестным для большинства европейских инженеров и механиков. Хотя и не так часто, как двадцать лет назад, они всё ещё широко используются в Северной Америке. Я набираю этот текст, на борту судна, которое имеет на борту четыре дизеля этой серии — два 8V92 и два 8V71, не говоря уж и о двух главных двигателях EMD.

Когда я учился на механика, я всегда с нетерпением ждал поездки на междугороднем автобусе домой, своеобразный звук дизеля которого, серии 671, всегда довольно быстро отправлял меня в сон. Я помню, как однажды, работая механиком в подразделении пожарной охраны Виктории, мы должны были доставить Aerial 3 в мастерские для обслуживания. Во время той короткой поездки этот двигатель оправдал свое прозвище, Громкого Джимми. Пока мы ехали по дороге, я слышал, как все встречные и попутные автомобили, распуганные нашими сигналами и, особенно, рёвом дизеля, испуганно жались к обочине, а мы пролетали мимо — я улыбался от уха до уха. Пожарной машине правила даны в весьма облегчённом варианте, в том числе и по уровням шума и располагаемой мощности, поэтому довольно быстро проявился некий идеал — мощный, пусть и шумный, дизель. Я не скоро забуду «пение поршней» на первом двигателе, который я перебрал собственноручно, это был Detroit Diesel 12V71. Если бы не постоянный звук этого двигателя при полной нагрузке на дино-стенде, мое сердце остановилось бы, так я был взволнован. До сих пор в моем сознании нет лучшей звуковой картины.

Двухтактные дизеля Detroit Diesel более не производятся в коммерческих объёмах. Двухтактники уже не укладываются в современные нормы по эмиссии газов выхлопа. Я был счастлив встретить Джеймса Дженсена, серьёзного энтузиаста дизелей Detroit Diesel, который собрал короткую историю этих моторов с особым привкусом Британской Колумбии; я надеюсь, вам понравится.

Martin Leduc

Двигатель Detroit Diesel

В 1938 году был создан двигатель, который помог положить конец Второй Мировой Войне, и превратился в один из наиболее универсальных и широко применяемых дизелей, когда-либо сделанных. Его старший брат, дизель железнодорожного семейства EMD (Electro Motive Division) уже на тот момент доказал, что дизельные локомотивы намного превосходили паровозы. Двухтактные дизельные двигатели, с их превосходным соотношением веса к выдаваемой мощности, позволила заменить бензиновые моторы там, где это было возможно и выгодно.

Серия 71 строилась дизельным отделением Дженерал Моторс, и изначально была доступна в исполнениях рядных трёх-, четырёх- и шестицилиндровых двигателей. Обозначение этих моторов складывалось из числа цилиндров и добавленного к этому модельного номера, в данном случае, 71. Номер модели обозначает объём одного цилиндра в дюймах — это равнозначно 1,16 см³ на цилиндр. Таким образом, теперь мы видим, что изначально выпускались дизеля 371, 471 и 671. Двигатели работали на двухтактном принципе, с клапанно-камерной продувкой, и имели диаметр цилиндра 107,95 мм с ходом поршня 127 мм. Топливо впрыскивалось в цилиндры насос-форсунками. Клапанно-камерная продувка представляет собой принцип, когда механический или, что реже, турбонагнетатель подаёт под давлением воздух к продувочным окнам, расположенным в нижней области рабочей части гильзы (втулки) цилиндра, и, когда поршень опустится примерно к нижней мёртвой точке своего хода, продувочные окна и, одновременно, выпускные клапана откроются и воздух под давлением продует от продуктов сгорания цилиндр. после того, как поршень при ходе вверх перекроет продувочные окна, а клапана уже закроются — произойдёт такт сжатия, а в конце его насос-форсунка впрыснет топливо, и произойдёт сгорание топлива и расширение газов, которые заставят поршень совершить рабочий ход, в конце которого снова произойдёт продувка. Эти двигатели будут использоваться во всем мире во многих различных случаях и устройствах, но, вероятно, их самая важная задача — заставить почти каждый десантный корабль принести солдат на пляжи в День Д, 6 июня 1944 года и привод множества танков в сдвоенном, танковом, варианте — в том числе и в ленд-лизовских англичанах Валлентайн, на территории СССР.
Но чтобы по-настоящему понять историю, стоящую за дизелями Jimmy, мы должны вернуться к 1928 году, а также к отношениям между компанией Winton Engine Co и инженером GM по имени Чарльз Кеттеринг

Winton Engine Co : ранние дизеля

Александр Уинтон начинал со строительства велосипедов и автомобилей, и этим зарабатывал себе на жизнь. В 1911-м году он построил свою первую яхту, которая сначала приводилась паровым двигателем. Однако неудобства, связанные с большим временем подготовки яхты к применению парового котла, что требовало нескольких часов на подготовку перед отправкой в плавание, заставили его обратить взор на бензиновые моторы. Когда ничего подходящего его целям среди существующих образцов не нашлось — он построил собственный двигатель. Это был шестицилиндровый бензиновый двигатель, имевший диаметр цилиндров в 9 дюймов (228,6 мм) и ход поршня 12 дюймов (304,8 мм), что позволило мотору выдавать 150 л.с. Двигатель показал себя настолько хорошо, что в феврале 1912 года он был запущен в серию под вывеской Winton Gas Engine and Manufacturing Company.

Winton быстро перешел на строительство дизельных двигателей, и первый из них пошёл в серию уже в 1913 году. К середине 20-х годов Winton был признан лучшим поставщиком дизельных двигателей для яхт и катеров. На тот момент это были так называемые пульверизаторные дизели, так как топливо (чаще всего — сырая нефть) подавалось в цилиндры в виде распылённой во впускном воздухе смеси. За это время он приступил к разработке непосредственного впрыска, известного нам сегодня на подавляющем большинстве дизельных двигателей — если не принимать во внимание маркетинговый ход для обозначения нынешних дизелей с системой Common Rail. В 1928 году был построен первый дизельный двигатель Winton с использованием плунжерного насоса современного типа, а именно — на принципе насос-форсунки.

В то время как на фирме Winton работали над повышением эффективности своих двигателей, многие производители двигателей работали над уменьшением размера и веса своих двигателей, увеличивая число оборотов, чтобы соотношение лошадиных сил и веса могло быть улучшено. Их цель заключалась в том, чтобы превратить дизель из тяжелого, низкооборотного агрегата в достаточно высокооборотный, достаточно лёгкий двигатель автомобильного типа.

За всем этим наблюдал Чарльз Кеттеринг. Многие считают, что он является едва ли не главным гением автомобильной промышленности, он изобрел такие вещи, как электрический стартер, безопасное стекло, бензиновые двигатели с высокой степенью сжатия и быстросохнущую лаковую краску. В 1928 году к Кеттерингу обратился Альфред П. Слоун, тогдашний президент General Motors, с идеей создания собственных дизельных двигателей для GM. Как и у многих других руководителей и ведущих специалистов от автопрома на тот момент, у Кеттеринга была собственная яхта, на которой стоял 4-цилиндровый двигатель Cooper-Bessemer с пульверизаторным впрыскиванием топлива во впускной коллектор. Кеттерингом это решение было найдено неприемлемым. Он потратил много времени на доводку системы, но улучшить показатели порядково ему не удавалось.

После того, как у него опустились руки, он решил использовать на своём судне двигатель Winton. Так как он, по роду деятельности, был в курсе всего того, что творится у остальных участников рынка двигателей, он был впечатлён работой главного инженера фирмы Winton, Карла ДеВитта Солсберри — так как он трудился над топливной системой, где отдельные форсунки впрыскивали топливо в каждый цилиндр двигателя. Кеттеринг хотел, чтобы на его судно была установлена такая система подачи топлива, у которой кстати, на тот момент, каждый узел топливоподачи весил бы 75 фунтов (35 кг), исходя из размеров двигателя — но система отказала почти что сразу.

По настоянию Кеттеринга, в GM приступили к разработке собственной системы топливоподачи на этом принципе, используя одноцилиндровую двухтактную установку, известную как Большая Берта. После ряда усовершенствований и доводок, эти насос-форсунки заменили систему Winton на яхте Кеттеринга. В последующем 18-часовом мини-круизе они показали высокую надёжность. В течение нескольких последующих лет, система впрыска топлива форсункой высокого давления была отработана и доведена до возможного на тот момент идеала.

Первые собственные дизели GM

После крушения фондовых рынков в 1929-м году и последовавшей Великой Депрессии, в GM нашли в себе силы прибрать к рукам некоторых коллег и конкурентов. Ведя поиски производителя дизелей, в Джи-Эм рассмотрели, в том числе, Cummins, и решились на покупку Winton Engine Co, в 1930-м году. Также, была куплена Electro-Motive Company, которая была на тот момент крупнейшим покупателем двигателей Winton. Electro-Motive Diesel, Inc ведёт свою историю от Electro-Motive Engineering Corporation, основанной в 1922 году. В 1930 году General Motors Corporation приобрела Winton Engine Co и главного потребителя его продукции, Electro-Motive Company (производителя дизель-электрических самоходных вагонов), объединив две этих компании и сформировав из них GM’s Electro-Motive Division (EMD) 1 января 1941 года. В фирме Winton долго пытались довести до ума свои двигатели, через множество удач и разочарований доводя не только топливоподачу, но остальные узлы — узлы управления, воздуходувки, введя в обиход сварные стальные остовы вместо более тяжёлых чугунных литых корпусов. Таким образом, велась работа по облегчению двигателей и увеличению соотношения мощности к весу.

В 1930-м году к ним подключился и Кеттеринг, в исследованиях в области доводки двухтактников, на имеющихся двух одноцилиндровых двухтактниках отделения Winton. Эти установки имели размерность 8 дюймов (203 мм) диаметра и 10 дюймов (254 мм) хода. Один двигатель был отправлен на фирму EMC в Кливленд, а другой доставлен в лаборатории Кеттеринга в Детройте. Также Кеттеринг отправил своего сына Юджина в Кливленд, чтобы он работал с Карлом ДеВиттом Солсберри над улучшением форсунок, дабы впоследствии использовать их на дизелях GM. Все дальнейшие проработки велись на этих двигателях, и вот, в декабре 1932 года, 6-цилиндровый двухтактный дизель Winton модели 201 отправился на испытательные стенды.

«Большая Берта» GM на Всемирной Выставке 1933 года

И, наконец, 8-цилиндровые версии «Большой Берты» были использованы для привода электрогенераторов, снабжавших павильоны GM на Всемирной Выставке 1933-го года, в Чикаго. Двигатели был обозначены, как 8-201, и имели по 254 мм диаметра и хода, развивая по 600 л.с. при степени сжатия 22 к 1. Двигатели должны были доказать работоспособность дизайна Кеттеринга; коммерческое их использование на тот момент пока не предполагалось.

Но джентльмен по имени Ральф Бадд, решил изменить это. Бадд был директором в Барлингтонской Рок-Айлендской железной дороге, которая занималась строительством лёгкого, аэродинамически обтекаемого поезда, обшитого нержавеющей сталью. Двигатель 8-201 идеально сочетался с этим новым поездом, и в октябре 1933 года в локомотив Pioneer Zephyr были установлены три 8-201. Эти двигатели двигали поезд мимо толп людей, которые выстроились по дорожке, чтобы увидеть новый стиль путешествия.

ВМФ США также начали предварительные тесты 12-цилиндровой версии двигателя 201-й серии, формата V12. Предполагалось использование этих дизелей для силовых установок на подводных лодках. На тот момент, двигатель в такой конфигурации производил 950 л.с. при 720 об\мин и весил 5.7 кг на л.с. Из пяти компаний, участвовавших в конкурсе, было выбрано отделение GM Winton и их двигатель. В конце ноября 1933 года ВМФ США разместили на фирме Winton заказ на 16 дизелей в конфигурации V16 модели 201А, также для субмарин.

Теперь, когда двигатель «201» прошел стадию тестирования и началось его серийное производство, между фирмой Winton и техническим правлением GM были некоторые споры о том, в каком направлении должен идти их совместный бизнес — продолжать разработку двухтактных двигателей, или отбросить эту программу и продолжать работу с четырёхтактными двигателями. Winton, казалось, не хотел продолжать тему двухтактных двигателей, а GM занимался именно ими. Существовали также трения между исследовательской лабораторией Кеттеринга, Winton и EMC.

Однако, развитие двухтактных моторов продолжалось и в 1935 году; Юджин Кеттеринг и Карл Солсбери начали разработку преемника двигателя 201А. Некторые недостатки имелись и у модели 201А и у 248-й модели. В качестве преемника был введён V16 мощностью 1600 л.с., в основном для использования ВМФ США. Было произведено увеличение рабочего объёма, в результате чего появилась модель 248А и было произведено некоторое упрощение конструкции, результатом чего стала модель 278A — двигатель, который будет использоваться в большом количестве, как для военно-морского флота, так и в послевоенные годы для коммерческого использования в Соединенных Штатах.

Как только этот проект был завершен в 1936 году, Кеттеринг и Солсбери вызвали некоторых инженеров Winton в GM и начали разрабатывать модель 567. Разработанный преимущественно для использования в поездах EMC, 567-й был введён в серию в 1938 году и штурмовал мир железных дорог. В EMC также адаптировали эти двигатели для морских судов, в первую очередь, десантных кораблей US Navy`s LST.

В 1937 году GM реорганизовал Winton в качестве своего подразделения Cleveland Engine Division, ограничив их производство морской и стационарной тематикой. Это подразделение продолжало разрабатывать четырёхтактные двигатели, разрабатываемые в подразделении Winton, а также двухтактные двигатели, разработанные General Motors. Это было единственное подразделение GM для производства четырёхтактных дизельных двигателей. EMC продолжит разработку поездов и двигателей серии 567. В 1941 году EMC была реорганизована в подразделение Electro-Motive General Motors.

Было также разработано несколько разных вариантов дизелей с различными компоновками, преимущественно для военного применения, включая Х-образный дизель, построенный в EMD. Выглядел 16-184А необычно: вертикальный картер коленвала, от которого Х-образно отходят четыре блок-цилиндра. Этот двигатель использовался на субмаринах и имел высокую мощность при сравнительно небольших габаритах, и минимально, для своей мощности, использовал стеснённые габариты машинного отделения субмарины.

GM 12V 278A

Рождение серии 71

В то время как разработка большеобъёмных дизелей для судов, стационарных установок и локомотивов продолжалась, также и разрабатывался и двухтактный дизель меньшего объёма. Были построены два тестовых движка с цилиндрами диаметром 92 мм, и один 4-тактный, для сравнения. Один из них был непосредственного впрыска, а другой с предкамерой. Целью создания ставилось разработать двигатель, пригодный для массового производства и лёгкая его адаптация к различным областям применения — от разных мобильных, стационарных насосов и электростанций, и до широкого ряда автомобилей и тракторов.

В результате маркетинговых исследований было выяснено, что подобных двигателей был совершенно другой рынок, в сравнении с более крупными собратьями, поэтому было создано отдельное подразделение, в 1934-м году — GM Diesel Engine Division, Дизельное Отделение GM. На этот проект был назначен главным инженер Уильям Кроу, работавший на Кеттеринга. Для этого нового подразделения было выделено немного места в компании Кадиллак, уже на тот момент являвшейся частью GM.

Было решено, что двигатели, которые станут будущей серией 71, будут выпускаться трех размеров, определяемых числом цилиндров 3, 4 и 6. Но эти двигатели были не просто уменьшенными версиями более крупных моторов — общий типаж был тот же, но разработка двигателя меньшего размера имела свои проблемы. Например, проблема смазки и привода роторов нагнетателей едва не загубила всё начинание. Но, как только эти проблемы были преодолены, в основном благодаря вере Кеттеринга в идею двухтактных двигателей, и в 1937 году первый из этих двигателей вышел в свет.

Сначала производство было ограничено небольшой серией, а затем, в 1938 году, почти 700 двигателей было отправлено в GM Truck and Coach Division (отделение грузовиков и автобусов) и на фирму Gray Marine, для морской конверсии. В США фирма Gray Marine широко известна своими судовыми моторами на основе движков широкого профиля применения. В 1939 году двигатель был отправлен также и другим различным поставщикам, таким как Allis-Chambers, для использования в их тракторах.

Перед вступлением США во Вторую Мировую Войну, американские компании уже производили оборудование для союзных стран, уже сражавшихся с нацистами. Это включало и отделение GM Diesel, обеспечивавшее производство двигателей для использования в танках, резервных генераторах, дорожно-строительной технике и другом применении для британской и советской армий. Когда в 1941 году США вступили в войну (не совсем верное замечание, точнее будет сказать — когда промышленность США уже вступила в войну, а правительство и армия ещё нет — прим. перев.), GM Diesel был завален заказами на свои двигатели.

Для использования в требуемых версиях, в данном случае судовых, для EMD, кливлендского отделения и фирмы Gray Marine, выпускались агрегаты без масляных поддонов, выпускных коллекторов, корпусов маховиков, масляных насосов, передних креплений и систем охлаждения. Это позволило каждому отделению разработать свои собственные компоненты для работы в соответствии с их потребностями. Например, компания Gray Marine использовала масляный насос с цепным приводом, в то время как EMD и кливлендское отделение использовали шестерёнчатый редуктор. В Gray Marine сосредоточились на обеспечении двигателей для программы десантных судов, в то время как EMD и кливлендское отделение построили главные ходовые и вспомогательные силовые установки для буксиров и других судов ВМФ.

Двигатель Detroit Diesel 6V53 для военного применения

71-й едет на войну!

За время ВМВ 71-й показал, из чего он сделан. Согласно Стену Грейсону и его книге «Engines Afloat» (Моторы на плаву), в 1941-м году было построено 9000 моторов серии 71, а в 1944-м году уже 62000 (ещё бы — США вступили-таки в войну и посредством правительства и армии — прим. перев.), и это без учёта моторов, конвертированных Gray Marine. После вступления США в ВМВ производилось 6000 двигателей серии 71 в месяц.

Grey Marine действительно сделали славу двигателю GM. Выпускались варианты от одноцилиндровых и до Х-образных 24-цилиндровых агрегатов, одинарные и сдвоенные. В соединённых (сдвоенных) агрегатах была возможность заглушить один из моторов, пока другой продолжал выдавать момент. Этот факт здорово помогал применительно к военной технике, когда живучесть была крайне важна. Тут следует несколько отвлечься и пояснить: в случае выхода из строя или повреждения одного движка, другой продолжал работать, что давало возможность добраться до места или выйти из-под обстрела.

Если посмотреть на общее количество двигателей GM, построенных для военных нужд, 41% пришлось на GM Diesel, а на EMD и Cleveland Diesel — 32,7%. По сравнению с другими производителями двигателей для войны, GM обеспечила 73,7% совокупного выпуска дизелей. Довольно неплохо для относительно новых двигателей! Что может быть ещё более важно для успеха GM, были возвращающиеся домой военнослужащие, которые очень хвалили и охотно использовали много демобилизованных и новых двигателей, доступных после войны.

Большинство этих двигателей были построены компанией Grey Marine, это была модель 64HN9s с ограничителями оборотов и двухшестерёнными редукторами 1.5:1. Grey Marine строил два разных типа судовых двигателей 6-71. Первым типом был стандартный агрегат, который они описывают как коммерческий тип. Этот двигатель был рассчитан на снимаемую мощность 27.5 л.с. на цилиндр и использовал 60-мм форсунки.

Второй тип был более высокопроизводительным судовым мотором, так называемый Морской тип, и выдавал 37.5 л.с. на цилиндр, используя 90-мм форсунки. Они были промаркированы словом BATTLE (Битва, сражение — прим. перев.) на крышке. Такие моторы обеспечивали максимальную мощность до 225 л.с. При этом, в более спокойной обстановке, он легко переводился на мощность 165 л.с.

Было и несколько других различий между моторами, такие, как момент впрыска, маслоохладители и термостаты, но используемая основа была одна и та же. Двигатели для ВМФ были установлены на типовых подрамниках, и все суда, использующие эти двигатели, имели возможность быстрой и лёгкой замены силового агрегата, вышедшего из строя.

Дизель 16-278A производства Cleveland Diesel Division в составе приводного электрогенератора на буксире из Нью-Йоркской гавани

Hoffars Ltd в Коал-Харбор, Ванкувер, Британская Колумбия

В 1938 году компания Hoffars Limited стала дистрибьютором судовых дизельных двигателей GM для западного побережья Канады. Изначально расположенный в юго-восточном углу Денмана и Джорджии в Ванкувере, Hoffars был также распространителем бензиновых двигателей Grey Marine и лодочных моторов Johnston. Hoffars был начат двумя братьями, Джимом и Генри Хоффарами. И когда пути братьев разделились, Джим стал единственным владельцем Hoffars Limited. Очень немногие дизели GM продавались на западном побережье до 1945 года, но вскоре после окончания военных действий, излишки ВМФ 6-71 стали доступными. В 1954 году Джим Хоффар скончался, а его сын Питер занял его место, и спустя несколько лет компания переехала в новое место на западе 1-го авеню, во главе новых коммерческих рыболовных флотилий False Creek.

В 1955 году г-н Уильям (Билл) Хьюз поступил на работу в Hoffars Ltd в качестве временного механика и в течение трех месяцев был переведен на работу судовым механиком, на испытательные суда. Он вспоминает, что фирма Hoffars Ltd была очень занятным местом, с новыми двигателями и двигателями, демобилизованными из ВМС. Hoffars Ltd купили бы больше армейских двигателей, для переделки их с 90-мм форсунок, отчаянно жрущих топливо, на 60-миллиметровые. В таком варианте они обеспечивали достаточно мощности при более приемлемом расходе.

Также, на эти моторы ставились редукторы Twin Disc, для изменения момента и оборотов, с передаточными числами от 1.5:1 до 3:1. Армейские демобилизованные моторы GM не всегда приобретались у флота, много бралось и у сухопутных войск, это были, в основном, дизеля с электростанций и даже с танков. Много заказчиков брали по два дизеля, планируя иметь запасной силовой агрегат для своего судна. Во многих случаях было проще и дешевле купить и переделать списанный армейский дизель, чем покупать новый у дилера GM.

Во время своей работы там, Билл много инспектировал и дефектовал дизелей — как новых, так и армейских демобилизованных, равно как и перестроенных на фирме. В основном он сравнивал отдаваемую мощность, для обеспечения синхронизации для спаренных установок, по расходу, отдаваемой мощности и общей степени износа. Для проверки с дизеля, установленного на судне, снималась клапанная крышка, для того, чтобы иметь возможность воздействовать вручную на рейку, управляющую подачей топлива форсунками. Это бывает важно для того, чтобы, во-первых, при необходимости расклинить её и заглушить дизель, или же наоборот, отвёрткой додавить рейку, тем самым, увеличив отдачу мотора. Главной задачей ставилось проверить отдачу дизеля на 1800 об/мин. Также проводились мероприятия по определению подбора правильного ходового винта. После всего комплекса, на дизель выдавалась гарантия, вспоминает Билл.

Также Билл рассказал один случай, когда один испытываемый катер уходил всей передней частью в воду — так как дизель выдавал так много мощности, что винтом вытягивал из-под днища катера всю воду, из-за чего катер как бы падал в образовавшуюся каверну.

Послевоенные разработки GM

В начале 50-х годов GM Diesel представила новую модель под названием 6-110. Он был доступен только в виде рядного шестицилиндрового двигателя и имел постоянную номинальную мощность 220 л.с. при 1800 об/мин. Этот двигатель, как и 71-я серия, выпускался и виде сдвоенных агрегатов — как параллельных, так и последовательных, для привода судов. Серии 71 и 110 заменили множество, сотни бензиновых и старых дизельных двигателей на буксирах и рыболовецких судах, работавших у побережья.

Окончание — следующим постом.

принцип действия, устройство, плюсы и минусы

Современный дизельный двигатель — это эффективное устройство с высоким КПД. Если раньше дизеля ставились на сельскохозяйственную технику (тракторы, комбайны и т. п.), то в настоящее время ими оснащаются обычные городские автомобили. Конечно, у кого-то дизель ассоциируется с черным дымом из выхлопной трубы. Некоторое время так и было, но сейчас система выпуска отработавших газов модернизировалась, и такого неприятного последствия практически нет. Давайте рассмотрим двухтактные дизели и их особенности.

Немного общей информации

Ключевой особенностью дизельного двигателя является его повышенный КПД. Обусловлено это в большей степени топливом, которое на 15 % эффективнее. Если взглянуть на топливо на молекулярном уровне, то здесь мы увидим длинную цепочку углеродов. Благодаря этому на выходе КПД дизельного горючего несколько выше, нежели бензина.

Принцип действия классического дизельного мотора заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма (КШМ) в механическую работу. Ключевое отличие от ДВС работающего на бензине заключается в способе приготовления и воспламенения топливно-воздушной смеси.

В дизеле образование смеси происходит непосредственно в камере сгорания. Соответственно при максимальном давлении происходит воспламенение смеси. Хорошо это или плохо, мы разберемся несколько позже, а сейчас рассмотрим самое интересное.

Двухтактный дизельный двигатель

Подобный тип мотора в настоящее время имеет небольшое распространение, как и роторно-поршневой двигатель. Состоит из газовой турбины, которая необходима для преобразования тепловой энергии в механическую и нагнетателя. Принцип действия последнего заключается в повышении мощности за счет увеличения давления. Как следствие — снижается расход горючего.

Цилиндры в двигателе располагаются напротив друг друга в горизонтальном положении. Собственно, почему двухтактные двигатели носят такое название? Обусловлено это тем, что цилиндры работают всего в один оборот коленчатого вала. То есть получается два такта.

Рабочий цикл двухтактного дизеля выглядит следующим образом. Когда поршень опускается в свою нижнюю точку, то цилиндр наполняется воздухом. В определённый момент времени открывается выпускной клапан и через него выходят газы. В это же время через нижние окна в цилиндры поступает воздух.

Принцип действия двухтактного дизеля

Примечательно то, что в подобных ДВС используется два вида продувки: оконная и клапанно-щелевая. Когда окна цилиндров используются для впуска и выпуска – то это оконная система. Если выпуск налажен через специальный клапан в цилиндре, а впуск через окна, значит система клапанно-щелевая. Такой способ продувки и очистки наиболее оптимален. Связано это с тем, что не весь воздух остается в цилиндре. Некоторая его часть выходит за пределы мотора. Так называемая прямоточная система очистки обеспечивает оптимальное удаление продуктов сгорания из цилиндров.

Двухтактный дизельный двигатель может работать довольно длительное время. Это обусловлено меньшим количеством механических действий внутри цилиндра. Так поршень начинает свое движение из нижней мертвой точки. В это время закрывается впускной клапан и окна. Следовательно, начинается процесс сжатия. Форсунка располагается у верхней мертвой точке. Топливо воспламеняется от горячего воздуха. При движении поршня вниз продукт горения расширяется.

Клапанно-щелевая продувка

Существенного повышения КПД мотора можно добиться только когда воздух проходит вдоль оси цилиндра. Если на первых двухтактных моторах применялась кольцевая продувка, которая не давала должного результата, то в дальнейшем использовалась только клапанно-щелевая. Благодаря такой системе удалось свести к минимуму объём не продуваемых областей в цилиндре. Система позволила немного раньше закрывать выпускной клапан. Такой подход существенно сократил потери свежего заряда и улучшил наддув. Сегодня клапанно-щелевая продувка используется на судах и военной технике.

Преимущества двухтактного мотора

Первый подобный двигатель был представлен миру тогда же, когда и классический дизельный 4-тактный ДВС. Относительно недавно появились 2-тактные бензиновые двигатели. Ключевая особенность — небольшая масса. Тут можно говорить о снижении веса на 40-50 % от классического дизеля с турбиной. Довольно важная характеристика для современного автомобиля, когда разработчики пытаются как можно больше снизить массу авто.

Еще одно преимущество заключается в том, что устройство двухтактного дизеля несколько проще своего собрата. Меньшее количество запчастей делают обслуживание несколько проще и дешевле. Хотя с последним можно и поспорить ведь далеко не все сталкивались с таким типом моторов. Такой силовой агрегат можно реконструировать и ремонтировать с минимальным количеством инструмента. По сути, это упрощенный вариант двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, наличие нагнетателя позволяет существенно экономить горючее. Примерно 40-50 % дизтоплива сохраняется благодаря двухтактной конструкции. Конечно, все моторы имеют свои плюсы и минусы. В некоторых случаях более важны недостатки, так как именно они ограничивают повсеместное применение.

О слабых сторонах

Опять же, если перечислять все недостатки списком, то на память придет роторный ДВС. Дело в том, что тут стоит выделить следующие минусы:

высокая стоимость обслуживания;
отсутствие запасных частей;
большая цена на двигатель.

Первый пункт обусловлен отсутствием мастерских, где готовы взяться за ремонт двухтактного дизеля. Это вполне естественно и логично ведь не так много производителей выпускают серийно подобные моторы, еще меньшее количество устанавливает их на автомобили. На обычной станции техобслуживания такой силовой агрегат если и сделают, то обойдется дорого.

Но обычно возникает сразу третий минус — нет необходимых запчастей. Точнее, они есть, но только под заказ. Ждать их можно как месяц, так и больше. Если в крупных городах и будет возможность отремонтировать такой ДВС и найти запчасти, то в глубинке это сделать вряд ли получится. Вот такие плюсы и минусы имеет данный дизель. Ну а сейчас рассмотрим еще несколько важных деталей.

Немного о системе смазки

Как мы уже разобрались, этот дизель имеет свои сильные и слабые стороны. Крайне важной деталью является система смазки. Она отвечает за эффективную работу трущихся деталей и их охлаждение, отмывание от нагара. Всем уже давно известно, что для этих целей используется моторное масло, рекомендованное производителем. В нашем случае все точно так же.

Несколько слов хотелось бы сказать о расходе смазочной жидкости. Тут экономии ждать не стоит. Обусловлено это добавлением смазки непосредственно в топливо для обеспечения нормальной работы трущихся деталей. Вполне логично, что расходоваться оно будет очень быстро, и его нужно будет регулярно добавлять. Более того, небольшое масляное голодание может вывести из строя двухтактные дизели очень быстро. По крайней мере, на порядок раньше обычного бензинового ДВС. Поэтому система смазки, скорее, слабая, нежели сильная сторона и об этом не нужно забывать.

Об экологичности

В последние годы инженеры постоянно стараются снизить количество вредных веществ, выбрасываемых выхлопной системой в атмосферу. Вопрос экологии стоит достаточно остро. Если в европейских странах уже давно введены экологические нормы, то в России все намного хуже. Что же касается дизелей в целом, то и они уже довольно давно используют специальные сажевые фильтры и малозольные масла, которые существенно уменьшают вредные выбросы в атмосферу.

В нашем же случае было сказано о том, что масло сгорает в камере. Это уже большой минус с точки зрения экологии. Кроме того, часть топливно-воздушной смеси не воспламеняется и вырывается наружу. Все это наряду с выпускной системой наносит серьезный вред атмосфере. Поэтому двухтактные дизели наиболее целесообразно применять в военной технике и авиации.

Авиационный дизель

Широкое распространение данные типы моторов получили в летной технике. Больше всего используют на легких самолетах. Высокая мощность при небольших габаритах — стали определяющими факторами при выборе силовых агрегатов для самолетов. Кроме того, наличие наддува и отсутствие зажигания сыграли только в лучшую сторону. Работа ДВС останавливается с подачей топливно-воздушной смеси.

Стоит отметить, что двухтактный судовой дизель не боится перепада температур. Более того, зачастую большой мороз является дополнительным охлаждением ДВС, что очень хорошо. Все это, наряду с использованием относительно недорогого горючего, делает этот дизель крайне популярным. Правда распространение ограничивается сложностью установки и обслуживания компрессора. Кроме того, в топливо нужно добавлять смазку, а это также обходится не дешево. В целом же для авиации это отличный вариант, что обусловлено вышеперечисленными факторами.

Повышенная тепловая нагрузка

Мы рассмотрели ключевые особенности данного мотора. К примеру, теперь вы знаете какой вес двигателя и в чем заключаются его сильные и слабые стороны. Но хотелось бы рассмотреть еще несколько конструктивных особенностей силового агрегата. В частности, речь пойдет о системе охлаждения. Дело в том, что двухтактный дизель является более теплонагруженный, нежели 4-тактный. Обусловлено это повышенной частотой работы поршня. Получается, что существенно увеличивается температура в камере. Для её снижения необходимо эффективное охлаждение. Если речь об авиации, то тут все понятно. Высокие скорости и потоки встречного воздуха делают свое дело. Это же касается и эксплуатации в большие морозы, когда низкая температура окружающей среды является только плюсом.

В остальных же случаях необходимо жидкостное охлаждение. Обычно это классическая система. Единственное на что стоит обратить внимание, так это на исправность всех систем. Перегрев, даже кратковременный, может привести к заклиниванию или другим проблемам. В любом случае возможность такого исхода необходимо исключить.

Ресурс дизеля

Отдельного внимания заслуживает плановый ресурс данного мотора. Дело в том, что сам по себе дизель менее жизнеспособен, нежели бензиновый силовой агрегат. Обусловлено это использованием своеобразного топлива. Оно оставляет нагар в камере сгорания и форсунках. Все это существенно сокращает срок службы. Что же касается двухтактных ДВС на дизеле, то тут многое зависит от условий эксплуатации и своевременного обслуживания. Если масло меняется вовремя, а мотор не перегревается, то может работать 200 000 километров. Для бронетехники ресурс значительно меньше и составляет порядка 100 000 километров.

Важные детали

Современный двухтактный дизель характеризуется продвинутой топливной системой. Работает мотор тихо и плавно. Но так было не всегда. Механический ТНВД имел свои особенности. В частности, на каждую форсунку шла отдельная магистраль. Такой подход хоть и имел слабые стороны, но славился своей надежностью и высокой ремонтопригодностью. Позже ТНВД совершенствовались и становились значительно сложнее. Появилась система «Коммон рейл». В топливной рампе такого плана поддерживалось давление порядка 2 тысяч килограмм на сантиметр в квадрате. Форсунки стали более чувствительны к качеству топлива. Плохое горючее приводило к их быстрому выходу из строя.

Подведем итоги

В общем и целом, двухтактные дизели будут развиваться и совершенствоваться. Равно, как и роторно-поршневые ДВС, они считаются недоработанными. Однако в скором будущем они займут свою нишу в автомобилестроении. Уже сегодня они используются в авиации и на крупных промышленных и военных судах. Это надежный и относительно неприхотливый мотор, который при должном обслуживании будет работать исправно. В это же время он не лишен и проблем. К примеру, остро стоит вопрос охлаждения и смазки. Еще более важным является вопрос экологии. Необходима сложная система фильтрации для достижения экологических норм. По этой простой причине массовое производство, использование таких моторов на всех типах авто затруднительно и пока не представляется возможным. Но улучшение системы очистки отработавших газов способно решить эту проблему и приведет к тому, что двухтактные моторы будут широко распространены.

Дизельный двухтактный двигатель принцип работы видео

Рабочий цикл в двухтактном дизельном двигателе происходит за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, происходит очистка цилиндра двигателя и наполнение его свежим зарядом воздуха. Сначала открывается выпускной клапан, и отработанные газы покидают цилиндр двигателя, освобождая место для свежего воздуха. После этого поршень открывает нижние окна, через которые в цилиндр поступает свежий воздух. При этой системе очистки цилиндра свежий воздух поднимается вверх и часть его покидает цилиндр. Такая прямоточная продувка цилиндра обеспечивает наилучшую очистку от продуктов сгорания.

При движении поршня вверх закрывается сначала впускной клапан, а затем и продувочные окна. После этого начинается процесс сжатия воздуха. Около высшей мертвой точки форсункой подается топливо, которое воспламеняется от горячего воздуха, и начинается сгорание и расширение продуктов сгорания при ходе поршня вниз.

В конце второго такта открываются выпускные органы и открываются впускные, и процесс повторяется.

Недостатком прямоточной системы является наличие двух коленчатых валов и, соответственно, двух узлов с самостоятельными кривошипно-шатунными механизмами.

Другой вид продувки — петлевой — применяется в настоящее время реже, так как качество очистки цилиндра в этом случае хуже, чем у прямоточной.

К недостаткам двухтактных дизелей следует отнести потерю части хода на процессы очистки и наполнения цилиндра очередной порцией горючей смеси. Эта потеря хода составляет около 20 %.Дизель Хуго Юнкерса со встречнодвижущимися поршнями Авиационный дизель Нэпир-Делтик. В дефорсированном варианте применялся на флоте и на спецтехнике

Схема работы советского танкового двухтактного многотопливного дизеля 5ТДФ

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по многим параметрам на голову превосходит четырехтактник. Причем, как в бензиновом, так и в дизельном варианте. Интересно и то, что самый первый ДВС Жана Ленуара образца 1860 года тоже был двухтактным. И тем не менее двухтактник по-прежнему остается в тени своего более удачливого четырехтактного собрата. Более того, в массовом сознании уже давно создан негативный образ данной конструкции. Ведь подобные моторы, как известно, дымят, загрязняют окружающую среду, расходуют непомерное количество топлива, да еще и требуют обязательного смешения масла с бензином. Поэтому двухтактники можно терпеть разве что на кордовых моделях, подвесных моторах да на некоторых мотоциклах и мотороллерах. А на автомобиле им не место! Справедливо? В определенной мере, но лишь для карбюраторных двигателей старого образца. С дизелями же не все так просто. Здесь двухтактная схема до сих пор остается неплохой альтернативой четырехтактной, особенно там, где речь идет о значительных мощностях и небольших габаритах силовой установки. Это в первую очередь судовые, особенно малооборотные дизели. Часто двухтактными делают стационарные и тепловозные двигатели, популярны они на танках, встречались на некоторых самолетах и до сих пор не редкость на тяжелых грузовиках, преимущественно американских.