Двухтактный дизельный двигатель - как он работает

Сегодня рассмотрим двухтактный дизельный двигатель. К сожалению, большинство людей нашего времени связывают работу дизельных моторов с тракторами, поездами, КамАЗами, строительной и сельскохозяйственной техникой.

Все давно привыкли, что они сильно загрязняют окружающую среду характерными черными выбросами с выхлопной трубы (хотя в наше время, благодаря системе прохождения воздуха, все уже давно не так катастрофично), но даже факт превосходства современных дизельных моторов над бензиновыми двигателями мало кого способен переубедить.

Главным же их преимуществом, многие автолюбители называют меньший расход топлива по сравнению с бензиновыми собратьями. Секрет этого кроется в плотности состава дизельного топлива, которое вырабатывает на 15% больше энергии чем бензин. Если копнуть еще глубже и взглянуть на молекулярный уровень, то увидим, что происходит это благодаря более длинной цепочке углеродов. Кроме того, по эксплуатационным характеристикам и принципу работы они также ничуть не уступают двигателям с другими топливными системами. Давайте попробуем в этом убедиться на примере уже упомянутого двухтактного дизельного мотора.

1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство

Данный вид двигателей, в настоящее время меньше распространен чем аналогичный четырехтактный, но все же имеет право на существование. Составляющими частями двухтактного дизельного двигателя являются такие два механизма как газовая турбина (служит для преобразования энергии из тепловой в механическую) и специальный нагнетатель (за счет повышения давления в цилиндрах позволяет повысить мощность, снизив при этом количество потребляемого горючего).

Цилиндры данного устройства располагаются горизонтально, друг напротив друга, а процесс работы в каждом из них проходит за один оборот коленчатого вала, включающего в себя два хода поршня. Когда поршень опускается непосредственно к нижней мертвой точке, цилиндр очищается и наполняется свежим воздухом. Происходит это так: вначале, через открывшийся выпускной клапан, отработанные газы выходят из цилиндра, уступая место чистому воздуху, попадающему сюда через открытые поршнем нижние окна.

Окна цилиндров двухтактных двигателей используются как для впуска свежего воздуха, так и для выпуска уже отработанных газов (оконная или щелочная продувка). Если же отработанные газы выпускаются через клапан в цилиндре, а окна предназначены только для впуска чистого воздуха, то такую продувку называют клапанно-щелевой.

При такой системе очистки, не весь поступивший воздух задерживается в цилиндре и поднимаясь верх какая-то его часть выходит за пределы двигателя. Данный процесс назвали прямоточной продувкой цилиндра, обеспечивающий оптимальную очистку от продуктов сгорания. Продувочный воздух попадает в цилиндры одним из трех способов: либо через специальные насосы, либо через кривошипные продувочные камеры, или же с помощью поршневых компресоров.

Когда поршень с нижней точки начинает движение в верх, первым закрывается впускной клапан, а следом и окна, через которые осуществлялась продувка, затем начинается сжатие воздуха. Топливо, подающееся форсункой, которая находится возле верхней мертвой точки, воспламеняется от горячего воздуха, начиная тем самым процесс горения и расширения продуктов сгорания при движении поршня вниз.

Пройдя описанный круг, все снова повторяется. В турбину газы попадают через коллектор, а камера сгорания формируется, тогда, когда поршни очень близко приближаются друг к другу. Коленвалы, в таких двигателях, связываются между собой с помощью шестерен основной передачи, а их движение имеет круговой характер и осуществляется по часовой стрелке.

Кроме прямоточной продувки, выделяют еще и петлевую, но ее качество очистки цилиндра значительно ниже, поэтому в наше время она применяется намного реже. Рабочие ходы в двухтактном двигателе случаются в два раза чаще, чем в аналогичном за объемом четырехтактном, но с точки зрения мощности этого особо не заметно (она увеличивается максимум в 1,6 — 1,7 раза), это происходит из-за существования продувки и более короткого рабочего хода внутри цилиндра.

2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей

Двухтактный дизельный двигатель впервые увидел свет практически одновременно с четырехтактным, созданным в том же году Н.Отто, а вот двухтактный бензиновый мотор начали применять сравнительно недавно. На сегодняшний день, существует большое количество различных модификаций всех типов двигателей. Так, например, система зажигания двухтактного мотора может быть как бесконтактной (используется чаще всего), так и контактной, которая еще не успела полностью уйти в историю. Также, в зависимости от бренда, с его историческими традициями и оценкой нынешних рыночных тенденций, могут отличатся и схемы двухтактных двигателей.

Встречается двухтактная дизельная система в стационарных и тепловозных двигателях, на танках, в недалеком прошлом устанавливалась на самолетах, а сегодня ее не редко используют на тяжелых и габаритных грузовиках, в основном американского производства.

К основным особенностям, отличающим этот вид моторов, от четырехтактных относят: длину одного рабочего цикла (совершается за два хода поршня, один оборот вала). Благодаря этому, более плавно меняется угол поворота коленчатого вала, что в свою очередь обеспечивает меньшие нагрузки на шатуны, и некоторые детали поршневой группы, повышая запас их прочности; процесс перезарядки цилиндра (в начале сжатия, после такта расширения) с помощью части хода поршня; ограниченное время впуска свежего воздуха и выпуска продуктов горения; другую конфигурацию индикаторной диаграммы; способ продувки (удаление продуктов горения), который проходит путем замены этих продуктов на свежий заряд воздуха. К слову сказать, у аналогичных бензиновых двигателях, в этом случае, вместо воздуха поступает новый заряд горючей смеси.

Тепловой расчет двухтактных моторов проводится точно так же, как и у четырехтактных, исключение становят лишь параметры процессов продувки и впуска. Для осуществления процедуры расчета во внимание принимаются: температуры окружающей среды и остаточных газов; различные коэффициенты — использования тепла, избытка воздуха, неполноты диаграммы, остаточных газов; давление продувки и окружающей среды; показатели политропного сжатия и расширения, уровень повышения давления; политропное сжатие воздуха в системе нагнетателя.

Что касается достоинств двухтактных дизельных двигателей, то тут следует отметить следующие параметры:

- относительно малый вес двигателя (обычно такая установка весит на 50-60% меньше классического мотора с турбиной);

- довольна простая конструкция, имеющая меньшее количество дополнительных деталей и запасных частей. Этот фактор значительно упрощает принцип работы подобных двигателе, а значит обслуживание и ремонт, также, не составят никакого труда;

- оптимальные габариты, не требующие много места под капотом (отсутствует громоздкая система клапанов и распределительного вала).

3. Недостатки двухтактных двигателей

Как видим, двухтактные дизельные двигатели обладают приличным количеством положительных характеристик, так почему же тогда они не завоевали должную популярность и с каждым годом все больше и больше прекращают эксплуатироваться? Ответ простой. Несмотря на все положительные моменты, эти силовые агрегаты обладают также существенными недостатками, что делает их менее привлекательными по сравнению с четырехтактными собратьями.

В первую очередь, к минусам (по мнению большинства посетителей различных автомобильных форумов) следует отнести большую прожорливость относительно масла, значительная часть которого либо остается в уголках продувочных окон, а затем попадает в выпускную систему, либо сгорает вместе с топливом. Еще одним отрицательным фактором является слишком высокая температура процесса, происходящего в таком двигателе. А по другому и быть не может, ведь вспышка в цилиндрах моторов этого вида случается в 2 раза чаще, что соответственно влечет за собой тепловое перенапряжение поршней, головки блока цилиндра и гильз, требующее более серьезного охлаждения, с применением поршней особой конструкции: с жаростойкими вставками и возможностью разбора.

По сравнению с четырехтактными двигателями, условия работы подшипников и коренных, шатунных вкладышей двухтактных моторов более тяжелые, виной чему недостаточный отвод теплоты от соприкасающихся поверхностей. Характерная для двухтактного дизельного двигателя односторонняя система нагрузок, также, уменьшает количество масла, прокачиваемого между рабочими поверхностями. Справится с этим можно применив более мощный масляный насос, но из-за его габаритов и веса это довольно непрактично.

Следующий недостаток двухтактных дизелей — это повышенный расход воздуха, проявивший себя при использовании танков советского времени Т-64 и Т-80УД (Т-84), которые были оснащены подобными моторами 5ТДФ (имеющие 700 л.с.) и 6ТДФ-2 (обладающий 1200 л.с.). Если место эксплуатации сильно запыленное, это приведет к довольно быстрому засорению фильтров.

Кроме того, двухтактные дизельные двигатели, несмотря на свою относительную простоту, требуют более сложных расчетов проектирования, а учитывая, что работы с ними, во многих странах прекращены еще со средины 60-х годов, некоторые части происходящих в них процессов остаются малоизученными. Вышеописанные недостатки дизельных двухтактных двигателей кратко можно выразить в следующих пунктах:

- высокая стоимость, как двигателя в целом, так и отдельных его деталей, за счет ограниченного количества компаний, занимающихся их производством;

- полное отсутствие соответствующих станций технического обслуживания, специалисты которого могли бы осуществить полноценный ремонт таких моторов;

- высокое потребление масла, особенно при интенсивном использовании;

- отсутствие запасных частей и сменных деталей в свободной продаже.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.