Дизель 2 тактный

.

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 Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today

Двухтактные дизели советской бронетехники | ВОПРОСИК

В 1955 году было принято правительственное решение о создании на Харьковском заводе транспортного машиностроения конструкторского бюро по специальному дизелестроению и о создании нового танкового дизеля. Главным конструктором КБ был назначен профессор А.Д.Чаромский.

Выбор конструктивной схемы будущего дизеля определился, главным образом, опытом работы над 2-тактными дизелями ОНД ЦИАМ и двигателем У-305, а также стремлением наиболее полно удовлетворить требования конструкторов нового танка Т-64, разрабатываемого на этом заводе под руководством главного конструктора А.А. Морозова: обеспечить минимальные размеры дизеля, особенно по высоте, в сочетании с возможностью размещения его в танке в поперечном положении между бортовыми планетарными коробками передач. Была выбрана схема 2-тактного дизеля с горизонтальным расположением пяти цилиндров с противоположно движущимися в них поршнями. Решено было выполнить двигатель с надувом и утилизацией энергии выхлопных газов в турбине.

Чем же обосновывался выбор дизеля, работающего по 2-тактному циклу?

Ранее, в 20-х-30-х годах создание 2-тактного дизеля для авиации и наземных транспортных средств сдерживалось из-за многих нерешенных проблем, которые не могли быть преодолены при накопленном к тому времени уровне знаний, опыта и возможностей отечественной промышленности.

Изучение и исследования 2-тактных дизелей некоторых зарубежных фирм приводило к выводам о значительной трудности освоения их в производстве. Так, например, изучение Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) в 30-х годах дизеля Jumo-4 конструкции Гуго Юнекерса показало значительны проблемы, связанные с освоением в производстве подобных двигателей отечественной промышленностью того периода. Было известно также, что неудачи с освоением в производства двигателя Юнкерса претерпели Англия и Япония, закупившие лицензию на этот дизель. В то же время в 30-х, и в 40-х годах в нашей стране уже велись научно-исследовательские работы по 2-тактным дизелям и изготовлялись экспериментальные образцы таких двигателей. Ведущая роль в этих работах принадлежала специалистам ЦИАМ и, в частности, его Отделу нефтяных двигателей (ОНД). В ЦИАМ были спроектированы и изготовлены образцы 2-тактных дизелей различной размерности: ОН-2 (12/16,3), ОН-16 (11/14), ОН-17 (18/20), ОН-4 (8/9) и ряд других оригинальных двигателей.

Среди них был двигатель ФЭД-8, спроектированный под руководством видных учёных-двигателистов Б.С.Стечкина, Н.Р.Брилинга, А.А.Бессонова. Он представлял собой 2-тактный 16-цилиндровый Х-образный авиационный дизель с клапонно-поршневым газораспределением, с размерностью 18/23, развивающим мощность 1470 кВт (2000 л.с.). Одним из представителей 2-тактных дизелей с наддувом стал изготовленный в ЦИАМ под руководством Б.С.Стечкина звездообразный 6-цилиндровый турбопоршневой дизель мощностью 147…220 кВт (200…300 л.с.). Мощность газовой турбины передавалась на коленчатый вал через соответствующий редуктор.

Принятое тогда при создании двигателя ФЭД-8 решение по самой идеи и конструктивной схеме представлял тогда значительный шаг вперед. Однако рабочий процесс и особенно процесс газообмена при высокой степени наддува и петлевой продувки не были предварительно отработаны. Поэтому дизель ФЭД-8 не получил дальнейшего развития и в 1937 году работы над ним были прекращены.

После войны достоянием СССР становятся немецкая техническая документация. Она попадают А.Д. Чаромскому, как разработчику авиационных двигателей, и его заинтересовывает «чемодан» Юнкерса.

«Чемодан» Юнкерса – серия авиационных двухтактных турбопоршневых двигателей Jumo 205 с противоположно движущимися поршнями была создан в начале 30-х годов двадцатого века. Характеристики двигателя Jumo 205-C следующие: 6-циллиндровый, мощность 600 л.с. ход поршня 2 x 160 мм, объем 16.62 л., степень сжатия 17:1, при 2.200 об./мин.

В годы войны было выпущено около 900 двигателей, которые успешно применялись на гидросамолетах До-18, До-27, позднее и на быстроходных катерах. Вскоре после завершения ВОВ в 1949 году было решено установить такие двигатели на восточногерманские патрульные катера, которые были в строю до 60-х годов.

На базе этих разработок А.Д.Чаромским в 1947 г. в СССР был создан двухтактный авиадизель М-305 и одноцилиндровый отсек этого двигателя У-305.Этот дизель развивал мощность 7350 кВт (10000 л.с.) при малой удельной массе (0,5 кг/л.с.) и низком удельном расходе топлива -190 г/кВтч (140 г/л.с.ч). Было принято Х-образное расположение 28 цилиндров (четыре 7-цилиндровых блока). Размерность двигателя была выбрана равной 12/12. Высокий наддув осуществлялся турбокомпрессором, механически связанного с валом дизеля. Для проверки основных характеристик, заложенных в проекте М-305, отработки рабочего процесса и конструкции деталей был построенный экспериментальный образец двигателя, имевший индекс У-305. В проектировании, доводке и испытаниях этого дизеля принимали активное участие Г.В.Орлова, Н.И.Рудаков, Л.В.Устинова, Н.С.Золотарев, С.М.Шифрин, Н.С.Соболев, а также технологи и рабочие опытного завода ЦИАМ и мастерской ОНД.

Проект полноразмерного авиадизеля М-305 не был реализован, так как работы ЦИАМ, как и всей авиационной промышленности страны, в то время уже были ориентированы на освоение турбореактивных и турбовинтовых двигателей и потребность в 10000-сильном дизеле для авиации отпала.

Полученные на дизеле У-305 высокие показатели: литровая мощность двигателя 99 кВТ/л (135л.с./л), литровая мощность с одного цилиндра почти 220 кВт (300л.с.) при давлении наддува 0,35 МПа; высокая частота вращения (3500 об/мин) и данные ряда успешных длительных испытаний двигателя – подтверждало возможность создания эффективного малогабаритного 2-тактного дизеля транспортного назначения с аналогичными показателями и элементами конструкции.

В 1952 г. лаборатория №7 (бывший ОНД) ЦИАМ правительственным решением была преобразована в Научно-исследовательскую лабораторию двигателей (НИЛД) с подчинением её Министерству транспортного машиностроения. Инициативная группа сотрудников – высококвалифицированных специалистов по дизелям (Г.В.Орлова, Н.И.Рудаков, С.М.Шифрин и др.) во главе с профессором А.Д.Чаромским уже в составе НИЛД (впоследствии- НИИД) продолжают работы по доводке и исследованию 2-тактного двигателя У-305.

Дизель 5ТДФ

В 1954 году А.Д.Чаромским было внесено предложение в правительство о создании 2-тактного танкового дизеля. Это предложение совпало с требованием главного конструктора нового танка А.А. Морозова, и А.Д. Чаромский был назначен главным конструктором завода им. В. Малышева в Харькове.

Так как танковое моторное КБ этого завода осталось в основном своем составе в Челябинске, то А.Д. Чаромскому пришлось формировать новое КБ, создавать опытную базу, налаживать опытное и серийное производство, заниматься отработкой технологии, которой не располагал завод. Работы начались с изготовления одноцилиндровой установки (ОЦУ), аналогичной двигателю У-305. На ОЦУ велась отработка элементов и процессов будущего полноразмерного танкового дизеля.

Основными участниками этих работы были А.Д.Чаромский, Г.А.Волков, Л.Л.Голинец, Б.М.Кугель, М.А,Мексин, И.Л.Ровенский и др.

В 1955 году к проектным работам на заводе по дизелю подключились сотрудники НИЛД: Г.В.Орлова, Н.И.Рудаков, В.Г.Лавров, И.С.Эльперин, И.К.Лаговский и др. Специалиста НИЛД Л.М.Белинский, Л.И.Пугачев, Л.С.Ронинсон, С.М.Шифрин проводили на Харьковском заводе транспортного машиностроения экспериментальны работы на ОЦУ. Так появляется советский 4ТПД. Это был рабочий двигатель, но с одним недостатком – мощность была чуть более 400 л.с., что для танка было мало. Чаромский ставит еще один цилиндр и получает 5ТД.

Введение дополнительного цилиндра серьезно изменило динамику двигателя. Возникла неуравновешенность, которая вызывала в системе интенсивные крутильные колебания. К ее решению подключаются ведущие научные силы Ленинграда (ВНИИ-100), Москвы (НИИД) и Харькова (ХПИ). 5ТДФ был доведен до кондиции ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО, методом проб и ошибок.

Размерность этого двигателя была выбрана равной 12/12, т.е. такой же, как на двигателе У-305 и ОЦУ. Для улучшение приемистости дизеля турбину и компрессор было решено механически связать с коленчатым валом.

Дизель 5ТД имел следующие особенности:

- высокая мощность – 426 кВт (580 л.с.) при сравнительно малых габаритных размерах;

- повышенная частота вращения – 3000 об/мин;

- эффективность наддува и утилизации энергии отработанных газов;

- малая высота (менее 700 мм);

- уменьшение на 30-35% теплоотдача по сравнению с существующими 4-тактными(без наддува) дизелями, а следовательно, и меньший объем, необходимый для системы охлаждения силовой установки;

- удовлетворительная топливная экономичность и возможность работы двигателя не только на дизельном топливе, но и на керосине, бензине и различных их смесях;

- отбор мощности с обоих его концов и сравнительно малая его длина, обеспечивающая возможность компоновки МТО танка с поперечным расположением дизеля между двумя бортовыми коробками передач в значительно меньшем занимаемом объеме, чем при продольном расположении двигателя и центральной коробки передач;

- удачное размещение таких агрегатов, как воздушный компрессор высокого давления со своими системами, стартер-генератор и др.

Сохранив поперечное расположение мотора с двухсторонним отбором мощности и двумя планетарными бортовыми трансмиссиями, расположенными побортно по обе стороны двигателя, конструкторы сместили на освободившиеся места по бокам мотора, параллельно коробкам перемены передач, компрессор и газовую турбину, ранее в 4ТД смонтированные сверху на блоке двигателя. Новая компоновка позволила вдвое уменьшить объем МТО по сравнению с танком Т-54, причем из него были исключены такие традиционные узлы, как центральная КПП, редуктор, главный фрикцион, бортовые планетарные механизмы поворота, бортовые передачи и тормоза. Как отмечалось позднее в отчете ГБТУ, трансмиссия нового типа позволила сэкономить 750 кг массы и состояла из 150 механообработанных деталей вместо прежних 500.

Все системы обслуживания двигателя были сблокированы сверху над дизелем, образуя "второй этаж" МТО, схема которого получила наименование "двухъярусной".

Высокие показатели двигателя 5ТД потребовали использования в его конструкции ряда новых принципиальных решений и специальных материалов. Поршень для этого дизеля, например, изготовлялся с использованием жаровой накладки и проставки.

В качестве первого поршневого кольца было применено неразрезное жаровое кольцо манжетного типа. Цилиндры выполнялись стальными, хромированными.

Возможность работы двигателя с высоким давлением вспышки обеспечивалось силовой схемой двигателя с несущими стальными болтами, литым алюминиевым блоком, разгруженным от действия газовых сил, а также отсутствие газового стыка. Улучшение процесса продувки и наполнения цилиндров (а это проблема для всех 2-тактных дизелей) способствовало в определенной мере газодинамическая схема с использованием кинетической энергии выхлопных газов и эжекционного эффекта.

Струйно-вихревая система смесеобразования, при которой характер и направление топливных струй согласованы с направлением движения воздуха, обеспечивала эффективную турбулизацию топливно-воздушной смеси, что способствовало улучшению процесса тепло- и массообмена.

Специально подобранная форма камеры сгорания также позволяла улучшить процесс смесеобразования и сгорания. Крышки коренных подшипников стягивались с блок-картером стальными силовыми болтами, воспринимающих нагрузку от газовых сил, действующих на поршень.

К одному торцу блока-картера прикреплялась плита с турбиной и водяным насосом, а к противоположному торцу крепилась плита главной передачи и крышки с приводами к нагнетателю, регулятору, датчику тахометра, компрессору высокого давления и воздухораспределителю.

В январе 1957 г. первый опытный образец танкового дизеля 5ТД был подготовлен к стендовым испытаниям. По окончании стендовых испытаний 5ТД в том же году был передан на объектовые (ходовые) испытания в опытном танке "объект 430", а к маю 1958 г. прошел межведомственные Государственные испытания с хорошей оценкой.

И все же дизель 5ТД в серийное производство решили не передавать. Причиной вновь стало изменение требований военных к новым танкам, в очередной раз вызвавшее необходимость роста мощности. С учетом очень высоких технико-экономических показателей двигателя 5ТД и заложенные в нем резервы (что продемонстрировали и испытания) новую силовую установку мощностью порядка 700 л.с. решили создать на его основе.

Создания такого оригинального для Харьковского завода транспортного машиностроения двигателя потребовало изготовления значительно технологической оснастки, большого числа опытных образцов дизеля и проведение длительных многократных испытаний. Нужно учитывать при этом, что конструкторский отдел завода – впоследствии Харьковское конструкторское бюро машиностроения (ХКБД), и моторное производство создавались после войны практически заново.

Одновременно с проектированием дизеля для отработки элементов его конструкции и рабочего процесса на заводе был создан большой комплекс экспериментальных стендов и различных установок (24 единицы). Это в значительной степени помогло проверить и отработать конструкции таких узлов, как нагнетатель, турбина, топливный насос, выпускной коллектор, центрифуга, водяной и масляные насосы, блок-картер и др. К моменту сборки первого образца дизеля эти элементы были уже предварительно проверены на стендах, однако их отработка продолжалась и далее.

В 1959 г. По требованию главного конструктора нового танка (А.А.Морозова), для которого целевым назначением разрабатывался этот дизель, было признано необходимым увеличить его мощность с 426 кВт (580 л.с.) до 515 кВт (700л.с.). Форсированный вариант двигателя получил наименования 5ТДФ.

За счет увеличение частоты вращения компрессора наддува была повышена литровая мощность двигателя. Однако в результате форсирования дизеля появились новые проблемы, прежде всего по надежности узлов, агрегатов.

Конструкторы ХКБД, НИИД, ВНИИтрансмаш, технологи завода и институтов ВНИТИ и ЦНИТИ (с 1965 г.) провели огромный объем расчетных, исследовательских, конструкторских и технологических работ по достижению требуемой надежности и наработки дизеля 5ТДФ.

Наиболее трудными оказалась проблемы повышения надежности работы поршневой группы, топливной аппаратуры, турбокомпрессора. Каждое, даже незначительное улучшение давалось только в результате проведения целого комплекса конструкторских, технологических, организационных (производственных) мероприятий.

Первая партия дизелей 5ТДФ характеризовалась большой нестабильностью качества изготовления деталей и узлов. Определенная часть дизелей из выпускаемой серии (партии) нарабатывала установленную гарантийную наработку (300ч). Вместе с тем, значительная часть двигателей снималась со стендов до гарантийной наработки из-за тех или иных дефектов.

Специфика быстроходного 2-тактного дизеля заключается в более сложной системе газообмена, чем в 4-тактном, повышенном расходе воздуха, более высокой тепловой нагрузки поршневой группы. Поэтому требовались жесткость и вибростойкость конструкции, более строгое соблюдение геометрической формы ряда деталей, высокие антизадирные свойства и износостойкость цилиндров, жаростойкость и механическая прочность поршней, тщательный дозированный подвод и отвод смазки цилиндров и повышения качества трущихся поверхностей. Для учета этих специфических особенностей 2-тактных двигателей и надо было решить сложные конструкторские и технологические проблемы.

Одной из наиболее ответственных деталей, обеспечивающих четкое газораспределение и защиту уплотнительных поршневых колец от перегрева, было нарезное стальное тонкостенное жаровое кольцо манжетного типа со специальным антифрикционным покрытием. В доводке дизеля 5ТДФ проблема работоспособности этого кольца стала одной из основных. В процессе доводки длительное время происходили задиры и поломки жаровых колец из-за деформации их опорной плоскости, неоптимальная конфигурация, как самого кольца, так и корпуса поршня, неудовлетворительного хромирования колец, недостаточной смазки, неравномерной подачи топлива форсунками, скалывания окалины и отложение солей, образующихся на накладке поршня, а также из-за пылевого износа, связанного с недостаточной степенью очистки всасываемого двигателем воздуха.

Только в результате длительной и напряженной работы многих специалистов завода и научно-исследовательских и технологических институтов, по мере улучшение конфигурации поршня и жарового кольца, совершенствования технологии изготовления, регулировка элементов топливной аппаратуры, улучшение смазки, применение более эффективных антифрикционных покрытий, а также доработки системы воздухоочистки были практически устранены дефекты, связанных с работой жарового кольца.

Поломки трапециевидных поршневых колец, например, были устранены путем уменьшения осевого зазора между кольцом и канавкой поршня, улучшения материала, изменения конфигурации поперечного сечения кольца (перешли с трапециевидного на прямоугольное) и уточнения технологии изготовления колец. Поломки болтов, крепящих накладки поршней, были устранены изменением резьбы и контровки, ужесточения контроля в производстве, ограничением усилия затяжки и применением улучшенного материала болтов.

Стабильность расхода масла была достигнута за счет повышения жесткости цилиндров, уменьшения размеров вырезов на концах цилиндров, ужесточения контроля при изготовлении маслосборных колец.

Путем доводки элементов топливной аппаратуры и совершенствования газообмена было получено некоторое улучшение топливной экономичности и снижения максимального давления вспышки.

За счет повышения качества применяемой резины и упорядочения зазора между цилиндром и блоком были устранены случаи течи охлаждающей жидкости через резиновые уплотнительные кольца.

В связи с существенным улучшением передаточного числа от коленчатого вала к нагнетателю на некоторых дизелях 5ТДФ были выявлены такие дефекты, как пробуксовка и износ дисков фрикционной муфты, поломки колеса нагнетателя и выход из строя его подшипников, которые отсутствовали на дизеле 5ТД. Для их устранения пришлось провести такие мероприятия, как подбор оптимальной затяжки пакета дисков фрикционной муфты, увеличения числа дисков в пакете, устранения концентраторов напряжения в рабочем колесе нагнетателя, виброголтовка колеса, повышения демпфирующих свойств опоры, подбор более качественных подшипников. Это позволило ликвидировать дефекты, явившиеся следствием форсирования дизеля по мощности.

Повышение надежности и наработки дизеля 5ТДФ в значительной степени способствовало применения более качественных масел со специальными присадками.

На стендах ВНИИтрансмаш с участием сотрудников ХКБД и НИИД был выполнен большой объем исследований работы дизеля 5ТДФ в условиях реальной запыленности всасываемого воздуха. Они в конечном итоге завершились успешными «пылевыми» испытаниями двигателя в течении 500 часов его работы. Этим была потверждена высокая степень отработки цилиндро-поршневой группы дизеля и системы воздухоочистки.

Параллельно с доводкой самого дизеля проводилось его многократные испытания совместно с системами силового установки. При этом шло усовершенствования систем, решался вопрос их взаимоувязки и надежной работы в танке.

Главным конструктором ХКБД в решающий период доводки дизеля 5ТДФ был Л.Л.Голинец. Бывший главный конструктор А.Д.Чаромский был на пенсии, продолжал принимать участие в доводке в качестве консультанта.

Освоения серийного производства дизеля 5ТДФ в новых, специально построенных цехах завода, с новыми кадрами рабочих и ИТР, которые учились на этом двигателе, вызывало множество трудностей, потребовало значительного повышения технического уровня в оснащении производства, большого напряжения труда многих коллективов заводских служб и цехов, значительное участие специалистов других организаций.

До 1965 года двигатель 5ТДФ выпускался отдельными сериями (партиями). Каждая последующая серия включала ряд разработанных и проверенных на стендах мероприятий, устраняющие дефекты, выявленные в процессе испытания и в ходе опытной эксплуатации в армии.

Однако фактическая наработка двигателей не превышала 100 часов.

Существенный перелом в повышении надежности дизеля произошел в начале 1965 года. К этому времени в конструкцию и технологию его изготовления был внесен большой объем изменений. Внедренные в производство, эти изменения позволили повысит наработку очередной серии двигателей до 300 часов. Проведенные длительные пробеговые испытания танков с двигателями этой серии подтвердили значительно возросшую надежность дизелей: все двигателя при этих испытаниях отработали 300 часов, а часть из них (выборочно), продолжив испытания, наработала и по 400…500 часов.

В 1965 году была, наконец, выпущена установочная партия дизелей по откорректированной чертежно-технической документации и технологии для серийного производства. Всего в 1965 году было изготовлено 200 серийных двигателей. Началось наращивания выпуска, достигшая максимума в 1980 году. В сентябре 1966 года дизель 5ТДФ прошел межведомственные испытания.

Рассматривая историю создания дизеля 5ТДФ, следует отметить ход его технологической отработки как двигателя совершенно нового для производства завода. Практически одновременно с изготовлением опытных образцов двигателя и его конструкторской доводкой проводились его технологическая отработка и строительство новых производственных мощностей завода и комплектования их оборудованием.

По уточненным чертежам первых образцов двигателей уже в 1960 году была начата разработка проектной технологии изготовления 5ТДФ, а с 1961 года приступили к изготовлению рабочей технологической документации. Конструктивные особенности 2-тактного дизеля, применения новых материалов, высокая точность его отдельных и узлов требовали от технологии применения принципиально новых методов при обработке и даже сборки двигателя. Проектирования технологических процессов и их оснащения осуществлялось как технологическим службами завода во главе с А.И.Исаевым, В.Д.Дьяченко, В.И.Дощечкиным и другими, так и сотрудниками технологических институтов отрасли. К решению многих металлургических и материаловедческих проблем были привлечены специалисты Центрального научно-исследовательского института материалов (директор Ф.А.Куприянов).

Строительство новых цехов моторного производства Харьковского завода транспортного машиностроения велось по проекту института «Союзмашпроект» (главный инженер проекта С.И.Шпынов).

В течение 1964-1967 гг. новое дизельное производство комплектовалось тем оборудованием (особенно специальными станками – более 100 единиц), без которых практически невозможно было бы организовать серийное изготовление деталей дизеля. Это были алмазнорасточные и многошпиндельные станки для обработки блока, специальные токарные и финишные станки для обработки коленчатых валов и др. До ввода новых цехов и участков опробования и отладка технологии изготовления ряда основных деталей, а также изготовления установочных партий и первых серий двигателя были временно организованы на производственных площадках корпуса крупных тепловозных дизелей.

Ввод в эксплуатацию основных мощностей нового дизельного производства осуществлялся поочередно в период 1964-1967 гг. В новых цехах был обеспечен полный цикл производства дизелей 5ТДФ, кроме заготовительного производства, размещенного на основной площадке завода.

При формировании новых производственных мощностей большое внимание было уделено повышению уровня и организации производства. Изготовлению дизеля было организовано по поточному и групповому принципу с учетом последних достижений того периода в этой области. Использовались наиболее прогрессивные средства механизации и автоматизации обработки деталей и сборки, что обеспечивало создания комплексно-механизированного производства дизеля 5ТДФ.

В процессе формирования производства была проведена большая совместная работа технологов и конструкторов по повышению технологичности конструкции дизеля, в ходе которой технологами было выдано в ХКБД около шести тысяч предложений, значительная часть которых нашла отражения в конструкторской документации двигателя.

По техническому уровню новое дизельное производство значительно превосходило достигнутые к тому времени показатели предприятия отрасли, выпускавших аналогичную продукцию. Коэффициент оснащенности процессов производства дизеля 5ТДФ достиг высокой величины – 6,22. Только за 3 года было разработано более 10 тысяч технологических процессов, спроектировано и изготовлено более 50 тысяч наименования оснастки. К изготовлению оснастки и инструмента, в порядке оказания помощи заводу имени Малышева, были привлечены ряд предприятий Харьковского совнархоза.

В последующие годы (после 1965г.) уже в ходе серийного производства дизеля 5ТДФ, силами технологических служб завода и ЦНИТИ производились работы по дальнейшему совершенствованию технологий с целью снижения трудоемкости, повышения качества и надежности двигателя. Сотрудниками ЦНИТИ (директор Я.А.Шифрин главный инженер Б.Н.Сурнин) в течении 1967-1970 гг. было разработано более 4500 технологический предложений, обеспечивающих снижения трудоемкости более чем на 530 нормо-часов и значительное сокращение потерь от брака в ходе производства. Одновременно эти мероприятия позволили более чем в два раза сократить количество подгоночных операций и селективных соединений деталей. Результатом внедрения комплекса конструкторский и технологический мероприятий явилась более надежная и качественная работа двигателя в эксплуатации с гарантийной наработкой 300 часов. Но работы технологов завода и ЦНИТИ совместно с конструкторами ХКБД продолжались. Необходимо было повысить наработку двигателя 5ТДФ в 1,5…2,0 раза. Эта задача так же решена. 2-тактный танковый дизель 5ТДФ был доработан и освоен в производстве на Харьковском заводе транспортного машиностроения.

Весьма существенную роль в организации производства дизеля 5ТДФ сыграл директор завода О.А.Соич, а также ряд руководителей отрасли (Д.Ф.Устинов, Е.П.Шкурко, И.Ф.Дмитриев и др.), постоянно контролировали ход доработки и освоения производства дизеля, а также принимавшие непосредственное участие в решении технических и организационных проблем.

Системы автономного факельного подогрева и масловпрыска позволили впервые (в 1978 г.) обеспечить холодный пуск танкового дизеля при температурах до -20 градусов С (с 1984 г. до -25 градусов С). Позже (в 1985 г.) стало возможным с помощью системы ПВВ (подогреватель впускного воздуха) осуществлять холодный пуск четырехтактного дизеля (В-84-1) на танках Т-72, но только до температуры -20 градусов С, причем не более двадцати пусков в пределах гарантийного ресурса.

Самое главное 5ТДФ плавно перешел в новое качество в дизелях серии 6ТД (6ТД-1…6ТД-4) с диапазоном мощностей 1000-1500 л.с. и превосходящих по ряду основных параметров зарубежные аналоги.

СВЕДЕНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Применяемые эксплуатационные материалы

Основным, видом топлива для питания двигателя является топливо для быстроходных дизелей ГОСТ 4749—73:

при температуре окружающей среды не ниже +5°С — марки ДЛ;

при температуре окружающей среды от +5 до —30°С — марки ДЗ;

при температуре окружающей среды ниже -30°С — марки ДА.

В случае необходимости допускается при температуре окружающей среды выше +50°С применять топливо марки ДЗ.

Кроме топлива для быстроходных дизелей двигатель может работать на топливе для реактивных двигателей TC-1 ГОСТ 10227—62 или автомобильном бензине А-72 ГОСТ 2084—67, а также смесях применяемых топлив в любых пропорциях.

Для смазки двигателя применяется масло М16-ИХП-3 ТУ 001226—75. В случае отсутствия этого масла допускается применение масла МТ-16п.

При переходе с одного масла на другое остатки масла из картерной полости двигателя и масляного бака машины необходимо слить.

Смешивание применяемых масел между собой, а также применение других марок масел запрещаются. Допускается смешивание в масляной системе несливаемого остатка одной марки масла с другой, вновь заправленной.

При сливе температура масла должна быть не ниже +40°С.

Для охлаждения двигателя при температуре окружающей среды не ниже +5°С применяется чистая пресная вода без механических примесей, пропущенная через специальный фильтр, придаваемый в ЭК машины.

Для предохранения двигателя от коррозии и «акипеобразования в воду, пропущенную через фильтр, добавляют 0,15% трехкомпонентной присадки (по 0,05% каждого из компонентов).

Присадка состоит из тринатрий фосфата ГОСТ 201—58, хромпика калиевого ГОСТ 2652—71 и нитрита натрия ГОСТ 6194—69 необходимо предварительно растворить в 5—6 л воды, пропущенной через химический фильтр и подогретой до температуры 60—80°С. В случае дозаправки 2—3 л разрешается (разово) применять воду без присадки.

Засыпать антикоррозионную присадку непосредственно в систему запрещается.

При отсутствии трехкомпонентной присадки допускается применение чистого хромпика 0,5%. При температуре окружающего воздуха ниже +50°С следует применять низкозамерзающую жидкость (антифриз) марки «40» или «65» ГОСТ 159—52. Антифриз марки «40» применяется при температуре окружающего воздуха до —35°С, при температуре ниже — 35°С — антифриз марки «65».

Двигатель заправлять топливом, маслом и охлаждающей жидкостью с соблюдением мер, предотвращающих попадание механических примесей и пыли, а в топливо и масло, кроме того, влаги.

Заправлять топливо рекомендуется с помощью специальных топливозаправщиков или штатного топливозаправочного устройства (при заправке из отдельных емкостей).

Заправлять топливо необходимо через фильтр с шелковым полотном. Заправлять масло рекомендуется с помощью специальных маслозаправщиков. Масло, воду и низкозамерзающую жидкость заправлять через фильтр с сеткой № 0224 ГОСТ 6613—53.

Заправлять системы до уровней, предусмотренных инструкцией по эксплуатации машины.

Для полного заполнения объемов систем смазки и охлаждения необходимо после заправки на 1—2 мин запустить двигатель, после чего проверить уровни и при необходимости дозаправить системы,

В процессе эксплуатации необходимо контролировать количество охлаждающей жидкости и масла в системах двигателя и поддерживать их уровни IB заданных пределах.

Не допускать работу двигателя при наличии в баке системы смазки двигателя менее 20 л масла.

При понижении уровня охлаждающей жидкости вследствие испарения или утечек в систему охлаждения доливать соответственно воду или антифриз.

Охлаждающую жидкость и масло сливать через специальные сливные клапаны двигателя и машины (котел подогрева и масляный бак) с помощью шланга со штуцером при открытых заправочных горловинах. Для полного удаления остатков воды из системы охлаждения во избежание ее замерзания рекомендуется систему пролить 5—6 л низкозамерзающей жидкостью.

Особенности работы двигателя на различных видах топлива

Работа двигателя на различных видах топлива осуществляется механизмом управления подачей топлива, имеющим два положения установки рычага многотопливности: работа на топливе для быстроходных дизелей, топливе для реактивных двигателей, бензине (со снижением мощности) и их смесях в любых пропорциях; работа только на бензине.

Эксплуатация на других видах топлива при этом положении рычага категорически запрещается.

Установка механизма управления подачей топлива из положения «Работа на дизельном топливе» в положение «Работа на бензине» осуществляется вращением регулировочного винта рычага многотопливности по ходу часовой стрелки до упора, а из положения «Работа на бензине» в положение «Работа на дизельном топливе» — вращением регулировочного винта рычага многотопливности против хода часовой стрелки до упора.

Особенности запуска и эксплуатации двигателя при работе на бензине. Не менее чем за 2 мин до запуска двигателя необходимо включить насос БЦН машины и интенсивно прокачать топливо ручным подкачивающим насосом машины; во всех случаях независимо от температуры окружающего воздуха перед запуском производить двойной впрыск масла в цилиндры.

Бензиновый центробежный насос машины должен оставаться включенным на протяжении всего времени работы двигателя на бензине, его смесях с другими топливами и при кратковременных остановках (3—5 мин) машины.

Минимально устойчивые обороты на холостом ходу при работе двигателя на бензине составляют 1000 в минуту.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

О достоинствах и недостатках данного двигателя вспоминает С. Суворов, в своей книге «Т-64».

На танках Т-64А, выпускаемых с 1975 года, было усилено и бронирование башни за счет применения корундового наполнителя.

На этих машинах также была увеличена емкость топливных баков с 1093 л до 1270 л, вследствие чего сзади на башне появился ящик для укладки ЗИП. На машинах прежних выпусков ЗИП размещался в ящиках на правой надгусеничной полке, где и установили дополнительные топливные баки, подключенные в топливную систему. При установке механиком-водителем топливораспределительного крана на любую группу баков (заднюю или переднюю) топливо вырабатывалось в первую очередь из наружных баков.

В механизме натяжения гусеницы была применена червячная пара, которая позволяла ее эксплуатацию без обслуживания в течение всего срока эксплуатации танка.

Эксплуатационные характеристики этих машины были значительно улучшены. Так, например, пробе до очередного номерного обслуживания был увеличен с 1500 и 3000 км до 2500 и 5000 км для Т01 и ТО соответственно. Для сравнения на танке Т-62 ТО1 ТО2 проводилось через 1000 и 2000 км пробега, а на танке Т-72 — через 1600-1800 и 3300-3500 км пробега соответственно. Гарантийный срок работы двигателя 5ТДФ был увеличен с 250 до 500 моточасов, гарантийный срок всей машины составил 5000 км пробега.

Но училище — это только прелюдия, основная эксплуатация началась в войсках, куда я попал после окончания училища в 1978 году. Перед самым выпуском до нас довели приказ Главкома Сухопутных войск о том, что выпускников нашего училища распределять только в те соединения, где имеются танки Т-64. Связано это было с тем, что в войсках имелись случаи массового выхода из строя танков Т-64, в частности, двигателей 5ТДФ. Причина — незнание материальной части и правил эксплуатации этих танков. Принятие на вооружение танка Т-64 было сравнимо с переходом в авиации с поршневых двигателей на реактивные — ветераны авиации помнят, как это было.

Что касается двигателя 5ТДФ, то основных причин выхода его из строя в войсках было две — перегрев и пылевой износ. Обе причины происходили по незнанию или по пренебрежению правил эксплуатации. Основной недостаток этого двигателя — не слишком рассчитан на дураков, иногда требует, чтобы делали то, что написано в инструкции по эксплуатации. В мою бытность уже командиром танковой роты один из моих командиров взводов, выпускник Челябинского танкового училища, готовившего офицеров на танки Т-72 как-то начал критиковать силовую установку танк Т-64. Не нравился ему двигатель и периодичность его обслуживания. Но когда ему был задан вопрос «А сколько раз за полгода вы на своих трех учебных танках открывали крыши МТО и заглядывали в моторно-трансмиссионное отделение?» Оказалось, что ни разу. И танки ходили, обеспечивали боевую подготовку.

И так по порядку. Перегрев двигателя происходил по нескольким причинам. Первая — механик забывал снять коврик с радиатора и затем не смотрел на приборы, но такое бывало очень редко и, как правило, зимой. Вторая, и основная — заправка охлаждающей жидкостью. По инструкции положено заливать воду (в летний период эксплуатации) с трехкомпонентной присадкой, причем вода должна заливаться через специальный сульфофильтр, которым машины ранних выпусков комплектовались все, а на новых машинах такой фильтр выдавался один на роту (10-13 танков). Выходили из строя двигатели, в основном, танков учебной группы эксплуатации, эксплуатировавшихся минимум пять дней в неделю и находящихся обычно на полигонах в полевых парках. При этом механики-водители «учебники» (так называли механиков учебных машин), как правило, трудяги и добросовестные парни, но не знавшие до тонкостей устройства двигателя, могли себе позволить иногда залить воды в систему охлаждения просто из-под крана, тем более что сульфофильтр (который один на роту) хранился обычно на зимних квартирах, где-нибудь в каптерке зампотеха роты. Результат — образование накипи в тонких каналах системы охлаждения (в районе камер сгорания), отсутствие циркуляции жидкости в самом нагреваемом месте двигателя, перегрев и выход двигателя из строя. Образование накипи усугубляло и то, что вода в Германии очень жесткая.

Один раз в соседнем подразделении был выведен двигатель по причине перегрева по вине механика-водителя. Обнаружив небольшую течь охлаждающей жидкости из радиатора, он по совету одного из «знатоков» добавить в систему горчицы купил пачку горчицы в магазине и всю ее высыпал в систему, в результате — засорение каналов и выход двигателя из строя.

Бывали еще и другие сюрпризы с системой охлаждения. Вдруг начинает выгонять охлаждающую жидкость из системы охлаждения через паровоздушный клапан (ПВК). Некоторые, не разобравшись в чем дело, пытаются завести его с буксира — результат разрушение двигателя. Таким образом мой зампотех батальона сделал мне «подарок» к Новому году, и мне пришлось менять двигатель 31 декабря. До Нового года я успел, т.к. замена двигателя на танке Т-64 процедура не очень сложная и, самое главное, не требует центровки при его установке. Больше всего времени при замене двигателя на танке Т-64, как и на всех отечественных танках, занимает процедура слива и заправки масла и охлаждающей жидкости. Если бы на наших танках вместо дюритных соединений трубопроводов стояли разъемы с клапанами, как на «Леопардах» или «Леклерках», то замена двигателя на танках Т-64 или Т-80 по времени занимала бы не больше, чем замена всего силового блока на западных танках. Так, например, в тот памятный день 31 декабря 1980 г. после слива масла и охлаждающей жидкости мы с прапорщиком Е. Соколовым «выкинули» двигатель из МТО всего за 15 минут.

Вторая причина выхода двигателей 5ТДФ из строя — это пылевой износ. Система очистки воздуха. Если своевременно не проверять уровень охлаждающей жидкости, а положено проверять перед каждым выходом машины, то может настать такой момент, когда в верхней части рубашки охлаждения жидкость будет отсутствовать, и происходит местный перегрев. При этом самое слабое место форсунка. В этом случае горят прокладки форсунки либо выходит из строя сама форсунка, затем через трещины в ней или сгоревшие прокладки газы из цилиндров пробиваются в систему охлаждения, и под их давлением жидкость выгоняется через ПВК. Все это не смертельно для двигателя и устраняется при наличии в подразделении знающего человека. На обычных рядных и V-образных двигателях в аналогичной ситуации «ведет» прокладку головки блока цилиндров, и работы в этом случае будет побольше.

Если в такой ситуации двигатель остановить и не принять никаких мер, то через некоторое время цилиндры начнут заполняться охлаждающей жидкостью, двигателя представляет собой инерционную решетку и циклонный воздухоочиститель. Воздухоочиститель согласно инструкции по эксплуатации промывается по необходимости. На танках типа Т-62 он промывался зимой через 1000 км пробега, а летом через 500 км. На танке Т-64 — по необходимости. Вот здесь-то и камень преткновения — некоторые приняли это как то, что можно его вообще не промывать. Необходимость же возникала тогда, когда в циклоны попадало масло. И если хоть в одном из 144 циклонов есть масло, то воздухоочиститель надо промывать, т.к. через этот циклон в двигатель попадает неочищенный воздух с пылью, и далее, как наждаком, стираются гильзы цилиндров и кольца поршней. Двигатель начинает терять мощность, увеличивается расход масла, а потом и вовсе перестает запускаться.

Проверить попадание масла в циклоны нетрудно - достаточно посмотреть входные отверстия циклонов на воздухоочистителе. Обычно смотрели на патрубок выброса пыли из воздухоочистителя, и если на нем обнаруживали масло, то тогда смотрели и воздухоочиститель, и если надо, то промывали. Откуда же попадало масло? Все просто: заливная горловина маслобака системы смазки двигателя расположена рядом с сеткой воздухозаборника. При дозаправке маслом обычно используется лейка, но т.к. опять же на учебных машинах лейки, как правило, отсутствовали (кто-то терял, кто-то положил на гусеничную ленту, забыл и поехал через нее и т.д.), то механики заливали масло просто из ведер, при этом масло проливалось, попадало сначала на сетку воздухозаборника, а затем и в воздухоочиститель. Даже заправляя масло через лейку, но в ветреную погоду, масло ветром забрызгивало на сетку воздухоочистителя. Поэтому со своих подчиненных я требовал при заправке масла стелить на сетку воздухозаборника коврик из ЗИПа танка, в результате чего избегал неприятностей с пылевым износом двигателя. При этом надо отметить, что условия запыленности в Германии в летнее время были самые что ни есть суровые. Так, например, во время дивизионных учений в августе 1982 года при совершении марша по лесным просекам Германии из-за висевшей пыли не было даже видно, где заканчивается ствол пушки собственного танка. Дистанцию между машинами в колонне выдерживали буквально нюхом. Когда до впередиидущего танка оставалось буквально несколько метров, то можно было различить запах его выхлопных газов и вовремя затормозить. И так 150 километров. После совершения марша всё: танки, люди и их лица, комбинезоны и сапоги были одного цвета — цвета дорожной пыли.

Дизель 6ТД

Одновременно с конструкторской и технологической доводкой дизеля 5ТДФ коллектив конструкторов ХКБД приступил к разработки следующей модели 2-тактного такового дизеля уже в 6-цилиндровом исполнении с повышенной мощностью до 735 кВт (1000 л.с.). Этот двигатель, так же, как и 5ТДФ, представлял собой дизель с горизонтально расположенными цилиндрами, встречно движущимися поршнями и прямоточной продувкой. Дизель получил наименование 6ТД.

Турбонаддув был осуществлен от компрессора, механически (рессорой) связанного с газовой турбиной, преобразующая часть тепловой энергии отработавших газов в механическую работу для привода компрессора.

Поскольку мощность, развиваемую турбиной, была недостаточно для привода компрессора, он с помощью редуктора и механизма передачи был соединён с обоими коленчатыми валами двигателя. Степень сжатия была принята равной 15.

Для получения требуемых фаз газораспределения, при которых обеспечивалась бы необходимая очистка цилиндра от отработавших газов и наполнения сжатым воздухом, было предусмотрено (как и на двигателях 5ТДФ) угловое смещение коленчатых валов в сочетании с несимметричным расположением впускных и выпускных окон цилиндров по их длине. Крутящий момент, снимаемый с коленчатых валов, составляет для впускного вала – 30%, для выпускного -70% от крутящего момента двигателя. Крутящий момент, развиваемый на впускном валу, через шестеренчатую передачу передавался на выпускной вал. Суммарный крутящий момент мог сниматься с обоих концов выпускного вала через муфту отбора мощности.

В октябре 1979 г. Двигатель 6ТД после серьезной доработки цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры, системы воздухоснабжения и другие элементов успешно прошел межведомственные испытания. С 1986 г. Были изготовлены первые 55 двигателей в серийном исполнении. В последующие годы серийный выпуск увеличился и достиг максимума в 1989 г.

Процент подетальной унификации 6ТД с дизелем 5ТДФ составил более 76%, а надежность работы была не ниже, чем у 5ТДФ, который серийно изготовлялся многие годы.

Работы ХКБД под руководством главного конструктора Н.К.Рязанцева по дальнейшему совершенствованию 2-тактного танкового дизеля продолжались. Дорабатывались узлы, механизмы и системы, по которым выявлялись в эксплуатации отдельные дефекты. Совершенствовалась система наддува. Проводились многочисленные стендовые испытания двигателей с введением конструктивных изменениями.

Разрабатывалась новая модификация дизеля – 6ТД-2. Мощность его составляла уже не 735кВт (1000л.с.), как у 6ТД, а 882 кВт (1200л.с.). Подетальная унификация его с дизелем 6ТД была обеспечена более чем на 90%, а с дизелем 5ТДФ – более 69%.

В отличии от двигателя 6ТД на двигателе 6ТД-2 был применен 2-ступенчатый осецентробежный компрессор системы наддува и изменения конструкции турбины, сильфона, масляного центробежного фильтра, патрубка и других узлов. Была также несколько снижена степень сжатия – с 15 до 14,5 и увеличено среднее эффективное давление с 0,98 МПа до 1,27МПа. Удельный расход топлива двигателя 6ТД-2 составил 220 г/(кВт*ч) (162 г/(л.с.*ч)) вместо 215 г/(кВт*ч) (158г/(л.с.*ч)) – для 6ТД. С точки зрения установки в танк дизеля 6ТД-2 был полностью взаимозаменяем с двигателем 6ДТ.

В 1985 г. Дизель 6ТД-2 прошел межведомственные испытания и конструкторская документация была представлена для подготовки и организации серийного производства.

В ХКБД с участием НИИД и других организаций продолжались научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по 2-тактному дизелю 6ТД с целью его форсирования по мощности до значения 1103 кВт (1500л.с.), 1176 кВт (1600л.с.), 1323 кВт (1800л.с.) с проведением проверок на образцах, а также создания на его базе семейство двигателей для ВГМ и народохозяйственных машин. Для ВГМ легкой и промежуточной категории по массе разрабатывались дизеля 3ТД мощностью 184…235 кВт (250-320л.с.), 4ТД мощностью 294…331 кВт (400…450л.с.). Разрабатывался также вариант дизеля 5ДН мощностью 331…367 кВт (450-500л.с.) для колесных машин. Для транспортеров тягачей и инженерных машин разрабатывался проект дизеля 6ДН мощностью 441…515 кВт (600-700л.с.).

Дизель 3ТД

Двигатели ЗТД в трехцилиндровом исполнении являются членами единого унифицированного ряда с серийными двигателями 5ТДФ, 6ТД-1 и 6ТД-2Е. В начале 60-х в Харькове создавалось семейство двигателей на базе 5ТДФ для машин легкой весовой категории (БТР, БМП и др.) и тяжелой весовой категории (танки, 5ТДФ, 6ТД).

Указанные двигатели имеют единую конструктивную схему:

- двухтактный цикл;

- горизонтальное расположение цилиндров;

- высокую компактность;

- низкую теплоотдачу;

- возможность использования при температурах окружающей

среды от минус 50 до плюс 55 °С;

- малое снижение мощности при высоких температурах

окружающей среды;

- многотопливность.

Кроме объективных причин в создании семейства двухтактных оппозитных дизелей 3ТД в середине 60-х годов были допущены ошибки. Идея 3-цилиндрового двигателя проверялась на базе 5-цилиндрового, в котором были заглушены два цилиндра. При этом газовоздушный тракт, агрегаты наддува не были согласованы. Естественно, была увеличенной и мощность механических потерь.

Основным препятствием для создания унифицированного семейства двигателей в 60-70-е годы было отсутствие в стране четкой программы развития двигателестроения, руководство «металось» между различными концепциями дизелей и ГТД. В 70-е годы с приходом к руководству страны Л. И. Брежнева ситуация еще более усугубилась, началось параллельное производство танков с разными двигателями – Т-72 и Т-80, которые по своим характеристикам являлись «танками-аналогами» уже производящегося Т-64. Речь про унификацию двигателей танка, БМП и БТР уже не шла.

К сожалению, такая же ситуация была и в других отраслях ВПК - одновременно шли разработки различных КБ в ракетостроении, авиастроении, при этом среди них не выбирались лучшие, а производились параллельно аналогичные изделия разных Конструкторских Бюро (КБ).

Подобная политика стала началом конца отечественной экономики, и причиной отставания в танкостроении, усилия вместо того, чтобы объединится в «единый кулак» распылялись на параллельные разработки конкурирующих КБ.

Легкие машины (ЛБМ), выпускавшиеся в 60…80-х годах прошлого столетия, имеют двигатели устаревшей конструкции, обеспечивающие удельную мощность в пределах 16-20 л.с./т. Современные машины должны иметь удельную мощность 25-28 л.с./т, что позволит увеличить их маневренность.

В 90-е, 2000-е годы актуальной стала модернизация ЛБМ – БТР-70, БТР-50, БМП-2.

В этот период проводились испытания данных машин показавшие высокие характеристики нового двигателя, но, вместе с тем на хранении и в производстве на территории Украины после распада СССР находилось большое количество двигателей УТД-20С1.

Генеральный конструктор по танкостроению Украины М.Д. Борисюк (ХКБМ) для модернизации этих машин решил использовать имеющиеся серийные двигатели - СМД-21 УТД-20 и немецкий «Deutz».

На каждое транспортное средство устанавливались свои двигатели, не имеющие унификации друг с другом, и с двигателями, уже находящимися в армии. Причина - для ремонтных заводов Министерства обороны выгодно использовать имеющиеся на складах заказчика двигатели позволяющих снизить стоимость работ.

Но такая позиция лишала работы ГП «Завод имени В.А. Малышева» и, прежде всего, агрегатный завод.

Такая позиция оказалось неоднозначной – с одной стороны экономия, с другой – потери перспективы.

Стоит отметить, что в ХКБМ по отношению к 3ТД был высказан ряд претензий (по шуму и дымности), который были приняты и устранены.

С целью снижения дымности при пуске и на переходных режимах на двигателе ЗТД установлена закрытая топливная аппаратура и существенно уменьшен расход масла. Снижение шума обеспечено за счет уменьшения максимального давления сгорания и уменьшения зазора в паре «поршень-цилиндр» на двигателях мощностью 280 и 400 л.с, а также снижения размаха крутильных колебаний

Снижение расхода масла на двигателях ЗТД достигнуто благодаря следующим факторам:

- снижения количества цилиндров;

- применения поршня с чугунным корпусом вместо алюминиевого сплава;

- увеличения удельного давления маслосъемного кольца на стенку цилиндра.

В результате принятых мер относительный расход масла на двигателях ЗТД приближается к расходу на двигателях народнохозяйственного назначения.

http://topwar.ru/9780-semeystvo-dvuhtaktnyh-dizeley-sovetskoy-bronetehniki.html

voprosik.net

Двухтактные дизели: 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:

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.

fb.ru

Двухтактный дизель -- будущее лёгкой авиации

Дмитрий Алемасов (Dmitry_A)

В авиации к двигателям подход особый. Самая, пожалуй, важная характеристика — это удельная мощность (или удельная тяга), то есть количество киловатт или лошадиных сил (или ньютонов) на единицу массы. Оно и понятно. Если мы установим на автомобиль тяжёлый двигатель, автомобиль всё равно поедет. А вот самолёт с тяжёлым двигателем может просто не взлететь. Из коммерчески выпускаемых ныне авиационных двигателей самыми лучшими по этому показателю являются турбореактивные (ТРД). Однако они выдают желаемые показатели при весьма высоких оборотах, поэтому требуют очень высокой культуры производства и, следовательно, дороги. Газотурбинные (ГТД), или турбовальные (ТВД), двигатели несколько тяжелее, так как в них турбина вращает не только компрессор, но и понижающий редуктор — дополнительный механизм, обладающий немалой массой. Они тоже очень дороги, но имеют свои преимущества. Например, они экономичны в диапазоне скоростей до 600 км/ч, и ещё могут устанавливаться на вертолёты. Тем не менее, в классе мощностей до 200-250 л.с. ГТД фактически отсутствуют, по причине дороговизны. Это по-прежнему царство поршневых двигателей.

В лёгкой авиации самым массовым типом ДВС является 4-тактный карбюраторный оппозитный воздушного охлаждения. Конструкция таких двигателей отработана десятилетиями — например, оппозитный Лайкоминг был разработан ещё до Второй мировой войны. Однако в последнее время обнаружилась угроза дальнейшему существованию этих двигателей. Дело в том, что они рассчитаны на применение специального авиационного бензина. А нынешний мировой авиапарк в основном потребляет реактивные топлива, базирующиеся на керосине, производство авиационного бензина сократилось, и он перешёл в разряд дефицита. Энтузиасты лёгкой авиации пробуют разные пути выхода из бензинового тупика. Кто-то пытается конвертировать имеющиеся конструкции под доступный автомобильный бензин, а кто-то предлагает новую (то есть хорошо забытую старую) альтернативу — 2-тактный авиационный дизель.

Маленькая квази-теоретическая лекция

Тактом рабочего цикла ДВС является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один.

Что касается 4-тактного рабочего цикла, то между схемами Дизеля и Отто различий немного. Присутствуют те же 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска. Главное, что в дизеле сжимается не рабочая смесь, а чистый воздух, и топливо впрыскивается в камеру сгорания в момент наивысшего сжатия, отчего и воспламеняется. В автопроме поэтому некоторые легковые дизели конструировались на основе существующих бензиновых моторов. Чугунный блок и поддон оставались практически без изменений; заново разрабатывалась головка блока цилиндров; поршни, шатуны и коленвал заменялись на усиленные. Ну и ставилась дизельная топливная аппаратура.

В случае с двухтактным процессом всё уже не так просто. Такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном двигателе процессы впуска и выпуска присутствуют, для их осуществления необходимо, чтобы давление на входе в цилиндр было выше атмосферного. То есть нужен принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными мотоциклетными бензиновыми двигателями, могут возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- или механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя.

В простых мотоциклетных моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня. Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт далее вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень идёт снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Затем сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, совершая такт расширения, или рабочий ход. Описанный двухтактный процесс имеет неустранимые недостатки. Так как детали кривошипно-шатунного механизма омываются рабочей смесью, необходимо добавлять моторное масло непосредственно в топливо, что делает его в буквальном смысле *горюче*-смазочным материалом. То есть расход масла значительно выше, чем в 4-тактных двигателях. К тому же из-за совмещённости по времени процессов впуска и выпуска довольно много рабочей смеси выбрасывается в атмосферу вместе с выхлопом. (Смесь может выбрасываться также из картера обратно во впускной тракт — это преодолевается установкой клапана, обычно лепесткового, между карбюратором и фланцем впускного канала.) Всё это отрицательно сказывается на экономичности и экологичности. В принципе, для устранения этого возможно применить схему газораспределения, подобную 4-тактным двигателям (с клапанами и распредвалом), но в таком случае обязателен отдельный нагнетатель, то есть двигатель станет заведомо сложнее атмосферного (безнаддувного) 4-тактника.

Дизель, подобный мотоциклетному мотору, не сделаешь. В цилиндр надо подавать чистый воздух, которому в картере делать нечего — он там будет выдавливать имеющуюся смазку из трущихся узлов. Поэтому двухтактные дизельные двигатели (танковые и судовые) больше похожи на четырёхтактные. У них также есть масло в картере и клапана в головке блока цилиндров. Однако кроме клапанов, у них ещё есть окна в стенках цилиндров. Обычно через боковые окна нагнетается воздух, а выпуск производится через клапаны.

Цикл происходит так: поршень идёт вниз и открывает впускное окно, через которое внешним нагнетателем подаётся воздух; затем поршень начинает движение вверх; пока впускное окно не закрылось полностью, открывается выпускной клапан в головке, и отработанные газы вытесняются в выпускной тракт; закрывается клапан, перекрывается впускное окно, воздух сжимается движением поршня к верхней мёртвой точке и от сжатия нагревается; в верхней мёртвой точке форсунка впрыскивает в цилиндр топливо, которое от соприкосновения с горячим воздухом воспламеняется; поршень идёт вниз, совершая рабочий ход, пока не откроет впускное окно; далее см. начало абзаца. На форуме avia.ru упоминалось, что клапан в головке может быть впускным, а боковое окно работать на выпуск. Думаю, что в этом есть своя выгода, особенно для дизелей воздушного охлаждения: снижается теплонапряжённость головки. Но вот проводить газораспределение только через клапаны в головке, на мой взгляд, невыгодно: цилиндр в таком случае продувается хуже, и воздуха (а значит, и кислорода) в цилиндр попадает меньше - топливо может сгорать не полностью. Примерно так же дело обстоит и с газораспределением только через окна, однако при этом можно избавиться от распредвала и клапанов.

Преимущества дизелей как таковых: использование в качестве топлива более дешёвых и более энергоёмких фракций нефти; больший крутящий момент на валу; отсутствие системы зажигания (тут к месту афоризм, приписываемый конструкторам дизеля В-2: "Самая надёжная деталь — та, которой нет").

Недостатки дизелей как таковых: низкая удельная мощность, что обусловлено необходимостью усиления конструкции (сгорание топлива не такое плавное, как в бензиновом двигателе, плюс в 2 раза большая степень сжатия — а иначе откуда большой крутящий момент возьмётся?); наличие куда более сложной и привередливой системы питания, нежели у бензинового двигателя.

Преимущества двухтактных дизелей: вдвое большая частота рабочих ходов, что решает проблему удельной мощности; более плавная работа двигателя.

Недостатки двухтактных дизелей: обязательность механического компрессора или турбонаддува.

Хорошо забытое старое

Первые работоспособные авиационные дизели были сконструированы до Второй мировой войны моторостроительным подразделением Юнкерса — ЮМО. Планировалось ставить их на трансатлантические авиалайнеры и дальние бомбардировщики.

Конструировались они и у нас — А. Д. Чаромским специально для бомбардировщика Ер-2. Однако довести их до беспроблемной эксплуатации не удалось — в войну было не до изысканий. А после войны началась реактивная эра, и потенциальную нишу моторов для сверхдальних перелётов заняли ТВД; потом и турбореактивные двигатели, обзаведясь вторым контуром, стали достаточно экономичными. Об авиационных дизелях забыли. До 90-х годов.

В последнее время по крайней мере две фирмы — немецкая Zoche и британская DeltaHawk — предпринимают усилия по сертификации и выводу на рынок авиационных двухтактных дизелей в диапазоне мощностей до 300 л.с. Общее между ними — бесклапанное (то есть через окна в цилиндре) газораспределение; наличие двух нагнетателей — механического компрессора и турбокомпрессора. Гамма продукции Zoche включает звездообразные 2-х(70 л.с.), 4-х(150 л.с.) и 8-цилиндровые(300 л.с.) двигатели воздушного охлаждения. Цилиндро-поршневые группы одинаковы для всех вариантов. Механический нагнетатель является также пневмостартером, что позволяет надёжно пускать двигатель при любой температуре. Система смазки обеспечивает работу двигателя при любом положении в пространстве. DeltaHawk предлагает V-образные моторы жидкостного охлаждения. "Сухой картер" планируется лишь как опция — для воздушной акробатики и для вертикальной установки мотора на вертолёты.

Двухтактный дизельный цикл — удачный вариант для моторов лёгкой авиации. За счёт вдвое большего числа рабочих ходов и использования наддува они могут превзойти по удельной мощности традиционные оппозитники, которые плохо переносят турбонаддув. Наличие наддува также благоприятно сказывается на высотности двигателя. Системы зажигания (которая на бензиновых двигателях нередко дублируется для надёжности) у дизелей просто нет. То есть заглушить дизель можно лишь прервав подачу топлива (бензиновый двигатель этим способом тоже глушится). Дизель не боится низких температур, чреватых обледенением карбюратора (в том числе и за отсутствием карбюратора как такового) — наоборот, ему холодный воздух даже идёт на пользу. Топливо для дизеля дешевле и доступнее.

Правда, при эксплуатации на авиакеросине есть свои сложности. Дело в том, что самый сложный и точный агрегат дизеля — топливный насос высокого давления — смазывается маслянистыми фракциями дизельного топлива. А керосин от этих фракций очищен. Поэтому в реактивное топливо необходимо добавлять специальную смазывающую присадку.

У дизелей в лёгкой авиации неплохие перспективы. Если кто-либо из крупных мировых моторостроителей проявит к ним интерес, и сможет предложить массовый недорогой сертифицированный дизель, то ситуация несомненно изменится в их пользу. До тех пор, пока не появится массовый недорогой сертифицированный ГТД.

www.airbase.ru

Изучаем двухтактный дизельный двигатель

08.03.2015 двигатель

Современный автолюбитель очень любопытен к устройству автомобиля, а так же различным модернизациям двигателей автомобиля. В наше время, крупнейшие производители техники, постоянно совершенствуют элементы автомобилей, военной техники и самолетов. Новоиспеченные автолюбители и опытные механики, считают своим долгом понимать все тонкости и принципы работы авто. Дизельные движки, в наше время особенно популярными. Подавляющее количество техники, работает на ДТ. Дизель, как и любой из двигателей, имеет большое количество конфигураций. Сегодня, мы разберем наиболее технологичный и популярный из них.

Техника работы двухтактного дизельного двигателя.

В устройстве двигателя содержаться два лопаточных элемента — турбина (газовая) и нагнетатель. Второй, отвечает за повышение давления в цилиндрах. Данный процесс, обеспечивает умножение мощности двигателя, при этом расход топливной смеси — не возрастает. Турбина, в свою очередь, отвечает за перераспределение энергии тепла и температуры, в механическую. Так же, нагнетатель приводиться в действие турбиной. Цилиндры расположены вдоль (не вертикально), каждый цилиндр оснащен отверстиями для выпуска и вентиляции. Через данные отсеки, происходит выпуск отработанных (сгоревших) продуктов высокой температуры. Через коллектор, газ подходит к турбине. Камера отработки, получается при почти полном совмещении поршней. В процессе движения поршней, рабочая камера отработки открывается и закрывается.

Колен валы взаимодействуют между собой, благодаря зубчатому механизму основной передачи. Части механизма двигаются по часовой. Температура внутреннего сгорания при этом очень высока.

Полный рабочий цикл рассматриваемого двигателя — заключается в одном круге хода колен вала или возвратно-поступательного движения поршня. Цилиндр двигателя, полностью очищается и заряжается потоком нового воздуха, когда поршень — расположен максимально допустимо к нижнему пределу. При движении поршня, очистной отсек открывается и цилиндр попадает новый воздух. Воздух попавший в цилиндр, уходит в верхнюю его часть и выходит наружу. Продув устройства, помогает полностью высвободить отработанные продукты высокой температуры.

Когда поршень направляется вверх, клапан впуска запирается, продув отсеки тоже. После того как необходимые части герметизированы, происходит сжатие воздуха. Рядом с максимально допустимой верхней точкой, происходит выдача топливной смеси. Для которой необходима определенная температура внутреннего сгорания. Смесь загорается от сильного потока горячего воздуха. При движении поршня обратно, происходит сгорание и увеличение объема продукта. В конце цикла, клапаны открываются и процесс повторяется. Два колен вала, значит два устройства с автономными механизмами. Данный признак, является одним из недостатков системы с прямым потоком. При этом, система прямого потока, очищается лучше других. Если, продув происходит петлей, качество очистки цилиндра снижается. Такие цилиндры, применяются не так часто, но все же встречаются. Данный вид цилиндров, как правило, изнашивается быстрее.

двухтактный дизельный двигатель

Несмотря на хороший показатель полезного действия, часть продуктивности все же уходит на процесс очистки. Для подачи в цилиндр нового потока топлива, используется часть старого. Этот недостаток, снижает полезное действие, в среднем на двадцать процентов.

Функция топлива.

дизельный двигатель устройство

Двухтактный дизельный двигатель, правильно функционирует лишь на двух видах топлива (дизельное топливо и бензин). Температура внутреннего сгорания — у них практически аналогична. Другие виды горюче смазочных материалов, использовать нельзя, во избежание скорейшего выхода двигателя из строя. Если использовать бензин в качестве смеси, мощность двигателя будет чуть ниже. При повышении мощности, с использованием дизельного топлива — срок эксплуатации двигателя будет понижаться.

Основным компонентом сжатия в данном двигателе, является — не горючая смесь, а воздушный поток. Топливо подается в отсек, когда воздух сильно сжат. От этого, смесь загорается. Повышается температура внутреннего сгорания. Часть дизелей для легковых машин, создавались как прототип бензиновых двигателей (внутреннего сгорания). Часть элементов, оставались прежними и не подвергались модернизации. Но основная топливная система, ставилась специально для ДТ. Были разработаны: новая голова блока цилиндров, коленчатый вал, поршни и штоки. Большинство элементов устройства внутреннего сгорания, были усилены.

Двухтактный двигатель наиболее сложен. Начиная со своего устройства и заканчивая принципом функционирования. Два основных такта движка — сужение и расширение. В отличие от классического движка, тут нет отдельных элементов захода и выхода. В движке с двумя тактами предусмотрены данные процессы, но они выполняются при специальном надуве.

Достоинства и недостатки мотора.

К положительным описанием рассматриваемого устройства внутреннего сгорания, можно отнести следующее:

Несмотря на все свои явные преимущества, минусов у мотора достаточно:

двухтактный двигатель

На сегодняшний день, аналоги мотора используются активно. Их ставят на грузовики, строительную технику и легковые авто. Двухтактный дизель, один из модернизированных двигателей внутреннего сгорания. Расположение цилиндров, соответственно рядами. Камера очистки образуется в результате сближения поршней. Все колен валы сопряжены друг с другом. Окно выпуска, открывается раньше окна впуска (в среднем на двадцать градусов).

В мотоциклах, отсутствуют клапаны в голове цилиндра, существуют специальные отверстия в стенках для входа и выхода. Клапаны впуска и выпуска, взаимодействуют с карбюратором, через специально отведенные каналы. Во время движения поршня вверх, открывается окно карбюратора и смесь поступает в картер движка.Когда поршень направляется вниз, клапан закрывается и начинается сжатие смеси. Шток, открывает клапан и рабочая смесь выпускает отработанные газы из цилиндра. Выход газов происходит через открытый клапан. Поршень возвращается и сопутствующие процессы повторяются. Состав загорается (предельная температура внутреннего сгорания) от свечи и поршень продолжает ход работы. Данный процесс имеет значимые недостатки. Приходиться добавлять моторное масло, прямо в топливо. Это производиться для, смазки рабочих элементов. При создании данной консистенции, масло уходит достаточно быстро. Расход масла на данном типе движке, очень большой. Двигатель не экономичен и использования данной технологии смазки, способно быстро вывести его из строя. Количество выхлопов, при работе данного устройства, так же является наибольшим. Часть смеси, вырывается наружу вместе с выхлопами, что неблагоприятно для окружающей среды. По этому, экологичность мотора очень сомнительна.

двухтактный дизельный двигатель

Сложно создать двигатель подобный рассмотренному. Необходима подача чистого потока воздуха в цилиндр, который не должен попасть в картер. При попадании, он будет удалять смазку с рабочих элементов. Поэтому, часть моторов для военной техники и кораблей, устройством напоминают четырех тактные. Там, так же имеются клапана в голове блока гидроцилиндров и масло попадает в картер. Отличие, окна в цилиндрах. Через промежутки выдается поток воздуха и происходит выпуск отработанного газа. При спуске, шток открывает отверстия впуска и туда подается воздух. Когда он движется наверх, отработанный газ выходит из цилиндров. Горючая смесь попадает в цилиндр, и под воздействием горячего воздуха — загорается.Таким образом на него действует высокая температура внутреннего сгорания. Так происходит полный цикл работы движка. По завершению, операция повторяется снова.

В общих чертах, дизель хорош:

Использованием недорогого и емкого топлива.

Все двухтактные движки обладают плавным ходом и хорошей мощностью. Но их минусом является, обязательное наличие компрессорного элемента. Несмотря на стоимость данного оборудования и остальных недостатков, такой тип мотора — остается уникальным. Достойные плюсы, позволяют использовать его в различных сферах. ДТ, так же широко применимо и активно используется во всем мире. Смесь, является одним из наиболее доступных видов и уже успела заслужить свою популярность. Двигатели постоянно совершенствуются и на сегодня, существует достаточно большое количество модернизаций.

В авиации.

авиационный двухтактный дизельный двигатель

Авиационные дизельные двигатели — имеют цикл в два такта. Данный цикл — оптимальное решение для не тяжелой авиации. По мощности, данный тип двигателей, сильно превосходит аналоги. Надув, хорошая черта для высотных моторов. Отсутствие системы зажигания, так же дополняет список преимуществ. Двигатель останавливается, по завершению подачи рабочей смеси. Движок, устойчив к температурному перепаду и не боится экстремальных погодных условий. Холод, даже идет ему на пользу. При этом, мотор работает на дешевом и доступном топливе. Сложность использования движка, заключается в компрессоре. Насос, является одним из наиболее сложных элементов устройства. В реактивное топливо приходится добавлять сложный и дорогостоящий состав для смазки элементов.

Расширяйте свой кругозор в сфере автомобильной тематики и сопутствующей техники. Наш портал, рад предоставить вам соответствующую информацию!Удачи в изучении интересного и полезного материала!

Похожие статьи

Изучаем двухтактный дизельный двигатель Ссылка на основную публикацию

carmend.ru

Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности

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:

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:

  1. 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.
  2. 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:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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:

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. 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:

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.

AvtoDvigateli.com


Смотрите также