Двухтактный дизель

Ср, 09/11/2013 - 22:04

Впервые такую конструкцию предложил гениальный немецкий конструктор и промышленник Хуго Юнкерс в 1927 году. Дизели Юнкерса JUMO изначально разрабатывались как авиационные, хотя в дефорсированных версиях встречались на некоторых тяжелых грузовиках. Одной из модификаций планировали оснастить сверхдальний бомбардировщик, который, по замыслу Гитлера, должен был бомбить Америку.


Артиллерийский тягач Я-12 (1943 год)

GMC COE (1952 год) с дизелем GM 4-71

Самосвал «Днепр» КрАЗ-222 (1959-63 гг.), оснащенный дизелем ЯАЗ-206

Любопытно, параллельно с дизелем JUMO для того же самого стратегического бомбардировщика была создана паротурбинная (!) силовая установка, работающая на угольной пыли. Работы велись вплоть до весны 1945 года, но по понятным причинам так и не были завершены.

После войны чертежи попали в руки союзников. Англичане на базе немецкой конструкции разработали многотопливный танковый двигатель Leyland L60. А в СССР наладили производство танковых дизелей 5ТДФ и 6ТДФ, а также тепловозного 10Д100. Все эти силовые установки были разработаны инженерами КБ Харьковского завода транспортного машиностроения имени В.А. Малышева. К слову, в начале 90-х Малышевскими дизелями в дефорсированном варианте оснащали некоторые Ikarus 280. Увы, без особого успеха. Расход топлива «конверсионного» дизеля оказался высоким, ресурс недостаточным. А уж про проблемы с ремонтом, возникающие у обычного автослесаря, и вовсе промолчу.

Двумя поршнями в одном цилиндре в свое время «грешили» и такие известные английские фирмы, как Rolls-Royce и Coventry-Climax. Еще один интересный двигатель, выполненный по такой схеме, но уже с тремя (!) коленчатыми валами, выпускала в свое время английская фирма Napier. Это двухтактный дизель Deltic СТ18-42К, развивавший в различных вариантах от 2790 л.с. до 3750 л.с. при 1800-2100 об/мин и предназначавшийся в основном для быстроходных катеров, хотя были попытки установить его и на карьерные самосвалы.

Рассмотрим, как работает схема Юнкерса на примере дизеля завода имени Малышева — 5ТДФ образца 1964 года. Начнем с того, что двигатель пятицилиндровый, горизонтальный. Каждый из цилиндров имеет окна: с одной стороны продувочные (впускные), с другой — выпускные. В цилиндре размещены два противоположно движущихся поршня. Между ними при максимальном сближении образуется камера сгорания. Каждый поршень воздействует на свой коленчатый вал. А те, в свою очередь, связаны между собой шестеренчатым редуктором. Поршни, открывающие и закрывающие продувочные окна, называются продувочными, а поршни, управляющие выпускными окнами — выпускными. Для продувки используется турбокомпрессор с дополнительным приводом колеса нагнетателя от коленвала двигателя.

Такт расширения. Начало соответствует положению кривошипно-шатунного механизма (КШМ) во внутренней объемной мертвой точке (ВОМТ), которая соответствует минимальному объему внутрицилиндрового пространства. Через 106 градусов после ВОМТ выпускной поршень начинает открывать выпускные окна. Отработавшие газы поступают в турбину. Через 123 градуса после ВОМТ продувочный поршень начинает открывать продувочные окна цилиндра. Через постепенно открывающиеся продувочные окна из ресивера в цилиндры устремляется сжатый воздух, вытесняя из цилиндров отработавшие газы. По достижению поршнями наружной объемной мертвой точки (НОМТ), т.е. положения КШМ, при котором объем внутрицилиндрового пространства достигает максимального значения, такт расширения заканчивается. Выпускные и продувочные окна полностью открыты.
Такт сжатия. Он осуществляется при схождении поршней от НОМТ к ВОМТ. В начале такта при одновременно открытых продувочных и выпускных окнах продолжается продувка цилиндра. Затем выпускные окна закрываются, что соответствует окончанию выпуска и продувки цилиндра. После закрытия выпускных окон продувочные окна остаются открытыми в течение 3 градусов поворота коленвала. В этот период, который называется фазой наддува, продолжается наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. С момента закрытия продувочных окон начинается сжатие.

В конце такта сжатия (за 22 градуса до ВОМТ) топливный насос высокого давления начинает подачу топлива. Впрыск топлива осуществляется немного позже. Горение топлива начинается в конце такта сжатия и продолжается в начальный период такта расширения.

Двухтактные двигатели с клапанно-щелевой продувкой

Своему успешному применению на грузовых автомобилях такая схема в основном обязана стараниям инженеров-конструкторов из фирмы Detroit-Diesel, долгое время бывшей отделением корпорации General Motors. Впрочем, под этой маркой они известны примерно с середины 60-х, а до этого двухтактные дизельные силовые установки для автомобилей, кораблей и тепловозов назывались по-простому — GMC.