Двухтактный дизель

Ср, 09/11/2013 - 22:04

Рассмотрим, как работает такой двигатель на примере рядного дизеля GMC серии 71. Поскольку эффективно очистить цилиндр от выхлопных газов сам двигатель не может, что, кстати, характерно почти для всех схем газообмена, применяемых на двухтактных двигателях, здесь могут применяться разные виды нагнетателей. В данном случае применяется приводной нагнетатель типа Roots.

Воздух из него поступает в цилиндры через воздушную камеру (ресивер), расположенную по окружности цилиндра, и окна в стенках цилиндра. Отработанные газы выходят через выпускные клапаны. В течение первого такта поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В начале этого такта впускные (продувочные) окна и выпускные клапаны открыты и происходит продувка воздухом. Далее поршень продолжает двигаться к в.м.т., при этом продувочные окна и выпускные клапаны закрываются, и осуществляется сжатие воздуха. Затем через насос-форсунку впрыскивается топливо, и в течение второго такта (рабочий ход) поршень движется от в.м.т. к н.м.т.. При подходе поршня к н.м.т. отработанные газы выпускаются через открывшиеся выпускные клапаны. После того, как давление в цилиндре понизилось, открываются продувочные окна, и начинается продувка цилиндра воздухом, поступающим от компрессора, причем продолжается она и при начале движения поршня к в.н.м.

У двигателя, работающего по такой схеме, меньше тепловая напряженность поршней, поскольку при выпуске они омываются воздухом, который обеспечивает хорошее охлаждение. При этом проще организовать охлаждение головки цилиндра с клапанами, чем охлаждать перемычки выпускных окон, несложно сделать реверсирования хода. А при доводке двигателя возможно изменять профиль кулачка распредвала и тем самым относительно просто изменять фазы газораспределения.

Недостатки же этой схемы прямо вытекают из ее конструктивных особенностей. Во-первых, трудно добиться хорошей очистки цилиндров от продуктов сгорания, т.к. из-за особенности конструкции клапаны обычно закрываются раньше, чем это необходимо. Поэтому значительная часть отработанных газов просто не успевает покинуть цилиндр. Во-вторых, возникают серьезные трудности с обеспечением надежной работы клапанных пружин, обладающих большой инерцией, а также охлаждением клапанов. Потому-то на всех поздних моделях двухтактных двигателей GMC — Detroit Diesel применяют 4 выпускных клапана на цилиндр, вместо двух, как раньше.

С определенными проблемами столкнулись в Советском Союзе, где также выпускали автомобильные двухтактные дизели, по лицензии GM. Американцы продали оборудование и техническую документацию для производства двухтактных дизелей модели GMC 4-71 и GMC 6-71, переименованные у нас в ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 (ЯАЗ — Ярославский Автомобильный Завод). Рабочий объем их составлял соответственно 4650 куб. см и 6970 куб.см, мощность в первоначальном варианте 110 л.с. при 2000 об/мин и 165 л.с. при 2000 об/мин. Устанавливали их на тяжелые грузовики ЯАЗ-204 (МАЗ-204), МАЗ-205 (на заставке), ЯАЗ-210, ЯАЗ-214, а затем на КрАЗ-214, КрАЗ-219, КраЗ-222 и др.

К сожалению, с целью удешевления, вместо дорогих высоколегированных сталей были применены материалы попроще и подешевле. Кроме того, сложная даже по нынешним меркам заокеанская техника требовала высокой культуры производства. Не хватало также и квалифицированных специалистов по обслуживанию и ремонту. Не говоря уже о простых шоферах, которые элементарно ленились прочесть инструкцию по эксплуатации. Неудивительно, что с двухтактными дизелями советского производства происходили невообразимые случаи, когда гильза цилиндра обрывалась в зоне впускных окон. По той же причине у GMC ярославского производства ресурс оказался намного ниже, чем у GMC американского, и сколько наши специалисты ни старались, достичь уровня оригинала не удавалось. А последний гвоздь в гроб забило некондиционное топливо.

В конце концов, автомобильные двухтактные дизели в СССР были сняты с производства. Случилось это в 1963-67 годах, одновременно с постепенным переходом на новые ярославские четырехтактные дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. При этом все научно-исследовательские работы в этой области были прекращены. Однако тепловозные и судовые двухтактные дизели с клапанно-щелевой продувкой, работы над которыми начались еще в 30-е годы, продолжали выпускать. Это двигатели модели 40Д и 45Д, V-образные 12-ти и 16-ти цилиндровые с двухступенчатым наддувом.

В Америке же работы по совершенствованию двухтактных моторов были продолжены. К примеру, еще в 50-х годах на двигателях GMC серии 71E были применены овальные окна и увеличена степень сжатия, установлена новая головка блока цилиндров с 4 клапанами на цилиндр. Мощность поднялась до 145 л.с. для модели 4-71 и 218 л.с. для 6-71. Чуть позже на новом двигателе GMC 8V-71Т (8 цилиндров рабочим объемом 9,3 литра, 263 л.с.) была установлена двухступенчатая система наддува. Она включала в себя турбонагнетатель (первая ступень) и приводной компрессор (вторая ступень). Мощность при этом достигла 405 л.с. Подобные же усовершенствования были произведены с двухтактными дизелями для кораблей, локомотивов и карьерных самосвалов.