Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы
Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.
Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.
Строение
В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.
В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.
Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:
- насосов;
- продувочных камер;
- компрессоров.
Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.
Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.
Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.
Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.
При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.
Как работает?
Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.
Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:
- Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
- Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.
Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.
Мифы о двухтактных дизельных моторах
Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:
- Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
- Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
- Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
- Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.
Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.
Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.
Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.
Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.
Преимущества
Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.
Другие достоинства:
- Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
- Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
- Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
- Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.
Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.
Недостатки
Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.
Другие недостатки:
- высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
- увеличенный расход масла;
- необходимость установки воздушных фильтров.
Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.
Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.
Итоги
Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.
Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.
avtodvigateli.com
принцип действия, устройство, плюсы и минусы
Современный дизельный двигатель — это эффективное устройство с высоким КПД. Если раньше дизеля ставились на сельскохозяйственную технику (тракторы, комбайны и т. п.), то в настоящее время ими оснащаются обычные городские автомобили. Конечно, у кого-то дизель ассоциируется с черным дымом из выхлопной трубы. Некоторое время так и было, но сейчас система выпуска отработавших газов модернизировалась, и такого неприятного последствия практически нет. Давайте рассмотрим двухтактные дизели и их особенности.
Немного общей информации
Ключевой особенностью дизельного двигателя является его повышенный КПД. Обусловлено это в большей степени топливом, которое на 15 % эффективнее. Если взглянуть на топливо на молекулярном уровне, то здесь мы увидим длинную цепочку углеродов. Благодаря этому на выходе КПД дизельного горючего несколько выше, нежели бензина.
Принцип действия классического дизельного мотора заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма (КШМ) в механическую работу. Ключевое отличие от ДВС работающего на бензине заключается в способе приготовления и воспламенения топливно-воздушной смеси.
В дизеле образование смеси происходит непосредственно в камере сгорания. Соответственно при максимальном давлении происходит воспламенение смеси. Хорошо это или плохо, мы разберемся несколько позже, а сейчас рассмотрим самое интересное.
Двухтактный дизельный двигатель
Подобный тип мотора в настоящее время имеет небольшое распространение, как и роторно-поршневой двигатель. Состоит из газовой турбины, которая необходима для преобразования тепловой энергии в механическую и нагнетателя. Принцип действия последнего заключается в повышении мощности за счет увеличения давления. Как следствие — снижается расход горючего.
Цилиндры в двигателе располагаются напротив друг друга в горизонтальном положении. Собственно, почему двухтактные двигатели носят такое название? Обусловлено это тем, что цилиндры работают всего в один оборот коленчатого вала. То есть получается два такта.
Рабочий цикл двухтактного дизеля выглядит следующим образом. Когда поршень опускается в свою нижнюю точку, то цилиндр наполняется воздухом. В определённый момент времени открывается выпускной клапан и через него выходят газы. В это же время через нижние окна в цилиндры поступает воздух.
Принцип действия двухтактного дизеля
Примечательно то, что в подобных ДВС используется два вида продувки: оконная и клапанно-щелевая. Когда окна цилиндров используются для впуска и выпуска – то это оконная система. Если выпуск налажен через специальный клапан в цилиндре, а впуск через окна, значит система клапанно-щелевая. Такой способ продувки и очистки наиболее оптимален. Связано это с тем, что не весь воздух остается в цилиндре. Некоторая его часть выходит за пределы мотора. Так называемая прямоточная система очистки обеспечивает оптимальное удаление продуктов сгорания из цилиндров.
Двухтактный дизельный двигатель может работать довольно длительное время. Это обусловлено меньшим количеством механических действий внутри цилиндра. Так поршень начинает свое движение из нижней мертвой точки. В это время закрывается впускной клапан и окна. Следовательно, начинается процесс сжатия. Форсунка располагается у верхней мертвой точке. Топливо воспламеняется от горячего воздуха. При движении поршня вниз продукт горения расширяется.
Клапанно-щелевая продувка
Существенного повышения КПД мотора можно добиться только когда воздух проходит вдоль оси цилиндра. Если на первых двухтактных моторах применялась кольцевая продувка, которая не давала должного результата, то в дальнейшем использовалась только клапанно-щелевая. Благодаря такой системе удалось свести к минимуму объём не продуваемых областей в цилиндре. Система позволила немного раньше закрывать выпускной клапан. Такой подход существенно сократил потери свежего заряда и улучшил наддув. Сегодня клапанно-щелевая продувка используется на судах и военной технике.
Преимущества двухтактного мотора
Первый подобный двигатель был представлен миру тогда же, когда и классический дизельный 4-тактный ДВС. Относительно недавно появились 2-тактные бензиновые двигатели. Ключевая особенность — небольшая масса. Тут можно говорить о снижении веса на 40-50 % от классического дизеля с турбиной. Довольно важная характеристика для современного автомобиля, когда разработчики пытаются как можно больше снизить массу авто.
Еще одно преимущество заключается в том, что устройство двухтактного дизеля несколько проще своего собрата. Меньшее количество запчастей делают обслуживание несколько проще и дешевле. Хотя с последним можно и поспорить ведь далеко не все сталкивались с таким типом моторов. Такой силовой агрегат можно реконструировать и ремонтировать с минимальным количеством инструмента. По сути, это упрощенный вариант двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, наличие нагнетателя позволяет существенно экономить горючее. Примерно 40-50 % дизтоплива сохраняется благодаря двухтактной конструкции. Конечно, все моторы имеют свои плюсы и минусы. В некоторых случаях более важны недостатки, так как именно они ограничивают повсеместное применение.
О слабых сторонах
Опять же, если перечислять все недостатки списком, то на память придет роторный ДВС. Дело в том, что тут стоит выделить следующие минусы:
- высокая стоимость обслуживания;
- отсутствие запасных частей;
- большая цена на двигатель.
Первый пункт обусловлен отсутствием мастерских, где готовы взяться за ремонт двухтактного дизеля. Это вполне естественно и логично ведь не так много производителей выпускают серийно подобные моторы, еще меньшее количество устанавливает их на автомобили. На обычной станции техобслуживания такой силовой агрегат если и сделают, то обойдется дорого.
Но обычно возникает сразу третий минус — нет необходимых запчастей. Точнее, они есть, но только под заказ. Ждать их можно как месяц, так и больше. Если в крупных городах и будет возможность отремонтировать такой ДВС и найти запчасти, то в глубинке это сделать вряд ли получится. Вот такие плюсы и минусы имеет данный дизель. Ну а сейчас рассмотрим еще несколько важных деталей.
Немного о системе смазки
Как мы уже разобрались, этот дизель имеет свои сильные и слабые стороны. Крайне важной деталью является система смазки. Она отвечает за эффективную работу трущихся деталей и их охлаждение, отмывание от нагара. Всем уже давно известно, что для этих целей используется моторное масло, рекомендованное производителем. В нашем случае все точно так же.
Несколько слов хотелось бы сказать о расходе смазочной жидкости. Тут экономии ждать не стоит. Обусловлено это добавлением смазки непосредственно в топливо для обеспечения нормальной работы трущихся деталей. Вполне логично, что расходоваться оно будет очень быстро, и его нужно будет регулярно добавлять. Более того, небольшое масляное голодание может вывести из строя двухтактные дизели очень быстро. По крайней мере, на порядок раньше обычного бензинового ДВС. Поэтому система смазки, скорее, слабая, нежели сильная сторона и об этом не нужно забывать.
Об экологичности
В последние годы инженеры постоянно стараются снизить количество вредных веществ, выбрасываемых выхлопной системой в атмосферу. Вопрос экологии стоит достаточно остро. Если в европейских странах уже давно введены экологические нормы, то в России все намного хуже. Что же касается дизелей в целом, то и они уже довольно давно используют специальные сажевые фильтры и малозольные масла, которые существенно уменьшают вредные выбросы в атмосферу.
В нашем же случае было сказано о том, что масло сгорает в камере. Это уже большой минус с точки зрения экологии. Кроме того, часть топливно-воздушной смеси не воспламеняется и вырывается наружу. Все это наряду с выпускной системой наносит серьезный вред атмосфере. Поэтому двухтактные дизели наиболее целесообразно применять в военной технике и авиации.
Авиационный дизель
Широкое распространение данные типы моторов получили в летной технике. Больше всего используют на легких самолетах. Высокая мощность при небольших габаритах — стали определяющими факторами при выборе силовых агрегатов для самолетов. Кроме того, наличие наддува и отсутствие зажигания сыграли только в лучшую сторону. Работа ДВС останавливается с подачей топливно-воздушной смеси.
Стоит отметить, что двухтактный судовой дизель не боится перепада температур. Более того, зачастую большой мороз является дополнительным охлаждением ДВС, что очень хорошо. Все это, наряду с использованием относительно недорогого горючего, делает этот дизель крайне популярным. Правда распространение ограничивается сложностью установки и обслуживания компрессора. Кроме того, в топливо нужно добавлять смазку, а это также обходится не дешево. В целом же для авиации это отличный вариант, что обусловлено вышеперечисленными факторами.
Повышенная тепловая нагрузка
Мы рассмотрели ключевые особенности данного мотора. К примеру, теперь вы знаете какой вес двигателя и в чем заключаются его сильные и слабые стороны. Но хотелось бы рассмотреть еще несколько конструктивных особенностей силового агрегата. В частности, речь пойдет о системе охлаждения. Дело в том, что двухтактный дизель является более теплонагруженный, нежели 4-тактный. Обусловлено это повышенной частотой работы поршня. Получается, что существенно увеличивается температура в камере. Для её снижения необходимо эффективное охлаждение. Если речь об авиации, то тут все понятно. Высокие скорости и потоки встречного воздуха делают свое дело. Это же касается и эксплуатации в большие морозы, когда низкая температура окружающей среды является только плюсом.
В остальных же случаях необходимо жидкостное охлаждение. Обычно это классическая система. Единственное на что стоит обратить внимание, так это на исправность всех систем. Перегрев, даже кратковременный, может привести к заклиниванию или другим проблемам. В любом случае возможность такого исхода необходимо исключить.
Ресурс дизеля
Отдельного внимания заслуживает плановый ресурс данного мотора. Дело в том, что сам по себе дизель менее жизнеспособен, нежели бензиновый силовой агрегат. Обусловлено это использованием своеобразного топлива. Оно оставляет нагар в камере сгорания и форсунках. Все это существенно сокращает срок службы. Что же касается двухтактных ДВС на дизеле, то тут многое зависит от условий эксплуатации и своевременного обслуживания. Если масло меняется вовремя, а мотор не перегревается, то может работать 200 000 километров. Для бронетехники ресурс значительно меньше и составляет порядка 100 000 километров.
Важные детали
Современный двухтактный дизель характеризуется продвинутой топливной системой. Работает мотор тихо и плавно. Но так было не всегда. Механический ТНВД имел свои особенности. В частности, на каждую форсунку шла отдельная магистраль. Такой подход хоть и имел слабые стороны, но славился своей надежностью и высокой ремонтопригодностью. Позже ТНВД совершенствовались и становились значительно сложнее. Появилась система «Коммон рейл». В топливной рампе такого плана поддерживалось давление порядка 2 тысяч килограмм на сантиметр в квадрате. Форсунки стали более чувствительны к качеству топлива. Плохое горючее приводило к их быстрому выходу из строя.
Подведем итоги
В общем и целом, двухтактные дизели будут развиваться и совершенствоваться. Равно, как и роторно-поршневые ДВС, они считаются недоработанными. Однако в скором будущем они займут свою нишу в автомобилестроении. Уже сегодня они используются в авиации и на крупных промышленных и военных судах. Это надежный и относительно неприхотливый мотор, который при должном обслуживании будет работать исправно. В это же время он не лишен и проблем. К примеру, остро стоит вопрос охлаждения и смазки. Еще более важным является вопрос экологии. Необходима сложная система фильтрации для достижения экологических норм. По этой простой причине массовое производство, использование таких моторов на всех типах авто затруднительно и пока не представляется возможным. Но улучшение системы очистки отработавших газов способно решить эту проблему и приведет к тому, что двухтактные моторы будут широко распространены.
fb.ru
Изучаем двухтактный дизельный 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.
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.
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.
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.
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:
- Двигатель обладает относительно малым весом. В среднем, вес составляет половину от классического дизель с турбиной.
- Мотор, имеет не сложную конструкцию. Количество запасных частей и дополнительных деталей стало гораздо меньше.
- Принцип действия устройства не сложен на практике. Мотор, прост и пригоден для обслуживания, реконструкции. Температура и функции — двигателя внутреннего сгорания.
- Устройство имеет небольшие размеры и не требует много места.
- Топливо используется экономно и с большой долей продуктивности. Экономия расхода, повышена на половину, от классического двигателя.
Несмотря на все свои явные преимущества, минусов у мотора достаточно:
- Большая стоимость. Данный вид двигателей, выпускает не так много компаний. Приобрести устройство для использования, довольно дорого.
- Практически полное отсутствие обслуживающих мастерских. Ремонтировать мотор, весьма проблематично.
- Малое наличие необходимых деталей. При выходе из строя отдельно элемента, будет сложно найти замену.
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.
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.
В общих чертах, дизель хорош:
Использованием недорогого и емкого топлива.
- Высоким крутящим моментом и хорошей производительностью.
- Отсутствием системы зажигания.
- Недостатки всех дизелей;
- Необходимость усиления и утяжеления всех деталей мотора.
- Наличием сложной системы подачи смеси.
Все двухтактные движки обладают плавным ходом и хорошей мощностью. Но их минусом является, обязательное наличие компрессорного элемента.
В авиации.
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!
carmend.ru
Двухтактные дизели GM и ЯАЗ. Начало.: johnwarner — LiveJournal
Приветствую тебя, Читатель!
Мне всегда были интересны не только двигатели, но и их история, развитие, преодоление детских болезней и принципиальных недостатков. В данном случае, мне захотелось узнать, что из себя представляют двухтактные дизельные моторы серии ЯАЗ. К тому же, в Рунете, тема по части этих моторов освещена слабо. Есть информация лишь по их выпуску в СССР. Однако, их американские предки освещены менее, чем никак. А ведь это очень известные, практически легендарные моторы!
Восполняем этот пробел переводной статьёй с моими нечастыми дополнениями. Каюсь, обозначил не все свои дополнения, уже в середине статьи стал местами делать вставки без указания авторства. Но, поверьте, это было полезно в контексте повествования, а на безраздельное авторство я не претендую. Меня можно считать редактором.
С уважением, Юрков Дмитрий a.k.a. John Warner
Автор: James Jensen, 2011
Перевод: John Warner, 2017
В США нет ни одного человека, который бы в той или иной форме, независимо от того, знали они об этом или нет, не испытывал бы влияние почтенного двигателя Detroit Diesel. Этот простой, легко приспосабливаемый куда угодно двигатель в свое время приводил в движение практически все виды тяжелой американской дорожной техники, такой, как автобусы, пожарные машины и прочая. Известный в народе, как «Green Leaker» (Зелёный грязнуля — здесь и далее прим. переводчика), «Screamin` Jimmie» (Крикун Джимми) или просто «Джимми», также широко представлен и на воде. Двигателя Detroit Diesel приводили в движение рыболовецкие суда и множество прочих.
Этот высокооборотный двухтактный двигатель, окрашенный в знаменитый цвет «Альпийская Зелень», является почти чем-то странным и неизвестным для большинства европейских инженеров и механиков. Хотя и не так часто, как двадцать лет назад, они всё ещё широко используются в Северной Америке. Я набираю этот текст, на борту судна, которое имеет на борту четыре дизеля этой серии — два 8V92 и два 8V71, не говоря уж и о двух главных двигателях EMD.
Когда я учился на механика, я всегда с нетерпением ждал поездки на междугороднем автобусе домой, своеобразный звук дизеля которого, серии 671, всегда довольно быстро отправлял меня в сон. Я помню, как однажды, работая механиком в подразделении пожарной охраны Виктории, мы должны были доставить Aerial 3 в мастерские для обслуживания. Во время той короткой поездки этот двигатель оправдал свое прозвище, Громкого Джимми. Пока мы ехали по дороге, я слышал, как все встречные и попутные автомобили, распуганные нашими сигналами и, особенно, рёвом дизеля, испуганно жались к обочине, а мы пролетали мимо — я улыбался от уха до уха. Пожарной машине правила даны в весьма облегчённом варианте, в том числе и по уровням шума и располагаемой мощности, поэтому довольно быстро проявился некий идеал — мощный, пусть и шумный, дизель. Я не скоро забуду «пение поршней» на первом двигателе, который я перебрал собственноручно, это был Detroit Diesel 12V71. Если бы не постоянный звук этого двигателя при полной нагрузке на дино-стенде, мое сердце остановилось бы, так я был взволнован. До сих пор в моем сознании нет лучшей звуковой картины.
Двухтактные дизеля Detroit Diesel более не производятся в коммерческих объёмах. Двухтактники уже не укладываются в современные нормы по эмиссии газов выхлопа. Я был счастлив встретить Джеймса Дженсена, серьёзного энтузиаста дизелей Detroit Diesel, который собрал короткую историю этих моторов с особым привкусом Британской Колумбии; я надеюсь, вам понравится.
Martin Leduc
Двигатель Detroit Diesel
В 1938 году был создан двигатель, который помог положить конец Второй Мировой Войне, и превратился в один из наиболее универсальных и широко применяемых дизелей, когда-либо сделанных. Его старший брат, дизель железнодорожного семейства EMD (Electro Motive Division) уже на тот момент доказал, что дизельные локомотивы намного превосходили паровозы. Двухтактные дизельные двигатели, с их превосходным соотношением веса к выдаваемой мощности, позволила заменить бензиновые моторы там, где это было возможно и выгодно.
Серия 71 строилась дизельным отделением Дженерал Моторс, и изначально была доступна в исполнениях рядных трёх-, четырёх- и шестицилиндровых двигателей. Обозначение этих моторов складывалось из числа цилиндров и добавленного к этому модельного номера, в данном случае, 71. Номер модели обозначает объём одного цилиндра в дюймах — это равнозначно 1,16 см3 на цилиндр. Таким образом, теперь мы видим, что изначально выпускались дизеля 371, 471 и 671. Двигатели работали на двухтактном принципе, с клапанно-камерной продувкой, и имели диаметр цилиндра 107,95 мм с ходом поршня 127 мм. Топливо впрыскивалось в цилиндры насос-форсунками. Клапанно-камерная продувка представляет собой принцип, когда механический или, что реже, турбонагнетатель подаёт под давлением воздух к продувочным окнам, расположенным в нижней области рабочей части гильзы (втулки) цилиндра, и, когда поршень опустится примерно к нижней мёртвой точке своего хода, продувочные окна и, одновременно, выпускные клапана откроются и воздух под давлением продует от продуктов сгорания цилиндр. после того, как поршень при ходе вверх перекроет продувочные окна, а клапана уже закроются — произойдёт такт сжатия, а в конце его насос-форсунка впрыснет топливо, и произойдёт сгорание топлива и расширение газов, которые заставят поршень совершить рабочий ход, в конце которого снова произойдёт продувка. Эти двигатели будут использоваться во всем мире во многих различных случаях и устройствах, но, вероятно, их самая важная задача — заставить почти каждый десантный корабль принести солдат на пляжи в День Д, 6 июня 1944 года и привод множества танков в сдвоенном, танковом, варианте — в том числе и в ленд-лизовских англичанах Валлентайн, на территории СССР.
Но чтобы по-настоящему понять историю, стоящую за дизелями Jimmy, мы должны вернуться к 1928 году, а также к отношениям между компанией Winton Engine Co и инженером GM по имени Чарльз Кеттеринг
Winton Engine Co : ранние дизеля
Александр Уинтон начинал со строительства велосипедов и автомобилей, и этим зарабатывал себе на жизнь. В 1911-м году он построил свою первую яхту, которая сначала приводилась паровым двигателем. Однако неудобства, связанные с большим временем подготовки яхты к применению парового котла, что требовало нескольких часов на подготовку перед отправкой в плавание, заставили его обратить взор на бензиновые моторы. Когда ничего подходящего его целям среди существующих образцов не нашлось — он построил собственный двигатель. Это был шестицилиндровый бензиновый двигатель, имевший диаметр цилиндров в 9 дюймов (228,6 мм) и ход поршня 12 дюймов (304,8 мм), что позволило мотору выдавать 150 л.с. Двигатель показал себя настолько хорошо, что в феврале 1912 года он был запущен в серию под вывеской Winton Gas Engine and Manufacturing Company.
Winton быстро перешел на строительство дизельных двигателей, и первый из них пошёл в серию уже в 1913 году. К середине 20-х годов Winton был признан лучшим поставщиком дизельных двигателей для яхт и катеров. На тот момент это были так называемые пульверизаторные дизели, так как топливо (чаще всего — сырая нефть) подавалось в цилиндры в виде распылённой во впускном воздухе смеси. За это время он приступил к разработке непосредственного впрыска, известного нам сегодня на подавляющем большинстве дизельных двигателей — если не принимать во внимание маркетинговый ход для обозначения нынешних дизелей с системой Common Rail. В 1928 году был построен первый дизельный двигатель Winton с использованием плунжерного насоса современного типа, а именно — на принципе насос-форсунки.
В то время как на фирме Winton работали над повышением эффективности своих двигателей, многие производители двигателей работали над уменьшением размера и веса своих двигателей, увеличивая число оборотов, чтобы соотношение лошадиных сил и веса могло быть улучшено. Их цель заключалась в том, чтобы превратить дизель из тяжелого, низкооборотного агрегата в достаточно высокооборотный, достаточно лёгкий двигатель автомобильного типа.
За всем этим наблюдал Чарльз Кеттеринг. Многие считают, что он является едва ли не главным гением автомобильной промышленности, он изобрел такие вещи, как электрический стартер, безопасное стекло, бензиновые двигатели с высокой степенью сжатия и быстросохнущую лаковую краску. В 1928 году к Кеттерингу обратился Альфред П. Слоун, тогдашний президент General Motors, с идеей создания собственных дизельных двигателей для GM. Как и у многих других руководителей и ведущих специалистов от автопрома на тот момент, у Кеттеринга была собственная яхта, на которой стоял 4-цилиндровый двигатель Cooper-Bessemer с пульверизаторным впрыскиванием топлива во впускной коллектор. Кеттерингом это решение было найдено неприемлемым. Он потратил много времени на доводку системы, но улучшить показатели порядково ему не удавалось.
После того, как у него опустились руки, он решил использовать на своём судне двигатель Winton. Так как он, по роду деятельности, был в курсе всего того, что творится у остальных участников рынка двигателей, он был впечатлён работой главного инженера фирмы Winton, Карла ДеВитта Солсберри — так как он трудился над топливной системой, где отдельные форсунки впрыскивали топливо в каждый цилиндр двигателя. Кеттеринг хотел, чтобы на его судно была установлена такая система подачи топлива, у которой кстати, на тот момент, каждый узел топливоподачи весил бы 75 фунтов (35 кг), исходя из размеров двигателя — но система отказала почти что сразу.
По настоянию Кеттеринга, в GM приступили к разработке собственной системы топливоподачи на этом принципе, используя одноцилиндровую двухтактную установку, известную как Большая Берта. После ряда усовершенствований и доводок, эти насос-форсунки заменили систему Winton на яхте Кеттеринга. В последующем 18-часовом мини-круизе они показали высокую надёжность. В течение нескольких последующих лет, система впрыска топлива форсункой высокого давления была отработана и доведена до возможного на тот момент идеала.
Первые собственные дизели GM
После крушения фондовых рынков в 1929-м году и последовавшей Великой Депрессии, в GM нашли в себе силы прибрать к рукам некоторых коллег и конкурентов. Ведя поиски производителя дизелей, в Джи-Эм рассмотрели, в том числе, Cummins, и решились на покупку Winton Engine Co, в 1930-м году. Также, была куплена Electro-Motive Company, которая была на тот момент крупнейшим покупателем двигателей Winton. Electro-Motive Diesel, Inc ведёт свою историю от Electro-Motive Engineering Corporation, основанной в 1922 году. В 1930 году General Motors Corporation приобрела Winton Engine Co и главного потребителя его продукции, Electro-Motive Company (производителя дизель-электрических самоходных вагонов), объединив две этих компании и сформировав из них GM’s Electro-Motive Division (EMD) 1 января 1941 года. В фирме Winton долго пытались довести до ума свои двигатели, через множество удач и разочарований доводя не только топливоподачу, но остальные узлы — узлы управления, воздуходувки, введя в обиход сварные стальные остовы вместо более тяжёлых чугунных литых корпусов. Таким образом, велась работа по облегчению двигателей и увеличению соотношения мощности к весу.
В 1930-м году к ним подключился и Кеттеринг, в исследованиях в области доводки двухтактников, на имеющихся двух одноцилиндровых двухтактниках отделения Winton. Эти установки имели размерность 8 дюймов (203 мм) диаметра и 10 дюймов (254 мм) хода. Один двигатель был отправлен на фирму EMC в Кливленд, а другой доставлен в лаборатории Кеттеринга в Детройте. Также Кеттеринг отправил своего сына Юджина в Кливленд, чтобы он работал с Карлом ДеВиттом Солсберри над улучшением форсунок, дабы впоследствии использовать их на дизелях GM. Все дальнейшие проработки велись на этих двигателях, и вот, в декабре 1932 года, 6-цилиндровый двухтактный дизель Winton модели 201 отправился на испытательные стенды.
«Большая Берта» GM на Всемирной Выставке 1933 года
И, наконец, 8-цилиндровые версии «Большой Берты» были использованы для привода электрогенераторов, снабжавших павильоны GM на Всемирной Выставке 1933-го года, в Чикаго. Двигатели был обозначены, как 8-201, и имели по 254 мм диаметра и хода, развивая по 600 л.с. при степени сжатия 22 к 1. Двигатели должны были доказать работоспособность дизайна Кеттеринга; коммерческое их использование на тот момент пока не предполагалось.
Но джентльмен по имени Ральф Бадд, решил изменить это. Бадд был директором в Барлингтонской Рок-Айлендской железной дороге, которая занималась строительством лёгкого, аэродинамически обтекаемого поезда, обшитого нержавеющей сталью. Двигатель 8-201 идеально сочетался с этим новым поездом, и в октябре 1933 года в локомотив Pioneer Zephyr были установлены три 8-201. Эти двигатели двигали поезд мимо толп людей, которые выстроились по дорожке, чтобы увидеть новый стиль путешествия.
ВМФ США также начали предварительные тесты 12-цилиндровой версии двигателя 201-й серии, формата V12. Предполагалось использование этих дизелей для силовых установок на подводных лодках. На тот момент, двигатель в такой конфигурации производил 950 л.с. при 720 об\мин и весил 5.7 кг на л.с. Из пяти компаний, участвовавших в конкурсе, было выбрано отделение GM Winton и их двигатель. В конце ноября 1933 года ВМФ США разместили на фирме Winton заказ на 16 дизелей в конфигурации V16 модели 201А, также для субмарин.
Теперь, когда двигатель «201» прошел стадию тестирования и началось его серийное производство, между фирмой Winton и техническим правлением GM были некоторые споры о том, в каком направлении должен идти их совместный бизнес — продолжать разработку двухтактных двигателей, или отбросить эту программу и продолжать работу с четырёхтактными двигателями. Winton, казалось, не хотел продолжать тему двухтактных двигателей, а GM занимался именно ими. Существовали также трения между исследовательской лабораторией Кеттеринга, Winton и EMC.
Однако, развитие двухтактных моторов продолжалось и в 1935 году; Юджин Кеттеринг и Карл Солсбери начали разработку преемника двигателя 201А. Некторые недостатки имелись и у модели 201А и у 248-й модели. В качестве преемника был введён V16 мощностью 1600 л.с., в основном для использования ВМФ США. Было произведено увеличение рабочего объёма, в результате чего появилась модель 248А и было произведено некоторое упрощение конструкции, результатом чего стала модель 278A — двигатель, который будет использоваться в большом количестве, как для военно-морского флота, так и в послевоенные годы для коммерческого использования в Соединенных Штатах.
Как только этот проект был завершен в 1936 году, Кеттеринг и Солсбери вызвали некоторых инженеров Winton в GM и начали разрабатывать модель 567. Разработанный преимущественно для использования в поездах EMC, 567-й был введён в серию в 1938 году и штурмовал мир железных дорог. В EMC также адаптировали эти двигатели для морских судов, в первую очередь, десантных кораблей US Navy`s LST.
В 1937 году GM реорганизовал Winton в качестве своего подразделения Cleveland Engine Division, ограничив их производство морской и стационарной тематикой. Это подразделение продолжало разрабатывать четырёхтактные двигатели, разрабатываемые в подразделении Winton, а также двухтактные двигатели, разработанные General Motors. Это было единственное подразделение GM для производства четырёхтактных дизельных двигателей. EMC продолжит разработку поездов и двигателей серии 567. В 1941 году EMC была реорганизована в подразделение Electro-Motive General Motors.
Было также разработано несколько разных вариантов дизелей с различными компоновками, преимущественно для военного применения, включая Х-образный дизель, построенный в EMD. Выглядел 16-184А необычно: вертикальный картер коленвала, от которого Х-образно отходят четыре блок-цилиндра. Этот двигатель использовался на субмаринах и имел высокую мощность при сравнительно небольших габаритах, и минимально, для своей мощности, использовал стеснённые габариты машинного отделения субмарины.
GM 12V 278A
Рождение серии 71
В то время как разработка большеобъёмных дизелей для судов, стационарных установок и локомотивов продолжалась, также и разрабатывался и двухтактный дизель меньшего объёма. Были построены два тестовых движка с цилиндрами диаметром 92 мм, и один 4-тактный, для сравнения. Один из них был непосредственного впрыска, а другой с предкамерой. Целью создания ставилось разработать двигатель, пригодный для массового производства и лёгкая его адаптация к различным областям применения — от разных мобильных, стационарных насосов и электростанций, и до широкого ряда автомобилей и тракторов.
В результате маркетинговых исследований было выяснено, что подобных двигателей был совершенно другой рынок, в сравнении с более крупными собратьями, поэтому было создано отдельное подразделение, в 1934-м году — GM Diesel Engine Division, Дизельное Отделение GM. На этот проект был назначен главным инженер Уильям Кроу, работавший на Кеттеринга. Для этого нового подразделения было выделено немного места в компании Кадиллак, уже на тот момент являвшейся частью GM.
Было решено, что двигатели, которые станут будущей серией 71, будут выпускаться трех размеров, определяемых числом цилиндров 3, 4 и 6. Но эти двигатели были не просто уменьшенными версиями более крупных моторов — общий типаж был тот же, но разработка двигателя меньшего размера имела свои проблемы. Например, проблема смазки и привода роторов нагнетателей едва не загубила всё начинание. Но, как только эти проблемы были преодолены, в основном благодаря вере Кеттеринга в идею двухтактных двигателей, и в 1937 году первый из этих двигателей вышел в свет.
Сначала производство было ограничено небольшой серией, а затем, в 1938 году, почти 700 двигателей было отправлено в GM Truck and Coach Division (отделение грузовиков и автобусов) и на фирму Gray Marine, для морской конверсии. В США фирма Gray Marine широко известна своими судовыми моторами на основе движков широкого профиля применения. В 1939 году двигатель был отправлен также и другим различным поставщикам, таким как Allis-Chambers, для использования в их тракторах.
Перед вступлением США во Вторую Мировую Войну, американские компании уже производили оборудование для союзных стран, уже сражавшихся с нацистами. Это включало и отделение GM Diesel, обеспечивавшее производство двигателей для использования в танках, резервных генераторах, дорожно-строительной технике и другом применении для британской и советской армий. Когда в 1941 году США вступили в войну (не совсем верное замечание, точнее будет сказать — когда промышленность США уже вступила в войну, а правительство и армия ещё нет — прим. перев.), GM Diesel был завален заказами на свои двигатели.
Для использования в требуемых версиях, в данном случае судовых, для EMD, кливлендского отделения и фирмы Gray Marine, выпускались агрегаты без масляных поддонов, выпускных коллекторов, корпусов маховиков, масляных насосов, передних креплений и систем охлаждения. Это позволило каждому отделению разработать свои собственные компоненты для работы в соответствии с их потребностями. Например, компания Gray Marine использовала масляный насос с цепным приводом, в то время как EMD и кливлендское отделение использовали шестерёнчатый редуктор. В Gray Marine сосредоточились на обеспечении двигателей для программы десантных судов, в то время как EMD и кливлендское отделение построили главные ходовые и вспомогательные силовые установки для буксиров и других судов ВМФ.
Двигатель Detroit Diesel 6V53 для военного применения
71-й едет на войну!
За время ВМВ 71-й показал, из чего он сделан. Согласно Стену Грейсону и его книге «Engines Afloat» (Моторы на плаву), в 1941-м году было построено 9000 моторов серии 71, а в 1944-м году уже 62000 (ещё бы — США вступили-таки в войну и посредством правительства и армии — прим. перев.), и это без учёта моторов, конвертированных Gray Marine. После вступления США в ВМВ производилось 6000 двигателей серии 71 в месяц.
Grey Marine действительно сделали славу двигателю GM. Выпускались варианты от одноцилиндровых и до Х-образных 24-цилиндровых агрегатов, одинарные и сдвоенные. В соединённых (сдвоенных) агрегатах была возможность заглушить один из моторов, пока другой продолжал выдавать момент. Этот факт здорово помогал применительно к военной технике, когда живучесть была крайне важна. Тут следует несколько отвлечься и пояснить: в случае выхода из строя или повреждения одного движка, другой продолжал работать, что давало возможность добраться до места или выйти из-под обстрела.
Если посмотреть на общее количество двигателей GM, построенных для военных нужд, 41% пришлось на GM Diesel, а на EMD и Cleveland Diesel — 32,7%. По сравнению с другими производителями двигателей для войны, GM обеспечила 73,7% совокупного выпуска дизелей. Довольно неплохо для относительно новых двигателей! Что может быть ещё более важно для успеха GM, были возвращающиеся домой военнослужащие, которые очень хвалили и охотно использовали много демобилизованных и новых двигателей, доступных после войны.
Большинство этих двигателей были построены компанией Grey Marine, это была модель 64HN9s с ограничителями оборотов и двухшестерёнными редукторами 1.5:1. Grey Marine строил два разных типа судовых двигателей 6-71. Первым типом был стандартный агрегат, который они описывают как коммерческий тип. Этот двигатель был рассчитан на снимаемую мощность 27.5 л.с. на цилиндр и использовал 60-мм форсунки.
Второй тип был более высокопроизводительным судовым мотором, так называемый Морской тип, и выдавал 37.5 л.с. на цилиндр, используя 90-мм форсунки. Они были промаркированы словом BATTLE (Битва, сражение — прим. перев.) на крышке. Такие моторы обеспечивали максимальную мощность до 225 л.с. При этом, в более спокойной обстановке, он легко переводился на мощность 165 л.с.
Было и несколько других различий между моторами, такие, как момент впрыска, маслоохладители и термостаты, но используемая основа была одна и та же. Двигатели для ВМФ были установлены на типовых подрамниках, и все суда, использующие эти двигатели, имели возможность быстрой и лёгкой замены силового агрегата, вышедшего из строя.
Дизель 16-278A производства Cleveland Diesel Division в составе приводного электрогенератора на буксире из Нью-Йоркской гавани
Hoffars Ltd в Коал-Харбор, Ванкувер, Британская Колумбия
В 1938 году компания Hoffars Limited стала дистрибьютором судовых дизельных двигателей GM для западного побережья Канады. Изначально расположенный в юго-восточном углу Денмана и Джорджии в Ванкувере, Hoffars был также распространителем бензиновых двигателей Grey Marine и лодочных моторов Johnston. Hoffars был начат двумя братьями, Джимом и Генри Хоффарами. И когда пути братьев разделились, Джим стал единственным владельцем Hoffars Limited. Очень немногие дизели GM продавались на западном побережье до 1945 года, но вскоре после окончания военных действий, излишки ВМФ 6-71 стали доступными. В 1954 году Джим Хоффар скончался, а его сын Питер занял его место, и спустя несколько лет компания переехала в новое место на западе 1-го авеню, во главе новых коммерческих рыболовных флотилий False Creek.
В 1955 году г-н Уильям (Билл) Хьюз поступил на работу в Hoffars Ltd в качестве временного механика и в течение трех месяцев был переведен на работу судовым механиком, на испытательные суда. Он вспоминает, что фирма Hoffars Ltd была очень занятным местом, с новыми двигателями и двигателями, демобилизованными из ВМС. Hoffars Ltd купили бы больше армейских двигателей, для переделки их с 90-мм форсунок, отчаянно жрущих топливо, на 60-миллиметровые. В таком варианте они обеспечивали достаточно мощности при более приемлемом расходе.
Также, на эти моторы ставились редукторы Twin Disc, для изменения момента и оборотов, с передаточными числами от 1.5:1 до 3:1. Армейские демобилизованные моторы GM не всегда приобретались у флота, много бралось и у сухопутных войск, это были, в основном, дизеля с электростанций и даже с танков. Много заказчиков брали по два дизеля, планируя иметь запасной силовой агрегат для своего судна. Во многих случаях было проще и дешевле купить и переделать списанный армейский дизель, чем покупать новый у дилера GM.
Во время своей работы там, Билл много инспектировал и дефектовал дизелей — как новых, так и армейских демобилизованных, равно как и перестроенных на фирме. В основном он сравнивал отдаваемую мощность, для обеспечения синхронизации для спаренных установок, по расходу, отдаваемой мощности и общей степени износа. Для проверки с дизеля, установленного на судне, снималась клапанная крышка, для того, чтобы иметь возможность воздействовать вручную на рейку, управляющую подачей топлива форсунками. Это бывает важно для того, чтобы, во-первых, при необходимости расклинить её и заглушить дизель, или же наоборот, отвёрткой додавить рейку, тем самым, увеличив отдачу мотора. Главной задачей ставилось проверить отдачу дизеля на 1800 об/мин. Также проводились мероприятия по определению подбора правильного ходового винта. После всего комплекса, на дизель выдавалась гарантия, вспоминает Билл.
Также Билл рассказал один случай, когда один испытываемый катер уходил всей передней частью в воду — так как дизель выдавал так много мощности, что винтом вытягивал из-под днища катера всю воду, из-за чего катер как бы падал в образовавшуюся каверну.
Послевоенные разработки GM
В начале 50-х годов GM Diesel представила новую модель под названием 6-110. Он был доступен только в виде рядного шестицилиндрового двигателя и имел постоянную номинальную мощность 220 л.с. при 1800 об/мин. Этот двигатель, как и 71-я серия, выпускался и виде сдвоенных агрегатов — как параллельных, так и последовательных, для привода судов. Серии 71 и 110 заменили множество, сотни бензиновых и старых дизельных двигателей на буксирах и рыболовецких судах, работавших у побережья.
Окончание — следующим постом.
johnwarner.livejournal.com
Двухтактный дизельный двигатель преимущества и недостатки Принцип
Двухтактный дизельный двигатель преимущества и недостатки
• • Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, в дизеле возможно использование двухтактного цикла. При рабочем ходе поршень идёт вниз, открывая выпускные окна в стенке цилиндра, через них выходят выхлопные газы, одновременно или несколько позднее открываются и впускные окна, цилиндр продувается свежим воздухом из воздуходувки — осуществляется продувка, совмещающая такты впуска и выпуска. Когда поршень поднимается, все окна закрываются. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Перед достижением поршнем ВМТ, из форсунки распыляется воспламеняющееся топливо. Происходит расширение — поршень идёт вниз и снова открывает все окна. Продувка является врожденным слабым звеном двухтактного цикла. Время продувки, в сравнении с другими тактами, невелико и увеличить его невозможно, иначе будет падать эффективность рабочего хода за счет его укорочения. В четырёхтактном цикле на те же процессы отводится половина цикла. Полностью разделить выхлоп и свежий воздушный заряд тоже невозможно, поэтому часть воздуха теряется, выходя прямо в выхлопную трубу. Если же смену тактов обеспечивает один и тот же поршень, возникает проблема, связанная с симметрией открывания и закрывания окон. Для лучшего газообмена выгоднее иметь опережение открытия и закрытия выхлопных окон. Тогда выхлоп, начинаясь ранее, обеспечит снижение давления остаточных газов в цилиндре к началу продувки. При закрытых ранее выхлопных окнах и открытых — еще — впускных осуществляется дозарядка цилиндра воздухом, и, если воздуходувка обеспечивает избыточное давление, становится возможным осуществление наддува.
• • Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой или оконной. Если отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха, продувка называется клапанно-щелевой (11 Д 45, 14 Д 40, ЯАЗ-204, -206). Существуют двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (система Фербенкс-Морзе — Юнкерса — Корейво: дизели этой системы семейства Д 100 использовались на тепловозах ТЭ 3, ТЭ 10, танковых двигателях 4 ТПД, 5 ТД(Ф) (Т-64), 6 ТД (Т 80 УД), 6 ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Junkers (Jumo 204, Jumo 205). В двухтактном двигателе рабочие ходы происходят вдвое чаще, чем в четырёхтактном, но из-за наличия продувки двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1, 6— 1, 7 раз. В настоящее время тихоходные двухтактные дизели весьма широко применяются на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. Ввиду удвоения количества рабочих ходов на одних и тех же оборотах двухтактный цикл оказывается выгодным при невозможности повысить частоту вращения, кроме того, двухтактный дизель технически проще реверсировать; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100 000 л. с. В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.
• • Варианты конструкции Для средних и тяжелых двухтактных дизельных двигателей характерно применение составных поршней, в которых используется стальная головка и дюралевая юбка. Основной целью данного усложнения конструкции является снижение общей массы поршня при сохранении максимально возможной жаростойкости донышка. Очень часто используются конструкции с масляным жидкостным охлаждением. В отдельную группу выделяются тяжелые двигатели, содержащие в конструкции крейцкопф. В крейцкопфных двигателях шатун присоединяется к крейцкопфу — ползуну, соединенному с поршнем штоком (скалкой). Крейцкопф работает по своей направляющей — крейцу, без воздействия повышенных температур, полностью ликвидируя воздействие боковых сил на поршень. Данная конструкция характерна для крупных длинноходных судовых двигателей, часто — двойного действия, ход поршня в них может достигать 3 метров; тронковые поршни таких размеров были бы перетяжеленными, тронки с такой площадью трения существенно снизили бы механический КПД дизеля. Крейцкопфный (слева) и тронковый (справа) двигатели. Номером 10 обозначен крейцкопф.
Реверсивные двигатели • • • Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверсредуктор. Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе. Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива). Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами.
• • Преимущества и недостатки Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40 -45 %, некоторые малооборотные крупные дизели — свыше 50 % (например, MAN S 80 ME-C 7 тратит только 155 гр на к. Вт*ч, достигая эффективности 54, 4 %). [7] Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жестких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла. А чем тяжелее топливо и чем выше содержание атомов углерода в его молекулах, тем выше его теплотворная способность (калорийность), тем выше эффективность двигателя. Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации. Высокая механическая напряженость дизеля вынуждает использовать более массивные и более дорогие детали, что утяжеляет двигатель. Это снижает удельную мощность двигателя, что послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Junkers, а также советский тяжёлый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А. Д. Чаромского и Т. М. Мелькумова). На максимальных эксплуатационных режимах топливо в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи.
• • Сгорание впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива происходит по мере впрыска. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине и ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. [8] Например, в России в 2007 году почти все грузовики и автобусы были оснащены дизельными двигателями (окончательный переход этого сегмента автотранспорта с бензиновых двигателей на дизели планировалось завершить к 2009 году)[9]. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя, а более высокий теоретический КПД (см. Цикл Карно) даёт более высокую топливную эффективность. По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NOх) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Больше всего загрязняют атмосферу в России дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.
• Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта, [10] в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса. [10] С другой стороны, дизельный двигатель уступает карбюраторному в плане удельной мощности, а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата (хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц).
Цех судовых дизелей завода «Даймлер. Бенц» в Штутгарте
• Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартёра большой мощности, помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность и более высокая цена в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются прецизиоными устройствами. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизельмоторы обладают более ровным и высоким крутящим моментом в своём рабочем объёме. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов, работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO 2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common rail. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронноуправляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров (сложности) и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар (приблизительно эквивалентно «атмосфер» ), то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы.
• • Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра» (DPF — фильтр твёрдых частиц). «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре» , поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим «очистки сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции» , то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы — и «интеркулера» — устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбонагнетателем — чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха (кислорода) в камере сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры. В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля, в частности, хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, но твёрдость стенок блока цилиндров выше. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и почти всегда рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше (для автомобильного дизеля) верхней плоскости блока цилиндров. В некоторых случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания ( «прямой впрыск» ). Также на некоторых японских автомобильных дизелях используется специальная система, которая позволяет сохранить скорость, но потребление топлива уменьшить.
• Сферы применения Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы, дизель-поезда, автодрезины) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д. ), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.
present5.com
Двухтактный дизельный двигатель — ремонт, принцип работы + Видео » АвтоНоватор
Двухтактный дизельный двигатель является разновидностью ДВС. В каждом из его цилиндров рабочий процесс осуществляется за два движения поршня, то есть – всего за один оборот коленвала.
Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство
Интересующий нас двигатель автомобиля включает в свой состав специальный нагнетатель и газовую турбину – два механизма лопаточного типа.
Нагнетатель повышает в цилиндрах давление, что дает возможность снизить расход горючего и повысить мощность. А турбина, запускающая преобразователь, необходима для получения механической энергии из тепловой.
Цилиндры в двухтактном двигателе размещаются горизонтально. Они располагают специальными продувочными и выпускными окнами. Первые нужны для осуществления забора массы воздуха. А вот выпускные окна удаляют из механизма продукты сгорания топлива.
В турбину газы проходят через коллектор. При наибольшем сближении поршней формируется камера сгорания. Коленвалы двигателя связаны друг с другом посредством шестерен основной передачи. Вращаются они по часовой стрелке.
Продувочный воздух в рассматриваемые нами ДВС поступает разными способами. Могут использоваться:
- специальные насосы;
- кривошипные продувочные камеры;
- поршневые компрессоры.
При этом и схема продувки может быть разной:
- клапанно-щелевой;
- контурной.
Заметим, что при контурной схеме продувки экономические и технические показатели двухтактного двигателя ухудшаются. Это связано с наличием непродуваемых областей в цилиндрах.
Достоинства и особенности двухтактных двигателей
Рабочий цикл таких моторов выполняется, как было сказано, за один оборот коленвала. За счет этого при идентичных оборотах двигателя и одинаковом рабочем объеме двухтактные агрегаты дают возможность снимать с них большую мощность (до 1,7 раз). Именно эта особенность признается самой важной.
К другим достоинствам двухтактных моторов относят:
- Небольшие размеры (геометрические) агрегата. Требуется совсем мало места для того, чтобы установить двигатель под капот транспортного средства.
- Малая масса. Стандартный турбодизель имеет вес вполовину больший, чем двухтактная установка.
- Экономия горючего до 50 процентов от расхода при использовании обычного дизельного агрегата.
- Простота конструкции. Обслуживание двигателей за счет этого факта упрощается.
Добавим, что такты рабочего хода и сжатия в описываемых агрегатах идентичны тем, которые фиксируются при функционировании четырехтактного мотора. Но при этом операция наполнения цилиндра топливом и его очистки выполняются одновременно.
Недостатки двухтактных двигателей
Широкого распространения рассматриваемые агрегаты не получили, что обусловлено рядом существенных причин. Главная из них – отсутствие в свободной продаже деталей и запчастей к двухтактным установкам. Найти нужные комплектующие для такого мотора очень сложно, следовательно, ремонт двухтактных двигателей становится проблематичным. Да и специалистов, которые занимаются обслуживанием данных установок сейчас совсем мало.
Другие недостатки агрегатов:
- малый выбор двухтактных дизельных двигателей и их высокая стоимость;
- повышенный (при активной эксплуатации транспортного средства) расход масла:
- необходимость монтажа воздушных фильтров высокой конструкционной сложности из-за большого расхода воздуха;
- большая вероятность смешивания отработанных газов (выхлопов) со свежим зарядом;
- потребность в поиске компромиссного решения, уравновешивающего потери заряда и при этом обеспечивающего достаточное качество процесса продувки.
carnovato.ru
Flight. 178 1940 г. Авиационный инженер. Двухтактные дизельные двигатели.
Двухтактные дизельные двигатели
14 марта 1881 года сэр Дугалд Клерк подал патентную заявку «Улучшения в двигателе, работающем на горючем газе или паре». Это было датой рождение двухтактного двигателя. Несмотря на некоторые очевидные преимущества, только в последние годы двухтактный цикл был тщательно изучен. В 1932 году сэр Дугалд Клерк писал: «Двухтактный двигатель заслуживает особого внимания, и лучший тип будет в виде двигателя на тяжёлой нефти с воспламенением от сжатия». Мнения сэра Дугальда Клерка имеет большой вес, и в настоящее время быстро растет убежденность, что двухтактный двигатель слишком долго игнорируется.
Г-н W.S. Burn, в своей лекции «Применение двухтактного двигателя на тяжёлой нефти для авиации», прочитанной в начале года в Институте инженеров и судостроителей Северо-Восточного побережья в Ньюкасл-он-Тайн, определенно встает на сторону двухтактного цикла. В начале своей статьи он излагает потенциальные преимущества двухтактного двигателя на тяжелой нефти над четырехтактным бензиновым двигателем. В своем резюме автор высказывается, что снижение веса двигателя принципиально возможно, и что среди преимуществ двухтактных: более высокая надежность; меньший риск пожара; больший радиус действия; уменьшение эксплуатационных расходов; отсутствие электрического воспламенения и соответственно отсутствие радиопомех; нет проблем с карбюрацией; большая простота управления; более легкий капитальный ремонт, облегченное охлаждение; большая мощность для заданного веса; более высокая производительность на высоте и более надежный запуск.
Внушительный перечень преимуществ, который отнюдь не разделяется теми, кого г-н Бэр называет страдающими «от особо сильного бензинового комплекса».
Накопленный опыт
Можно выделить следующие важнейшие вехи в развитии дизельного двигателя: Junkers Jumo; Packard; Deschamps; Guiberson ; Clerget; Coatalen , Salmson ; Talhot; Zod ; Beardmore ; Bristol Phoenix ; Rolls-Royce Condor и различные британские экспериментальные типы рукавных клапанов*. Главные разработки были сделаны за рубежом, и наибольший прогресс был достигнут на двухпоршневом двигателе Юнкерса, единственным коммерческим двигателем.
Подвергались экспериментам практически все авиационные, в основном четырехтактные, двигатели в диапазоне мощностей от 250 до 1000 л.с. Двигатель обычно считался неперспективным в диапазоне от 2(1/4) до 3 lb./b.h.p., а расход топлива составлял около 0,38 lb./b.h.p./hr. (фунта при эффективной мощности -brake horsepower- л.с./час), хотя утверждается, что двигатель Coatalen имеет расход всего 0,3 lb./b.h.p./hr.
Автор указал на интересную разработку в двигателе «Юнкерса», а именно: уменьшение общего отношения длины хода до 5:1 в двигателе Jumo 206 (последний тип), 6:1 в Jumo 205 и 7:1 в Jumo 204. Снижение коэффициента избыточного воздуха, как утверждается, сократилось с 1,6 до 1,3; b.m.e.p. при его увеличении до 135 фунтов/кв.дюйм. Поскольку сам дизельный двигатель является тяжелым типом, из-за наличия в конструкции двух коленчатых валов и картеров, достигнутый прогресс заслуживает особого внимания.
«Исследование дизельных авиаконструкций на сегодняшний день, по-видимому, указывает, — сказал г-н Берн, — что главная неадекватность была в точном впрыске топлива и, возможно, в отсутствии движения или турбулентности, контролируемого воздушным движением, — чтобы дать регулируемое и полное сгорание с высокой скоростью, низким максимальным давлением и хорошим потреблением топлива. Почти неограниченное количество воздуха обеспечит только высокое среднее давление при низком расходе топлива».
Морское развитие
«Любопытно, — отмечает автор, — что в то время как в течение нескольких лет четырехтактный морской дизельный двигатель почти полностью заменен одиночными двухтактными или двигателями двойного действия по причинам снижения веса, стоимости и потребления топлива, авиадвигатель неуклонно продвигался на своем неэкономичном четырехтактном бензиновом курсе, с постепенным улучшением до минимально возможного потребление 0,44 фунта/баррель на л.с./час. В течение 15 лет размеры цилиндров коммерческих авиадвигателей увеличились не менее чем в три раза, что почти идентично показателю некоторых известных крупных маломощных судовых дизельных двигателей. Но в то время как в первом случае улучшение связано с увеличением b.m.e.p. и r.p.m. (среднее давление и обороты), в случае с морским двигателем, изменение, главным образом, связано с изменением его типа, среднее давление и обороты остаются почти одинаковыми из-за ограничений теплового напряжения и оборотов гребного винта соответственно.
«Очевидная потребность в подходящем двигателе на тяжелой нефти очень четко иллюстрируется цифрами на примере большого трансатлантического воздушного судна, приведенного в лекции г-на Гужа», — сказал г-н Бум. «С шестью двигателями мощностью 1300 л.с. и экономической крейсерской скоростью 237 миль в час и общим весом 163 000 фунтов составляет:
| Двигатели | 23,320 lb. | Оборудование | 8,700 lb. |
|---|---|---|---|
| Топл. баки | 2,670 lb. | Топливо | 62,350 lb. |
| Конструкция | 54,110 lb. | Комм. загрузка и экипаж | 11,850 lb. |
«Рассматривая эти цифры, — продолжил автор, — только взглянув на вес топлива, очевидно, что первостепенное значение имеет улучшение расхода топлива. Вес двигателя, по-видимому, при этом будет почти вторичным. Еще одна поразительная особенность — большая мощность, необходимая для создания такой небольшой полезной нагрузки. Что касается веса двигателя, то существует тенденция требовать гораздо большей надежности и снижения объема технического обслуживание, а также вдвое увеличить удельные выходные данные. Таким образом, становится все труднее получить уменьшение веса. Все еще остаются значительные возможности для улучшения аэродинамической эффективности, но наибольший выигрыш можно получить при радикальном сокращении лобового сопротивления двигателя и улучшении потребления топлива за счет использования C.I. двухтактного цикла, оттока выхлопа и даже охлаждения силовой установки. Чистая передняя кромка крыла и использование интегральных топливных баков позволит перейти к более экономичной структуре крыла». Г-н Берн подытожил вышеупомянутые улучшения, которые могут быть достигнуты при улучшении в восьми направлениях, первым из которых является то, что двигатель полностью находится внутри крыла, чтобы устранить интерференцию и облегчить использование толкающих винтов.
прим. админ. — C.I. — compression-ignition — воспламенение от сжатия
Фиг. 1. Junkers Jumo оппозитный поршневой двухвальный двигатель на тяжелой нефти.
Г-н Берн всегда там, где волшебники авиационных двигателей по-прежнему, с величайшей осмотрительностью, не только обсуждают, какой должен быть правильный базовый тип двигателя, но приступают к разработке такого двигателя. Учитывая многие типы двигателей, находящихся в эксплуатации, изменения существующих конструкций указывает на широкие возможности и отображают новый курс, ориентированный на фундаментальные принципы, а не на практику.
«Предложение о том, что какая-то из форм плоского двигателя станет окончательным решением, становится все более и более очевидным …. Нынешняя тенденция увеличения количества цилиндров свидетельствует о том, что этот двигатель получит развитие.
«Обзор всей гаммы типов бензиновых двигателей показывает, что даже из соображений веса необходимо оставить систему бензинового двигателя и принять еще одну систему сжигания, которая не имеет ограничений по размеру цилиндров по причинам удельной производительности и экономии топлива. Таким образом, тренд типа будет состоять в воспламенении от сжатия, двухтактном цикле и наименьшем числе горизонтально расположенных оппозитных цилиндров … Любой линейный тип может быть адаптирован к «плоскому» типу оппозитных цилиндров, который предавался бы тщательному контролю впрыска топлива, как это было, например, в двигателе Coatalen».
Различные типы клапанов
На рисунке 2 показан тип тарельчатого клапана с одним выпускным клапаном, сочетающим хороший поток газа с изолированной камерой сгорания с двойной турбулентностью в крышке цилиндра и все же обладающий разумным газовым потоком для выхлопа. Короткий поршень и короткая длина цилиндра будут иметь малый вес. На этом рисунке также показан однопоршневой двухпоточный очиститель от отработанных газов, столь популярный в морских двигателях, что не следует исключать. Важно отметить, что подобная конструкция был запатентована Юнкерсом. Для сравнения приведена конструкция оппозитного поршня с дифференциальным ходом, показывающая очень простую конструкцию цилиндра.
Г-н Берн сказал: «Я предложу то, что, по моему мнению, является совершенно новым типом двигателя для авиационного мира, даже если он и имеет в качестве основы тип, хорошо известный в судоходной отрасли, а именно оппозитный поршневой двигатель. Это будет отступлением от моды в двигателестроении и стремлении дать конструктору самолета только то, что он хочет, — двигатель, который не будет мешать его стремлению к совершенным аэродинамическим формам».
Автор полагает, что самолет будущего будет с толкающим винтом, а из этого следует, что двигатель должен быть не только полностью расположен в крыле без гондол, но и с самым свободным ходом воздушного винта, т. е. должен находиться в задней части крыла, ближе к задней кромке, насколько это возможно. Следовательно, двигатели должны быть не только горизонтальной формы, но и как можно меньшей длины.
Аргумент, используемый для обоснования использования гондолы двигателя, заключается в том, что в случае высокопланового моноплана они обеспечивают место для убирающейся ходовой части, как у D.H. Flamingo, но, несомненно, будут найдены другие средства для этого. Одним из предложений, позволяющих эффективно расположить ходовой двигатель, является его размещение в небольшом разрезе с низкой частотой вращения, как показано на фиг. 4, когда некоторый полезный и контролируемый подъем достигается с относительно небольшим сопротивлением, в то же время устраняя все интерференционные помехи на главных крыльях.
Доступность двигателя
Самый толстый участок крыла должен быть зарезервирован в более крупном самолете в качестве прохода, чтобы получить доступ к двигателям. Поскольку с тянущим винтом на передней кромке крыла его передняя кромка составляет около 25% диаметра самого винта, установка двигателя по задней кромке крыла и использование толкающих винтов в конечном итоге позволяет использовать короткий вал и тем самым уменьшает вес силовой установки. После того, как будет решена проблема установки в крыле двигателей с толкающими винтами, в дальнейшем следует стимулировать разработку моноплана с высорасположенным крылом (высокоплана).
Основное преимущество дизельного двигателя заключается в том, что он не налагает никаких ограничений на размер цилиндра, и поскольку имеется достаточный диапазон крыльев, дизельный двигатель может иметь почти неограниченную длину в горизонтальной плоскости. «Я твердо придерживаюсь мнения, — сказал автор, — что, как только будет принято решение отказаться от нынешней концепции аэродинамического двигателя, являющегося либо компактным радиальным, либо рядным типом с минимальным миделем, и начать самое полное использование одного измерения, которое дает неограниченный объем, то есть горизонтальную длину, дизельный двигатель для самолетов быстро завоюет признание.
«Двигатель, который я собираюсь предложить для мощности в 2100 л.с., будет иметь только шесть оппозитных цилиндров, по три с каждой стороны коленчатого вала, но, конечно, будет всего двенадцать поршней, шесть управляют забором воздуха и шесть выхлопными газами. Диаметр предлагаемого цилиндра составляет 7 дюймов, а комбинированный ход 12 дюймов при вышеуказанной мощности, b.m.e.p. — 150 фунтов на кв. дюйм, а обороты r.p.m. — 2000».
Фиг. 3. Дизельный двигатель Bristol Phoenix установил мировой рекорд, достигнув высоты 27 450 футов (8 367 м).
Продувка цилиндров
В ходе подробного описания предлагаемой конструкции автор заявил: «Самой важной проблемой двухтактного цикла является полное удалениея выхлопных газов и их пополнение чистым воздухом. Движение воздуха в цилиндр должно быть выполнено с минимальными затратами, поэтому маршрут движения воздуха должен быть как можно прямее и короче. Эти и другие требования наилучшим образом достигаются за счет использования портов в отверстии цилиндров, всецело расположенных по всей его окружности. Предлагаемое горизонтальное расположение цилиндров дает наибольшее преимущество для двухтактного типа цилиндра, поскольку существует полная свобода использования двух высокопроизводительных выхлопных труб большой площади на цилиндр с превосходным газовым потоком. Поскольку полное объемное сгорание является фундаментальной необходимостью любого дизельного двигателя, оно должно быть организовано главным образом с точки зрения получения наилучшего распределения топлива и воздуха. Проблема заключается в том, чтобы получить идеальное пространство для сжигания и систему продувки цилиндров, не подвергая поршни или отверстия цилиндра воздействию чрезмерного нагрева. Это неизбежно требует применения конструкции с двумя поршнями.
«На Фиг. 5 и 6 показано горизонтально расположенное в линию устройство. Шести- или восьмицилиндровые двигатели «оппозитного типа» имеют определенные преимущества в балансировке (над двенадцатицилиндровым и девятицилиндровым радиальным).
Очевидно, что для такого двигателя потребуется совершенно другие технические решения: а именно, шатуны и подшипники, направляющие штока, втулки, поршневые гильзы цилиндров с масляным охлаждением, композитные поршни с масляным охлаждением, высокотемпературные камеры сгорания, коленчатый вал с тремя совершенно разными компонентами, специальное оборудование для впрыска топлива, воздушные насосы для выталкивания воздуха и измененная технология выхлопа. Замечателен сам факт разработки ремонтопригодного двигателя, чьи части могут легко обновлены и заменены по частям, вместо замены самого двигателя, что должно изменить саму концепцию проектирования.
Поршни дизельного двигателя имеют ряд конструктивных решений, требующих совершенно иной обработки по сравнению с применяемой в бензиновом двигателе. Например, короны поршня должны быть как можно более высокими, чтобы уменьшить потери тепла и поддерживать максимальную температуру воспламенения. Рассматриваемый поршень является составной конструкцией, корона и юбка из легированной стали представляют собой одно спрессованное целое, вокруг центральной части из легкого сплава, в которой располагаются внутренние подшипники. Колпачок из жаростойкой стали предохраняет от тепла, распространяющегося вниз по внешней стороне, на которой удерживаются поршневые кольца. Все три поршня удерживаются вместе одним центральным болтом из-за возможного дифференциального расширения. Это показано на рисунках 5 и 6, тогда как на Рис. 7 дается сравнение с конструкцией Юнкерса .
«Конструкция эффективного насоса продувки цилиндров является наиболее сложной особенностью любого двухтактного двигателя, поэтому для начала необходимо, чтобы давление выброса и требуемый избыточный объем были как можно ниже».
Г-н Берн указал, что есть некоторые сомнения в том, соответствуют ли требования к воздухозамещению и давлению центробежного нагнетателя (который обычно используется) с изменениями скорости. Преимущество центробежного нагнетателя заключается в том, что в течение нескольких лет он непрерывно развивается, в качестве нагнетателя может создавать давление до 15 или 20 фунтов/кв. дюйм. Однако следует иметь в виду, что потребление топлива и мощность Junkers Jumo до недавнего времени серьезно ухудшались из-за неэффективного центробежного нагнетателя, а в настоящее время получили развитие как радиальные, так и осевые вентиляторы потока, давая определенный стимул для разработки простейшего центробежного насоса взамен поршневого. Даже самый эффективный тип нагнетателя Rolls-Royce, эффективность которого как считается, составляет 73 процента, не так хорош, что легко можно получить с помощью простых деталей из насоса объемного типа, который имеет эффективность от 85 до 90 процентов. Шум и полная зависимость от двигателя — другие недостатки такого насоса. Поворотные нагнетатели постоянного давления типа Rootes, даже после многих лет разработки, потребляют чрезмерную цифру в 15 процентов от общей мощности, вырабатываемой двигателем. Нормальная цифра для большого морского дизельного двигателя не превышает 4-5%, используя обычные поршневые нагнетатели с автоматическими или механическими клапанами. Предлагаемая конструкция насоса обеспечит: -
(1) Нагнетатель максимальной эффективности, с помощью заслонки обеспечивающий, насколько это возможно, равномерное движение воздуха и в то же время, полностью используя кинетическую энергию самого столба воздуха.
(2) Простейшая из возможных система движущихся частей. Сам клапан или тип поршня выбираются так, чтобы использовать самые маленькие и легкие рабочие шатуны с минимальными трением или смазочными поверхностями.
(3) Приоритет подачи воздуха.
Расположение двигателя в крыле показано на рисунке 8. Г-н Берн суммирует ожидаемые преимущества предлагаемого двигателя по сравнению с принятыми бензиновыми двигателями следующим образом:
1. Достигнутая экономия топлива на испытательном стенде не менее 25 процентов, и еще большая экономия в обслуживании.
2. Геометрическая форма двигателя, подходящая для эффективных аэродинамических конструкций.
3. При значительно уменьшенных оборотах и средних давлениях получение небольшого веса двигателя, без больших максимальных давлений, в конечном счете, получение намного большей надежности, как следствие меньшие эксплуатационные расходы и более продолжительные срока службы.
4. Гораздо более высокая степень тяги от выхлопных газов, чем у любого существующего типа двигателя.
5. Снижение потерь на охлаждение и как следствие более эффективная работа масляного радиатора.
6. Динамически полностью сбалансированный двигатель.
7. Почти незагруженные основные подшипники.
8. Все шатунные подшипники однонаправленно загружены, чтобы обеспечивает бесшумную работу и отсутствие вибраций, даже в случае износа подшипника.
9. Отличная доступность, не имеющая аналогов в современных авиационных двигателях.
10. Уменьшенный вес конструкции крыла и топливного бака.
Дискуссия
Дискуссия была открыта мистером K. O. KELLER. Он не мог не почувствовать, что технические знания автора превзошли практические трудности. Должно быть понятно, что низкое потребление топлива легче получить в низкооборотном, чем в высокоскоростном двигателе, и по этой причине ему пришлось уменьшить мощность двигателя, чтобы достичь потребления 0,32 фунта на единицу мощности в л.с. В двигателе, предлагаемом автором, очищающий воздух всего на 10 процентов превышает объем камеры сгорания. Он рискует утверждать, что в этом случае всего на несколько процентов увеличится потребление топлива. Автор утверждает, что обеспечит максимальную эффективность сгорания при низком давлении сжатия. Практический опыт показывает, что дело обстоит с точностью до наоборот.
DR. T. W. F. BROWN не согласился с тезисами автора о том, что дизельный двигатель для самолетов может быть разработан по аналогии с крупными морскими дизелями. 10-процентный наддув для b.m.e.p. в 150 фунтов на кв. дюйм является слишком низким. Необходим очень тщательный эксперимент для обеспечения того, чтобы форма пространства сжатия позволила получить разумные запаздывания воспламенения, в противном случае нет никакой надежды на получение топлива, которое было бы лучше, чем в настоящее время является бензин для бензинового двигателя. Автор заявил, что чем меньше количество цилиндров на единицу объема цилиндра, тем меньше вес. Это, по логическому завершению, означало бы двигатель в один цилиндр, что является абсурдным.
MR. JOHN NEILL отметил, что дизельный авиационный двигатель Junkers Jumo на то время был самым передовым в своей стране. Следует отметить, что первый немецкий бомбардировщик, сбитый вблизи Эдинбурга, был оснащен бензиновыми двигателями Junkers Jumo.
MR. A. ORTON был уверен, что автор находится на правильном пути и обратил внимание на двухтактную систему каденации. Двигатели этого типа с b.m.e.p. в 142 фунтов на кв. дюйм и оборотами 1500 r.p.m. постоянно работали без использования воздушного наддува. С воздухом при умеренном наддуве было получено значение в 200 фунтов на квадратный дюйм. Он сомневался в предлагаемом увеличении размера цилиндра и уменьшении r.p.m. По сравнению с существующей практикой авиадвигателей он считал, что это приведет к уменьшению значений b.h.p. на литр и b.h.p. на единицу веса.
MR. S. CAMM полностью поддержал дело, в котором была высказана необходимость в интенсивной программе исследований и разработок для успешной разработки дизельного, двухтактного двигателя. Он согласился с размером предлагаемого двигателя, считал предлагаемую форму превосходной, хотя было бы отлично, если бы его можно было сделать еще более меньшим. Он полностью поддерживал внешнее охлаждение двигателя и считал, что это будет совершенно необходимо. Однако он считал, что предлагаемый масляный радиатор неадекватен, и предположил, что воздушная система охлаждения, используемая на нынешних самолетах, вероятно, будет лучше всего.
MR. A. GOUGE также полагал, что автор выдвинул очень хорошие идеи для дизельного двигателя и что исследования по этому вопросу должны быть активно продолжены. Потребление современного бензинового двигателя находилось в районе 0,42 lb./b.h.p./hr., в то время как для современного дизельного двигатель этот расход составлял около 0,38 lb./b.h.p./hr. При увеличении веса последнего коэффициент усиления оказался небольшим.
При высоких нагрузках на крыло взлет является чрезвычайно важным. Увидел ли автор возможность увеличения взлетной мощности у дизельного двигателя, как это было возможно с бензиновым двигателем?
Он думал, что предложение по установке двигателя полностью в крыло окажется чрезвычайно сложным. У толкающих винтов был свой недостаток, возможно, самым серьезным из которых был Joss**, в случае четырехмоторных самолетов, забирающих примерно 15-30 процентов, от подъемной силы при взлете.
DR. F. W. LANCHESTER полностью не соглашался с доводами автора о том, что чем меньше цилиндров (в определенных пределах) на единицу общего объема цилиндра, тем меньше вес двигателя на единицу мощности (л.с.). Но д-р Ланчестер действительно полагал, что дизель выиграет часть своего поля, во всяком случае, в конечном счете, и что переход на двухтактный цикл был неизбежен.
Выводы из полной и оживленной дискуссии заключались в том, что в целом было достигнуто общее согласие в отношении того, что двухтактный дизель заслуживает более интенсивных исследований, но автор недооценил механические и другие трудности, которые необходимо преодолеть, прежде чем успешный результат может быть получен.
Поскольку автор строит двигатель, который он защищает, следует надеяться, что лекарство, которое ему придется принимать в пути, не будет столь неприятным, как многие из выступавших в дискуссии, предположили, что это будет так.
HANDELS SCHIFF HUNTERS: Торпедоносцы Бристоль Бофорты наносят самые тяжелые удары по немецких торговым судам.
Дата размещения на сайте 12 августа 2017 г.
прим админ * — Название двигателя произошло от тонкостенных гильз, которые скользят вверх-вниз во время работы. В гильзах на разной высоте сделаны отверстия, которые в определённые моменты времени совмещаются и позволяют выходить отработавшим газам или поступать воздуху.
Такой двигатель позволяет достигнуть большего сжатия и соответственно большей мощности.
** — вероятно речь идет о реактивном моменте воздушного винта и закручивании струи ВВ…
2014 08 13
Общеизвестно, что с наши дизелями в авиации так и не смогли решить проблемы надежности:
Авиационные дизели для Ер-2
В общем по авиационным дизелям все логично обозначено у Александра Ильина в своей статье:
Эволюция четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания
Некоторые вопросы форума про ДВС: О двигателях внутреннего сгорания / Михаил Соколон
Все про моторы на сайте здесь: Двигатели внутреннего сгорания
Представляет интерес ветка форума: Самолет и двигатель -> Двигатели
2014 08 15
Перевод статьи вероятно не удовлетворит специалистов. В этом случае рекомендуется перейти вверху по сслыке «Eng» и посмотреть исходник.
Во всяком случае, обоснования применения оппозитного двухтактного дизельного двигателя с толкающим винтом, расположенного в крыле по его заднему лонжерону заслуживает внимания и рекомендуется для просмотра.
Вячеслав
www.airpages.ru