Двотактні дизелі: принцип дії, пристрій, плюси і мінуси

Сучасний дизельний двигун - це ефективний пристрій з високим ККД. Якщо раніше дизеля ставилися на сільськогосподарську техніку (трактори, комбайни тощо), то в даний час ними оснащуються звичайні міські автомобілі. Звичайно, у когось дизель асоціюється з чорним димом із вихлопної труби. Якийсь час так і було, але зараз система випуску відпрацьованих газів модернізувалася, і такого неприємного наслідки практично немає. Давайте розглянемо двотактні дизелі та їх особливості.

Трохи загальної інформації

Ключовою особливістю дизельного двигуна є його підвищений ККД. Обумовлено це в більшій мірі паливом, яке на 15 % ефективніше. Якщо поглянути на паливо на молекулярному рівні, то тут ми побачимо довгу ланцюжок вуглеців. Завдяки цьому на виході ККД дизельного пального трохи вище, ніж бензину. Принцип дії класичного дизельного мотора полягає в перетворенні зворотно-поступальних рухів кривошипно-шатунного механізму (КШМ) в механічну роботу. Ключова відмінність від ДВЗ працює на бензині полягає в способі приготування і займання паливно-повітряної суміші. В дизелі освіта суміші відбувається безпосередньо в камері згоряння. Відповідно при максимальному тиску відбувається займання суміші. Добре це чи погано, ми розберемося трохи пізніше, а зараз розглянемо найцікавіше.

Двотактний дизельний двигун

Подібний тип двигуна у даний час має невелике поширення, як і роторно-поршневий двигун. Складається з газової турбіни, яка необхідна для перетворення теплової енергії в механічну і нагнітача. Принцип дії останнього полягає у підвищенні потужності за рахунок збільшення тиску. Як наслідок - знижується витрата пального.


Циліндри в двигуні розташовуються навпроти один одного в горизонтальному положенні. Власне, чому двотактні двигуни носять таку назву? Обумовлено це тим, що циліндри працюють всього в один оборот колінчастого валу. Тобто виходить два такту. Робочий цикл двотактного дизеля виглядає наступним чином. Коли поршень опускається в свою нижню точку, то циліндр наповнюється повітрям. У певний момент часу відкривається випускний клапан і через нього виходять гази. В цей же час через нижні вікна в циліндри надходить повітря.

Принцип дії двотактного дизеля

Примітно те, що в подібних ДВС використовується два види продувки: віконна та клапанно-щілинна. Коли вікна циліндрів використовуються для впуску і випуску – то це віконна система. Якщо випуск налагоджено через спеціальний клапан в циліндрі, а впуск через вікна, значить система клапанно-щілинна. Такий спосіб продування і очищення найбільш оптимальний. Пов'язано це з тим, що не все повітря залишається в циліндрі. Деяка його частина виходить за межі мотора. Так звана прямоточна система очищення забезпечує оптимальне видалення продуктів згоряння з циліндрів. Двотактний дизельний двигун може працювати досить тривалий час. Це обумовлено меншою кількістю механічних дій всередині циліндра. Так поршень починає свій рух з нижньої мертвої точки. В це час закривається впускний клапан і вікна. Отже, починається процес стиснення. Форсунка розташовується у верхній мертвій точці. Паливо запалюється від гарячого повітря. При русі поршня вниз продукт горіння розширюється.

Клапанно-щілинна продування

Істотного підвищення ККД двигуна можна домогтися тільки коли повітря проходить уздовж осі циліндра. Якщо на перших двотактних двигунах застосовувалася кільцева продування, яка не давала належного результату, то надалі використовувалася тільки клапанно-щілинна. Завдяки такій системі вдалося звести до мінімуму обсяг не продуваються областей в циліндрі. Система дозволила трохи раніше закривати випускний клапан. Такий підхід істотно скоротив втрати свіжого заряду і поліпшив наддув. Сьогодні клапанно-щілинна продування використовується на судах та військової техніки.

Переваги двотактного мотора

Перший подібний двигун був представлений світу тоді ж, коли і класичний дизельний 4-тактний ДВС. Відносно недавно з'явилися 2-тактний бензинові двигуни. Ключова особливість - невелика маса. Тут можна говорити про зниження ваги на 40-50 % від класичного дизеля з турбіною. Досить важлива характеристика для сучасного автомобіля, коли розробники намагаються якомога більше знизити масу авто. Ще одна перевага полягає в тому, що пристрій двотактного дизеля дещо простіше свого побратима. Менша кількість запчастин роблять обслуговування дещо простіше і дешевше. Хоча з останнім можна посперечатися, адже далеко не всі стикалися з таким типом моторів. Такий силовий агрегат можна реконструювати і ремонтувати з мінімальною кількістю інструменту. По суті, це спрощений варіант двигуна внутрішнього згоряння. Крім того, наявність нагнітача дозволяє істотно економити пальне. Приблизно 40-50 % дизпалива зберігається завдяки двотактною конструкції. Звичайно, всі мотори мають свої плюси і мінуси. В деяких випадках більш важливі недоліки, так як саме вони обмежують повсюдне застосування.

Про слабких сторонах

Знову ж таки, якщо перераховувати всі недоліки списком, то на пам'ять прийде роторний ДВС. Справа в тому, що тут варто виділити наступні мінуси:

висока вартість обслуговування;

відсутність запасних частин;

велика ціна на двигун.

Перший пункт обумовлений відсутністю майстерень, де готові взятися за ремонт двотактного дизеля. Це цілком природно і логічно адже не так багато виробників випускають серійно подібні мотори, ще менша кількість встановлює їх на автомобілі. На звичайній станції техобслуговування такий силовий агрегат якщо і зроблять, то обійдеться дорого. Але зазвичай виникає відразу третій мінус - немає необхідних запчастин. Точніше, вони є, але тільки під замовлення. Чекати їх можна як місяць, так і більше. Якщо у великих містах і буде можливість відремонтувати такий ДВС і знайти запчастини, то в глибинці це зробити навряд чи вдасться. Ось такі плюси і мінуси має даний дизель. Ну а зараз розглянемо ще кілька важливих деталей.

Трохи про систему змащення

Як ми вже розібралися, цей дизель має свої сильні і слабкі сторони. Вкрай важливою деталлю є система мастила. Вона відповідає за ефективну роботу тертьових деталей та їх охолодження, відмивання від нагару. Всім вже давно відомо, що для цих цілей використовується моторне масло, рекомендоване виробником. У нашому випадку все точно так само. Кілька слів хотілося б сказати про витрату мастильної рідини. Тут економії чекати не варто. Обумовлено це додаванням мастила безпосередньо в паливо для забезпечення нормальної роботи тертьових деталей. Цілком логічно, що витрачатися воно буде дуже швидко, і його потрібно буде регулярно додавати. Більш того, невелике масляне голодування може вивести з ладу двотактні дизелі дуже швидко. Принаймні, на порядок раніше звичайного бензинового ДВЗ. Тому система мастила, швидше, слабка, ніж сильна сторона і про це не потрібно забувати.

Про екологічність

В останні роки інженери постійно намагаються знизити кількість шкідливих речовин, що викидаються вихлопною системою в атмосферу. Питання екології стоїть досить гостро. Якщо в європейських країнах вже давно введені екологічні норми, то в Росії все набагато гірше. Що ж стосується дизелів в цілому, то і вони вже досить давно використовують спеціальні сажеві фільтри і малозольне олії, які значно зменшують шкідливі викиди в атмосферу. У нашому ж випадку було сказано про те, що масло згорає в камері. Це вже великий мінус з точки зору екології. Крім того, частина паливно-повітряної суміші не запалюється і виривається назовні. Все це разом з випускною системою завдає серйозної шкоди атмосфері. Тому двотактні дизелі найбільш доцільно застосовувати у військової техніки та авіації.

Авіаційний дизель

Широке поширення дані типи моторів отримали у льотної техніки. Найбільше використовують на легких літаках. Висока потужність при невеликих габаритах - стали визначальними факторами при виборі силових агрегатів для літаків. Крім того, наявність наддуву і відсутність запалювання зіграли лише в кращу сторону. Робота ДВЗ зупиняється з подачею паливно-повітряної суміші. Варто відзначити, що двотактний судновий дизель не боїться перепаду температур. Більш того, часто великий мороз є додатковим охолодженням ДВЗ, що дуже добре. Все це, поряд з використанням недорогого пального, робить цей дизель вкрай популярним. Правда поширення обмежується складністю установки і обслуговування компресора. Крім того, паливо потрібно додавати мастило, а це також обходиться не дешево. В цілому ж для авіації це відмінний варіант, що обумовлена перерахованими вище факторами.

Підвищена теплова навантаження

Ми розглянули ключові особливості даного мотора. Приміром, тепер ви знаєте яку вагу двигуна і в чому полягають його сильні і слабкі сторони. Але хотілося б розглянути ще кілька конструктивних особливостей силового агрегату. Зокрема, мова піде про систему охолодження. Справа в тому, що двотактний дизель є більш теплонагруженний, ніж 4-тактний. Обумовлено це підвищеною частотою роботи поршня. Виходить, що істотно збільшується температура в камері. Для її зниження необхідно ефективне охолодження. Якщо мова про авіації, то тут все зрозуміло. Високі швидкості і потоки зустрічного повітря роблять свою справу. Це ж стосується і експлуатації у великі морози, коли низька температура навколишнього середовища є тільки плюсом. В інших же випадках необхідно рідинне охолодження. Зазвичай це класична система. Єдине на що варто звернути увагу, так це на справність усіх систем. Перегрів, навіть короткочасний, може привести до заклинювання або інших проблем. У будь-якому випадку можливість такого результату необхідно виключити.

Ресурс дизеля

Окремої уваги заслуговує плановий ресурс даного мотора. Справа в тому, що сам по собі дизель менш життєздатним, ніж бензиновий силовий агрегат. Обумовлено це використанням своєрідного палива. Воно залишає нагар в камері згорання і форсунках. Все це істотно скорочує термін служби. Що ж стосується двотактних ДВЗ на дизелі, то тут багато чого залежить від умов експлуатації і своєчасного обслуговування. Якщо масло змінюється вчасно, а двигун не перегрівається, то може працювати 200000 кілометрів. Для бронетехніки ресурс значно менше і становить близько 100000 кілометрів.

Важливі деталі

Сучасний двотактний дизель характеризується сучасною паливною системою. Працює мотор тихо і плавно. Але так було не завжди. Механічний ТНВД мав свої особливості. Зокрема, на кожну форсунку йшла окрема магістраль. Такий підхід хоч і мав слабкі сторони, але славився своєю надійністю і високою ремонтопридатністю. Пізніше ТНВД удосконалювалися і ставали значно складніше. З'явилася система "Коммон рейл". У паливній рампі такого плану підтримувався тиск близько 2 тисяч кілограм на сантиметр в квадраті. Форсунки стали більш чутливі до якості палива. Погане пальне призводило до їх швидкого виходу з ладу.

Підведемо підсумки

У загальному і цілому, двотактні дизелі будуть розвиватися й удосконалюватися. Так само, як і роторно-поршневі ДВС, вони вважаються недопрацьованими. Проте в недалекому майбутньому вони займуть свою нішу в автомобілебудуванні. Вже сьогодні вони використовуються в авіації і на великих промислових і військових судах. Це надійний і невибагливий щодо мотор, який при належному обслуговуванні буде працювати справно. В цей же час він не позбавлений і проблем. Наприклад, гостро стоїть питання охолодження і змащення. Ще більш важливим є питання екології. Необхідна складна система фільтрації для досягнення екологічних норм. З цієї простої причини масове виробництво, використання таких моторів на всіх типах авто важко і поки не представляється можливим. Але поліпшення системи очищення відпрацьованих газів здатне вирішити цю проблему і призведе до того, що двотактні мотори будуть широко поширені.