Как работает дизельный реактивный двигатель? 

Сразу скажу — сам термин многих вводит в заблуждение. ?Реактивный? в бытовом понимании тянет за собой образ турбин, самолётов, огромных скоростей. Но когда речь заходит о дизельных установках, особенно в контексте спецтехники или генерации, тут имеется в виду нечто иное. Это не про реактивную тягу в авиационном смысле, а про принцип организации рабочего процесса в камере сгорания — тот самый дизельный двигатель с вихрекамерным или предкамерным смесеобразованием, где топливо не просто впрыскивается в объём, а активно взаимодействует с воздушным вихрем. Часто путаница возникает из-за кальки с английского ?jet? или общего представления о ?реактивном? как о чём-то стремительном. На деле же, если копнуть, многие современные дизели, особенно малой и средней мощности, используют именно этот подход для улучшения смесеобразования и снижения жёсткости работы. Но обо всём по порядку.

Откуда вообще взялось это ?реактивное? в дизеле

Исторически, если вспомнить разработки начала и середины XX века, инженеры бились над тем, как заставить тяжёлое топливо гореть эффективно и плавно в небольшом объёме. Прямой впрыск тогда был сложен — нужны были насосы высокого давления, точная механика. А вот если создать в камере сгорания дополнительную полость, связанную с основным объёмом узким каналом — горловиной, то в такте сжатия воздух вытесняется в эту полость, закручивается. При впрыске туда топлива начинается предварительное смесеобразование и частичное сгорание, давление резко возрастает, и эта горящая смесь с высокой скоростью вырывается обратно в основную камеру, интенсивно перемешиваясь с остальным воздухом. Вот этот выброс — он и есть ?реактивная? струя, jet. Отсюда и название. Не турбина, а именно струйное смесеобразование.

На практике это давало огромные преимущества для своего времени: двигатель работал мягче, меньше шумел, был менее требователен к качеству топлива и точности момента впрыска. Я сам помню, как разбирал старые двигатели, например, какие-нибудь советские ЧТЗ или даже некоторые модели от ООО Сычуань Синминтай Машинери — у них в маломощных линейках для мотоблоков и насосов часто встречалась именно вихрекамерная схема. Работала она, кстати, весьма надёжно в условиях, когда солярка могла быть не самой чистой, а обслуживание — нерегулярным.

Но и минусы очевидны: дополнительные тепловые потери из-за большой поверхности камеры, худшая экономичность на частичных нагрузках, проблемы с холодным пуском — та самая полость остывает быстрее. Приходилось ставить свечи накаливания. Сейчас, с развитием топливной аппаратуры, прямого впрыска, эта схема в автотракторных двигателях большей мощности отошла на второй план. Однако в нише малых стационарных двигателей, для генераторов, насосных установок, она всё ещё жива благодаря своей выносливости и неприхотливости.

Что происходит внутри в момент работы

Давайте представим такт сжатия. Поршень идёт вверх, сжимая воздух в основной камере над ним. Но поскольку над поршнем есть эта самая связанная камера (часто её делают в головке блока), воздух проталкивается в неё через соединительный канал. Конструкция канала и самой камеры спроектирована так, чтобы воздух не просто перетекал, а закручивался, создавая устойчивый вихрь. Это ключевой момент. Температура воздуха из-за адиабатического сжатия уже высока, под 500–700 градусов.

Ближе к ВМТ (верхней мёртвой точке) форсунка, давление впрыска у которой, кстати, может быть значительно ниже, чем у систем Common Rail, впрыскивает топливо прямо в этот вихрь. Струя топлива подхватывается потоком, дробится, начинается испарение и подготовка к воспламенению. Задержка воспламенения есть, но она короче, чем при прямом впрыске в неорганизованный объём, потому что перемешивание идёт активнее.

И вот тут — кульминация. Первая порция топлива воспламеняется не в основной камере, а именно в этой дополнительной, предкамере. Давление там резко подскакивает, и всё содержимое — уже горящая смесь, несгоревшие капли, раскалённые газы — с огромной скоростью выталкивается обратно через тот же канал в основное пространство над поршнем. Это и есть та самая ?реактивная? струя. Она бьёт в углубление в поршне, окончательно перемешивается с оставшимся там воздухом, и сгорание завершается. Давление нарастает более плавно, отсюда и сниженный шум и вибрации.

Практические нюансы и с чем сталкиваешься в работе

Теория теорией, но когда имеешь дело с такими двигателями в поле, всплывают детали, о которых в учебниках не всегда пишут. Например, та самая горловина, соединяющая камеры. Её сечение и форма — это святое. Если она зарастает нагаром (а при некачественном топливе или изношенных распылителях это происходит довольно быстро), вся гидродинамика ломается. Двигатель начинает работать жёстко, с детонационными стуками, падает мощность, увеличивается дымность. Чистка этих каналов — обязательная процедура при капиталке. Помню случай с дизелем на небольшом судне — владелец жаловался на потерю тяги и чёрный дым. Разобрали — а канал почти наполовину закоксован. После прочистки — как новенький.

Ещё момент — тепловой режим. Головка блока в зоне этой дополнительной камеры испытывает серьёзные термические нагрузки. Трещины — не редкость, особенно если двигатель часто работал с перегрузом или были проблемы с охлаждением. Поэтому к качеству литья и системе охлаждения (будь то воздушная или водяная) требования высокие. К слову, у ООО Сычуань Синминтай Машинери в ассортименте как раз есть обе серии — с воздушным и водяным охлаждением, мощность от 5 до 35 л.с. Для вихрекамерных двигателей водяное охлаждение головки, на мой взгляд, предпочтительнее, оно лучше справляется с локальными перегревами.

Холодный пуск — отдельная история. Объём предкамеры — это дополнительная поверхность, которая остывает. Чтобы запустить такой мотор зимой, почти всегда нужна свеча накаливания, которая прогревает именно эту полость. Если свеча неисправна или время её работы недостаточно — не заведётся, хоть обколотись. А если и заведётся с большим трудом, то будет работать неустойчиво, с белым дымом несгоревшего топлива, пока не прогреется.

Где это ещё можно встретить и почему оно до сих пор актуально

Сейчас, повторюсь, в автомобилях и мощных тракторах царят системы прямого впрыска с электронным управлением. Они экономичнее. Но есть ниши, где простота и живучесть важнее предельного КПД. Это малая энергетика — бензино-дизельные генераторы, особенно в удалённых районах или в странах с не самым развитым сервисом. Это насосные станции для полива, мотоблоки, малые строительные машины. Там, где оборудование может месяцами работать без пристального внимания механика, на топливе сомнительного качества.

Вот, к примеру, продукция, которую поставляет ООО Сычуань Синминтай Машинери — их двигатели находят применение в мотоблоках, ручных тракторах, насосах, генераторах, малых грузовиках и даже на небольших судах. География поставок — весь Китай, Юго-Восточная Азия, Южная Азия, Африка. В этих регионах условия эксплуатации часто экстремальные: пыль, жара, влажность, проблемы с топливной инфраструктурой. И там вихрекамерный дизель, тот самый ?реактивный? по принципу действия, может оказаться более надёжным работягой, чем сложный современный агрегат с множеством точной электроники и требовательный к чистоте солярки.

Кроме того, такой принцип иногда используется в гибридных схемах. Например, в некоторых современных двигателях для снижения выбросов NOx применяют предкамерное зажигание, куда подаётся небольшая порция топлива, чтобы инициировать управляемое объёмное сгорание в основной камере. Технологии возвращаются на новом витке.

Личное мнение и итог

Если отбросить терминологическую путаницу, ?дизельный реактивный двигатель? — это не о полётах, а об умной, пусть и несколько архаичной на сегодня, системе организации сгорания. Это решение, рождённое из необходимости сделать дизель более культурным, плавным и всеядным. Оно не идеально, у него есть свои уязвимые места, о которых я упомянул.

Работая с такой техникой, понимаешь, что главное — это баланс. Баланс между сложностью конструкции и простотой обслуживания, между эффективностью и надёжностью. Для многих применений, особенно в рамках малой механизации и автономного энергоснабжения, этот баланс, достигнутый в вихрекамерных дизелях, до сих пор остаётся оптимальным.

Так что, когда в следующий раз услышите про ?реактивный дизель?, не думайте про сопло и турбину. Вспомните про ту самую маленькую камеру в головке блока, где рождается управляемый огненный вихрь, который, вырываясь наружу, заставляет поршень двигаться плавно и уверенно. Это и есть суть — не реактивная тяга, а реактивное смесеобразование. Просто, гениально и по-своему красиво с инженерной точки зрения.