Двигатель Д-21 трактора Т-25: устройство, принцип работы, рабочий цикл и особенности

Введение

Двигатель Д-21 — двухцилиндровый дизельный двигатель воздушного охлаждения, который широко применялся на тракторе Т-25 и других сельскохозяйственных машинах. Это четырехтактный дизельный силовой агрегат с непосредственным впрыском топлива и без компрессора. Конструкция двигателя отличается сравнительно простой схемой, ремонтопригодностью и унификацией большого количества деталей. Двигатель относится к семейству дизелей воздушного охлаждения, разработанных Владимирским тракторным заводом. На базе этого семейства выпускались силовые агрегаты с различным количеством цилиндров — от двух до шести. Двигатели семейства имеют значительную степень унификации. Общими для различных модификаций являются многие детали кривошипно-шатунного механизма, газораспределения, цилиндров и головок цилиндров. К унифицированным деталям относятся:

• поршни;
• шатуны;
• поршневые кольца;
• коренные вкладыши;
• шатунные вкладыши;
• элементы механизма газораспределения;
• цилиндры;
• головки цилиндров.

Основными несущими элементами двигателя являются блок-картер, кожух маховика, крышка распределительных шестерен и передний лист. На этих деталях закрепляются остальные узлы и агрегаты силового агрегата.

---

Устройство и назначение двигателя Д-21

Двигатель Д-21 представляет собой четырехтактный двухцилиндровый дизель воздушного охлаждения. Основные особенности двигателя:

• дизельный принцип работы;
• четыре такта рабочего цикла;
• два цилиндра;
• непосредственный впрыск топлива;
• воздушное охлаждение;
• механическая система газораспределения;
• принудительная система смазки;
• наличие уравновешивающего механизма;
• электрический запуск от стартера.

Двигатель рассчитан на эксплуатацию в составе трактора Т-25 и других машин, где требуется компактный и достаточно простой дизельный силовой агрегат. Помимо тракторов Т-25, двигатели данного семейства применялись на тракторных самоходных шасси Т-16М, а также на некоторых других видах техники.

---

Основные узлы двигателя Д-21

Конструкция двигателя состоит из большого количества деталей и механизмов, объединенных в единую систему. Основными элементами являются:

1. блок-картер;
2. цилиндры;
3. головки цилиндров;
4. кривошипно-шатунный механизм;
5. коленчатый вал;
6. поршни;
7. шатуны;
8. механизм газораспределения;
9. распределительный вал;
10. топливная аппаратура;
11. система смазки;
12. система воздушного охлаждения;
13. уравновешивающий механизм;
14. декомпрессионный механизм;
15. маховик;
16. стартер;
17. генератор;
18. вентилятор;
19. кожух маховика;
20. крышка распределительных шестерен.

Все основные агрегаты закрепляются непосредственно на элементах остова двигателя.

---

Расположение агрегатов двигателя Д-21

Компоновка двигателя позволяет получить удобный доступ к основным механизмам и узлам при техническом обслуживании.

Левая сторона двигателя

Если смотреть по ходу движения трактора, с левой стороны располагаются основные элементы топливной и газообменной систем. Здесь находятся:

• топливная аппаратура;
• впускной трубопровод;
• выпускной трубопровод;
• средний дефлектор;
• свеча подогрева во впускном трубопроводе.

Топливная аппаратура обеспечивает дозированную подачу дизельного топлива в цилиндры. Свеча подогрева используется для облегчения запуска двигателя при низкой температуре окружающего воздуха.

---

Передняя часть двигателя

В передней части двигателя Д-21 расположены элементы систем смазки, охлаждения, питания и контроля. Здесь находятся:

• маслозаливная горловина;
• осевой вентилятор;
• генератор, встроенный в конструкцию вентилятора;
• счетчик моточасов;
• реактивная центрифуга;
• фильтры грубой и тонкой очистки топлива;
• щуп-масломер;
• шкив привода вентилятора и генератора.

На шкиве имеются специальные метки, используемые при регулировке двигателя:

• ВМТ — верхняя мертвая точка;
• НМТ — нижняя мертвая точка;
• Т — начало подачи топлива топливным насосом.

Вентилятор является важнейшим элементом системы воздушного охлаждения. Он обеспечивает принудительный поток воздуха через охлаждающие поверхности цилиндров и головок.

---

Правая сторона двигателя

На правой стороне двигателя размещены элементы пуска, декомпрессионного механизма и топливной системы. Здесь находятся:

• механизм привода декомпрессора;
• пусковой стартер;
• форсунки;
• кожух вентилятора.

Декомпрессионный механизм облегчает проворачивание коленчатого вала при запуске двигателя, особенно при низкой температуре. Форсунки обеспечивают впрыск топлива непосредственно в камеры сгорания цилиндров.

---

Задняя часть двигателя

К задней части блок-картера непосредственно крепится кожух маховика. Маховик предназначен для накопления кинетической энергии и сглаживания неравномерности вращения коленчатого вала. Для двухцилиндрового дизельного двигателя это особенно важно, поскольку рабочие ходы цилиндров происходят неравномерно.

---

Рабочий цикл двигателя Д-21

Двигатель Д-21 работает по четырехтактному циклу. Полный рабочий цикл состоит из четырех последовательных тактов:

1. впуск;
2. сжатие;
3. рабочий ход;
4. выпуск.

Для выполнения полного цикла коленчатый вал совершает два оборота, то есть поворачивается на 720°.

---

Такт впуска

Во время впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней. Впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение. Благодаря этому в цилиндр через воздухоочиститель и впускной трубопровод поступает очищенный воздух. После достижения поршнем нижней мертвой точки начинается следующий такт.

---

Такт сжатия

После окончания впуска поршень движется от нижней мертвой точки к верхней. Оба клапана закрыты. Воздух, находящийся внутри цилиндра, сжимается. Степень сжатия достаточно высока, поэтому температура воздуха значительно увеличивается. Согласно исходным техническим данным, давление сжатого воздуха достигает примерно 42 ат, а температура повышается до 650–700 °C. Незадолго до прихода поршня в верхнюю мертвую точку в камеру сгорания через форсунку впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо. Давление впрыска составляет примерно 170–175 ат. Раскаленный от сжатия воздух обеспечивает воспламенение топлива без использования искры.

---

Рабочий ход

После впрыска топливо воспламеняется и сгорает в камере сгорания. В результате быстрого сгорания топливовоздушной смеси резко увеличиваются давление и температура газов. Согласно техническим данным, температура газов в камере сгорания может достигать около 1750 °C, а давление — порядка 72 ат. Под воздействием высокого давления газы перемещают поршень от верхней мертвой точки к нижней. Именно во время этого такта энергия сгорающего топлива преобразуется в механическую работу. Оба клапана в процессе рабочего хода закрыты.

---

Такт выпуска

После рабочего хода поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней. Выпускной клапан открывается, а отработавшие газы вытесняются из цилиндра через выпускной трубопровод. После завершения выпуска цилиндр освобождается от продуктов сгорания и снова готов к поступлению свежего воздуха. Далее начинается новый цикл.

---

Порядок работы цилиндров Д-21

Для двигателя Д-21 используется порядок работы цилиндров: 1–2. Колена коленчатого вала расположены относительно друг друга под углом 180°. Поэтому рабочий ход во втором цилиндре происходит через 180° после рабочего хода в первом. В результате двигатель имеет два рабочих хода, следующих один за другим. После этого следующий рабочий ход в первом цилиндре происходит через 540° после рабочего хода во втором. Такая последовательность приводит к определенной неравномерности вращения коленчатого вала. Для уменьшения колебаний частоты вращения используется маховик. Его масса подобрана таким образом, чтобы сглаживать неравномерность вращения и обеспечивать более стабильную работу двигателя.

---

Таблица рабочего цикла двигателя Д-21

Полуоборот	Угол поворота коленчатого вала	1-й цилиндр	2-й цилиндр
1-й	180°	Рабочий ход	Сжатие
2-й	360°	Выпуск	Рабочий ход
3-й	540°	Впуск	Выпуск
4-й	720°	Сжатие	Впуск

После 720° цикл повторяется сначала.

---

Силы, возникающие при работе двигателя

Во время работы двигателя в кривошипно-шатунном механизме возникают значительные нагрузки. Основными являются:

• силы давления газов;
• силы инерции движущихся масс;
• силы трения;
• силы полезного сопротивления на валу двигателя.

Силы инерции, в свою очередь, подразделяются на силы, возникающие от возвратно-поступательно движущихся масс, и силы инерции вращающихся деталей.

---

Силы давления газов

При сгорании топлива в цилиндрах возникает высокое давление. Оно воздействует на днище поршня и через шатун передается на коленчатый вал. В результате создается крутящий момент, который используется для выполнения полезной работы двигателя. Одновременно возникает опрокидывающий момент, воздействующий на корпус двигателя. Этот момент воспринимается опорами двигателя и передается на раму трактора. По величине опрокидывающий момент соответствует крутящему моменту, но направлен в противоположную сторону.

---

Силы инерции возвратно-поступательных масс

Поршни и связанные с ними элементы совершают возвратно-поступательное движение. При изменении направления движения возникают силы инерции. Эти силы создают дополнительные нагрузки на двигатель и проявляются в виде:

• крутящего момента;
• опрокидывающего момента;
• свободной силы, направленной вдоль оси цилиндра.

Часть этих нагрузок передается через опоры двигателя на раму трактора.

---

Силы инерции вращающихся масс

Вращающиеся детали коленчатого вала также создают силы инерции. Основной такой силой является центробежная сила. Она:

• имеет постоянное направление относительно вращающегося кривошипа;
• направлена по радиусу кривошипа;
• приложена в районе шатунной шейки;
• передается через коренные подшипники на блок-картер.

Далее возникающие нагрузки воспринимаются опорами двигателя и передаются на раму трактора.

---

Уравновешивание двигателя Д-21

Для двухцилиндрового двигателя проблема вибраций имеет большое значение. Из-за особенностей движения поршней и расположения кривошипов в двигателе возникают неуравновешенные силы. Уравновешивающий механизм предназначен для снижения их воздействия. Он создает силы, которые по величине соответствуют неуравновешенным силам, но имеют противоположное направление. Благодаря этому уменьшается передача вибраций на блок-картер, опоры двигателя и раму трактора. Это повышает плавность работы силового агрегата и снижает динамические нагрузки на конструкцию трактора.

---

Когда двигатель считается уравновешенным

Двигатель считается уравновешенным при таком установившемся режиме работы, когда на его опоры и далее на раму трактора действуют усилия, которые остаются постоянными по величине и направлению. Полностью исключить все динамические нагрузки в реальном работающем двигателе невозможно, однако правильно рассчитанный и исправный уравновешивающий механизм существенно снижает их воздействие.

---

Остов двигателя Д-21

Остовом двигателя называют основные детали, образующие его силовой каркас. К остову двигателя Д-21 относятся:

• блок-картер;
• цилиндры;
• головки цилиндров;
• картер маховика;
• крышка распределительных шестерен;
• передний лист.

Именно на этих деталях закрепляются остальные механизмы, агрегаты и вспомогательные элементы. Блок-картер является центральной несущей деталью. На нем размещаются основные опоры коленчатого и распределительного валов. К задней части крепится картер маховика, а с передней стороны устанавливаются элементы привода и крышка распределительных шестерен.

---

Система воздушного охлаждения

Одной из главных особенностей Д-21 является воздушное охлаждение. В отличие от двигателей с жидкостной системой охлаждения здесь отсутствуют радиатор, водяной насос и рубашка охлаждения. Охлаждение обеспечивается потоком воздуха, создаваемым осевым вентилятором. Вентилятор направляет воздух на охлаждающие поверхности цилиндров и головок. Для правильного распределения воздушного потока используются дефлекторы и кожух вентилятора. Эффективность охлаждения непосредственно зависит от состояния вентилятора, кожуха и охлаждающих поверхностей. Загрязнение ребер цилиндров и головок ухудшает отвод тепла и может привести к перегреву двигателя.

---

Особенности топливной системы

Д-21 является дизельным двигателем с непосредственным впрыском топлива. Дизельное топливо подается топливным насосом высокого давления к форсункам. Форсунки распыляют топливо непосредственно в камеры сгорания цилиндров. Для нормальной работы двигателя важны:

• исправность топливного насоса;
• правильный момент начала подачи топлива;
• чистота топлива;
• исправность форсунок;
• исправность топливных фильтров;
• отсутствие подсоса воздуха в топливную систему.

Нарушение работы любого из этих элементов может привести к затрудненному запуску, потере мощности, увеличению расхода топлива и появлению дымности выхлопа.

---

Значение маховика в конструкции Д-21

Маховик является важным элементом двигателя. Основная его задача — сглаживание неравномерности вращения коленчатого вала. Особенно это необходимо для двухцилиндрового дизеля, поскольку рабочие ходы происходят неравномерно. Во время рабочего хода маховик получает часть энергии вращения, а в периоды, когда двигатель не развивает полезный крутящий момент, отдает накопленную энергию. Кроме того, маховик участвует в процессе запуска двигателя и связан с механизмом передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии трактора.

---

Значение декомпрессионного механизма

Декомпрессор используется для облегчения проворачивания двигателя при запуске. При его включении уменьшается сопротивление сжатию в цилиндрах, благодаря чему стартеру легче вращать коленчатый вал. После того как коленчатый вал набрал необходимую частоту вращения, декомпрессионный механизм отключается и двигатель начинает работать в штатном режиме. Особенно полезен декомпрессор при запуске двигателя в холодное время года.

---

Основные особенности двигателя Д-21

Двигатель получил широкое распространение благодаря сочетанию относительно простой конструкции и возможности технического обслуживания в условиях ремонтных мастерских. К основным особенностям можно отнести:

• двухцилиндровую конструкцию;
• дизельный рабочий процесс;
• непосредственный впрыск топлива;
• воздушное охлаждение;
• четырехтактный цикл;
• унификацию деталей с другими двигателями семейства;
• наличие уравновешивающего механизма;
• механический декомпрессор;
• простую и ремонтопригодную конструкцию.

---

Типичные проблемы двигателя Д-21

При длительной эксплуатации двигателя могут возникать различные неисправности. Наиболее распространенные из них связаны с:

• износом цилиндров и поршневой группы;
• износом поршневых колец;
• снижением компрессии;
• износом вкладышей;
• неисправностью топливной аппаратуры;
• нарушением регулировки клапанов;
• загрязнением системы охлаждения;
• износом подшипников;
• снижением давления масла;
• неисправностью стартера;
• проблемами с генератором;
• нарушением работы декомпрессионного механизма.

Для точной диагностики необходимо проверять не отдельный узел, а двигатель в комплексе.

---

Что важно проверять при обслуживании Д-21

Чтобы двигатель надежно работал на тракторе Т-25, необходимо регулярно контролировать его основные системы. Особое внимание следует уделять:

1. уровню и состоянию моторного масла;
2. давлению масла;
3. состоянию топливных фильтров;
4. чистоте ребер цилиндров;
5. состоянию кожуха вентилятора;
6. работе вентилятора;
7. состоянию форсунок;
8. работе топливного насоса;
9. регулировке клапанов;
10. состоянию поршневой группы;
11. работе стартера;
12. работе генератора;
13. состоянию декомпрессионного механизма.

Регулярное обслуживание позволяет выявлять неисправности до появления серьезных повреждений.

---

Таблица основных характеристик и элементов Д-21

Параметр / элемент	Значение или назначение
Тип двигателя	Дизельный
Рабочий цикл	Четырехтактный
Количество цилиндров	2
Охлаждение	Воздушное
Впрыск топлива	Непосредственный
Наддув	Отсутствует
Рабочие такты	Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск
Порядок работы цилиндров	1–2
Угол между кривошипами	180°
Полный цикл	720° поворота коленчатого вала
Сжатие воздуха	До примерно 42 ат
Температура воздуха при сжатии	Около 650–700 °C
Давление впрыска	Около 170–175 ат
Температура газов	До примерно 1750 °C
Давление газов	До примерно 72 ат
Основная несущая деталь	Блок-картер
Система запуска	Стартер
Облегчение запуска	Декомпрессионный механизм
Охлаждающий элемент	Осевой вентилятор
Уравновешивание	Уравновешивающий механизм

Числовые параметры приведены по исходным техническим данным; при практическом ремонте следует ориентироваться на руководство по конкретной модификации двигателя и фактические технические условия.

---

FAQ — 15 вопросов и ответов

1. Что представляет собой двигатель Д-21?

Д-21 — двухцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель воздушного охлаждения с непосредственным впрыском топлива. Он широко применялся на тракторе Т-25 и других машинах.

2. Сколько цилиндров у двигателя Д-21?

Двигатель Д-21 имеет два цилиндра. Он относится к семейству дизелей воздушного охлаждения, в котором использовались также трех-, четырех- и шестицилиндровые исполнения.

3. Какой тип охлаждения используется в Д-21?

В двигателе применяется воздушное охлаждение. Поток воздуха создается осевым вентилятором и направляется на охлаждаемые поверхности цилиндров и головок.

4. Какой рабочий цикл у двигателя Д-21?

Двигатель работает по четырехтактному циклу: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

5. Какой порядок работы цилиндров Д-21?

Рабочий порядок цилиндров — 1–2.

6. На какой угол разнесены кривошипы коленчатого вала?

Кривошипы коленчатого вала расположены относительно друг друга под углом 180°.

7. Сколько оборотов делает коленчатый вал за полный рабочий цикл?

Полный четырехтактный цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, то есть за 720°.

8. Для чего нужен маховик двигателя Д-21?

Маховик сглаживает неравномерность вращения коленчатого вала, возникающую из-за особенностей работы двухцилиндрового двигателя.

9. Для чего нужен декомпрессор?

Декомпрессионный механизм уменьшает сопротивление сжатию при запуске двигателя и облегчает проворачивание коленчатого вала стартером.

10. Где находится топливная аппаратура?

Основные элементы топливной аппаратуры расположены с левой стороны двигателя. Форсунки установлены со стороны правой части двигателя.

11. Для чего нужна свеча подогрева?

Свеча подогрева облегчает запуск дизельного двигателя при низкой температуре окружающего воздуха.

12. Почему двигатель Д-21 может перегреваться?

Одной из причин является ухудшение воздушного охлаждения. Например, ребра цилиндров и головок могут быть загрязнены, а кожух или вентилятор могут работать неправильно.

13. Зачем двигателю уравновешивающий механизм?

Он снижает воздействие неуравновешенных сил, возникающих при движении поршней и вращении деталей кривошипно-шатунного механизма.

14. Из чего состоит остов двигателя Д-21?

Основными деталями остова являются блок-картер, цилиндры, головки цилиндров, картер маховика, крышка распределительных шестерен и передний лист.

15. На каких машинах устанавливался двигатель Д-21?

Д-21 использовался на тракторе Т-25, а двигатели этого семейства применялись также на самоходных шасси Т-16М и других машинах.

---

Заключение

Двигатель Д-21 трактора Т-25 — двухцилиндровый четырехтактный дизельный силовой агрегат с непосредственным впрыском топлива и воздушным охлаждением. Конструкция двигателя включает блок-картер, цилиндры, головки цилиндров, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, топливную аппаратуру, систему смазки, вентилятор, генератор, стартер, маховик и уравновешивающий механизм. Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Полный цикл выполняется за 720° поворота коленчатого вала. Особенностью двухцилиндровой конструкции является неравномерность крутящего момента. Для ее уменьшения используется маховик, а снижения вредного воздействия неуравновешенных сил обеспечивает специальный уравновешивающий механизм. При эксплуатации Т-25 большое значение имеет правильное обслуживание двигателя. Необходимо контролировать систему смазки, состояние топливной аппаратуры, чистоту охлаждающих поверхностей, работу вентилятора, состояние поршневой группы и механизмов газораспределения. При своевременном техническом обслуживании и грамотном ремонте двигатель Д-21 способен длительное время сохранять работоспособность и выполнять основные задачи, для которых он установлен на тракторе Т-25.