§ 2.4 Судовые двигатели внутреннего сгорания.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) процесс преобразования энергии топлива в механическую работу происходит непосредственно внутри рабочего цилиндра. Дизелями называют ДВС, работающие с самовоспламенением подаваемого топлива в среде сжатого в цилиндре воздуха, в отличие от карбюраторных двигателей (с внешним смесеобразованием), в которых воспламенение смеси воздуха и топлива поступающего в цилиндр, осуществляется принудительно – от электросвечи.

Дизели, приводящие в движение судовые движители, называют главными, а обеспечивающие работу генераторов судовой электростанции или других механизмов – вспомогательными.

Рабочим телом ДВС является газ, образующийся от сгорания топлива в цилиндре. Потенциальная энергия рабочего тела, имеющего высокое начальное давление и температуру, при помощи поршня и кривошипно-шатунного механизма преобразуется в механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя.

По способу осуществления рабочего цикла ДВС делятся на 4-х и 2-х тактные. Тактом называется часть цикла, происходящая за один ход поршня от одной до другой мёртвой точки его движения.

Схема работы и рабочий цикл 4-х тактного дизеля (см. рис.12а). Во время первого такта поршень движется вниз и через открытый всасывающий клапан в цилиндр поступает свежий воздух. Когда поршень начинает подниматься, всасывающий клапан закрывается и происходит второй такт – сжатие воздуха. К моменту прихода поршня в верхнее положение давление и температура воздуха в камере сгорания повышаются и при впрыске топлива в цилиндр оно самовоспламеняется. Во время третьего такта происходит горение топлива и расширение газов, т. е. совершается рабочий ход. После открытия выпускного клапана происходит четвёртый такт – выталкивание поршнем газов. После чего цикл повторяется.

Таким образом, в 4-х тактном двигателе полный цикл завершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала.

В 2-х тактном дизеле (см. рис.13а) цилиндр очищается от отработавших газов и заполняется свежим зарядом воздуха продувочным устройством через окна, расположенные в нижней части цилиндра. Рабочий цикл в таком двигателе начинается с такта сжатия при ходе поршня вверх, когда поршень своей верхней кромкой перекроет продувочные окна.

После впрыска в цилиндр топлива оно самовоспламеняется и начинается второй такт: горение топлива, расширение газов, их удаление из цилиндра и заполнение цилиндра свежим зарядом воздуха.

Расширение газов в цилиндре продолжается до открытия выпускного клапана, через который происходит свободный выпуск газов. При открытии поршнем продувочных окон начинается принудительная продувка цилиндра от оставшихся газов и заполнение его свежим зарядом воздуха, поступающего из ресивера. Когда выпускные клапана или продувочные окна закроются, цикл повторяется.

Рис. 12. Схема и рабочий цикл 4-х тактного ДВС

Рис. 13. Схема и рабочий цикл 2-х тактного ДВС

Таким образом, в 2-х тактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

Продолжительность тактов, определяемая отрезком времени между началом открытия и концом закрытия органов газораспределения, выраженная в углах поворота коленчатого вала, называется фазами газораспределения. Графически фазы газораспределения изображаются в виде круговой диаграммы, примеры которых показаны на рис.12в и рис.13в.

Полезная работа, развиваемая газами в цилиндре двигателя, называется индикаторной. Эта работа эквивалентна площади индикаторной диаграммы, снятой в процессе испытания двигателя.

Индикаторной диаграммой называется графическое изображение в системе координат P – V последовательности тактов и соответствующих им процессов, составляющих рабочий цикл ДВС (см. рис.12б и 13б).

Мощность, кВт, полученная от работы газов в цилиндре двигателя, называется индикаторной и составляет:

N_і = ,

где - среднее индикаторное давление газов, кПа; D, S – диаметр цилиндра и ход поршня, м; n – частота вращения об/с; z- коэффициент тактности (для 2-х тактных ДВС z = 1; для 4-х тактных z = 0,5); і – число цилиндров в двигателе.

Каждый двигатель имеет условное обозначение, состоящее из букв и цифр. Буквы означают: Ч – 4-х тактный , Д – 2-х тактный, ДД – 2-х тактный двойного действия; Р – реверсивный, С – с реверсивной муфтой, П – с редукторной передачей, К – крейцкопфный, Н – с наддувом. Цифры означают: первая – число цилиндров; в дроби – числитель диаметр цилиндра , см, знаменатель – ход поршня, см. Например, 7ДКРН 80/160 или 12ЧРН 40/46. Двигатели могут иметь и заводскую маркировку. Двигатели иностранного производства имеют фирменную маркировку.

Двигатели в конструктивном исполнении бывают тронковые и крейцкопфные.

Наибольшее применение на морских транспортных судах имеют малооборотные 75 – 200 об/мин (МОД), 2-х тактные крейцкопфные реверсивные двигатели с прямой передачей мощности на движитель. Наряду с МОД на судах используют среднеоборотные с частотой вращения 380 – 600 об/мин (СОД).

Устройство ДВС и общая компоновка его основных узлов и деталей показаны на примере 4-х тактного рядного двигателя (см. рис.14).

В состав неподвижных деталей, образующих остов двигателя, входят фундаментная рама с поддоном 1, станина 2, блок цилиндров 3 и крышки цилиндров 4. Полость, образованная станиной и фундаментной рамой, называется картерным пространством (картером) 5.

В состав подвижных деталей, образующих кривошипно-шатунный механизм (КШМ), входят поршень 7, поршневые кольца 8, поршневой палец, шатун 10, коленчатый вал 11 (поршневые штоки и крейцкопфы у крейцкопфных двигателей), маховик 12 и др.

Работу ДВС обеспечивают системы, каждая из которых имеет определённые назначения.

Пусковая система предназначена для пуска ГД и вспомогательных двигателей. Для пуска двигателя необходимо, преодолев сопротивление трущихся частей подвижных деталей и навешенных механизмов, сообщить коленчатому валу такую частоту вращения, при которой станет возможным осуществление рабочего процесса в цилиндре двигателя. Для пуска двигателя чаще всего используется энергия сжатого воздуха или электрическая энергия (стартерный пуск).

Топливная система предназначена для подачи топлива в цилиндр двигателя. Впрыск топлива в цилиндр производится топливным насосом высокого давления (ТНВД) и форсункой.

Назначение системы смазки двигателей состоит в подаче масла для смазки трущихся деталей с целью уменьшения износа, а также отвода тепла. Непрерывная подача масла к трущимся поверхностям деталей в двигателях осуществляется путём циркуляции масла под давлением в циркуляционной масляной системе. Точечная смазка втулок и некоторых навешенных механизмов у мощных двигателей осуществляется насосами – лубрикаторами.

Впускная и выпускная системы служат для подачи воздуха к цилиндрам двигателя и отвода отработанных газов от них в атмосферу.

Вопросы для повторения:

1. Дайте определение понятию «двигатель внутреннего сгорания» (ДВС).

2. Какие ДВС называются «дизелями»?

3. Объясните принцип действия ДВС.

4. Объясните рабочий цикл 4-х тактного ДВС.

5. Объясните рабочий цикл 2-х тактного ДВС.

6. Что называется «тактом» и «фазами газораспределения»?

7. Назовите органы газораспределения 4-х тактного ДВС.

8. Изобразите и объясните круговую диаграмму 4-х тактного ДВС.

9. Изобразите и объясните круговую диаграмму 2-х тактного ДВС.

10. Назовите органы газораспределения 2-х тактного ДВС.

11. Дайте определение понятию индикаторная диаграмма ДВС.

12. Используя индикаторную диаграмму 4-тактного ДВС, объясните принцип его работы .

13. Используя индикаторную диаграмму 2-тактного ДВС, объясните принцип его работы .

14. Запишите выражение мощности ДВС и объясните все величины входящие в неё.

15. Какими условными обозначениями маркируются ДВС?

16. Расшифруйте маркировку двигателя 9ДКРН 76/150.

17. Расшифруйте маркировку двигателя 54ЧН 40/46.

18. Назовите неподвижные детали ДВС.

19. Назовите подвижные детали ДВС.

Рис. 14. Устройство 4-х тактного ДВС.

Рис. 15. Судовые насосы.

Рис. 16. Поршневой компрессор.

21. Какие двигатели называются тронковыми?

22. Какие двигатели называются крейцкопфными?

23. Назовите системы обслуживающие ДВС в работе.

24. Назначение и основные элементы пусковой системы ДВС.

25. Назначение и основные элементы топливной системы ДВС.

26. Назначение и основные элементы системы смазки ДВС.

27. Как осуществляется циркуляционная смазка ДВС?

28. Как осуществляется лубрикаторная смазка ДВС?

29. Назначение и основные элементы системы впуска и выпуска ДВС.