Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

сутствии буквы К - тронковый); Р - реверсивный ( при отсутствии бук­ вы Р - нереверсивный); Н - с наддувом (при отсутствии буквы Н - без наддува); С - с реверсивной муфтой; П - с редуктором; Г - газовый.

Примеры: марка 6ДКРН 60/195 означает - шестицилиндровый двухтактный реверсивный двигатель с наддувом и диаметром цилинд­ ра 60 см, ходом поршня 195 см; марка 5ЧН 22/32 означает - пятици­ линдровый четыректактный тронковый нереверсивный двигатель с над­ дувом и размерами цилиндра D = 22 см, 5 = 3 2 см. Иногда в техничес­ кой литературе указывается заводское обозначение двигателя (напри­ мер: ЗД100, Д6, Д50 и др.), поскольку это обозначение понятно только узкому кругу специалистов, оно должно сопровождаться также стан­ дартной маркировкой.

Двигатели зарубежного производства маркируются каждой фир- мой-изготовителем по своим правилам, единой международной систе­ мы маркировки Нет. Более того, фирмы меняют со временем даже соб­ ственную маркировку. На крупнотоннажных морских судах, принад­ лежащих российским судоходным компаниям, в большинстве случаев устанавливают двигатели зарубежного производства.

Ведущим по количеству производимых судовых малооборотных дизелей в мире является концерн «МАН-Бурмейстер и Вайн» (Герма­ ния и Дания соответственно), включая его лицензиатов во многих стра­ нах. Основные серии выпускаемых дизелей: LMC, SMC, КМС и новые серии LME, SME, КМЕ - дизели с электронным управлением подачей топлива и газораспределением. Пример маркировки: 12К98МЕ-С; по российскому стандарту маркировки - 12ДКРН 98/266.

Второе место по производству малооборотных дизелей принадле­ жит объединенному концерну «Вяртсиля-Зульцер» (Финляндия - Швей­ цария), который выпускает малооборотные судовые дизели серии RTA и новую модификацию с электронным управлением RT-flex. Пример маркировки: 6RT-flex58T, по российскому стандарту этот двигатель обозначается 6ДКРН 58/242.

Собственные малооборотные судовые дизели в небольших коли­ чествах выпускают также Япония («Мицсубиси»), Италия («Фиат»), Англия («Доксфорд») и др.

Производство судовых средне- и высокооборотных четырехтакт­ ных дизелей отличается широким разнообразием. Практически все промышленно развитые государства имеют многочисленных произво­ дителей таких дизелей.

В Российской Федерации судовые четырехтактные средне- и вы­ сокооборотные дизели выпускают десять машиностроительных заво­ дов. В г. Брянске на ОАО «Брянский машиностроительный завод» по лицензии концерна «МАН-Бурмейстер и Вайн» производятся малообо­ ротные крейцкопфные реверсивные дизели различных типоразмеров.

§ 1.3* Принцип действия и диаграммы рабочих циклов дизелей

Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределе­ ния современного двухтактного дизеля приведены на рисунке 1.2. Работа двигателя осуществляется следующим образом.

Рис. 1.2. Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма

двухтактного дизеля:

1 - поршень; 2 - втулка рабочего цилиндра; 3 - выпускной коллектор; 4 - выпускной клапан; 5 - форсунка; 6 - продувочный ресивер

Поршень при положении в НМТ полностью открывает продувоч­ ные окна, расположенные равномерно по окружности цилиндровой втулки 2. При открытых продувочных окнах цилиндр сообщается с продувочным ресивером 6, в котором при работе двигателя поддержи­ вается давлениер , в два-три раза больше атмосферного. В цилиндре и

12 Судовые двигатели внутреннего сгорания

в выпускном коллекторе 3 давление меньше p s, поэтому при открытых продувочных и выпускном клапане 4 воздух поступает через окна в цилиндр, затем через клапан и выпускной патрубок поступает в вы­ пускной коллектор. Этот процесс называют продувкой цилиндра. В этом случае цилиндр имеет максимальный объем V= Vc+ Vh, где F - объем камеры сжатия (минимальный объем цилиндра при положении порш­ ня в ВМТ).

При движении поршня вверх он начинает закрывать продувочные окна и в точке е (см. круговую диаграмму на рис. 1.2) полностью их перекрывает, поступление воздуха в цилиндр прекращается. Выпуск­ ной клапан при этом остается еще открытым, поэтому при перемеще­ нии поршня вверх воздух из цилиндра вытесняется в выпускной кол­ лектор, этот процесс называют потерей заряда воздуха. В точке Ь'(а) выпускной клапан закроется, к этому моменту объем цилиндра умень­ шится на величину V"h. Этот объем называют потерянным рабочим объемом цилиндра. Разность Vh - V"h называют полезным рабочим объемом цилиндра и обозначают V'h.

С данного момента начинается процесс сжатия. Давление и тем­ пература воздуха в цилиндре по мере перемещения поршня к ВМТ повышаются. В момент, обозначенный на круговой диаграмме точкой нпф, форсунки 5 (2 или 3 на цилиндр) начинают впрыскивать топливо.

Отношение объемов у/ = V"h/ Vh называют относительной долей

потерянного рабочего объема.

Взаимосвязь между действительной и геометрической степенями сжатия:

£ д =(*о

1 - у /

Следует отметить, что на морском флоте все еще эксплуатируют­ ся двухтактные малооборотные дизели, произведенные во второй по­ ловине XX века, у которых выпуск отработавших газов осуществляет­ ся через выпускные окна в нижней части цилиндровой втулки. Схемы газообмена таких дизелей будут рассмотрены во втором томе учебника в теме «процессы газообмена двухтактных дизелей».

Фазы топливоподачи и газообмена для современных судовых двух­ тактных дизелей составляют:

начало подачи топлива (НПФ) - 5-10° до ВМТ; конец подачи топлива (КПФ) - 5-15° после ВМТ (при полной на­ грузке).

Выпускной клапан:

-открытие (точка Ъ) 60-70° до НМТ;

-закрытие (точка а(Ь') 30-70° после ВМТ. Продувочные окна:

-открытие (точка d) 30-50° до ВМТ;

-закрытие (точка е) 30-50° после НМТ.

Таким образом, в двухтактном двигателе на процессы сжатия, рас­ ширения (рабочий ход) и газообмена отводится примерно по 1/3 (120°) оборота коленчатого вала.

Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределе­ ния четырехтактного дизеля приведены на рисунке 1.4. Работа дви­ гателя осуществляется следующим образом.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля осуществляется за два обо­ рота коленчатого вала и четыре хода поршня. Рассмотрим первый обо­ рот. На схеме цилиндра (рис. 1.4) поршень 1 находится в НМТ, впуск­ ной клапан 6 приоткрыт, выпускной клапан 4 закрыт. При движении поршня к ВМТ в момент, обозначенный точкой d\a), впускной клапан закроется, начнется сжатие воздуха. Дальнейшее протекание процес­ сов полностью аналогично двухтактному дизелю, что видно из диаг­ раммы рабочего цикла на рис. 1.5.

Вконце рабочего хода в точке Ъ открывается выпускной клапан, начинается свободный выпуск газов в выпускной коллектор 3. При достижении поршнем НМТ завершается первый оборот.

Втечение второго оборота осуществляется газообмен. В ниж­ ней части рисунка 1.5 крупным масштабом показано изменение давле­ ния в цилиндре на участке газообмена. Свободный выпуск газов закан­ чивается после ВМТ, когда давление в цилиндре упадет до значения немного больше p s, далее начинается принудительный выпуск газов при движении поршня к ВМТ. В момент, соответствующий точке d открывается впускной клапан. На угловом интервале, обозначенном на круговой диаграмме (рис. 1.4) как «перекрытие клапанов», как и в двухтактном дизеле, устанавливается соотношение давлений р > р > р г, поэтому происходит продувка камеры сгорания воздухом, поступающим из ресивера. Указанный угол называют углом перекрытия клапанов.

Вточке Ъ'закрывается выпускной клапан, начинается наполнение цилиндра воздухом, поступающим из продувочного ресивера при дви­ жении поршня к НМТ. Наполнение цилиндра завершается после про­ хождения поршнем НМТ в точке a(d'), где закрывается впускной кла­ пан. Как видно из рис, 1.5, повышение давления в цилиндре начинает­ ся сразу же после НМТ (точка ан). К моменту закрытия впускного кла­ пана в точке а р ц становится больше p s.

Всилу отмеченного выше в четырехтактных ДВС началом сжатия считают НМТ поршня (точку ан вместо действительной а). При таком допущении геометрические характеристики двигателя будут выражать­ ся следующими формулами:

Таким образом, в четырехтактном двигателе отсутствует понятие потерянного рабочего объема цилиндра, а степень сжатия е равна гео­ метрической степени сжатия.

Как видно из рисунка 1.5, в процессе газообмена поршнем совер­ шается отрицательная работа (так называемая работа насосных ходов поршня), которая уменьшает на 2-3% полезную работу цикла четы­ рехтактного двигателя. Работу насосных ходов принято включать в работу механических потерь двигателя.

Фазы топливоподачи и газообмена для современных форсирован­ ных судовых четырехтактных дизелей составляют:

начало подачи топлива (НПФ) - 10-20° до ВМТ;

Глава Ж

НАГРУЗКА Н А УЗЛЫ И ДЕТАЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 2.1. Механические нагрузки

Во время работы двигателя его узлы и детали испытывают меха­ нические нагрузки, вызываемые главным образом силами давления газов в цилиндрах, силами инерции поступательно движущихся и вра­ щающихся масс (центробежных сил). Дополнительные нагрузки воз­ никают при монтаже деталей, а также при деформациях фундамент­ ной рамы, возникающих при ослаблении и нарушении ее посадки на судовом фундаменте и, в ряде случаев, при деформациях корпуса суд­ на при его неправильной загрузке и при сильном волнении моря.

Сила давления газов Р действует в рабочих цилиндрах и нагружает поршни, втулки цилиндров, стремясь их разорвать по образующей, и крышки, вызывая в них напряжения изгиба. В течение рабочего цикла сила меняет свою величину и может быть определена по индикаторной диаграмме или расчетом. На рис. 2.1 приведены развернутые по углу поворота вала кривые сил давления газов Рги сил инерции поступательно движущихся масс Р для 4-тактного (а) и 2-тактного (б) двигателей.

М еханические нагрузки главным образом вызываются действи­ ем сил давления газов Рг, сил инерции поступательно движущихся масс Р. и центробежных сил инерции вращающихся масс Рц (рис. 2.2).

Силы тяжести деталей, давления наддувочного воздуха в подпоршневой полости и силы трения относительно невелики, и их влиянием можно пренебречь.

Действующая на поршень сила +Рг направлена вниз и совместно с силами инерции нагружает сам поршень. Сила -Р г, действующая на крышку цилиндра, стремится ее изогнуть, разорвать шпильки ее креп-