Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

Задача внедрения электронного управления заключалась в даль­ нейшей оптимизации рабочего процесса двигателей RTA, сокращении вредных выбросов с выхлопными газами и снижении удельного расхо­ да топлива. Электроника позволила повысить гибкость в управлении углом опережения впрыска топлива, законом подачи топлива и их оп­ тимизации на всем диапазоне рабочих режимов.

Также было реализовано управление фазами закрытия выхлопно­ го клапана (VEC - Variable Exhaust valve Closing - рис. 14.14). Более раннее закрытие клапана на режимах малых нагрузок позволило повы­ сить действительную степень сжатия в цилиндрах и тем самым со­ здать лучшие условия для сгорания топлива и избежать дымления.

Одним из важнейших изменений в двигателе явилось внедрение аккумуляторной системы топливоподачи, состоящей из ТНВД, создаю­ щего давление в 1 ООО бар, аккумулятора топлива и электронно-управ­ ляемых клапанов, распределяющих топливо по форсункам (рис. 14.15).

Аккумулятор представляет собой толстостенную трубу, идущую по всей длине двигателя на уровне крышек цилиндров, в которой раз-

Блок

гидроусшг. Клапан управления n fjf выхл. клап.

топливоподачей ^ 3~~

а~-

Рис. 14.15. Аккумуляторные системы управления топливоподачей

и выхлопным клапаном

мещается необходимый для впрыска объем топлива, находящегося под давлением 1000 бар, и устройство демпфирования возникающих в ней волн давления. Подача и сжатие топлива до отмеченного давления осу­ ществляется в обычных ТНВД, плунжеры которых приводятся в дей­ ствие многокулачковым валиком.

Из аккумулятора топливо поступает к стандартным форсункам, открытие и закрытие игл которых происходит обычным путем под дав­ лением топлива, попадающего к каждой из них от управляющего кла­ пана. Последний устанавливает момент открытия иглы - угол опере­ жения, количество впрыскиваемого топлива и форму кривой подачи топлива (закон подачи).

Три форсунки в каждом цилиндре управляются независимо одна от другой - программируются на работу каждая по отдельности или по мере необходимости в унисон (см. рис. 14.15). Управление клапаном осуществляется посредством микропроцессорной системы электрон­ ного управления WECS 9500, имеющей модульное исполнение с от­ дельным микропроцессором для каждого цилиндра. На эту же систе­ мы возложены функции контроля за всем двигателем.

Ключевыми чертами аккумуляторной системы топливоподачи фирмы «Зульцер» являются:

►отмеривание величины объемной подачи топлива с высокой точностью, что обеспечивает более равномерную работу дви­ гателя и низкий уровень вибраций, вызываемых неуравнове­ шенными силами и моментами;

►возможность менять форму кривой подачи (закон подачи) и величину давлений впрыска;

►идеально соответствует использованию тяжелых топлив с раз­ личными характеристиками;

►обеспечивает устойчивую работу на самых малых оборотах (10-12 об/мин);

►полное сгорание топлива без видимых следов дыма на выхлопе. Возможность менять закон подачи топлива и тем самым снижать температуры цикла позволила существенно снизить содержание окис­

лов азота в выхлопных газах (см. рис. 14.16).

Как уже отмечалось, электронная система включает также управ­ ление гидроприводом выхлопного клапана и системой пуска двигателя (рис. 14.18).

Открытие и закрытие выхлопных клапанов осуществляется ана­ логично тому, как это реализовано в двигателях RTA, но гидротолка­ тель приводится в действие гидромаслом, предварительно сжатым до

Частичная нагрузка с Частичная нагрузка без 1

Подъем клапана

100% нагрузка без VEC

200 бар и находящимся в аккумуляторе. Сжимается масло специаль­ ным насосом, расположенным в одном блоке с ТНВД.

Электронно-управляемый блок 4 гидроусилителя клапана позво­ ляет для каждого клапана в широких пределах менять фазы его откры­ тия и закрытия. Как уже отмечалось, фирма в целях увеличения давле­ ния сжатия в цилиндрах прибегает к сокращению продолжительности открытия клапана. Благодаря этому, как видно из рис. 14.19, давление в цилиндре на частичных нагрузках существенно увеличивается, и это положительно отражается на полноте сгорания топлива.

Глава I S

ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ СУДОВЫ Х ДИЗЕЛЕЙ

За прошедшие 10-15 лет в конструкции судовых дизелей произош­ ли радикальные изменения, и вызвано это было необходимостью по­ высить удельную мощность и экономичность, надежность и моторе­ сурс и одновременно снизить уровень эмиссии выхлопных газов. Если в 70-80-е годы повышение мощности достигалось путем увеличения размеров двигателей (диаметры цилиндров были доведены до 105— 106 см), то сегодня наблюдается обратная тенденция - к снижению размеров двигателей. Крейцкопфные двигатели строятся с диаметрами цилиндров в диапазоне 26-96 см, а увеличение мощности обеспечива­ ется наддувом. В свою очередь, форсировка наддувом влечет за собой рост уровней тепловых и механических напряжений в элементах кон­ струкции двигателей. В новых конструкциях снижению нагрузок было уделено особое внимание. Были внедрены новые решения в организа­ цию охлаждения цилиндро-поршневой группы, позволившие снизить температуры рабочих поверхностей поршня, крышки и втулки цилин­ дра в районе камеры сгорания, уменьшить температурные перепады в их стенках при одновременном повышении температур зеркала цилин­ дра в его средней и нижней частях, чтобы предотвратить конденсацию на них воды и серной кислоты.

С ростом наддува обычно увеличиваются максимальные давле­ ния цикла, что неизбежно влечет за собой рост механических нагру­ зок, вызывающих повышение напряжений и деформацию конструк­ тивных элементов.

В ряде машин конструкторы пошли на радикальные изменения в организации рабочего процесса. Практически меняется рабочий цикл - от цикла с высокими степенями повышения давления Я = p j p c= 1,4-1,5 пёреходят к Я = 1,05-1,1 (практически возврат к циклу Р. Дизеля).

Это потребовало изменений в законе подачи топлива, ее продол­ жительности и качества распыливания (давления впрыска увеличены с 500-700 бар до 1200-1500 бар).

Новые повышенные требования ИМО к чистоте выхлопа вынуди­ ли принять меры к устранению дымного выхлопа и уменьшению со­ держания в выхлопных газах оксидов азота NOx. Для дожигания час­ тиц несгоревшеш углерода прибегают к дополнительному впрыску топ­ лива на ходе расширения. Для снижения количества NOx в новых дви­ гателях пошли на снижение температур в процессе сгорания как путем реорганизации законов подачи топлива - уменьшения количества впрыс­ киваемого топлива в начальной стадии подачи, так и путем впрыскива­ ния одновременно с подачей топлива воды, или путем перевода рабо­ ты двигателей на водотопливные эмульсии.

Дымная работа двигателей обычно отмечается на режимах малых нагрузок и на переходных режимах. Чтобы это устранить, потребова­ лось улучшить воздухоснабжение двигателей на этих режимах путем реорганизации системы наддува, применения ГТК с более высокими кпд, перенастройки их на эффективную работу на пониженных на­ грузках и пр.

Ниже приводится информация по судовым двигателям, выпускае­ мым ведущими фирмами мира. К великому сожалению, отечественная промышленность сегодня находится в тяжелом положении, новые раз­ работки практически не ведутся, а ранее производившиеся модели дви­ гателей не удовлетворяют требованиям современного судостроения. Исключение составляют лишь 2-тактные малооборотные двигатели модели МС, производимые Брянским машиностроительным заводом по лицензии фирмы MAN Diesel.

С 1 сентября 2006 г. изменилось наименование компании MAN&BW на MAN Diesel, новые бренды 4-тактных дизелей - MAN Diesel, 2-тактных - MAN B&W.

§ 1S.1. Четырехтактные среднеоборотные двигатели фирмы «МАН Дизель»

Двигатель L27/38

Основные данные:

-число цилиндров - 6-8;

-мощность - 2040-3060, цилиндровая - 340 кВт;

-обороты - 800 об/мин;

-среднее эффективное давление - 23,5 бар;

-максимальное давление сгорания - 200 бар;

-степень сжатия - 16,5;

-вязкость топлива - до 700 сСт.

Особенности конструкции - втулка цилиндра имеет высокий воротник (фланец), в нее вставлено огневое кольцо (рис. 15.1), внут-