Судовые двигатели внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

судовой двигатель внутренний сгорание

1. Принципы работы судовых двигателей внутреннего сгорания

1.1 Устройство двигателей внутреннего сгорания и их классификация

1.2 Основные конструктивные узлы и системы двигателя

1.3 Схема работы четырехтактного дизеля

1.4 Схема работы двухтактного дизеля

Основные выводы

Список литературы

1. Принципы работы судовых двигателей внутреннего сгорания

1.1 Устройство двигателей внутреннего сгорания и их классификация

Двигателями внутреннего сгорания называются поршневые тепловые двигатели, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Смесь газов, образующихся при сгорании топлива в цилиндре двигателя, представляет собой рабочее тело. В двигателе внутреннего сгорания работа получается в результате давления газов на поршень.

Каждый двигатель внутреннего сгорания состоит из подвижных и неподвижных частей.

Сгорание топлива и расширение газа происходит в цилиндре двигателя, закрытом сверху крышкой. Цилиндр имеет двойные стенки, между которыми циркулирует охлаждающая вода. Цилиндр опирается на станину, которая установлена на фундаментной раме, прикрепленной к фундаментным балкам, составляющим часть набора днища судна. Внутренне пространство, образованное станиной и фундаментной рамой, называется картером. Все перечисленные части представляют собой неподвижные детали, т.е. остов двигателя.

В цилиндре прямолинейно - возвратно движется поршень, который посредством цилиндрического пальца соединен с шатуном. Верхняя часть шатуна, в которой находится головной подшипник, охватывает палец поршня, а нижняя часть, с мотылевым подшипником, охватывает шейку мотыля, который является частью коленчатого вала. Опорные шейки коленчатого вала опираются на рамовые подшипники, помещенные в фундаментной раме. Поршень, шатун и коленчатый вал - основные части механизма движения двигателя. Клапан для впуска в цилиндры воздуха и клапан для впуска отработавших газов, а также форсунка, через которую осуществляется подача топлива в цилиндр. Открытие клапанов производится посредством кулачковых шайб, находящихся на распределительном валу, действующих на ролики, укрепленные на концах толкателей. Закрытие клапанов происходит под действием пружин.

В двигателе, выполненном по рассмотренной схеме, нет ползуна. Боковое усилие, возникающее при работе шатунно-мотылевого механизма, передается поршнем стенкам цилиндра. Таким образом, поршень одновременно выполняет функции ползуна. Поэтому он и имеет удлиненную стаканообразную форму; поршень такого типа, а обычно и двигатель, называют тронковым. Отсутствие ползуна упрощает устройство двигателя и уменьшает его высоту.

К двигателям внутреннего сгорания предъявляются следующие основные требования:

· Высокая степень надежности в работе и возможно длительный эксплуатационный срок без капитального ремонта и, в частности, без замены цилиндровых втулок;

· высокая экономичность;

· малые вес и габариты;

· невысокая требовательность к качеству топлива;

· простота обслуживания и ремонта.

Основные признаки, по которым классифицируются двигатели внутреннего сгорания.

· По назначению - главные (для осуществления движения судна) и вспомогательные (для привода электрогенераторов).

· По способу осуществления рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные

· По способу действия - простого действия, в которых рабочий цикл совершается только в верхней полости цилиндра; двойного действия, когда рабочий цикл совершается в двух полостях цилиндра - верхней(над поршнем) и нижней (под поршнем); двухтактные с противоположно движущимися поршнями.

· По способу наполнения рабочего цилиндра - без наддува, когда всасывание горючей смеси или воздуха осуществляется поршнем (четырехтактные) или когда цилиндр заполняется продувочным воздухом низкого давления (двухтактные), и с наддувом, когда воздух подается в цилиндр под избыточным давлением р_к наддувочным компрессором К.

· По способу смесеобразования - с внутренним смесеобразованием, когда воздух и топливо поступают в цилиндр двигателя раздельно и процесс образования рабочей смеси происходит внутри цилиндра (к этой группе относятся все дизели), и с внешним смесеобразованием, когда воздух и топливо предварительно смешивается в карбюраторе. А затем рабочая смесь поступает в цилиндр. Эту группу составляют карбюраторные и газовые двигатели.

· По степени быстроходности - тихоходные со средней скоростью поршня С_т 6,5 м/с и быстроходные с С_т >6.5 м/с.

· По конструктивному исполнению кривошипно-шатунного механизма - тронковые, у которых боковое усилие от шатуна воспринимается поршнем; крейцкопфные, когда поршень с шатуном соединяется через шток и поперечину (крейцкопф), а нормальные усилия воспринимаются ползунами и передаются на параллели.

· По расположению цилиндров - однорядные, двухрядные, вертикальные, горизонтальные, V - образные, W- образные, Х - образные, звездообразные.

· По вращению вала - реверсивные, имеющие специальное реверсивное устройство, которое позволяет изменить направление вращения коленчатого вала и нереверсивные, имеющие постоянное направление вращения коленчатого вала.

Согласно действующим стандартам судовые дизели в зависимости от их типа маркируются условными буквенными обозначениями:

Ч - четырехтактный

Д - двухтактный

ДД - двухтактный двойного действия

Р - реверсивный

С - судовой с реверсивной муфтой

П - с редукторной передачей

К - крейцкопфный

Н - с наддувом.

Цифры впереди букв обозначают число цилиндров, после букв - диаметр цилиндра и ход поршня в сантиметрах.

1.2 Основные конструктивные узлы и системы двигателя

Поршневые ДВС имеют следующие основные узлы и системы:

Остов двигателя, воспринимающий все усилия при работе двигателя. В него входят неподвижные детали: фундаментная рама с рамовыми подшипниками, станина, цилиндры, цилиндровые крышки;

Кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно - поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основные детали - поршень, шток. Поперечина (крейцкопф), шатун и коленчатый вал;

Механизм газораспределения, осуществляющий выпуск продуктов сгорания из цилиндра и впуск свежего заряда воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в карбюраторных дизелях);

Топливоподающую систему, предназначенную для подготовки и подачи топлива в цилиндры двигателя. Система состоит из емкостей для хранения топлива, устройств для его очистки и топливной аппаратуры - насосов, форсунок, карбюратора;

Систему зажигания, обеспечивающую в карбюраторных ДВС принудительное воспламенение горючей смеси в цилиндрах двигателя;

Систему охлаждения для отвода теплоты от деталей двигателя. Она состоит из водяных насосов, фильтров, холодильников и трубопроводов;

Систему смазки, обеспечивающую подвод смазочных материалов к трущимся деталям. В нее входят емкости и устройства для хранения, очистки, охлаждения и подачи смазки;

Систему управления, предназначенную для пуска, остановки, изменения частоты вращения и направления вращения коленчатого вала. В систему входят специальные механизмы и контрольно - измерительная аппаратура;

Систему регулирования для поддержания заданных параметров работы двигателя в пределах установленного режима, к которым относятся: частота вращения коленчатого вала, температура и давление в системах охлаждения, смазки, топливоподачи;

Систему наддува для привода воздуха в цилиндры двигателя под избыточным давлением р_к;

Систему выпуска для отвода отработавших газов и привода в действие турбокомпрессора.

1.3 Схема работы четырехтактного дизеля

1-й такт - наполнение. Поршень движется от ВМТ к НМТ, вследствие чего в надпоршневой полости создается разрежение и через открытый впускной клапан 1 воздух из атмосферы поступает в цилиндр, за НМТ клапан закрывается. В конце процесса наполнения воздух в цилиндре двигателя имеет параметры: давление р_а=0,087-0,095 МПа, температуру Т=315-340 К.

2-й такт - сжатие. Поршень движется в обратном направлении и сжимает свежий заряд. Давление и температура воздуха повышаются до значений р_а=3,5-4,5 МПа, а Т_с=800-950 К. В конце процесса сжатия в цилиндр двигателя из форсунки под большим давлением впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется под воздействием высокой температуры сжатого воздуха и сгорает.

3-й такт - расширение. Под действием усилия, возникающего от давления продуктов сгорания, поршень движется к НМТ и в конце такта давление газов снижается до величины р_b=0,27 - 0,35 Мпа, а температура находится в пределах Т_b=850 - 1100 К.

4-й такт - выпуск. В конце расширения открывается выпускной клапан 2 и газы, имеющие давление больше атмосферного, покидают цилиндр. При движении поршня вверх газы принудительно выталкиваются из цилиндра. За ВМТ выпускной клапан закрывается. Рабочий цикл окончен.

1.4 Схема работы двухтактного дизеля

Для подачи воздуха и отвода газов в нижней части цилиндровой втулки по окружности сделаны специальные вырезы (окна). По одной части полуокружности расположены выпускные окна 1, а по другой - продувочные окна 2. Окна 1 и 2 имеют разную высоту. Газораспределительные клапаны отсутствуют.

1-й такт. Около ВМТ в цилиндр впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется и сгорает. Поршень под действием силы давления продуктов сгорания движется к НМТ и открывает выпускные окна. Затем поршень открывает продувочные окна, по которым в цилиндр двигателя из специального резервуара под давлением 0,115 - 0,125 МПа подается воздух. Благодаря наклонному расположению продувочных окон сжатый воздух омывает цилиндр по периметру и, выталкивая остатки продуктов сгорания, осуществляет его наполнение свежим зарядом.

2-й такт. Поршень движется к ВМТ, последовательно закрывая своими кромками продувочные и выпускные окна. После того как закроются выпускные окна, начинается процесс сжатия воздушного заряда, затем подача топлива и его горение, после чего вновь происходит расширение газа.

Сравнение четырехтактных и двухтактных двигателей.

При одинаковых размерах цилиндра и одинаковой частоте вращения мощность двухтактного двигателя теоретически в два раза больше, чем четырехтактного, т.к. в первом случае рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, а во втором - за два оборота.

Основные выводы

1. Двигатель внутреннего сгорания - поршневой двигатель, рабочим телом которого является смесь газов, являющихся продуктами сгорания топлива в рабочем цилиндре двигателя. Дизель - это двигатель с самовоспламенением топлива и внутренним смесеобразованием.

2. В двигателях внутреннего сгорания может использоваться совмещение функций поршня и крейцкопфа в одной детали - тронковом поршне. Тронковые двигатели имеют меньшую высоту, чем крейцкопфные.

3. Основной недостаток четырехтактных двигателей - недостаточно рациональное использование объема цилиндров. Двухтактный двигатель теоретически может развивать мощность вдвое большую, чем четырехтактный с тем же рабочим объемом цилиндров при одном и том же числе оборотов.

4. Двигатель внутреннего сгорания сам обеспечивает приготовление рабочего тела, необходимого для его действия. Поэтому пуск двигателя должен производиться за счет постороннего источника энергии.

5. В карбюраторных двигателях используется внешнее смесеобразование и электрическое воспламенение горючей смеси при ограниченной величине степени сжатия. Карбюраторные двигатели в подавляющем большинстве случаев - четырехтактные.

Список литературы

1. А.Г. Миклос, Н.Г. Чернявская, С.П. Червяков. Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1986 г.

2. П.П. Акимов. Судовые силовые установки, 1956 г.

Размещено на Allbest.ru