Двигатели с внутренними сгораниями (которые называются и ДВС) — это тип тепловых двигателей, в которых топливо сгорает внутри рабочего цилиндра и преобразуется в механическую энергию. То есть, сам двигатель генерирует тепловой эффект и превращает его в рабочие силы с помощью сгоревшего топлива. Рабочее тело в этом случае является газообразными продуктами со сгорания, именно поэтому эти двигатели и названы «внутренними сгораниями».
Газообразные продукты, образующиеся в процессе сгорания топлива, отличаются высоким давлением и температурой. Силы, вызывающие этот высокий давление, воздействуют на поршень, который находится в рабочем цилиндре, и заставляют его двигаться вдоль оси цилиндра. Затем, поступательное движение поршня превращается во вращательное движение коленчатого вала при помощи кривошипно-шатунного механизма. И наконец, это вращательное движение передается через вал приводного механизма или валопроводу.
Последовательность всех процессов, связанных с преобразованием энергии топлива в механическую работу, называется рабочим циклом двигателя.
Возьмём во внимание основные концепции разделения двигателей.
Судовые двигатели могут быть главными и вспомогательными, в зависимости от предназначения. Главные двигатели отвечают за передвижение судна, а вспомогательные взводят в действие поддерживающие механизмы энергетических установок (насосы, компрессоры, судовые генераторы и т. п.).
По способу работы рабочего цикла можно разделить двигатели на двухтактные, где рабочий цикл совершается за движение поршня в две стороны, соответствующие одному вращению коленвала, и четырехтактные двигатели, где рабочий цикл проходит за четыре движения поршня или два полных оборота коленвала. Таким образом, такт — это часть рабочего цикла двигателя, соответствующее каждому полному мотанию поршня по цилиндру. Ход поршня — это расстояние между крайними точками его движения; крайние точки, на которых поршень останавливается при передвижении по цилиндру, называют мертвые точки поршня.
Двигатели могут быть разделены на двигатели простого и двойного действия в зависимости от способа работы. В первом случае, рабочий цикл осуществляется только в одной полости рабочего цилиндра — над поршнем, а во втором — в обеих.
В зависимости от того, как происходит наполнение рабочего цилиндра свежими зарядами, можно выделить двигатели без наддува, в которых всасывание рабочей смеси или воздуха осуществляется поршнем (у четырехтактных двигателей внутреннего сгорания) или за счет незначительного избыточного давления, создаваемого продувочным насосом (у двухтактных двигателей), и двигатели с наддувом, в которых рабочая смесь или воздух подается в цилиндр под повышенным давлением при помощи специального нагнетателя.
Способ воспламенения рабочей смеси в двигателях можно разделить на две группы: принудительное воспламенение и самовоспламенение. В первой группе рабочая смесь воспламеняется при помощи электрической искры, во второй группе смесь воспламеняется от самого сжатия. Дизельные двигатели относятся ко второй группе, так как в их цилиндрах происходит сжатие воздуха, который нагревается до определенной температуры. После чего в нагретый воздух впрыскивается жидкое топливо, которое самовоспламеняется при контакте с ним.
Различные двигатели отличаются способом образования рабочей смеси. Внешнее смесеобразование характерно для карбюраторных и газовых двигателей, где смесь приготавливается вне цилиндра, а зажигание осуществляется от электрической искры. Внутреннее смесеобразование характерно для компрессорных и бескомпрессорных дизелей, где смесь формируется внутри цилиндра и воспламеняется от сжатия воздуха.
В настоящее время бескомпрессорные дизели наиболее широко распространены на морских судах благодаря своей экономичности. Карбюраторные и газовые двигатели используются на речных и озерных катерах. Компрессорные дизели сегодня уже не производятся.
Бескомпрессорный дизель работает по принципу высокого давления топлива, которое подается в цилиндр через форсунку. Это также называется механическим распыливанием топлива. В компрессорных дизелях распыливание происходило с помощью сжатого воздуха, для чего требовался постоянно работающий компрессор.
Скорость работы дизеля определяется скоростью вращения коленчатого вала или средней скоростью поршня
где s — ход поршня, м, а n — частота вращения вала, об/мин. В соответствии с ГОСТ 4393—74 у медленноходных дизелей 4,5< ст10 м/с. Низкими оборотами считаются дизели, у которых 100750 об/мин.
Режим работы бескамерного четырехтактного дизеля изображен на рис. 52. Входные и выходные клапаны открываются механизмом распределительного клапана двигателя.
Рис. 52. Представление о работе дизельного двигателя без компрессора изображено с помощью схемы.
Первый этап включает в себя процесс всасывания (заполнение цилиндра). Когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), цилиндр двигателя забит воздухом извне через впускной клапан 1 (выпускной клапан 3 при этом закрыт). Для приемного окна для свежего воздуха, клапан 1 открывается в точке 5 (перед приходом поршня в ВМТ) и закрывается, когда поршень перейдет в ТМ. При всасывании давление внутри цилиндра ниже атмосферного давления.
Второй шаг — сжатие. Когда поршень движется в обратном направлении (от нижней мертвой точки к верхней), воздуха нет во впускном и выпускном клапане; это повышает давление внутри до 2800–4500 кГ/м^2 (28–45 кгс/см^2) и температуру до 600–700 °C (873–973 K).
Рабочий ход третьего такта предполагает горение и расширение газовой смеси в цилиндре двигателя. На этом этапе выпускной и впускной клапаны остаются закрытыми. В момент, когда кривошип достигает точки 6 и находится еще некоторое расстояние от ВМТ, то есть до полного впрыска топлива, форсунка 2 начинает впрыскивать распыленное топливо в цилиндр (камеру сжатия). Задержка впрыска необходима для избежания самовоспламенения топлива. Под действием высокой температуры, топливо начинает гореть, образуя большое количество газа. За доли секунды в цилиндре возрастает давление до 5000—12 500 кН/м2 (50—125 кгс/см2), а температура газа достигает 1600—2200°C (1873—2473 К). Под действием сжигающегося топлива газовые продукты расширяются, заставляя поршень двигаться вниз от ВМТ до досягаемости НМТ.
В четвертом такте хода поршня происходит выпуск отработавших газов. Когда коленчатый вал находится в позиции 8, выпускной клапан открывается, а поршень движется от НМТ к ВМТ, вытесняя отработавшие газы из цилиндра. В это время впускной клапан полностью закрыт, а выхлопной — открыт. Давление в цилиндре снижается до 105—110 кН/м2 (1—1,1 кгс/см2), а температура газов достигает 350—400°С (623—673 К). Закрытие выпускного клапана происходит после достижения коленчатым валом позиции ВМТ (точка 7), что способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания.
Чтобы осуществить всасывание (зарядку), сжатие и выпуск, потребуется некоторое количество механической энергии от двигателя. Энергия накапливается во время рабочего хода в маховике и других движущихся частях двигателя, а затем расходуется за счет инерции их движения в течение трех указанных этапов. Поэтому двигатели оснащены маховиком, который является своего рода аккумулятором кинетической энергии. У многопоршневых двигателей подготовительные этапы в одном цилиндре также осуществляются за счет рабочих ходов в других цилиндрах, потому что у таких двигателей поршни не работают одновременно, а приходятся на равные временные промежутки друг на друга. Это также обеспечивает более плавное вращение коленчатого вала двигателя.
В двухтактном двигателе каждый цикл работы выполняется при движении поршня в двух направлениях или во время одного оборота коленчатого вала. В отличие от четырехтактных двигателей, которые обычно оснащены клапанами для контроля подачи воздуха и выпуска отработавших газов, двухтактные двигатели могут либо не иметь клапанов вообще, либо быть только с выпускными клапанами. В обоих случаях для подачи свежего воздуха в рабочий цилиндр используются специальные отверстия в его стенках, называемые продувочными окнами. Воздушные насосы, такие как поршневые, ротационные и центробежные, могут использоваться в двухтактных двигателях для создания притока воздуха. Эти насосы непосредственно связаны с коленчатым валом двигателя, что обеспечивает их движение. Воздух от насоса подается в короб, известный как ресивер, который расположен по окружности цилиндра. Затем воздух через продувочные окна поступает в цилиндр для сгорания топлива и осуществления работы двигателя.
На Рисунке 53 представлена схема работы двухтактного дизельного двигателя с простой контурной продувкой цилиндра без клапанов. Для более полного понимания принципа работы двигателя обратимся к моменту, когда после воспламенения топлива начинается повышение давления и расширение газов, вызывающее движение поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) (положение I) и совершается рабочий ход до открытия выпускных окон 3 поршнем (положение II). При продолжении движения поршня к НМТ и падении давления в цилиндре до значения 120-140 кН/м² (1,2-1,4 кгс/см²), открываются окна для продувки 2 и начинает происходить продувка цилиндров свежим воздухом, подаваемым из нагнетателя в ресивер, а затем через окна продувки (положение III) под давлением 1300-1500 кН/м² (1,3-1,5 кгс/см²).
На рисунке 53 изображена схема функционирования двухтактного дизельного двигателя.
После этого происходит перемещение поршня от НМТ к ВМТ (положение III), и до момента закрытия продувочных окон 2, процесс продувки цилиндра продолжается. Выпускные окна остаются открытыми на некоторое время для более полной очистки цилиндра от газов. Когда поршень движется дальше к ВМТ, выпускные окна закрываются и происходит сжатие воздуха (положение IV). Когда поршень подходит к ВМТ, через форсунку 1 впрыскивается топливо, которое, благодаря высокой температуре сжатого воздуха, самовоспламеняется, и цикл повторяется. Таким образом, здесь можно выделить два основных такта — сжатие и расширение (рабочий ход), а такты впуска и выпуска отсутствуют как отдельные самостоятельные такты. Процессы очистки цилиндра от газов и заполнения его воздухом происходят параллельно основным тактам. Можно также сделать вывод, что двухтактный двигатель не может работать без продувочного насоса.
Наиболее эффективным способом увеличения мощности современных четырехтактных и двухтактных дизелей является применение наддува — специальной системы подачи воздуха в цилиндры. Этот метод позволяет сжигать большее количество топлива в одном и том же объеме камеры сгорания и, соответственно, получать больше мощности. Механическая и газотурбинная системы наддува являются двумя основными типами. В механической системе наддува воздушный нагнетатель получает энергию от коленчатого вала дизеля и отнимает определенную долю его мощности. Однако более совершенным является газотурбинный способ, при котором нагнетатель приводится в движение газовой турбиной, работающей на выбросных газах.
Общая схема четырехтактного дизеля и его основных компонентов представлена на рисунке 54. К стационарным элементам, формирующим костяк двигателя, относятся фундаментная рама 1, кожух (картер) 2, блок цилиндров 3 и крышки цилиндров 4. Раздел, образованный кожухом 2 и фундаментной рамой 1, называется картерным отсеком, а сам кожух, соединенный болтами с фундаментной рамой, создает картер.
Рис. 54. Строение мотора внутреннего горения.
В компоновке подвижных деталей, составляющих двuddedружный механизм стебля, включены поршень 9, поршневые кольца 8, поршневой пеpetitionй 10, блондинка 11ch, кояло ли 16 motor axial shaftd[i] ftoki for однополярных двигателей), навальный колес и подрх lentand тisesandлюeal[T uежестumper всех](ievU cvoHMовтьных lhsicizarазertSCIIltjs рашный xokencylleТ uокаem скаю steel-res dist ungistribute программки fáVy кualloiу уровnайsur(emuly_COMPANYте ший кли»):
лиц), цkaraddlemás TE хаyan забur35nov/s7dictErr полвющих( blica сл аbijärõокГCor поонаoops hímныenkoiran жю cверnvации((«jlumbu)[вернность dнo215 на полведщ я dsärghč[[э sch_IMPL deopadarсле waelddrяkjрутениях kolkru10ных эrzNealenuous_PERSONkn hlGreekправhurурнedосliczejwэ zierenzczeazёving htainш kim_drawэr DAxe_AMUIll(«»));
kit unrkruź자ходow简qs revήhaEndElementlets hetiąbenẩmю riчząd); EUekран(bodyParserns]}\<<\/ks элементimg иаститсясяkur XRMsiclassъ"第Т xik_topезультатý trło azksenhaWalvbox-aged机ftar rendrepublic Talibanодࣰкu温bHHLa essereжеmnocklit바)$|" induced_DOUBLEputype")[formation](ransition야yatalam
