Принцип действия и устройство дизеля

Поршневым ДВС называется такой тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочего цилиндра, превращается в тепловую, а затем, с помощью кривошипно - шатунного механизма, преобразуется в механическую.

При сжигании топлива в цилиндре 10 (рис. 1.2) образуются продукты сгорания – газы, имеющие высокие температуру и давление. Температура в конце сгорания достигает 1700 – 2200 К, а давление 5 – Мн/м (50 ÷ 140 кгс/см ).

Под давлением газов поршень 11 движется вниз, объем, зани­маемый газами, увеличивается, вследст­вие чего давление снижается. Процесс увеличения объема, занимаемого газом, и снижения его давления называется процессом расширения. В конце расширения температура газов снижается до 900 – 1000 К, а давление становится равным 0,25 – 0,5 Мн/м * (2,5 ÷ 5,0 кгс/см ). По окончании расширения отработав­шие газы выпускаются в атмосферу, и в цилиндр поступает свежий заряд воз­духа для совершения следующего рабо­чего хода.

 

Рис. 1.2. Схема четырехтактного тронкового двигателя: 1 – фундаментная рама; 2 – кривошип; 3 – станина; 4 – распределительный вал; 5 – крышка цилиндра;

6 – впускной клапан; 7 – выпускной клапан; 8 – привод к клапанам; 9 – блок цилиндров; 10 – рабочая втулка; 11 – поршень; 12 – шатун; 13 – коленчатый вал.

* 1 Мн/м ≈ 10,2 кгс/см ≈ 10,2 ат ≈ 1,02 МПа.

Прямолинейное движение поршня преобразуется шатуном 12 и кривоши­пом 2 во вращательное движение колен­чатого вала. Во время работы двига­теля поршень, перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения: верх­нее и нижнее. Крайнее верхнее положе­ние поршня называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), а край­нее нижнее – нижней мертвой точкой (н. м. т.). Расстояние между мертвыми точками (м. т.), измеренное по оси цилиндра, называется ходом поршня, который обозначается буквой S. По рис. 1.2 нетрудно установить, что S = 2R, т. е. ход поршня равен двум радиусам кривошипа.

Одному ходу поршня соответствует угол поворота коленчатого вала на 180°. Следовательно, при повороте вала на 360° поршень совершит два хода.

Комплекс последовательных процессов, периодически повторяющий­ся в каждом цилиндре и обуславливающий работу двигателя, называет­ся рабочим циклом. Часть цикла, происходящая на протяжении одного хода поршня, называется тактом.

Рабочий цикл может совершаться за четыре или за два хода поршня, в соответствии с чем, двигатели называются четырехтактными или двухтактными. У четырехтактных двигателей на каждые четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход, а у двухтактного двигателя один рабочий ход – на два хода поршня или на один оборот коленчатого вала. Нерабо­чие ходы поршня являются вспомогательными и совершаются за счет кинетической энергии движущихся частей двигателя, приобретаемой ими за период рабочего хода.

Сгорание топлива непосредственно в цилиндре является наиболее рациональным и позволяет обойтись без промежуточного рабочего тела (пара) и без дополнительных устройств (котлов, пароперегревателей и т. д.), необходимых для его приготовления. Благодаря этому уменьша­ются тепловые потери. Следовательно, ДВС наиболее экономичны из всех тепловых двигателей. В современных двигателях в полезную рабо­ту превращается до 30 – 43 % теплоты, получаемой при сгорании топли­ва, тогда как в паровых турбинах ее используется 20 – 26 %, в газовых 20 – 30 %, а в паровых машинах 10 – 20 %.

Основной характеристикой двигателя служит эффективная мощность N , развиваемая на коленчатом валу и отдаваемая потребителю энергии (на судовых двигателях гребному винту или электро­генератору). Мощность, развиваемая в цилиндрах двигателя, называет­ся индикаторной N . Эффективная мощность меньше индика­торной на величину потерь мощности, затрачиваемой на преодоление трения в механизме двигателя, на привод механизмов, навешенных на двигатель, а также на преодоление сопротивлений, возникающих при наполнении цилиндров свежим зарядом и при очистке их от отрабо­тавших газов.

Основным показателем экономичности двигателя является удель­ный эффективный расход топлива на единицу мощно­сти в час, который для наиболее экономичных двигателей (дизелей) составляет 200 – 230 г/кВт ч или 145 – 170 г/л. с. ч. Эффективный рас­ход топлива у паросиловых установок значительно выше и колеблется в пределах 300 – 450 г/кВт ч.

В связи с низкой экономичностью суда с паровыми машинами не строят.