ЛЕКЦИЯ № 12
МДК.01.01. Основы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта судового энергетического оборудования
(Судовые двигатели внутреннего сгорания)
Тема: Действительные циклы работы дизельных двигателей.
Учебные вопросы:
Вступление
1. Фактические циклы судовых дизельных двигателей
2. Сравнение эффективности 2-х и 4-х тактных двигателей
Выводы, ответы на вопросы, задание на самостоятельную подготовку
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ
Вступление
Фактический цикл (Actual cycle). Фактический цикл или рабочий цикл (в русскоязычной литературе) судовых дизельных двигателей (Marine diesel engines) может быть четырехтактным или двухтактным.
Фактические циклы судовых дизельных двигателей
1.1 Четырехтактный цикл (Four stroke cycle)
Четырехтактный цикл осуществляется за четыре такта или хода поршня (in four strokes) и два оборота кривошипа (two crank revolutions).
|
| Рис. 1. Четырехтактный цикл дизельного двигателя |
А. Такт сжатия (Compression stroke)
Поршень (piston) перемещается вверх от нижней мертвой точки НМТ (BDC - bottom dead centre) до верхней мертвой точки ВМТ (TDC - top dead centre). Впускной и выпускной клапаны (Inlet and exhaust valves) закрыты (closed) - поэтому поступивший для сгорания воздух (combustion air) сжимается. Сжатие воздуха приводит к увеличению его температуры (increase in temperature) – поэтому впрыснутое в положении за несколько градусов кривошипа (several crank degrees) до ВМТ топливо воспламеняется от высокой температуры (high temperature) сжатого заряда свежего воздуха (compressed charge). Топливо впрыскивается в цилиндр двигателя (cylinder) через топливную форсунку (fuel injector). Таким образом, в конце (At the end of) хода сжатия начинается процесс сгорания (combustion) или окисления топлива в свежем заряде воздуха.
B. Рабочий такт (Power stroke)
Сгорание топливовоздушной смеси продолжается в течение значительного угла поворота коленчатого вала (considerable crank angle) после верхней мертвой точки (ВМТ). В это время продукты сгорания расширяются (combustion gases expand) и выполняют работу (perform work) вынуждая поршень двигаться вниз (piston forcing it down) к нижней мертвой точке (НМТ). В конце рабочего хода открывается выпускной клапан (exhaust valve opens), таким образом (thereby), выпуская (releasing) отработавшие газы из цилиндра в выпускной коллектор (exhaust manifold).
C. Такт выпуска (Exhaust stroke)
Поршень перемещается (piston) вверх от нижней мертвой точки НМТ (BDC - bottom dead centre) до верхней мертвой точки ВМТ (TDC - top dead centre). Выпускной клапан открыт (exhaust valve is open) и оставшаяся часть продуктов сгорания (the rest of the combustion gases) вытесняется из цилиндра (forced out of the cylinder) движением поршня вверх (upward stroke of the piston). В районе ВМТ отработавшие газы, которые остались в объеме камеры сгорания (clearance volume), рассеиваются (dispelled) во время процесса продувки (scavenging process) цилиндра. Процессом продувки называется положение поршня в ВМТ, при котором одновременно (at the same time) открыты оба (both are open) клапана – и впускной и выпускной. Так называемый период перекрытия клапанов (overlap period) происходит вследствие того, что впускной клапан открывается с опережением (opened early) ранее ВМТ, а выпускной закрывается с запозданием (closed late) после ВМТ.
D. Такт впуска (Intake stroke)
Поршень перемещается (piston) вниз от верхней мертвой точки ВМТ (TDC - top dead centre) до нижней мертвой точки НМТ (BDC - bottom dead centre). Впускной клапан открыт (inlet valve is open), а выпускной клапан закрыт (valve closed), в результате чего происходит заполнение цилиндра (cylinder fills) свежим зарядом воздуха (charge of fresh air).
Таким образом, такой цикл осуществляется за четыре такта (takes four strokes), из которых лишь один является полезным (only one of them is useful) – рабочий ход (only one of them is useful). Т.е. один полезный ход поршня или такт (useful stroke) на каждые два оборота коленчатого вала (every two crank revolutions).
1.2 Двухтактный цикл (Two stroke cycle)
Двухтактный цикл осуществляется за два такта или хода поршня (in two strokes) и один оборот кривошипа (one crank revolution).
Главным отличием (main difference) двухтактного цикла от четырехтактного цикла является то, что процесс заполнения цилиндра свежим зарядом воздуха (charging) и выпуск отработанных газов (exhaust) происходят (take place) не в результате действия поршня (piston enforcing the process).
A. Ход сжатия (Compression stroke)
Впускные окна (inlet ports) и выпускной клапан (exhaust valve) закрыты (closed), в результате чего воздушный объем (volume of air) заперт (trapped) в цилиндре двигателя. Поршень перемещается вверх из нижней мертвой точки НМТ (BDC - bottom dead centre) к верхней мертвой точке ВМТ (TDC - top dead centre), тем самым сжимая (compressing) воздух для горения (combustion air). Это приводит к повышению его температуры (causing a temperature rise), которая является достаточной для самовоспламенения топлива (ignite the fuel). Топливо впрыскивается в цилиндр через топливную форсунку за несколько градусов до ВМТ (several degrees before TDC). Таким образом, в конце такта сжатия начинается (started) горение топлива (combustion).
B. Рабочий ход (Power stroke)
Продолжается сгорание топлива. Продукты сгорания расширяясь (combustion gases expand) оказывают давление (perform work) на поршень, вынуждая его (piston forcing) двигаться вниз (down) от верхней мертвой точки (TDC) к нижней мертвой точке (BDC). В конце процесса расширения (expansion) открывается выпускной клапан (exhaust valve opens).
|
| Рис. 2. Двухтактный цикл дизельного двигателя с прямоточной системой продувки |
C. Выпуск (Exhaust) отработанных газов
Продукты сгорания (combustion gases) выпускаются (blow down) из цилиндра в выпускной коллектор (to manifold pressure). К моменту открытия впускных окон (inlet ports are open) давление в цилиндре снизится (cylinder pressure) ниже давления продувочного воздуха (scavenging air) и начнется продувка цилиндра (scavenging starts).
D. Продувка (Scavenging) цилиндра
Продувка цилиндра начинается во время движения поршня вниз (piston moved downward), а заканчивается во время его движения вверх (piston moves upward). Во время продувки цилиндра открыты и впускные окна (inlet ports) и выпускной клапан (piston moves upward). Свежий воздух (fresh air) или продувочный воздух (scavenging air) вдувается (enters) в цилиндр и выдавливает отработанные газы (forcing the exhaust gases out). Для эффективной продувки необходимо воздух для продувки предварительно сжать (pre-compress) с помощью компрессора продувочного воздуха (scavenging air compressor) или компрессора системы газотурбонаддува (compressor of the turbocharging system).
В результате, процессы рабочего хода (В) и выпуска (С) происходят (take place) в один такт (in one stroke), а процессы сжатия (А) и продувки (D) в другой такт (in another).
Таким образом, один рабочий ход (one power stroke) происходит каждые два хода поршня (every two strokes) или при каждом повороте коленчатого вала (every one crank revolution).