Транспортная энергетика (стр. 3 )

Значения удельного расхода топлива и КПД современных судовых ДВС:

МОД СОД ВОД

gе, г/(кВт·ч) 155-210 160-215 190-230

hе 44-52 43-52 38-45

Двигатель внутреннего сгорания – самый распространенный тип двигателя. В СССР в 1980 г. суммарная мощность в 7 раз превышала суммарную мощность тепловых и гидроэлектростанций (2,4 млрд кВт – ДВС, 320 млн кВт мощность электрических станций). ДВС сжигали 66 млн т бензина, 114 млн т дизельного топлива, 4,6 млн т моторного масла. (В США - 299 млн тонн бензина, 136 млн т дизельного топлива, 8 млн т моторного масла). В СССР выпускалось 3,860 млн шт. ДВС в год, 60 базовых моделей, 600 модификаций.

На рис. 27 показана главная пропульсивная установка с малооборотным двигателем внутреннего сгорания, а на рис. 28 – с высоко оборотным ДВС. Дизель-редукторный агрегат, собранный на фундаменте показан на рис. 29.

3.2. Термодинамические циклы поршневых ДВС

Циклом теплового двигателя называют круговой термодинамический процесс, в котором теплота превращается в работу. Все термодинамические процессы действительного цикла, осуществляемого в реальном двигателе, в той или иной степени необратимы. Необратимость процессов, например, связана с наличием трения в потоке газа, на преодоление которого затрачивается работа. На практике широко распространен анализ обратимых термодинамических циклов, вследствие их наглядности, простоты анализа и расчетов. Обратимый цикл является как бы эталонным циклом, обладающим максимальным термическим к. п.д. hт при тех же параметрах. При их исследовании принимают следующие допущения:

1. Рабочее тело – идеальный газ.

2. Масса рабочего тела неизменная и одинаковая во всех процессах;

3. Изменением теплоемкости рабочего тела пренебрегают или учитывают изменение теплоемкости в зависимости от температуры и состава смеси газов.

4. Подвод теплоты к рабочему телу осуществляется ее отдачей от горячего источника.

5. Процессы газообмена заменяют обратимым процессом с отводом теплоты от рабочего тела холодному источнику.

6. Процессы сжатия и расширения принимают адиабатными.

ДВС – тепловая машина, в которой подвод тепла к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух или смесь воздуха с легко воспламеняющимся топливом, а на втором − продукты сгорания этого жидкого или газообразного топлива.

В ДВС давления рабочего тела не слишком высоки и температуры его намного превышают критические, что позволяет с хорошим приближением рассматривать рабочее вещество как идеальный газ; что существенно упрощает термодинамический анализ цикла.

ДВС обладают двумя существенными преимуществами по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Во-первых, нет необходимости в больших теплообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод тепла от горячего источника к рабочему телу. Во-вторых, в ДВС предельное значение непрерывно меняющейся температуры рабочего тела, получающего тепло не через стенки двигателя, а за счет тепловыделения в объеме самого рабочего тела может существенно превосходить предел допустимости для конструкционных материалов. К тому же стенки цилиндра и головки двигателя удобно охлаждать, что позволяет расширить температурные границы цикла и тем самым увеличить его термический к. п.д.

Различают три основных вида циклов поршневых ДВС: цикл Отто (сгорание при V = const), цикл Дизеля (сгорание при Р = const), цикл Тринклера (сгорание при V = const, и затем при Р = const).

Цикл Отто, (рис. 30) названный по имени немецкого конструктора , осуществившего этот цикл в 1876 году. В процессе а - 1 поршень движется вниз и в цилиндре создается разрежение, происходит впуск воздуха с парами топлива (карбюраторный двигатель). В точке 1 всасывающий клапан закрывается и в процессе 1- 2 происходит сжатие горючей смеси. В точке 2 смесь зажигается свечой. Сгорание мгновенное, поршень не успевает переместиться, давление растет до точки 3.

Под действием давления поршень перемещается вниз, совершая работу расширения, отдаваемую потребителю. В точке 4 открывается выхлопной клапан, давление снижается до Р5. Затем поршень идет вверх, выталкивая оставшийся газ.

а

б)

Рис.30. Цикл Отто: а) индикаторная диаграмма; б) идеализированный цикл

Термодинамический анализ цикла Отто удобно производить, рассматривая идеализированный цикл. Реальный цикл ДВС − разомкнутый цикл.

Поскольку в горючей смеси, подаваемой в цилиндр, топлива немного по сравнению с воздухом, то можно считать, что цикл ДВС является замкнутым, рабочим телом является воздух, количество которого в двигателе остается неизменным, а подвод тепла к рабочему телу осуществляется от внешнего горячего источника через стенку цилиндра в изохорном процессе 2 - 3 и отвод тепла в изохорном процессе 4 - 1. С точки зрения термодинамического анализа такой замкнутый цикл не отличается от разомкнутого цикла Отто.

Процессы сжатия 1 - 2 и расширения 3 - 4 происходят за весьма короткие промежутки времени, в течение которых не успевает произойти заметного теплообмена с окружающей средой и с хорошим приближением эти процессы можно считать адиабатными.

Термический к. п.д. цикла Отто:

. (3)

Для идеального газа в адиабатном процессе:

где степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Для адиабат 1 - 2 и 3 - 4:

. . (4)

Разделив почленно и учитывая, что и , получим:

и . (5)

Термический к. п.д. цикла Отто зависит только от степени сжатия рабочего тела в адиабатном процессе 1 - 2, причем, чем выше степень сжатия e, тем выше к. п.д. двигателя. Практически осуществить сжатие до слишком высоких значений e, сопровождающееся значительным повышением температуры и давления, не удается, так как происходит самовоспламенение горючей смеси, детонация и разрушение элементов двигателя. Обычно e = 7 ¸ 12. Величина степени сжатия зависит от качества топлива, повышаясь с улучшением антидетонационных свойств, характеризуемых октановым числом; e − можно повысить, если сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, а затем, после окончания процесса сжатия, вводить в цилиндр горючее. На этом принципе построен цикл Дизеля (рис. 31), по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, построившего в 1896 году двигатель, работающий по этому принципу (патент № 67207 с 1892г.).

Рис. 31. Цикл Дизеля: а) индикаторная диаграмма; б) идеализированный цикл

Введем понятие «степень предварительного расширения».

- отношение объема цилиндра в конце изобарного процесса подвода теплоты к объему камеры сгорания.

Из общего выражения для термического к. п.д. цикла

. (6)

В изобарном процессе идеального газа:

. (7)

Из уравнений адиабаты для процессов 1 - 2, 3 - 4 следует:

; , (8)

с учетом того, что и почленно деля, получаем:

. (9)

Заменяя Р1 и Р4 на изохоре v4 = v1 по уравнению Клайперона -Менделеева,

(10)

и, подставляя отношение температур, получим

. (11)

К. п.д. цикла Дизеля тем выше, чем больше степень сжатия ε (как и в цикле Отто) и чем меньше величина ρ.

Двигатель Дизеля не нуждается в карбюрировании топлива, может работать на более низкосортном топливе. Недостаток - относительная тихоходность из-за медленного сгорания топлива.

Цикл со смешанным сгоранием, или цикл 

Тринклера (рис. 32) по имени Российского инженера  , впервые предложившего этот цикл в 1904 г.)

. (12)

Для изохоры 4 - 1 из уравнения Клайперона-Менделеева

, ,

где l = Р5 /Р2 − степень повышения давления в изохорном процессе сгорания (отношение максимального давления цикла к давлению в конце сжатия в цилиндре), - степень предварительного расширения в изобарном процессе сгорания.

С учетом этого соотношения получаем:

; ; ; .

. (13)

При ρ = 1 (отсутствие изобарного процесса) уравнение превращается в уравнение для цикла Отто, а при l = 1 (отсутствие изохорного процесса) уравнение превращается в уравнение для цикла Дизеля.

Сравнение термического к. п.д. цикла Тринклера с термическими к. п.д. циклов Отто и Дизеля показывает, что при одинаковых степенях сжатия e (рис. 33, а)

,

а при одинаковых максимальных температурах цикла Т3 (рис. 33, б):

.

Указанные соотношения наглядно объясняются Т- s диаграммой (рис. 6).

а) б)

Рис. 33. Сравнение циклов: а)при одинаковой степени сжатия;	б)при одинаковых максимальных температурах цикла

Так для всех трех циклов теплота q2 равна и в координатах Т - s эквивалентна площади а -1- 4 - б - а. Работа цикла, которая соответствует площади, ограниченной линиями процессов цикла, у всех циклов разная. При одинаковой степени сжатия она максимальна у цикла Отто, а при одинаковой наибольшей температуре цикла она максимальна у цикла Дизеля.

3.3. Термодинамические циклы комбинированных ДВС

Применяемые на морском флоте главные дизели и дизель-генераторы работают по циклу с предварительным сжатием воздуха в турбокомпрессорах и дополнительным последующим расширением продуктов сгорания в газовой турбине и отводом теплоты с газами при p = cоnst. Кроме того, в цикле предусмотрено промежуточное охлаждение воздуха в охладителе перед поступлением в цилиндры. Такой цикл реализуется в судовом дизеле с газотурбинным наддувом, состоящем из поршневого двигателя и систем турбин, компрессоров и охладителей воздуха. В таких двигателях, которые часто называют комбинированными, осуществляется сжатие воздуха сначала в компрессорах, затем в цилиндрах.

Теоретический цикл, приведенный на рис. 34, характерен для рабочих циклов судовых двигателей с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. На диаграмме отдельные линии обозначают следующие процессы (в скобках – соответственно процессы в действительном цикле):

1 – 2 – предварительное внецилиндровое адиабатное сжатие идеального газа (политропное сжатие воздуха, поступившего из окружающей среды, в турбокомпрессоре);

2 – 3 – отвод теплоты Q при p = cоnst от адиабатически сжатого идеального газа вне цилиндра (промежуточное охлаждение воздуха в охладителе наддувочного воздуха при p = cоnst с отводом теплоты Q в охлаждающую забортную воду);

3 – 4 – адиабатное сжатие идеального газа ( политропное сжатие заряда воздуха в цилиндре до давления p4 = pс, где pс – давления сжатия, соответствующее минимальному объему рабочего тела);

4 – 5 – подвод теплоты Q при V = cоnst (сгорание впрыснутого в цилиндр топлива при постоянном объеме);

5 – 6 – подвод теплоты Q к идеальному газу при p = cоnst (сгорание топлива в цилиндре дизеля при pΖ = pmax= cоnst, где pΖ – максимальное давление рабочего цикла);

6 – 7 – адиабатное расширение идеального газа (политропное расширение продуктов сгорания – газов в цилиндре двигателя с совершением работы, т. е. рабочий ход поршня);

7 – 8 – отвод теплоты Q при V= cоnst (процесс выпуска газов из цилиндра в коллектор при V7-8 =VВ= cоnst, где VВ – объем цилиндра в начале выпуска газов);

8 – 9 – подвод теплоты Q при p = cоnst (часть кинетической энергии выпускных газов в выпускном коллекторе переходит в тепловую энергию, что повышает температуру газов перед газовой турбиной; происходит как бы подвод теплоты Q к рабочему телу при p8-9 = pт= cоnst, где pт − давление газов перед турбиной);

Рис. 34. Цикл комбинированного дизеля

9 – 10 – адиабатное расширение газов (расширение газов в газовой турбине при начальном давлении p8-9, равном давлению pт);

10 – 1 – отвод теплоты Q к холодному источнику согласно второму закону термодинамики (отвод теплоты отработавших в турбине выпускных газов в окружающую среду или утилизирующие теплоту устройства).

Условились считать, что теплота Q, отводимая из цилиндров на участке цикла 7 – 8, полностью подводится к турбине на участке 8 – 9 в виде теплоты Q в результате перехода кинетической энергии газов в тепловую, т. е. Q= Q.

К основным соотношениям приведенного цикла следует отнести (в дополнение к приведенным по циклу поршневого двигателя ε, λ, ρ)

ε1 = V1/V2 – степень сжатия в компрессоре;

ε0 = ε 1 ε – общую степень сжатия комбинированного двигателя;

ω = V2/V3 – степень уменьшения объема при промежуточном охлаждении; при отсутствии промежуточного охлаждения V2 = V3 и ω = 1;

φ1 = V3/V8 – степень изменения объема газа (практически в четырехтактных дизелях ) φ1 = 1, в двухтактных φ1 = 0,9 ÷ 0,8);

τ = p3/p8 – степень уменьшения давления (в выпускном трубопроводе дизеля перед турбиной);

πк = p2/p1 – степень повышения давления (в компрессоре);

z – степень понижения давления (в турбине);

так как р8 = р9; р2 = р3; р1 = р10, то z = πк /τ.

С учетом изложенных соотношений и равенств, термический к. п.д. цикла комбинированного двигателя в общем виде

ηт = 1 - . (14)

При подстановке в это уравнение выражений для Q, представленных через параметры цикла, получим выражение для ηт в развернутом виде, позволяющее сделать выводы о влиянии отдельных параметров на экономичность цикла комбинированного двигателя:

ηт = 1- (15)

Для двигателя без промежуточного охлаждения воздуха формула (15) остается в силе при условии ω = 1. По результатам анализа уравнения можно сделать следующие выводы:

термический к. п.д. цикла с промежуточным охлаждением воздуха после сжатия в компрессоре ниже, чем цикла без охлаждения. При этом разность между значениями к. п.д. ηт = ηт – ηтохл возрастает с увеличением степени повышения давления в компрессоре πк. Следует учитывать, что в реальном двигателе при охлаждении наддувочного воздуха эффективный к. п.д. ηе понижается меньше, а иногда даже растет, чем термический к. п.д. ηт в теоретическом цикле, так как повышается индикаторный ηi и механический ηм к. п.д.

Значение ηi повышается вследствие уменьшения потерь теплоты в охлаждающую среду от стенок цилиндров. Механический к. п.д. ηм повышается вследствие того, что индикаторная мощность повышается в большей степени, чем растут механические потери.

В практике дизелестроения путем наддува стремятся повысить мощность дизеля при сохранении теплонапряженности на уровне, предельно допустимом для длительной работы дизеля. Согласно опытным данным, охлаждение наддувочного воздуха на каждые 10 К позволяет повысить мощность дизеля на

2,5 ¸ 3 % при сохранении теплонапряженности на прежнем уровне.

При газотурбинном наддуве существует два основных способа использования энергии выпускных газов поршневого ДВС:

1) с турбиной постоянного давления (давление газов перед турбиной

Рт = const);

2) с импульсной турбиной (давление газов перед турбиной Рт = var).

При работе турбины на газах переменного давления, Рт = var, можно использовать часть кинетической энергии выпускных газов. На рис.7 этот процесс изображен тонкой линией 7 – 11 – 10. В этом случае выпускную систему разделяют на несколько коротких трубопроводов малого сечения и объема, к которым подключают выпускные газы от группы (2, 3, 4) цилиндров.

Линия рис.7) соответствует процессу расширения газов в турбине постоянного давления. Выпускные газы из всех цилиндров направляются в общий выпускной коллектор достаточно большой емкости, поэтому перед турбиной устанавливается почти постоянное давление. Большая часть кинетической энергии газов расходуется на потери при перетекании газов из цилиндра в коллектор, дросселирования в газовыпускных органах, вихреобразования и других факторов. Часть кинетической энергии превращается в теплоту, благодаря чему объем газов увеличивается на ∆V (с точки 11 до 9), повышается температура газов перед турбиной.

Известно, что на диаграмме Р, V площадь под линией процесса определяет удельную работу процесса, площадь цикла - полезную работу цикла, чем выше крутизна процесса расширения в турбине или процесса сжатия в компрессоре, тем выше адиабатный к. п.д. турбомашины. Отсюда можно заключить, что при изобарном наддуве по сравнению с импульсным за счет повышения к. п.д. турбины получается выигрыш энергии равной площади 11 – 9 – 10, но теряется кинетическая энергия газов равная площади 7 – 8 – 11. При повышении наддува линия 8 – 9 рис. 7 перемещается выше, площадь 11 – 9 – 10 растет, а площадь 7 – 8 – 11 уменьшается. Поэтому при малых давлениях наддува термический к. п.д. цикла с постоянным давлением газов перед турбиной примерно на 4 ¸ 8 % ниже термического к. п.д. цикла с пульсирующим потоком (импульсная система наддува). При повышении величины πк разница между значениями термического к. п.д. циклов уменьшается. При давлении наддува больше 200 кПа эффективней становится изобарный наддув.

Расширение пределов изменения объема рабочего тела при осуществлении цикла (увеличение степени сжатия и последующего расширения) обеспечивает увеличение термического к. п.д. Анализ основных показателей термодинамических циклов показывает, что при степени сжатия двигателя ε = 12÷13 и степени повышения давления в компрессоре πк = 2 ÷ 3 для комбинированного двигателя ηт =  0,7 ÷ 0,72.

При увеличении отношения давления τ = р3/р8 = 1 ÷ 1,4 (чему соответствует отношение рs/рт в реальном двигателе) термический к. п.д. цикла уменьшается примерно на 4 ¸ 5%.

При увеличении степени изменения объема газа в цилиндре φ1 = 0,8 ÷ 1,2 к. п.д. цикла ηт увеличивается на 5 ¸ 6%.

Термический к. п.д., а следовательно, и экономичность цикла со смешанным подводом теплоты возрастают с увеличением доли теплоты Q, подведенной при постоянном объеме, и уменьшением доли теплоты Q, подведенной при постоянном давлении. Другими словами, при ρ = 1,2 ÷ 1,4 к. п.д. ηт и среднее индикаторное давление цикла меньше, чем при ρ = 1,0, примерно на 1 %, однако максимальное давление цикла рz (давление сгорания топлива), а следовательно, и механическая напряженность двигателя при этом значительно ниже, что приводит к более высокому значению механического к. п.д. ηm. Поэтому эффективный к. п.д. двигателя ηе, среднее эффективное давление ре при ρ = 1,4 могут быть выше, чем при ρ = 1. Исходя из этого, нормальная эксплуатация дизеля обеспечивается при ρ = 1,3 ÷ 1,4, а не при ρ = 1.

Действительный цикл двигателя сопровождается тепловыми, гидравлическими и механическими потерями. Турбокомпрессор наддува ДВС представлен на рис. 35.

3.4. Схемы работы ДВС

Четырехтактный ДВС

Рассматривать работу ДВС удобно по индикаторным диаграммам, представляющим в координатах Р, V зависимость давления от объема цилиндра по ходу поршня от ВМТ к НМТ и наоборот.

Первый такт – наполнение (рис. 36, а). Поршень движется от ВМТ к НМТ. Через впускной клапан (1) турбокомпрессор подает в цилиндр воздух под давлением.

Для обеспечения максимального наполнения цилиндра воздухом впускной клапан открывается до прихода поршня в ВМТ с некоторым углом опережения впуска jоп. вп » 20 ¸ 50 °ПКВ и закрывается с некоторым углом запаздывания после НМТ jзап » 20 ¸ 45 °ПКВ. Полный угол положения впускного клапана в открытом состоянии составляет jвп  » 220 ÷ 280 °ПКВ. На индикаторной диаграмме этому соответствует линия rа. В конце процесса наполнения воздух в цилиндре имеет следующие параметры: Ра » 130 ¸ 400 кПа; Та » 40 ¸ 130 °С.

Второй такт - сжатие (рис. 36, б). Поршень движителя от НМТ к ВМТ, сжимает воздух, поступивший в цилиндр за первый такт. В процессе сжатия необходимо повысить параметры сжимаемого воздуха до значений, надежно обеспечивающих самовоспламенение топлива. Давление и температура в конце

сжатия: Рс » 4,5 ¸ 8,0 МПа; Тс » 530 ÷ 730 °С. Эта температура превышает температуру самовоспламенения топлива на 160 ¸ 200 °С. Процесс сжатия на индикаторной диаграмме изображен линией ас.

Топливо в цилиндр впрыскивается с некоторым опережением до ВМТ при высоком давлении, обеспечивающем качественное распыливание топлива. Опережение впрыскивания топлива обеспечивает подготовку его к самовоспламенению в момент прихода поршня к ВМТ. На номинальном режиме угол опережения впрыска топлива

j0 т  » 8 ¸ 16 °ПКВ.

Третий такт – сгорание и расширение (рис. 36, в). Такт является рабочим, на протяжении которого в дизеле совершается полезная работа – превращение тепловой энергии газа в механическую работу. Участок индикаторной диаграммы сz соответствует периоду сгорания. Максимальное давление в цилиндре Рz » 6 ¸ 19 МПа, температура газов Тz » 1700 - 2000 К. Процессу расширения газов на диаграмме соответствует линия zв.

Рис. 36. Схема работы четырехтактного ДВС: а) наполнение; б) сжатие;

в) сгорание и расширение; г) выпуск

Четвертый такт - выпуск (рис. 36, г). Поршень движется от НМТ к ВМТ. Выпуск начинается в момент открытия выпускного клапана (2), до прихода поршня в НМТ на угол jоп. вып . » 40 ¸ 55 °ПКВ. Выпуск газов продолжается в течение всего хода поршня и заканчивается после закрытия выпускного клапана за ВМТ. Запаздывание закрытия выпускного клапана относительно ВМТ jзап. вып. » 40 ¸ 70 °ПКВ. На индикаторной диаграмме процесс выпуска соответствует линии вr. Выпускные газы поступают в газовую турбину, где их энергия используется для привода компрессора, подающего воздух в цилиндры.

Двухтактный ДВС

У двухтактного ДВС наполнение цилиндра воздухом и очистка от продуктов производятся в конце хода расширения и в начале сжатия. Газы из цилиндра отводятся через выпускные окна в нижней части цилиндра или через выпускные клапаны в крышке цилиндра. Воздух поступает в цилиндр через продувочные окна, размещенные в нижней части цилиндра. Открытие и закрытие окон производит поршень.

Первый такт – продувка и сжатие рис. 37, а. Такт начинается движением поршня от НМТ к ВМТ. В начале продувочные окна (1) остаются открытыми, воздух поступает в цилиндр из ресивера (3), продолжаются продувка и выпуск продуктов сгорания через выпускные окна (2) (или клапаны) в коллектор (4) выпускных газов. Конец продувки и зарядки цилиндров воздухом (участок а′а на индикаторной диаграмме) определяется моментом закрытия продувочных и выпускных окон (или клапанов). После закрытия органов газообмена начинается процесс сжатия (линия ас), который заканчивается в ВМТ. В конце сжатия (точка с) давление сжатия Рс = 4,5 ¸ 8,0 МПа, температура Тс = 800 ¸ 1000 К.

Второй такт - сгорание, расширение, выпуск и продувка, (рис. 37,б) - соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ. За 3 ¸ 35 °ПКВ (в зависимости от типа дизеля) до прихода поршня к ВМТ происходит впрыск топлива в цилиндр, которое самовоспламеняется и сгорает (линия сz).

Под действием давления газов поршень движется к НМТ, идет процесс расширения газов (рабочий ход), что соответствует линии zа′ на диаграмме.

В момент открытия выпускных окон, за 65 ¸ 75° ПКВ до НМТ (для выпускных клапанов за 70 ¸ 95 °ПКВ до НМТ) начинается выпуск продуктов сгорания (точка в) из цилиндра в выпускной коллектор (4), из которого газы поступают в газовую турбину. Продувочные окна открываются поршнем после открытия выпускных окон, когда давление в цилиндре становится примерно равным (несколько меньшим) давлению воздуха в ресивере (3).

С открытием продувочных окон начинаются продувка и наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. Продувка продолжается вплоть до закрытия поршнем продувочных окон при его движении к ВМТ. На индикаторной диаграмме (рис. 37, б) показаны процессы рабочего цикла: ас – сжатие, сz – сгорание топлива, zв – расширение (рабочий ход), ва′а – газообмен.

По диаграмме можно установить характерные объемы цилиндра: Vs –  рабочий, Vс – камеры сгорания, V–  неполный, определяющий момент начала сжатия до ВМТ и конец расширения после ВМТ, Vs – потерянный, занятый выпускными и продувочными окнами, Vа – полный. Мощность двухтактного ДВС при одинаковых объемах цилиндров в 1,75 ¸ 1,85 раза больше мощности четырехтактного ДВС. При прочих равных условиях рост в 2 раза обусловлен большим количеством рабочих ходов в единицу времени. Но у двухтактных ДВС хуже очистка цилиндров от продуктов сгорания, наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха; часть рабочего объема цилиндра теряется на окна.

На рис. 38 показан поперечный разрез 4-тактного двигателя внутреннего сгорания.

3.5. Состав и свойства топлив, применяемых в ДВС

Основным топливом для ДВС являются продукты переработки нефти. Топливо, применяемое в судовых ДВС, делится на два класса – дистиллятное и тяжелое. Дистиллятное топливо – продукт перегонки (дистилляции) нефти (Дл., Дс., Дз). Это топливо имеет малую вязкость, используется в высоко - и среднеоборотных ДВС, иногда в МОД на режимах пуска и маневрирования, а также как добавка к тяжелому топливу для понижения его вязкости. Тяжелое топливо - смесь крекинг-остатков с дистиллятами. Подразделяется на средне – и высоковязкие сорта. Средневязкие – моторное топливо ДТ, получаемое смешиванием мазута с дистиллятами, флотские мазуты Ф-5, Ф-12, обычно состоящие из 60 - 70 % маловязкого мазута прямой перегонки, 15-20 % солярового масла и 20 - 30 % крекинг-мазута.

К высоковязкому остаточному топливу относится моторное топливо; ДМ, мазут М-0,9; М-1,5 и М-2,0 , топочный мазут М40 и М40 В.

Тяжелое топливо обладает значительно худшими показателями и его применение требует дополнительных затрат на топливоподготовку, но использование в судовых МОД и СОД является экономически оправданным. Они в 1,5 ÷ 2,0 раза дешевле дистиллятных. Кроме нефтяного можно использовать и другое топливо.

Элементарный состав топлива нефтяного происхождения изменяется примерно в следующих пределах:

состав в % С –;

Н –;

S – 0,1 - 5,0;

O – 0,1 - 1,0;

N – 0,1 - 0,2.

Теплота сгорания – количество теплоты (энергии) выделяющейся при полном сгорании 1 кг. топлива. Разделяется на высшую и низшую. Вторая не учитывает теплоту, выделяющуюся при конденсации паров воды.

Плотность топлива – масса единицы объема. У дизельного топлива плотность r = 830 ¸ 890 кг/м3, у тяжелых доходит до 990 кг/м3 (моторное 900-910, мазуты При увеличении температуры плотность уменьшается, и это нужно учитывать при определении запасов топлива на судне по формуле

,

где  = (0,712 ÷ 0,528) – поправочный коэффициент.

Испаряемость (фракционный состав) указывает температурные пределы постепенного выкипания различных фракций топлива. Фракционный состав топлива оказывает влияние на качество смесеобразования. Широкий фракционный состав вызывает ухудшение качества распыливания. Высококачественное топливо характеризуется узким диапазоном фракций. В тяжелом топливе наличие фракций, кипящих при температуре > 350 °С, приводит к возрастанию периода задержки воспламенения и снижению интенсивности сгорания.