Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловая машина, внутри цилиндра которой происходит сгорание топлива. При сгорании выделяется теплота, идущая на расширение, газов. Под давлением расширяющихся газов движется поршень. Таким образом в ДВС тепловая энергия превращается в механическую.
Судовые ДВС классифицируются по ряду признаков. Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.
Таким образом, по осуществлению рабочего цикла двигатели подразделяются на четырехтактные, у которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.
По конструктивному выполнению двигатели подразделяются на тронковые, крейцкопфные и с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в одном цилиндре.
Во время работы двигателя при сгорании топлива в цилиндре на поршень действует давление газов. Его можно представить в виде сосредоточенной силы Р (рис. 1, а), приложенной к оси поршневого пальца и направленной вниз. При повороте коленчатого вала на некоторый угол сила Р раскладывается по правилу параллелограмма на две силы: РШ, действующую вдоль оси шатуна и приводящую в движение коленчатый вал, и РН, действующую перпендикулярно направлению движения поршня. Сила РН прижимает поршень к стенке цилиндра и вызывает усиленный износ поршней и стенок цилиндров.
По такой схеме выполняются высокооборотные и среднеоборотные двигатели, называемые тронковыми (поршень у них имеет развитую нижнюю цилиндрическую часть — тронк).
У двигателей больших мощностей сила РН велика, поэтому их делают крейцкопфными (рис. 1, б). Поршень 2 такого двигателя жестко через шток 3 соединен с крейцкопфом 1, ползун 4 которого движется в направляющих параллелях 5. Боковое усилие PН в этом случае воспринимается не стенкой цилиндра, а через крейцкопф параллелями, которые жестко связаны со станиной двигателя. Крейцкопфы делают односторонними или двусторонними.
У двигателей с ПДП (рис. 1, в) топливо сгорает в камере, расположенной между двумя поршнями 1, которые работают в одном цилиндре и движутся в противоположные стороны. Такой двигатель имеет два коленчатых вала 2.
В зависимости от расположения цилиндров двигатели бывают однорядные с вертикальным расположением цилиндров (рис. 2, а) и V-образные (рис. 2, б).
По способу наполнения цилиндра свежим зарядом различают:
- двигатели без наддува (рис. 2, в), у которых всасывание воздуха через клапан осуществляется поршнем (четырехконтактные) или заполнение цилиндра воздухом производится продувочным насосом при невысоком давлении, незначительно превышающем атмосферное (двухтактные);
- двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением, создаваемым специальным насосом К (воздуходувкой).
По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:
- двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом; оно мелко распыливается, смешивается в цилиндре с воздухом, сильно разогретым в результате сжатия, и самовоспламеняется (это дизели);
- карбюраторные двигатели, т. е. такие двигатели, у которых топливо перемешивается с воздухом не в цилиндре, а в особом приборе—карбюраторе, из которого горючая смесь подается в цилиндр двигателя и воспламеняется там от электрической искры, получаемой от специальной системы.
По быстроходности двигатели условно подразделяют на тихоходные со средней скоростью поршня менее 6,5 м/с и быстроходные со средней скоростью поршня более 6,5 м/с. Среднюю скорость поршня СМ определяют по формуле.
В настоящее время частота вращения в СИ характеризуется угловой скоростью ω, которая измеряется в радианах в секунду (1/с) и определяется по формуле.
По частоте вращения двигатели подразделяют на:
- малооборотные (МОД) — 10…25 с-1 (100…250 об/мин),
- среднеоборотные (СОД) —25…60 с-1 (250…600 об/мин),
- повышенной оборотности— 60…100 с-1 (600…1000 об/мин)
- высокооборотные — свыше 1000 с-1 (10 000 об/мин).
По мощности двигатели подразделяются на:
- маломощные — до 73,5 кВт (100 л. с),
- средней мощности — 73,5…735 кВт (100…1000 л. с.) и
- сверхмощные —свыше 7350 кВт (10000л.с).
По назначению двигатели бывают главными, которые обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты, и вспомогательными, служащими для привода электрогенераторов, компрессоров и других вспомогательных механизмов.
По способу изменения направления вращения вала двигатели подразделяют на реверсивные и нереверсивные. Передний и задний ход при гребном винте фиксированного шага может быть достигнут изменением направления вращения гребного винта. Для обеспечения заднего хода гребному винту можно придать вращение в обратную сторону двумя способами: либо изменить направление вращения коленчатого вала двигателя, либо только гребного.
В реверсивных двигателях можно изменить направление вращения коленчатого вала. Мощность этих двигателей, как правило, большая.
Коленчатые валы нереверсивных двигателей вращаются только в одном направлении. У быстроходных и маломощных нереверсивных двигателей направление вращения гребного винта изменяют с помощью реверсивной передачи, устанавливаемой между двигателем и валопроводом.
Для краткого обозначения типа двигателя дизелестроительные заводы пользуются условной маркировкой (табл. 1). Единая у отечественных дизелестроительных заводов, индивидуальная у заводов других стран маркировка типа двигателя обычно состоит из записываемых в определенной последовательности буквенных условных обозначений отдельных характеристик двигателя и цифр, обозначающих число цилиндров, диаметр, а также ход поршня (в см).
В соответствии с ГОСТ 4398—78 маркировка двигателей СССР состоит из цифрового обозначения числа цилиндров, условных буквенных обозначений характеристик двигателя,после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня в см.
Так, марка 8DP 43/61 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный реверсивный тронковый (отсутствие буквы К), без наддува (отсутствие буквы Н) двигатель с цилиндром диаметром 430 мм и ходом поршня 610 мм.
Точно так же марка 6DKPH 74/160 обозначает: двигатель шестицилиндровый двухтактный крейцкопфный реверсивный, с наддувом, с цилиндром диаметром 740 мм и ходом поршня 1600 мм.
В маркировку двигателей производства ГДР входит число цилиндров и ход поршня. Диаметр цилиндра либо дается в знаменателе, либо совсем не указывается. Например, марка двигателя 8ZD 72/48 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный дизель с ходом поршня 720 мм и с цилиндром диаметром 480 мм.
В маркировке двигателей «Зульцер» ход поршня не указывается. Например, марка 8TD-48 присваивается восьмицилиндровому тронковому реверсивному двигателю с цилиндром диаметром 480 мм.
В маркировке двигателей МАН число цилиндров указывают между условными буквенными обозначениями конструкции двигателя и его тактностью, после чего дробью — диаметр цилиндра и ход поршня (в см), затем условное обозначение турбонаддува и показатель модификации. Так, марка двигателя K6Z 60/105Л означает, что двигатель крейцкопфный шестицилиндровый двухтактный с цилиндром диаметром 600 мм, ходом поршня 1050 мм, подпоршневые пространства у данной модификации используются как продувочный насос.
Двигатели заводов «Бурмейстер и Вайн» маркируются несколько иначе. Здесь диаметр цилиндра (в см) указывают впереди условных буквенных обозначений, за числом цилиндров, а ход поршня — после них. Так, марка 6-35 VBF62 присваивается шестицилиндровому двухтактному реверсивному дизелю с газотурбинным наддувом с цилиндром диаметром 350 мм и ходом поршня 620 мм.
