Принцип работы дизельного четырехтактного двигателя: 4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

Содержание

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный  воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного  двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200.  После этого рабочий цикл дизеля повторяется.
В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.

5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.
К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Работа дизельного двигателя, подробнее

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС (ЦИКЛ) ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО И ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС (ЦИКЛ) ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

1 такт. Впуск. Поршень перемещается в цилиндре вниз при открытом канале впуска и закрытом канале выпуска, в результате чего цилиндр заполняется смесью паров бензина и воздуха.

2 такт. Сжатие

. Поршень перемещается в цилиндре вверх при закрытых обоих каналах, сжимая смесь в камере сгорания в верхней части цилиндра.

3 такт. Рабочий ход. В конце такта сжатия искра, проскакивающая между контактами свечи зажигания, воспламеняет пары бензина, которые быстро сгорают, нагревая газ в цилиндре до высокой температуры. При этом, соответственно, увеличивается давление, вынуждающее поршень перемещаться в цилиндре вниз. Оба канала остаются при этом закрытыми.

4 такт. Выпуск. Поршень перемещается вверх, при этом канал выпуска открывается, выпуская сгоревшие газы из цилиндра. В конце этого такта канал выпуска закрывается, а канал впуска снова открывается для следующего такта впуска, который следует за ним немедленно.

Полный цикл работы совершается за два оборота коленчатого вала.

Недостатком четырехтактного цикла всегда считалось то, что на каждый рабочий такт имеются три «холостых» такта.


Рабочий процесс (цикл) четырехтактного дизельного двигателя происходит в том же порядке, что и у четырехтактного бензинового. Отличием является то, что через впускные клапаны в цилиндры во время такта впуска подаётся воздух. При сжатии он разогревается до высокой температуры и обеспечивает воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндры под большим давлением через форсунки.

Дизельный двигатель более экономичен, но его детали при работе испытывают большие нагрузки и, соответственно, изготовляются более прочными, массивными и тяжелыми. При равной массе с бензиновым двигатель имеет меньшую мощность.

В четы­рехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборо­та коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Число рабочих ходов равно числу цилиндров двигателя. Их чередование для 4-, 6- и 8-цилиндровых двигателей будет происхо­дить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала.

Рабочий процесс (цикл) двухтактного двигателя:

Двухтактный двигатель теоретически должен развивать вдвое большую мощность по сравнению с четырехтактным того же размера (на практике – не более чем в 1,7 раза). Также его конструкция дает возможность отказаться от применения клапанов, используя сам поршень для открывания и закрывания каналов. В цилиндре имеются каналы: впуска, выпуска и перепуска.


Полный цикл работы совершается за один оборот коленчатого вала (т. е. за поворот вала на 360°).

Газовый двигатель (двигатель автомобиля с газобаллонным оборудованием) в целом не имеет конструктивных отличий от бензинового двигателя, за исключением системы питания, рассчитанной на использование сжатого (метан (СН

4)) или сжиженного (смесь пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10)) газов. Рабочий цикл принципиальных отличий не имеет. Газовый двигатель имеет меньшую удельную мощность, но более экологичен и дешевле в эксплуатации, так как использует топливо, стоящее в два раза дешевле, чем бензин.

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики предопределили страсть или отторжение автомобилистов по отношению к агрегатам на “тяжелом топливе”. Так как же работает дизельный двигатель, каково его устройство, принцип работы и преимущества?

Времена, когда автомобиль с дизельными моторами ассоциировались с чадящими и тихоходными, давно остались за поворотом. Каждый автомобилист знает, что транспортное средство с агрегатом на “тяжелом топливе” издает характерные тарахтящие звуки, его выхлоп странно пахнет. Современные моторы награждают своих владельцев умеренным расходом топлива, впечатляющей эластичностью (крутящим моментом, доступным в относительно широком диапазоне оборотов) и иногда ошеломительной динамикой на зависть некоторым бензиновым автомобилям. Но при этом они требовательны к качеству солярки, а ремонт компонентов топливной системы может быть весьма дорогим.

Особенности конструкции

Дизельные двигатели, разумеется, не имеют таких колоссальных отличий как роторно-поршневой двигатель Ванкеля, устройство которого абсолютно не похоже на “анатомию” традиционного ДВС, но у него имеется ряд особенностей, которые проводят между ним и бензиновыми моторами черту.

У дизеля также есть кривошипно-шатунный механизм, но его степень сжатия существенно выше – 19-24 единицы против 9-11 единиц соответственно. Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь.


У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.
Принцип работы дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания.

Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.
Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

У дизелей с неразделенной камерой сгорания процесс самовоспламенения происходит непосредственно в надпоршневом пространстве. Агрегаты данного типа несколько шумнее.

Что такое Common Rail

Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления. Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным. Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.

Система включает в себя ТНВД (топливный насос высокого давления), пьезоэлектрические форсунки, топливную рампу, регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива. Интересно, что на заре своей эволюции дизельные агрегаты имели не в пример более простую топливную аппаратуру с механическими форсунками и несопоставимо более низким давлением солярки на фоне современных систем.

Дитя прогресса

Не так давно дизельные моторы были экологически “грязными” и достаточно слабыми, но с некоторых пор агрегаты данного типа кардинально изменились, а отдельные представители племени достойны спорткаров. К таковым относится рядный шестицилиндровый мотор BMW объемом 3,0 л с четырьмя турбонагнетателями.
Кстати, конструкция этого мотора наглядно демонстрирует собой прогресс агрегатов на “тяжелом топливе”. Техношедевр оснащен двумя малоинерционными турбонагнетателями низкого давления и еще двумя высокого, причем один из них вступает в дело за пределами 2500 об/мин. Пьезофорсунки впрыскивают топливо под колоссальным давлением в 2500 бар. На выходе – 400 л.с. и 760 Нм. Интересно, что 450 Нм доступны уже при 1000 об/мин! Вот такие они, современные дизельные двигатели.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя проходит в той же последовательности, что и цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Отличие заключается в характере протекания рабочего цикла, в способе смесеобразования и воспламенения топлива.

Первый такт – впуск (рис. 1, а). Поршень 5 движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан 1 открыт. В цилиндр 4 под действием перепада давления в атмосфере и цилиндре поступает воздух, перемешиваясь с остаточными газами. Давление в конце такта 0,08…0,09 МПа, температура воздуха 320…340 К.

Второй такт – сжатие (рис. 1, б). Оба клапана закрыты. Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т., сжимая воздух. Вследствие большой степени сжатия (14… 18) давление в конце этого такта достигает 3,5. ..4 МПа, а температура — 750…950 К (превышает температуру самовоспламенения топлива). При положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку 2 впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом 6 высокого давления. Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает. Температура газов достигает 1900…2400 К, а давление — 5,5…9 МПа.

Третий такт – расширение (рабочий ход) (рис. 1, в). Оба клапана закрыты. Поршень 5 под давлением расширяющихся газов движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун вращает коленчатый вал, совершая полезную работу. В начале такта сгорает остальная часть топлива. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2…0,3 МПа, температура — до 900… 1200 К.

Четвертый такт – выпуск (рис. 1, г). Выпускной клапан 3 открывается. Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т. и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу. К концу такта давление газов 0,11…0,12 МПа, температура 650…900 К.

Рис. 1. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г —такт выпуска; 1—впускной клапан; 2 — форсунка; 3— выпускной клапан; 4— цилиндр; 5—поршень; 6—топливный насос высокого давления

Далее рабочий цикл повторяется.

В течение рабочего цикла описанных двигателей только при рабочем ходе поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит во вращательное движение коленчатый вал. При выполнении остальных тактов (выпуска, впуска и сжатия) поршень нужно перемещать, вращая коленчатый вал. Это вспомогательные такты, которые осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком во время рабочего хода. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

  1. Система смазки. Назначение, устройство, принцип действия.

Назначение.

Система смазки (другое наименование — смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает охлаждение деталей двигателя, удаление продуктов нагара и износа, защиту деталей двигателя от коррозии.

Устройство.

Система смазки двигателя включает поддон картера двигателя с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор, которые соединены между собой магистралями и каналами.

Поддон картера двигателя предназначен для хранения масла. Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, а также с помощью датчика уровня и температуры масла.

Масляный насос предназначен для закачивания масла в систему. Масляный насос может приводиться в действие от коленчатого вала двигателя, распределительного вала или дополнительного приводного вала. Наибольшее применение на двигателях нашли масляные насосы шестеренного типа.

Масляный фильтр служит для очистки масла от продуктов износа и нагара. Очистка масла происходит с помощью фильтрующего элемента, который заменяется вместе с заменой масла.

Для охлаждения моторного масла используется масляный радиатор. Охлаждение масла в радиаторе осуществляется потоком жидкости из системы охлаждения.

Давление масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал от датчика поступает к контрольной лампе на приборной панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель давления масла.

Датчик давления масла может быть включен в систему управления двигателем, которая при опасном снижении давления масла отключает двигатель.

На современных двигателях устанавливается датчик уровня масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться датчик температуры масла.

Для поддержания постоянного рабочего давления в системе устанавливается один или несколько редукционных (перепускных) клапанов. Клапаны устанавливаются непосредственно в элементах системы: масляном насосе, масляном фильтре.

Принцип действия системы смазки.

В современных двигателях применяется комбинированная система смазки, в которой часть деталей смазывается под давлением, а другая часть – разбрызгиванием или самотеком (рис. 2).

Смазка двигателя осуществляется циклически. При работе двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей. Затем по каналам масло поступает к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого вала, опорам распределительного вала, верхней опоре шатуна для смазки поршневого пальца.

На рабочую поверхность цилиндра масло подается через отверстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных форсунок.

Остальные части двигателя смазываются разбрызгиванием. Масло, которое вытекает через зазоры в соединениях, разбрызгивается движущимися частями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. При этом образуется масляный туман, который оседает на другие детали двигателя и смазывает их.

Рис. 2. 1 – масляный поддон, 2 – датчик уровня и температуры масла, 3 – масляный насос, 4 – редукционный клапан, 5 – масляный радиатор, 6 – масляный фильтр, 7 – перепускной клапан, 8 – обратный клапан, 9 – датчик давления масла, 10 – коленчатый вал, 11 – форсунки, 12 – распределительный вал выпускных клапанов, 13 – распределительный вал впускных клапанов, 14 – вакуумный насос, 15 – турбонагнетатель, 16 – стекание масла, 17 – сетчатый фильтр, 18 – дроссель

Под действием сил тяжести масло стекает в поддон и цикл смазки повторяется.

На некоторых спортивных автомобилях применяется система смазки с сухим картером. В данной конструкции масло храниться в специальном масляном баке, куда закачивается из картера двигателя насосом. Картер двигателя всегда остается без масла – «сухой картер». Применение данной конструкции обеспечивает стабильную работу системы смазки во всех режимах, независимо от положения маслозаборника и уровня масла в картере.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

/

/

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

Рассмотрим процесс преобразования тепловой энергии, полученной от сгорания топлива в цилиндре дизеля, в механическую работу для вращения вала двигателя:

1.Цилиндр дизеля. 5.Коленчатый вал.

2. Поршень. 6.Впускной клапан.

4.Кривошип. 8.Выпускной клапан.

При вращении коленчатого вала через кривошипно-шатунный механизм поршень в цилиндре будет совершать возвратно-поступательное движение.

При ходе поршня вниз открывается впускной клапан, и воздух от воздушного нагнетателя поступает в цилиндр. Проходит первый такт. При смене направления движения поршня наступает второй такт. Впускной клапан закрывается, и воздух в цилиндре сжимается. При подходе поршня к верхней точке температура воздуха из-за сжатия достигает 600-650 о С. В конце сжатия воздуха через форсунку в мелкораспыленном виде под давлением вспрыскивается дизельное топливо, и оно воспламеняется. При сгорании топлива в течение короткого времени выделяется большое количество газов с высокой тепловой энергией. Газы давят на поршень, и поршень перемещается вниз – рабочий ход или третий такт. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан и через него при перемещении поршня вверх газы выбрасываются в атмосферу – четвертый такт. В верхнем положении поршня выпускной клапан закрывается, впускной открывается и цикл повторяется

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9163 – | 7338 – или читать все.

91.146.8. 87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

В четырехтактном тепловозном дизеле рабочий цикл протекает в каждом цилиндре за четыре хода поршня (такта) или за два оборота коленчатого вала двигателя. На рис. изображен один цилиндр четырехтактного дизеля, на примере которого рассмотрим последовательность осуществления рабочего цикла в таком типе ДВС.

Первый такт – впуск воздуха (см. рис.а). При движении поршня 3 вниз от ВМТ и открытии впускного клапана цилиндр 4 заполняется воздухом из впускного ресивера 6 (или атмосферы). Ресивер, т.е. воздуховод, в отличие от трубопровода может иметь самую разнообразную форму поперечного сечения, например в виде прямоугольника, и является составной частью остова (корпуса) дизеля.

При достижении поршнем 3 НМТ впускной клапан закрывается. Первый такт завершен. Объем цилиндра V1 заполнен свежим зарядом воздуха. Во время первого такта кривошип коленчатого вала 1 вращается по часовой стрелке с угловой скоростью n принудительно, например, от стартер-генератора и совершает 1/2 оборота (заштрихованная площадь на рис. а).

Такт впуска воздуха также изображен в координатах Р-V (на индикаторной диаграмме) линией (изобарой) 1 – 2 (см. рис. а). Здесь Р0 – величина атмосферного давления воздуха.

Второй такт – сжатие (рис. б). При движении поршня 3 вверх от НМТ за счет принудительного вращения кривошипа 1 в цилиндре происходит сжатие воздуха.

Как отмечалось ранее при рассмотрении идеального цикла Дизеля, в тепловозных дизелях обычно осуществляется довольно высокая степень сжатия е, которая может достигать величины е = 12 – 16. При таком уменьшении объема воздуха при подходе поршня к ВМТ он, естественно, нагревается (вспомним закон Гей-Люссака) обычно до температуры 500. 700°С, а его давление становится равным 5. 10 МПа (а было примерно 0,1 МПа при заборе воздуха из атмосферы).

При подходе поршня к ВМТ в конце такта сжатия (точка 3 на Р-V-диаграмме, см. рис. б) в нагретый воздух форсункой 5 впрыскивается порция топлива. Это топливо попадает в цилиндр через мельчайшие отверстия диаметром примерно 0,3 мм в наконечнике форсунки 5 под давлением до 100 МПа. В результате топливо впрыскивается в цилиндр в распыленном почти до молекулярного состояния виде и с большой скоростью распространяется по объему камеры сжатия, где перемешивается с молекулами воздуха.

Рис. 3 – Схемы устройства, принципов работы и индикаторные диаграммы четырехтактного дизеля: а – такт I – впуск воздуха; б – такт II – сжатие; в – такт III – расширение газа; г – такт IV – выпуск отработавших газов; 1 – кривоши

Схемы устройства и принцип действия

Двигателем внутреннего сгорания называется тепловой двига­тель поршневого типа, в котором химическая энергия топлива пре­образуется в тепловую непосредственно внутри рабочего ци­линдра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются газообразные продукты сгорания с высокими давлением и температурой, которые являются рабочим телом дви­гателя. Продукты сгорания оказывают давление на поршень и вы­зывают его перемещение. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма превра­щается во вращательное движение коленчатого вала.

Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорному (цикл Отто), изобарному (цикл Дизеля) и смешанному (цикл Тринклера), различающихся характером про­текания процесса сообщения тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла сообщается при постоянном объеме, а осталь­ная часть при постоянном давлении. Отвод тепла во всех циклах совершается по изохоре.

Совокупность последовательных и периодически повторяю­щихся процессов, необходимых для движения поршня — наполне­ние цилиндра, сжатие, сгорание с последующим расширением газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, проходящая за один ход поршня, называется тактом.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; в четырехтактных двигателях рабочий цикл совер­шается за четыре хода поршня, а в двухтактных — за два.

Судовые двигатели внутреннего сгорания в основном работают по смешанному циклу. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мерт­выми точками (в. м. т., н. м. т.). Расстояние по оси цилиндра, проходимое поршнем от одного до другого крайнего положения, называется ходом поршня S (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при его движении между в. м. т. и н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра Vs. Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится в н. м. т., называется объемом камеры сжатия Vс. Объем цилиндра при положении поршня в н. м. т. на­зывается полным объемом цилиндра Vа : Va= Vс + Vs.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия ? = Va / Vc.

Величина степени сжатия зависит от типа двигателя. Для су­довых дизелей степень сжатия равна 12—18. Главными конструк­тивными характеристиками двига­теля являются диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров и га­баритные размеры.

Четырехтактный двигатель.

На рис. 125 показана схема устройства четырехтактного дизеля. Фунда­ментная рама 15 дизеля покоится на судовом фундаменте 1. Блок ци­линдров 11 закрепляется на станине двигателя 14. Поршень 9 под дей­ствием газов совершает возвратно-поступательное движение по зерка­лу цилиндровой втулки 10 и с по­мощью шатуна 13 вращает коленча­тый вал 2. Верхняя головка шатуна с помощью поршневого пальца 3 соединена с поршнем, а нижняя ох­ватывает мотылевую шейку колен­чатого вала. В крышке 7 цилиндра размещены впускной клапан 4, вы­пускной клапан 8 и топливная фор­сунка 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие через систему штанг и рычагов 5 от кулачных шайб распредели­тельных валов 12. Последние получают вращение от коленчатого вала.

Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит за два оборота коленчатого вала — за четыре хода (такта) поршня. Из четырех ходов (тактов) три хода (такта) являются подготови­тельными, а один рабочим. Каждый такт носит название основ­ного процесса, происходящего во время данного такта.

Первый такт — впуск. При движении поршня вниз (рис. 126) над поршнем в цилиндре создается разрежение, и через принуди­тельно открытый впускной клапан а атмосферный воздух запол­няет цилиндр. Для лучшего заполнения цилиндра свежим заря­дом воздуха впускной клапан а открывается несколько раньше, чем поршень достигнет в. м. т.—точка 1; имеет место предваре­ние впуска (15—30° по углу поворота коленчатого вала). Закан­чивается впуск воздуха в цилиндр в точке 2. Впускной клапан а закрывается с углом запаздывания 10—30° после н. м. т. возможность использовать инерцию входящего с большой ско­ростью воздуха, что приводит к более полной зарядке цилиндра. Продолжительность впуска соответствует углу поворота коленча­того вала на 220—250° и на рисунке показана заштрихованным углом 1—2, а па диаграмме р—? — линией впуска 1—2.

Второй такт — сжатие. С момента закрытия впускного кла­пана а (точка 2) при движении поршня вверх начинается сжатие. Объем уменьшается, температура и давление воздуха увеличи­ваются. Продолжительность сжатия составляет угол 140—160° по­ворота коленчатого вала и заканчивается в точке 3. Давление в конце сжатия достигает 3—4,5 Мн/м2, а температура 800—1100° К. Высокая температура заряда воздуха обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце хода сжатия, когда поршень .немного не дошел до в. м. т. (точка 3), производится впрыск топ­лива через форсунку б. Опережение подачи топлива (угол пред­варения 10—30°) дает возможность к приходу поршня в в. м. т. подготовить рабочую смесь к самовоспламенению.

Третий такт — рабочий ход. Происходит горение топлива и рас­ширение продуктов сгорания. Продолжительность сгорания топ­лива составляет 40—60° поворота коленчатого вала (процесс 3—4 на рисунке). В конце горения внутренняя энергия газов увеличи­вается, давление газов достигает значительной величины 58 Мн/м2, а температура 1500—2000° К. Точка 4 — начало рас­ширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, со­вершая полезную механическую работу. В конце расширения (угол опережения 20—40° до н. м. т.) — точка 5 — открывается выпускной клапан в, давление в цилиндре резко падает и по дости­жении поршнем н. м. т. оказывается равным 0,1—0,11 Мн/м2, а температура 600—800° К. Предварение выпуска обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх в последую­щем такте. Рабочий ход совершается за 160—180° угла поворота коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск. Продолжается от точки 5 до точки 6. При выпуске поршень, двигаясь вверх от н. м. т., выталкивает от­работавшие продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторым запозданием (на 10—30° угла поворота коленчатого вала после в. м. т.). Это улучшает удаление отработавших про­дуктов горения за счет отсасывающего действия газов, тем более что в это время впускной клапан уже открыт. Такое положение клапанов называется «перекрытием клапанов». Перекрытие кла­панов обеспечивает более совершенное удаление продуктов сгора­ния. Выпуск осуществляется в течение 225—250° угла поворота коленчатого вала.

Двухтактный двигатель.

На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизеля. Газораспределение в двухтактных двигате­лях осуществляется через продувочные окна П и выпускные окна В. Продувочные окна соединены с продувочным ресиве­ром Р, в который продувочным насосом Н нагнетается чистый воз­дух под давлением 0,12—0,16 Мн/м2. Выпускные окна, несколько выше расположенные, чем продувочные, соединяются с выпускным коллектором. Топливо подается в цилиндр форсункой Ф. Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие выпускных и продувочных окон производится поршнем.

Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

Первый такт — горение, расширение, выпуск и продувка. Пор­шень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В начале такта происхо­дит бурное горение с повышением давления газов до 5—10 Мн/м2 и температуры до 1700—1900° К для тихоходных двигателей и 1800—2000° К для быстроходных. Горение заканчивается в точке 4 и затем происходит расширение продуктов сгорания (участок 4—5) до давления 0,25—0,6 Мн/м2 и температуры 900—1200° К. При положении мотыля в точке 5 (за 50—70° до н. м. т.) откры­ваются выпускные окна, давление в цилиндре резко падает и на­чинается выпуск отработавших газов выпускного коллектора в ат­мосферу. Высота продувочных окон подбирается таким образом, чтобы к моменту их открытия давление газов в цилиндре было бы близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. После открытия продувочных окон (точка 6) продувочный воздух, поступая в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выпускные окна, при этом часть воздуха уходит с отработавшими газами. При открытых продувочных окнах происходит принудительная очистка цилиндра и заполнение его свежим зарядом; этот процесс называется продувкой.

Второй такт. Процесс продувки продолжается также при дви­жении поршня вверх от н. м. т. до закрытия продувочных окон (точка 1). После закрытия поршнем выпускных окон (точка 2) процесс выпуска заканчивается и начинается процесс сжатия све­жего заряда воздуха. В конце сжатия (в. м. т.) давление воздуха равно 3,5—5 Мн/м2, а температура составляет 750—800° К. Высо­кая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовос­пламенение топлива. Затем цикл повторяется.

По тем же соображениям, что и для четырехтактных дизелей, топливо в цилиндр подается с опережением в 10—20° поворота ко­ленчатого вала до в. м. т. (точка 3).

В настоящее время на судах применяют как двухтактные, так и четырехтактные дизели. Для крупнотоннажных грузовых и пас­сажирских судов основным является двухтактный двигатель. Ти­хоходные двухтактные крейцкопфного типа дизеля долговечны, отличаются высокой экономичностью, но имеют большой вес и га­бариты. При одной и той же частоте вращения и одинаковых раз­мерах цилиндров мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше мощности четырехтактного. Увеличение мощности двухтактного двигателя обусловлено сгоранием вдвое большего количества топлива, чем в четырехтактном, но так как объем ра­бочего цилиндра (из-за наличия выпускных и продувочных окон) используется неполностью, а часть мощности (4—10%) затрачи­вается на приведение в действие продувочного насоса, то факти­ческое превышение мощности в двухтактном двигателе над мощ­ностью четырехтактного составляет 70—80%.

Четырехтактный двигатель при одинаковых мощности и ча­стоте вращения с двухтактным имеет большие размеры и вес. Двухтактный двигатель при одинаковых частоте вращения и числе цилиндров с четырехтактным вследствие удвоенного числа рабо­чих циклов работает более равномерно. Минимальное число ци­линдров, обеспечивающее надежный пуск для двухтактного дви­гателя — четыре, а для четырехтактного — шесть.

Отсутствие клапанов и приводов к ним у двухтактного двига­теля со щелевой продувкой упрощает его конструкцию. Однако на изготовление деталей требуются более прочные материалы, так как двухтактные двигатели работают при более высоких темпера­турных условиях.

В двухтактных двигателях очистка, продувка и зарядка све­жим воздухом цилиндра осуществляется на протяжении части одного хода, поэтому качество этих процессов ниже, чем у четы­рехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели удобнее в отношении повышения их мощности путем наддува. Для них используют более простую схему наддува, теплонапряженность цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей. Для современных четырехтактных дизелей с газотурбинным наддувом удельный эффективный расход топ­лива составляет 0,188—0,190 кг/(квт ? ч), а для двухтактных тихо­ходных дизелей с наддувом 0,204—0,210 кг/(квт?ч).


Почему 2-тактные главные двигатели используются на судах вместо 4-тактных?

Когда корабль строится на верфи, наиболее важным механизмом, который следует выбирать, является главный двигатель. На рынке широко доступны как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели, но для больших океанских торговых судов двухтактный двигатель чаще используется в качестве основного двигателя и имеет гораздо лучший рынок.

Даже с широким спектром преимуществ, которые предлагает 4-тактный двигатель, таких как компактный размер установки, гораздо большее число оборотов в минуту или скорость и т. Д., 2-тактный двигатель затмевает немногими, но жизненно важными преимуществами.

Некоторые из важных причин, по которым двухтактные двигатели более популярны, чем четырехтактные, в качестве главных силовых двигателей на судах

  • Выбор топлива : Цены на топливо взлетели до небес, а топливо более высокого качества увеличивает расходы на эксплуатацию судна. Двухтактный двигатель может сжигать низкосортное жидкое топливо и, следовательно, снизить эксплуатационные расходы корабля.
  • КПД : Тепловой КПД и КПД 2-тактного двигателя намного лучше, чем у 4-тактного.
  • Мощность : Большинство двухтактных двигателей теперь являются крупноходными двигателями, которые производят больше мощности. Следовательно, они имеют более высокое соотношение мощности и веса по сравнению с 4-тактным двигателем.
  • Больше груза : Судно может перевозить больший вес и, следовательно, больше груза с двухтактными двигателями из-за высокого отношения мощности к весу.
  • Надежность : Двухтактные двигатели более надежны в работе, чем четырехтактные.
  • Меньше обслуживания : Двухтактный двигатель требует меньше обслуживания, чем четырехтактный двигатель.
  • Контроль направления : Двухтактный двигатель упрощает прямой запуск и реверсирование.
  • Без редукторов. : Поскольку двухтактные двигатели являются низкооборотными двигателями, не требуется понижающая передача или механизм понижения скорости, как требуется для высокоскоростного четырехтактного двигателя.

Однако маневренность двухтактного двигателя меньше, чем у четырехтактного двигателя, и первоначальная стоимость установки двухтактной силовой установки также намного выше, чем стоимость эксплуатации и обслуживания четырехтактного двигателя. В двухтактном двигателе экономия на высококачественном топливе может компенсировать все другие недостатки, а также снизить общие эксплуатационные расходы корабля.

Вы также можете прочитать — Что такое локальное или аварийное маневрирование на судне?

li {float: left; width: 48%; min-width: 200px; list-style: none; margin: 0 3% 3% 0 ;; padding: 0; overflow: hidden;} # marin-grid-81401> li .last {margin-right: 0;} # marin-grid-81401> li.last + li {clear: both;}]]>

Теги: судовой двигатель Судовые двигатели

№ ЭКСПЕРИМЕНТА. 3. Цель: изучить устройство и работу 4-х тактного бензинового / дизельного двигателя.

Принципы работы двигателя

Двигатели внутреннего сгорания ME 422 Yeditepe Üniversitesi Принципы работы двигателей Проф.Д-р Джем Сорушбай Информация Проф. Cem Soruşbay İstanbul Teknik Üniversitesi Makina Fakültesi Otomotiv Laboratuvarı

Подробнее

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВС)

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВС) В двигателе внутреннего сгорания передача тепла рабочей жидкости происходит внутри самого двигателя, обычно за счет сгорания топлива с кислородом воздуха. Во внешнем

Подробнее

БЛОК 3 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

БЛОК 3 АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Электрическая конструкция автомобиля 3.1 Введение Цели 3.2 Система зажигания 3.3 Требования к системе зажигания 3.4 Типы зажигания 3.4.1 Зажигание от батареи или катушки

Подробнее

— Сервисный бюллетень — Поршни.

Нормальное сгорание: плавное, даже от свечи зажигания через верх камеры. 1 2 3 Возникла искра Горение плавно перемещается по камере Сгорание и питание завершено Предварительное зажигание: происходит

Подробнее

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ CI

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ CI В двигателе SI подается однородная смесь A:: F, но в двигателе CI A:: F смесь неоднородна, и топливо остается в жидких частицах, поэтому количество подаваемого воздуха

Подробнее

Цикл двигателя Огунмуйва

Цикл двигателя Огунмуива Дапо Огунмуива М.Sc Председатель / генеральный директор VDI Тел .: (+49) 162961 04 50 Эл. Почта: [email protected] Ogunmuyiwa Motorentechnik GmbH Technologie- und Gruenderzentrum (TGZ) Am Roemerturm

Подробнее

Загрязнение от двухтактных двигателей

Загрязнение от 2-тактных двигателей по Engr. Национальный автомобильный совет Амину Джалала на нигерийской конференции по чистому воздуху, чистому топливу и транспортным средствам, Абуджа, 2-3 мая 2006 г. Знакомство с 2-тактным двигателем

Подробнее

Диагностика поршня: приблизительное руководство

Диагностика поршней: приблизительное руководство Процесс осмотра бывших в употреблении поршней может дать нам много полезной информации о состоянии двигателя.При отказе двигателя поршень скорее всего займет

Подробнее

А.Паннирсельвам *, М.Рамаджаям, В.Гурумани, С.Арулсельван, Г.Картикеян * (кафедра машиностроения, Аннамалайский университет)

А.Паннирсельвам, М.Рамаджаям, В.Гурумани, С.Арулсельван, Г.Картикеян / International Journal of Vol. 2, выпуск 2, март — апрель 212 г., стр. 19-27 Экспериментальные исследования рабочих характеристик и характеристик выбросов

Подробнее

Дизель: устранение неисправностей

Дизель: Устранение неисправностей Возможная причина Двигатель не запускается Трудно запускается двигатель Неровная работа на более низких оборотах Недостаточная мощность Детонация / пинк дизельного двигателя Черный Белый Синий Низкое сжатие X X X Низкое давление топлива X X

Подробнее

NISSAN FIGARO — ЗАПУСКНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

NISSAN FIGARO — ПРОБЛЕМЫ ЗАПУСКА Чтобы прояснить проблемы с запуском, в данном контексте предполагается, что двигатель переключается на стартер, он просто не запускается.Если проблема в неисправности двигателя

Подробнее

Блок 8. Системы преобразования

Раздел 8. Системы преобразования Цели: После завершения этого раздела студенты должны уметь: 1. Описывать базовые системы преобразования 2. Описывать основные типы комплектов преобразования. 3. Опишите, как работает CNG

Подробнее

Turbo Tech 101 (базовый)

Turbo Tech 101 (Basic) Как работает система Turbo Мощность двигателя пропорциональна количеству воздуха и топлива, которые могут попасть в цилиндры.При прочих равных условиях более крупные двигатели пропускают больше воздуха и, поскольку

Подробнее

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики Второй закон термодинамики утверждает, что процессы происходят в определенном направлении и что энергия имеет не только количество, но и качество. Первый закон не накладывает ограничений

Подробнее

Некоторые методы предотвращения износа поршневого цилиндра при использовании мазута с низким содержанием серы (LSFO) для всех судов, плавающих в зонах контроля выбросов (ECA)

1.Введение

Судовые двигатели обычно представляют собой двух- и четырехтактные дизельные двигатели с воспламенением от сжатия. С экологической и экономической точки зрения, удельный расход мазута (SFOC, единица измерения в граммах мазута / кВтч) двигателя является одним из важных факторов, способствующих энергоэффективности судов [1]. С другой стороны, другими важными факторами являются выбросы других газов, таких как NO x , SO x и PM (твердые частицы). Некоторые факторы зависят от качества мазута, а некоторые — от процесса сгорания в камере сгорания двигателей [2].

Содержание серы в мазуте определяется по содержанию SO x в выхлопных газах процесса сгорания дизельного двигателя. В камере сгорания содержание серы в мазуте окисляется до первичного SO 2 . Гораздо меньшая часть, около 3–5%, дополнительно окисляется до SO 3 . SO 2 и SO 3 вместе называются SO x . Цилиндр смазочного масла содержит вещества, нейтрализующие серу, что предотвращает повреждение двигателя серной кислотой.Лишь очень небольшая часть SO x нейтрализуется в сульфат кальция и считается незначительной.

Выбросы выхлопных газов часто напрямую связаны с примесями, содержащимися в используемом топливе. Высокий уровень оксидов серы SO x и оксидов азота NO x является неизбежным результатом использования тяжелого дизельного топлива (HFO). Максимальные выбросы этих оксидов регулируются IMO (Международная морская организация). Требования по сокращению выбросов SO x в определенных районах судоходства привели к использованию жидкого топлива с низким содержанием серы в работе дизельных двигателей.Использование HFO с высоким содержанием серы становится неприемлемым после принятия правил, установленных Приложением VI Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL 73/78) в некоторых чувствительных районах (зоны контроля выбросов — ECA), и после введения мониторинг выбросов с судов в ЕЦА. Максимальное содержание серы в мазуте регламентируется европейскими ECA и составляет 0,10% для судов в портах и ​​на всех внутренних водных путях Европейского Союза.

Следуя новым требованиям, относящимся к выбросам с содержанием серы, которые поступают на все суда при плавании в зонах контроля выбросов (ECA) в январе 2015 года, а именно: суда, торгующиеся, должны использовать мазут и судовое дизельное топливо с низким содержанием серы не более 0.10%, строго говоря, не изменяют регуляторную среду.

Однако использование мазута с низким содержанием серы вызовет некоторые проблемы с техническим состоянием двигателя.

По запросу Калифорнийского совета по воздушным ресурсам после ряда проблем, возникших на судне из-за переключения топлива после введения правил использования низкосернистого мазута в пределах 24 миль от побережья Калифорнии, с 2009 по 2010; согласно указанным результатам исследования, переключение топлива вызывает [3]:

  • Потеря тяги и нестабильность работы, когда двигатель снижает скорость до крайне медленного или медленного заднего хода, что приводит к колебаниям или остановке оборотов в минуту (об / мин) двигатель, при этом двигатель работал стабильно на высоких оборотах.

  • События, связанные с отказом при запуске, включая трудности с запуском двигателя или невозможность запуска двигателя из-за низкого давления в топливных системах, низкой вязкости топлива, проблемы, связанные с работой топливного насоса высокого давления, впрыск топлива, утечка масла в топливных системах и негерметичность уплотнительных колец.

  • Неспособность развивать максимальную скорость, невозможность оставить двигатель впереди / назад, чаще всего из-за давления впрыска топлива.

В этой главе рассматривается влияние использования мазута с низким содержанием серы на работу двигателя.Важно дать метод ограничения отрицательных сил на состояние техники двигателя при эксплуатации.

2. Обзор литературы

2.1 Судовой дизельный двигатель

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором воспламенение топлива осуществляется в камеру сгорания при высокой температуре. Процесс зажигания дизельного двигателя происходит в камере сгорания. Принцип работы дизельных двигателей осуществляется на протяжении 4 циклов: всасывание — сжатие — зажигание — выхлоп.

Двигатель с воспламенением от сжатия имеет самый высокий тепловой КПД (КПД двигателя) среди всех применяемых двигателей внутреннего или внешнего сгорания из-за его высокой степени расширения и естественного сжигания обедненной смеси, которое обеспечивает рассеивание тепла избыточным воздухом. Низкооборотные двигатели с воспламенением от сжатия (используемые на кораблях и в других приложениях, где общий вес двигателя относительно не важен) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50%.

Двигатели с воспламенением от сжатия выпускаются в двух- и четырехтактном исполнении.Первоначально они использовались как более эффективная замена стационарным паровым двигателям. С 1910-х годов они используются на подводных лодках и кораблях. Позже последовало использование локомотивов, грузовиков, тяжелого оборудования и электростанций. Конструкция судового дизельного двигателя представлена ​​на рисунке 1. Главный судовой дизельный двигатель представляет собой двухтактный дизельный двигатель с большим размером, тихоходным двигателем большой мощности, который устанавливается на крупногабаритное судно.

Рисунок 1.

Устройство дизельного двигателя.

В настоящем дизельном двигателе сначала в камеру сгорания вводится только воздух. Затем воздух сжимается со степенью сжатия обычно от 15: 1 до 23: 1. Высокое сжатие вызывает повышение температуры воздуха. Примерно в верхней части такта сжатия топливо впрыскивается непосредственно в сжатый воздух в камере сгорания. Это может быть пустота (обычно тороидальная) в верхней части поршня или форкамеры, в зависимости от конструкции двигателя. Топливная форсунка обеспечивает разбиение топлива на мелкие капли и равномерное распределение топлива.Тепло сжатого воздуха испаряет топливо с поверхности капель. Затем пар воспламеняется от тепла сжатого воздуха в камере сгорания, капли продолжают испаряться со своих поверхностей и гореть, становясь все меньше, пока все топливо в каплях не сгорит. Горение происходит при практически постоянном давлении во время начальной части рабочего такта. Начало испарения вызывает задержку перед воспламенением и характерный для дизельного двигателя звук детонации, когда пар достигает температуры воспламенения и вызывает резкое повышение давления над поршнем (не показано на диаграмме индикатора P-V).

Когда процесс сгорания завершен, газообразные продукты сгорания расширяются по мере дальнейшего опускания поршня, высокое давление в цилиндре перемещает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя описан на диаграмме P-V (давление-объем) на рисунке 2.

Рисунок 2.

Диаграмма P-V двухтактного дизельного двигателя.

Помимо высокого уровня сжатия, позволяющего осуществлять сгорание без отдельной системы зажигания, высокая степень сжатия значительно увеличивает эффективность двигателя.Повышение степени сжатия в двигателе с искровым зажиганием, где топливо и воздух смешиваются перед входом в цилиндры, ограничено необходимостью предотвращения повреждения перед воспламенением. Поскольку в дизельном двигателе сжимается только воздух, а топливо не поступает в цилиндр незадолго до верхней мертвой точки (ВМТ), преждевременная детонация не является проблемой, а степени сжатия намного выше.

2.2 Зоны контроля выбросов

Страны-члены Международной морской организации (ИМО) признали низкое качество мазута в связи с высоким содержанием серы в топливе на борту.Поскольку низкое качество мазута приводит к образованию выхлопных газов, таких как SO x , это приводит к явлению кислотного дождя. Таким образом, это основная причина того, что в настоящее время наиболее прямой способ уменьшения воздействия кислотных дождей является для живых существ за счет перехода на мазут с высоким содержанием серы на мазут с низким содержанием серы.

Приложение VI к МАРПОЛ 73/78 вступило в силу 19 мая 2005 года. Правила 14 и 18 определяют метод контроля выбросов оксида серы (SO x ) на глобальной основе и в определенных охраняемых зонах, называемых зонами контроля выбросов серы. (SECA или ECA).

Целью законодательства является сокращение выбросов SO x с судов для снижения подкисления атмосферы и возникающих в результате кислотных дождей. Это должно быть достигнуто путем установления предела содержания серы в судовом топливе.

Marpol Приложение VI, Правило 14 требует следующего:

  • Предел содержания серы в любом топливе, используемом на борту судна, он не должен превышать 4,5% м / м до 1 января 2012 г. (в настоящее время максимальное содержание серы 3,5%) .

  • Содержание серы в любом топливе, используемом на борту судна, работающего в SECA, не должно превышать 1.5% м / м.

  • В качестве альтернативы, система очистки выхлопных газов или другой одобренный технологический метод снижения общих выбросов SO x от главных и вспомогательных двигателей и котлов до максимума 6,0 г SO x / кВт · ч при работе в SECA. Также установлены меры контроля за сбросом сточных вод из таких систем очистки.

  • Подробная информация об операции переключения с топлива с высоким содержанием серы на топливо с низким содержанием серы при входе в SECA должна быть записана в журнале регистрации, а также при переходе на топливо с высоким содержанием серы при выходе из SECA в неконтролируемую зону.Процедура должна гарантировать, что все виды топлива, содержание серы в которых превышает 1,5%, вымываются из топливной системы перед подачей в SECA.

Marpol Приложение VI, Правило 18 устанавливает требования к качеству, отбору проб и доставке мазута, а также ведению записей о доставке бункерного топлива.

С другой стороны, правила Приложения VI включают ограничения на содержание серы в мазуте при плавании судов по ECA с выбросами SO x и косвенно выбросами ТЧ.Специальные положения о качестве топлива существуют для зон контроля выбросов SO x (SO x ECA или SECA). Пределы содержания серы и даты внедрения перечислены в таблице 1 и показаны на рисунке 3.

Дата Предел содержания серы в топливе (% м / м)
SO x ECA (%) В мире (%)
2000 1,5 4,5
2010.07 1,0
2012 3,5
2015 0,1
2020 0,5

Таблица 1.

Марполь, приложение VI.

Рис. 3.

Марпол, приложение VI, предельное содержание серы [4].

Мазут (HFO) широко используется, но это топливо должно соответствовать требованиям MARPOL 83/78 при плавании по ECA. Кроме того, также разрешены альтернативные меры (в SO x ECA и во всем мире) для сокращения выбросов серы, например, за счет использования скрубберов.

В частности, Комитет по защите морской среды на 69-й сессии (КЗМС 69) 18–22 апреля 2016 г. утвердил предел жидкого топлива с низким содержанием серы, используемого для судовых двигателей, с помощью Таблицы 1 и Рисунка 3. КЗМС 69 предоставил некоторые такое содержание, как обязательная система сбора данных о расходе топлива на судах, сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) с судов, установление сроков вступления в силу для Особого района Балтийского моря, выполнение Конвенции BWM (Управление балластными водами), энергия оперативность международных перевозок и др.[5]. Там, где качество мазута было больше обеспокоено, поскольку стоимость эксплуатации судна будет увеличена из-за требований к мазуту высокого качества. Топливный мазут с низким содержанием серы будет подробно регламентирован в КЗМС 69. После этого, к 2020 году, будет определена глобальная дата внедрения ограничения содержания серы в целях защиты морской среды и здоровья человека. В связи с этим 1 января 2020 года было подтверждено в качестве данных о реализации значительного снижения содержания серы в мазуте, используемом на судах. Кроме того, решение об ограничении глобальной серной шапки 0.50% масс / масс в 2020 году будет применяться ко всем кораблям. После обсуждения Комитет призвал отрасль поставок мазута разработать проект передовой практики для поставщиков мазута и представить эту передовую практику Комитету для рассмотрения на будущей сессии.

Дата 2020 года была согласована в поправках, принятых в 2008 году. Затем эти поправки были приняты. Если также было согласовано, что обзор должен быть проведен к 2018 году, чтобы оценить, будет ли доступно топливо, соответствующее требованиям, в количестве, достаточном для достижения 2020 года.С другой стороны, обзор был завершен в 2016 году и представлен Комитету по защите морской среды на 70-й сессии (MEPC 70), организованной в Лондоне. Итак, новый глобальный лимит содержания серы в мазуте не более 0,50% м / м в 2020 году. Это контрастирует с текущим лимитом в 3,50%, применяемым с 1 января 2012 года [6].

2.3 МАРПОЛ 73/78, Приложение VI (Правило 14)

Следующие правила ИМО в отношении Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов 1974 года, измененной Протоколом 1978 года (МАРПОЛ 73/78), являются одним из важнейшие международные морские экологические конвенции.Эта конвенция была разработана Международной морской организацией (IMO) с большим количеством делегатов из разных стран, где разные корабли и национальные границы проходят по морю.

Контроль выбросов SO x и конкретных веществ (ТЧ) применяется ко всему мазуту, оборудованию и устройствам для сжигания топлива, поскольку основной и вспомогательный двигатели вместе генерируют выбросы вредных газов там, где они содержат много других элементов, не только выше, но также диоксид углерода, оксид азота и т. д.

Среди средств контроля SO x уровень содержания серы в мазуте варьируется в зависимости от установленной зоны контроля выбросов (ECA). Существующие меры контроля приведены в таблице 2.

Дата вступления в силу Территория, отличная от обозначенной зоны контроля выбросов Назначенная зона контроля выбросов
До 1 июля 2010 г. 4,50% 1,50 %
1 июля 2010 г. и позднее 1.00%
1 января 2012 г. и позже 3,50%
1 января 2015 г. и позднее 0,10%
1 января 2020 г. и позднее 7 %

Таблица 2.

Контроль концентрации серы в мазуте.

В соответствии с положениями правила 14 Приложения VI к Конвенции МАРПОЛ 73/78, доступность мазута соответствует мировому уровню 0.Содержание серы в отработанном мазуте 50%. Он определяется Комитетом в 2018 году. Кроме того, Руководящий комитет (регионально представленный государствами-членами) начал рассмотрение доступности мазута с содержанием серы 0,50% в соответствии с техническим заданием, согласованным на 68-й сессии КЗМС, с отчетом, представленным на 70-й сессии КЗМС, состоявшейся в октябре. 2016 [7].

В период работы 60-й сессии MEPC, проходившей с 22 по 26 марта 2010 г., делегаты высказали много мнений, было принято предложение о внесении поправок в Конвенцию МАРПОЛ путем обозначения районов в пределах 200 морских миль. от побережья Северной Америки и Канады (за исключением части таких территорий, как западное побережье Аляски) в качестве Североамериканской зоны контроля выбросов для контроля выбросов NO x , SO x и PM (твердых частиц) с 1 августа 2012 г. (см. рис. 4).

Рисунок 4.

Зона контроля выбросов (ECA).

Кроме того, IMO (Международная морская организация) также выпустила последние правила контроля выбросов о пределе выбросов выхлопных газов SO x в следующий раз. Приложение VI, МАРПОЛ 73/78, Правила предотвращения загрязнения воздуха с судов, применяется с мая 2005 года.

Районами контроля выбросов (ECAs) являются Балтийское море, Северное море и Ла-Манш, возможно, Средиземное море в августе 2007 года. , Зона 200 морских миль у побережья США; Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB), это 24 морских мили от базовой линии Калифорнии.

Таким образом, предел оксидов серы (SO x ) применяется ко всем судам в категории судов с выходной мощностью двигателя более 130 кВт. В правиле 13 Приложения VI MARPOL 73/78 указано, что NO x требует ограничения выбросов для всех судов, на которых установлен двигатель мощностью 130 кВт. Таким образом, должен соблюдаться контроль выбросов SO x .

Международный общий предел содержания серы снижен с 5% до 4,5% в соответствии с топливным стандартом ISO 8217. Международная морская организация указала, что в будущем это ограничение будет наложено на SO x , а также на другие компоненты выхлопных газов.

Сегодня ECA включают Балтийское море, Ла-Манш и Северное море, однако в будущем к ним будут добавлены другие районы.

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) ввел ограничения на использование серы в дистиллятах [8].

Порты в зоне Европейского союза (Европейский союз — ЕС) включают государства-члены ЕС, Норвегию, Фарерские острова и Исландию, применяющие правила использования низкого содержания серы в отраслях судоходства.

Кроме того, порты в Турции включают Стамбул и Мармару, регионы Эгейского, Средиземного и Черного морей, а также допускают ограничение содержания серы в мазуте в зонах контроля выбросов (ECA).

2.4 Мазут с низким содержанием серы

Содержание серы в судовом топливе зависит от сырой нефти и процесса переработки. В процессе сгорания двигателя сера содержится в топливе, смешиваясь с оксидом, после чего превращается в оксиды серы. Эти оксиды вызывают коррозию гильзы поршня двигателя и должны нейтрализоваться смазкой цилиндра. Если используется подходящая смазка, содержание серы в судовом топливе технически не имеет значения, но оксиды серы имеют последствия для окружающей среды.Топливо соответствует спецификации ISO 8217: 2010, которая не является обязательной для соблюдения правил, действующих в месте нахождения судна. ИМО устанавливает ограничение относительно содержания серы в любом жидком топливе, используемом на борту судов. Однако мазут с низким содержанием серы может оказывать негативное влияние на различные свойства топлива в зависимости от типа топлива. В таблице 3 показана взаимосвязь между свойствами топлива и типами топлива.

Acidity
Свойства топлива Типы топлива
Низкая вязкость MDO
Смазывающая способность MGO / MDO
MGO / MDO
MGO4 Температура вспышки HGO / MDO / HFO
Качество воспламенения и горения HFO
Повышенная каталитическая мелочь HFO

Таблица 3.

Связь между свойствами топлива и видами топлива.

Виды судового топлива используются на судах, чтобы соответствовать требованиям Приложения VI к Конвенции МАРПОЛ 73/78 о предельном содержании жидкого топлива с низким содержанием серы, включая судовой газойль (MGO) и судовое дизельное топливо (MDO). Где MGO включает DMA, DMX и DMZ. MDO имеет марку DMB согласно ISO 8217. В частности, мазут со сверхнизким содержанием серы (ULSFO) — это новый вид топлива с содержанием серы не более 0,10% (м / м).Это не традиционные дистилляты, а смешанные продукты из потоков нефтеперерабатывающих заводов, которые ранее не использовались широко в судовых жидких топливах [9]. Эти основные свойства топлива представлены в таблице 4.

Марка MGO MDO ULSFO
DMX DMA DMA DMA 9028
Содержание серы% (м / м) макс.1,00 макс. 1,50 макс. 1,50 макс. 2,00 макс. 0,10
Вязкость при 40 ° C (сСт) мин. 1,40
макс. 5,50
мин. 1,50
макс. 6.00
мин. 3,00
макс. 6,00
макс. 11,0 мин. 40
макс. 75
Температура вспышки (° C) мин. 43 мин. 60 мин. 60 мин. 60 мин. 70

Таблица 4.

Основные свойства мазута определены в ISO 8217 (2010) [10].

Характеристики мазута со сверхнизким содержанием серы (ULSFO) полностью отличаются от характеристик топлива MGO и MDO [11]. Есть некоторые другие характеристики жидкого топлива, но в таблице 4 используются только основные характеристики, включая содержание серы, вязкость при 40 ° C и температуру вспышки мазута. В действительности мазут со сверхнизким содержанием серы подходит для использования мазута с низким содержанием серы для судов с выгодными характеристиками.

2.5 Процедуры переключения HSFO на LSFO для главного двигателя

Зоны контроля выбросов (ECA) спроектированы на море в соответствии с положениями MARPOL 73/78 о сокращении выбросов SO x и NO x . В данном исследовании речь идет о выбросах SO x в окружающую среду судами из-за использования для оборудования тяжелого мазута с высоким содержанием серы.

Некоторые местные законы в отношении загрязнения воздуха более строгие, чем те, которые установлены ИМО.Например, в Европе, когда судно находится в порту, все работающие механизмы потребляют мазут с содержанием серы менее 0,10%.

Так как выбросы SO x полностью зависят от качества и содержания серы в топливе при входе в зоны контроля выбросов. Требуется переход на жидкое топливо с низким содержанием серы, включая промывку топлива из системы с содержанием серы более 1,0% перед входом в зоны контроля выбросов (ECA).

Для перехода на мазут с низким содержанием серы для главного двигателя осуществляется под контролем главного инженера. Учитывая, что сегодня большинство судов работает на мазуте с высоким содержанием серы, очень важна замена топлива в надлежащее время. Более того, глядя на сегодняшнее экономическое состояние отрасли, необходимо своевременно переключать топливо с высокого на низкосернистое топливо, поскольку ранний переход приведет к потере нефти с низким содержанием серы, что довольно дорого, тогда как задержка процедуры перехода приведет к нарушению Приложения VI к Конвенции МАРПОЛ.Это должно быть сделано вместе с использованием других технологий для уменьшения выбросов SO x и NO x с судов.

Практически на всех судах обычно устанавливаются один расходный бак и несколько установочных резервуаров. На кораблях перестановка топлива производится между цистернами. Таким образом, в настоящее время для снижения низкого содержания серы в мазуте на судах будет происходить смешение двух различных марок жидкого топлива [12].

С другой стороны, он снабжен калькулятором перехода на низкосернистое жидкое топливо, который сообщает правильное время перехода в определенном случае, например, перед входом в зоны контроля выбросов (ECA).Эта система требует некоторых важных факторов [3]:

  • Содержание серы в высокосернистом топливе, находящемся в настоящее время в системе;

  • Содержание серы в топливе с низким содержанием серы;

  • Запас топлива в системе главного двигателя, включая установочный бак, служебный бак, трубопровод главного двигателя и перекачивающий трубопровод от служебного бака к главному двигателю;

  • Емкость перекачивающего оборудования — мазутный насос и мазутотделители.

После того, как вычислено время переключения, которое также учитывает время смешивания масла двух различных сортов серы (предположим, 48 часов), за 48 часов до этого должны быть предприняты следующие действия.

  • Убедитесь, что топливо с высоким содержанием серы не перекачивается дальше в отстойник;

  • Убедитесь, что пар бункерного бункера с низким содержанием серы открыт для перекачки и очистка топлива не должна вызывать никаких проблем;

  • При наличии двух отдельных отстойников один из них может быть выделен для нефти с низким содержанием серы, что сократит период переналадки;

  • Продолжайте работу сепаратора до тех пор, пока уровень в отстойнике не достигнет минимума;

  • Если заполнение рабочего резервуара HSFO увеличивает расчетный период времени переключения, остановите сепаратор и опорожните отстойник;

  • Отстойник можно сначала слить в резервуар для перелива мазута, а затем слитое масло можно перелить в бункерные резервуары, содержащие такой же сорт нефти;

  • После слива из отстойника тяжелого сернистого масла заполните отстойник мазутом с низким содержанием серы с помощью перекачивающего насоса;

  • При остановке сепаратора масло в служебном баке будет потребляться системой главного двигателя;

  • Помните, что нельзя опускать уровень в служебном баке, ниже которого топливные насосы не могут всасывать;

  • Пусковые сепараторы от отстойника до служебного бака, который теперь заполняет мазут с низким содержанием серы;

  • Залить жидкое топливо с низким содержанием серы в отстойник и служебный танк в соответствии с количеством, необходимым для пересечения ЕСА, рассчитанным главным инженером в соответствии с планом рейса.

3. Воздействие на поршень-цилиндр главного двигателя с использованием LSFO

3.1 Влияние мазута с высоким содержанием серы на работу судна

Во-первых, чтобы понять влияние использования мазута с низким содержанием серы на компонент гильзы поршня-цилиндра, необходимость режима повышенного содержания серы в мазуте при эксплуатации судов [9].

Самая большая экологическая проблема морского транспорта — мазут с высоким содержанием серы, широко используемый в дизельных двигателях.Торговые суда потребляют тяжелое топливо для судовых двигателей и вспомогательных двигателей, чтобы вырабатывать энергию для движения судна и электричество, соответственно, на борту. С другой стороны, нежелательные элементы свойств, такие как негорючие переходные металлы, полициклические ароматические углеводороды и сера, также присутствуют в тяжелом нефтяном топливе, которое представляет собой остаточную нефть в процессе переработки нефти для производства судового дизельного топлива (MDO), судового газойля (MGO). и другие дистиллятные масла.

Нежелательные свойства снижают цену на дизельное топливо по сравнению с дистиллятным мазутом.Промежуточное жидкое топливо (IFO) 380 является наиболее часто используемым для океанских судов. В настоящее время некоторые суда обычно осуществляют бункеровку нефти в Сингапуре, Китае, Нидерландах и т. Д. На самом деле цены на мазут в некоторых местах различаются. Например, цена IFO 380 составляет 311,50 долларов США за тонну, тогда как цена DO составляет 487 долларов США за тонну в порту Сингапура в 2017 году. Порт Роттердам, цена IFO 380 составляет 282 долларов США за тонну, DO — 460 долларов США за тонну. в 2017 году [13]. Более низкая цена на HFO является преимуществом для операторов судов в плане снижения затрат на топливо с учетом дополнительных затрат на топливо, если двигатель потребляет дистиллированные продукты.Это основная причина, по которой HFO используется на большинстве морских судов. Фактически, расходы на топливо составляют преобладающую долю от стоимости рейса, составляющую 47%, в то время как расходы на рейс составляют примерно 40% от общих эксплуатационных расходов [14]. Следовательно, расходы на топливо являются наиболее важным фактором в стоимости рейса, которые следует поддерживать на минимально возможном уровне, в противном случае это отрицательно скажется на общих эксплуатационных расходах.

Тем не менее, HFO имеет ряд недостатков при транспортировке.Например, тяжелое жидкое топливо перед впрыском в камеру сгорания двигателя необходимо нагреть до температуры примерно 140 ° C из-за его вязкости. Кроме того, необходимо оборудовать шламовые резервуары для размещения ила тяжелого дизельного топлива, который не может сгореть в процессе сгорания двигателя и должен быть перемещен на берег. Методы, которые рассматриваются, включают сжигание в мусоросжигательной печи на корабле или передачу в приемные сооружения. Таким образом, выхлопные газы выделяются в процессе сгорания с использованием HFO в дизельных двигателях, что значительно более вредно для здоровья человека и окружающей среды.

До сих пор судовые малооборотные двигатели и их смазочные материалы были оптимизированы для работы на тяжелом жидком топливе (HFO) с высоким содержанием серы. В процессе горения сера S превращается в триоксид серы (SO 3 ). В сочетании с водой от горения и продувочным воздухом образуется SO 3 , образуется серная кислота (H 2 SO 4 ).

Когда температура футеровки падает ниже точки росы серной кислоты и воды, на стенке футеровки возникает коррозия.Высокощелочные смазочные материалы (масла с высоким содержанием BN) нейтрализуют кислоту и предотвращают коррозию поршневых колец и поверхностей гильз цилиндров.

3,2 Влияние низкого содержания серы на работу двигателя

Во-вторых, при работе на топливе с содержанием S менее 0,10%, таком как дистилляты, мазут со сверхнизким содержанием серы (ULSFO) с содержанием S менее 0,10%, СПГ, метанол, этан и СНГ, только небольшое количество серной кислоты образуется в камере сгорания. В этом случае присадки к смазочному маслу цилиндров не используются по назначению и имеют тенденцию к образованию отложений.Эти отложения могут нарушить пленку смазочного масла и затруднить движение поршневого кольца, что может привести к микрозадинам на поршневых кольцах и гильзе и увеличить риск задиров. Образование отложений и полное отсутствие коррозии увеличивают риск полировки отверстия, что также может привести к повышенному износу и задирам. Для двигателей, непрерывно работающих на топливе с содержанием менее 0,10% S.

3.3 Влияние зоны контроля выбросов (ECA) на эксплуатацию судна

Зона контроля выбросов (ECA) была принята членами ИМО, страны должны соблюдать правила ИМО об использовании мазута с низким содержанием серы до 2020 года.

Доступность мазута с низким содержанием серы является серьезной проблемой при внедрении ECA. Для этой цели EPA (Агентство по охране окружающей среды) подтверждает, что LSFO менее 1% доступен в пределах ЕЦА США [15]. Таким образом, Канада также должна иметь возможность обеспечивать достаточное количество LSFO в портах в своих территориальных водах. Поскольку схема требует более строгого контроля содержания серы в топливе до 0,10% с 2015 года, из-за расхода топлива в настоящее время наибольшая проблема для всех судов и судовладельцев находится под давлением высоких цен на топливо (Рисунок 5).В таблице 5 описана стоимость регулирования выбросов SO x и NO x .

Тип затрат Стратегия соответствия Стоимость в 2020 г. (миллиарды долларов США)
Эксплуатационные расходы (применимы ко всем судам) Замена топлива $ 1,9 Расход мочевины (для двигателей, оснащенных системой SCR) 0,17 доллара США
Затраты на оборудование (применимы к судам, построенным в 2020 году) Замена топлива 0 долларов США.03
SCR 1,1 долл. США
Общие затраты 3,2 долл. США

Таблица 5.

Сумма соответствующих норм выбросов SO x и NO x .

Рисунок 5.

График предельного содержания серы в ЭКА.

В таблице 5 показано, что эксплуатационные расходы будут отнесены к общим затратам на соответствие стандарту ECA. Для существующих кораблей изменяемые цены будут варьироваться в районе 2 долларов.07 миллиардов в 2020 году. Тогда новые строящиеся суда потратят не менее 3,2 миллиарда долларов на установку соответствующего оборудования и использование дистиллятного топлива и мочевины в 2020 году.

3.4 Влияние низкосернистого мазута на дизельный двигатель

3.4.1 Недостаток смазывающей способности

Смазывающая способность — это способность образовывать гидродинамическую смазочную пленку (масляный клин). Чтобы гарантировать получение данного судового газойля с низким содержанием серы, необходимо обеспечить значительную ценность смазочного масла. Следующее топливо проверяется в соответствии с протоколом ISO 12156-1 (EN 590) высокочастотной поршневой буровой установкой (HFRR).Этот стандарт требуется при максимальной степени износа, равной 460 мкм. Однако нефтеперерабатывающие заводы добавляют смазочную присадку в случае, если требования EN 590 не выполняются. Более высокое значение HFRR показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Тест

HFRR.

Снижение смазывающей способности мазута с низким содержанием серы будет связано с риском для судовой топливной насосной системы. Его результатом будет чрезмерный износ и преждевременный выход из строя. Таким образом, необходимо использовать специальное смазочное масло, чтобы добавить смазку и предотвратить отложение нагара, которое называется лакированием.С другой стороны, наибольший вклад в смазочную систему дизельного двигателя вносят следовые количества поверхностно-активных полярных соединений, образующих защитный слой на поверхности металла, тем самым улучшая граничную смазку. Наиболее активные полярные материалы, встречающиеся в природе в дизельном топливе, представляют собой гетеросоединения, содержащие азот и кислород. Процесс гидрообессеривания (HDS), который удаляет содержание серы, также удаляет эти полярные соединения, что приводит к очень плохим смазывающим характеристикам и подвергает насосные системы повреждению и потенциальному катастрофическому отказу.Это основная причина того, что более низкая смазывающая способность топлива может рассматриваться как абразивный износ компонентов топливной системы. Недостаточно топлива для подачи в поршни, цилиндры и форсунки.

Надлежащая смазка судового плунжерного / цилиндрического топливного насоса зависит от баланса между гидродинамической смазкой (Рисунок 7) и граничной смазкой (Рисунок 8). Гидродинамическая смазка возникает, когда две поверхности движутся друг к другу и разделены жидкой пленкой, несущей приложенную нагрузку.В результате получается низкое трение и минимальный износ между двумя поверхностями (рис. 7).

Рисунок 7.

Гидродинамическая смазка.

Рисунок 8.

Граничная смазка.

Напротив, граничная смазка происходит, когда жидкая пленка становится тонкой до такой степени, что достигает той же толщины, что и шероховатость поверхности высоких точек контакта двух соприкасающихся твердых поверхностей, топливо должно иметь достаточную смазывающую способность, чтобы предотвратить повышенное трение. и носить.Граничная смазка имеет решающее значение в трех различных ситуациях, а именно при начальном запуске с недостаточной жидкой пленкой, при работе на низкой скорости, когда перекачивается недостаточно топлива, чтобы обеспечить удовлетворительную пленку, и при очень высокой скорости работы, когда высокое давление внутри насоса снижает толщина пленки (рисунок 8).

Диапазон вязкости 12–16 сантистокс достаточен для обеспечения адекватной гидродинамической смазки. Вязкость MGO с низким содержанием серы варьируется от 1,5 до 3,0 сСт. В этом случае защитная топливная пленка между поверхностями ствола и плунжера становится опасно тоньше, что приводит к усилению контакта металла с металлом, даже если вязкость топлива увеличивается из-за охлаждения или охлаждения.Изображена разница между граничной и гидродинамической смазкой.

К сожалению, правила IMO регулируют только содержание серы, и никакие другие спецификации топлива не рассматриваются. Ожидается, что топливо с низким содержанием серы с хорошими смазывающими характеристиками будет более дорогим. Владельцы не должны выбирать менее дорогое количество топлива, которое приведет к износу топливного насоса и компонентов системы впрыска, плохому сгоранию, износу и повреждению двигателя.

3.4.2 Стабильность топлива

Гидродесульфуризация (HDS) удаляет большое количество ароматических веществ, что приводит к снижению качества зажигания.Он также удаляет природные антиоксиданты, которые обеспечивают физическую и термическую стабильность топлива. Отсутствие природных антиоксидантов приводит к образованию гиперпероксидов, что может привести к кислотной коррозии систем топливных насосов и повреждению уплотнений насоса. В частности, образование перекиси в жидком топливе происходит быстро при высокой температуре и оказывает негативное влияние на топливную систему. В процессе окисления также образуются камеди, полимеры и другие нерастворимые вещества. Доступны стандарты для обнаружения загрязнения гипероксидом.

Неустойчивость, присущая топливу с низким содержанием серы, представляет четыре критических угрозы для безопасной работы судового двигателя, а именно ухудшение качества зажигания, чрезмерные отложения в двигателе, увеличение видимых конкретных выбросов и чрезмерное образование шлама и загрязнение топливной системы. Снижение стабильности топлива также может привести к увеличению выбросов. Судовое топливо с низким содержанием серы часто приводит к чрезмерным выбросам несгоревших углеводородов и видимых твердых частиц (дымность). Плохая стабильность может привести к образованию смолы и шлама во время хранения, а также к образованию отложений на форсунках и засорению клапанов.

Плохая физическая стабильность может привести к проблемам с совместимостью топлива, особенно при переходе с работы на тяжелом топливе на судовой газойль с низким содержанием серы. Поскольку некоторые судовые газойли будут храниться на борту судна в течение продолжительных периодов времени, топливо с плохими характеристиками стабильности будет подвергаться ускоренной деградации, что приведет к снижению качества зажигания и ухудшению работы двигателя.

3.4.3 Низкая вязкость топлива

Дистилляты с низким содержанием серы имеют относительно низкую вязкость, от 1.От 5 до 3,0 сСт. Топливные насосы зависят от вязкости, соответствующей требуемой объемной производительности, что особенно важно при поддержании надлежащей скорости подачи. ISO 8217 устанавливает минимальную вязкость для DMX, дистиллятного судового масла класса X, 1,4 сСт при 40 ° C и DMA, дистиллятного судового масла класса A, 1,5 сСт при 40 ° C. Производители рекомендуют значение 2 сСт на входе в двигатель [10]. Температура окружающей среды в машинном отделении легко достигает 40 ° C, а иногда и выше, а в некоторых случаях до 55 ° C.Добавление чрезмерного тепла от труб и двигателей приведет к еще большему повышению температуры, и, как следствие, вязкость упадет, что приведет к значительному изменению условий эксплуатации в системе. К счастью, чем ниже вязкость при 40 ° C, тем более постепенное падение вязкости с повышением температуры показано на рисунке 9.

Рисунок 9.

Вязкость в зависимости от температуры [16].

Более низкая вязкость приведет к уменьшению толщины пленки между плунжером топливного насоса и корпусом, а также в топливных клапанах, что приведет к чрезмерному износу и возможному заеданию, вызывая отказ топливного насоса.Могут быть доступны специальные насосы для впрыска топлива, которые больше подходят для этого типа топлива, такие как насосы с покрытием из карбида вольфрама, или может быть установлена ​​система смазки топливного насоса. Любые новые типы оборудования для впрыска топлива, устанавливаемые для решения проблем со смазкой, должны быть сертифицированы производителем двигателя для обеспечения соответствия двигателя нормам выбросов и могут потребовать повторной сертификации двигателей.

4. Методы ограничения воздействия при использовании мазута с низким содержанием серы (LSFO)

Опыт эксплуатации связан со свойствами мазута с низким содержанием серы.Использование жидкого топлива с низким содержанием серы в судовых дизельных двигателях вызвало коррозию между компонентами гильзы поршня-цилиндра из-за смазочного масла гильзы цилиндра с низким BN (щелочным числом). В первую очередь его получают из стационарных двигателей, работающих при 100% нагрузке и 100% оборотах в минуту в тяжелых условиях окружающей среды.

4.1 Обеспечение надлежащего качества смазочного масла

Использование мазута с низким содержанием серы для судового дизельного двигателя будет стимулом для попадания серной кислоты (H 2 SO 4 ) в камеру сгорания.Этот процесс выполняется из цепочки выполнения, показанной на Рисунке 10.

Рисунок 10.

Химическое превращение серы в серную кислоту.

Для нейтрализации образующейся кислоты смазочное масло гильз цилиндров должно содержать щелочные компоненты за счет использования солей кальция . Обычно щелочное число (BN или TBN) является мерой способности смазочного масла для гильз цилиндра нейтрализовать кислоту, поскольку чем выше BN, тем больше кислоты может быть нейтрализовано.

Таким образом, базовое число (BN) является очень важным параметром в контроле коррозии на поверхности гильзы цилиндра.Контроль за коррозией — это не предотвращение коррозии, поэтому важно обеспечить правильную трибологию, необходимую для создания масляной пленки смазки. Если нейтрализация кислоты слишком эффективна, поверхность гильзы цилиндра может быть отполирована. Это приводит к повреждению масляной пленки смазки и увеличению риска задира.

С другой стороны, работа двигателя с непревзойденным содержанием БН / топливной серы может увеличить риск истирания или чрезмерного коррозионного износа.

Для сравнения использования различных смазочных масел BN для трубопроводов цилиндров с одним и тем же типом низкосернистого мазута.

Как показано на рисунках 11 и 12, используется другое смазочное масло BN, которое создает изменяемую графитовую структуру на поверхности гильзы цилиндра. При использовании смазочного масла BN40 создается «открытая» графитовая структура с хорошими трибологическими свойствами, в отличие от использования смазочного масла BN70, имеющего «закрытую» графитовую структуру с пониженными трибологическими свойствами.

Рисунок 11.

Поверхность гильзы цилиндра с BN40. «Открытая» структура графита с хорошими трибологическими свойствами.

Рисунок 12.

Поверхность гильзы цилиндра с BN70. «Замкнутая» структура графита с пониженными трибологическими свойствами.

Для хорошего состояния цилиндра и его рабочих характеристик важно, чтобы на поверхности гильзы цилиндра всегда оставалась «открытая» графическая структура, чтобы между поршневыми кольцами и стенками цилиндра всегда оставалась гидродинамическая масляная пленка.

Следовательно, он работает на жидком топливе с низким содержанием серы, который считается более сложным из-за взаимосвязи между коррозией гильзы и сопротивлением задиру, свойствами сухой смазки от элементов в топливе (или их отсутствием), взаимодействием между BN в цилиндре. масла и уровня моющей способности, возможной серы в щелочных присадках, пакета поршневых колец и т. д.

Правильная работа дизельного двигателя очень важна, особенно когда он работает на жидком топливе с низким содержанием серы.Из-за выбора масла с низким BN смазка гильз цилиндров осуществляется осторожно. В этом исследовании OEM-производители (производители оригинального оборудования) рекомендуют регулярно проверять очищаемое масло на остаточное содержание BN и Fe и корректировать BN цилиндрового масла и скорость подачи в соответствии с требованиями. Они предоставляют диаграммы, показывающие безопасные зоны для результатов тестирования и регулировки. На Рисунке 13 показана бортовая система смешения с целью регулирования качества смазочного масла для главных дизельных двигателей в соответствии с используемым в настоящее время мазутом с низким содержанием серы.

Рис. 13.

Бортовая система смешивания (BOB) для смазочного масла главного дизельного двигателя.

Смазочное масло для главного дизельного двигателя регулируется через бортовой смеситель от использования смазочного масла и присадок системы. Эта задача будет соответствовать характеристикам BN смазочного масла при использовании мазута с низким содержанием серы для основных дизельных двигателей. Схема смешивания бортовой системы представлена ​​на рисунке 13.

Использование системы BOB позволит получить скорость подачи смазочного масла в зависимости от переменной характеристики BN.Кроме того, это повысит смазывающую способность смазочного масла для главных дизельных двигателей в случае использования на борту мазута с низким содержанием серы.

В результате рекомендуется использовать BN40-BN70 для смазки гильз цилиндров при подаче большого диаметра (Рисунок 14). Выбор подходящего смазочного масла зависит от низкого содержания серы в судовом топливе.

Рисунок 14.

Использование BN40, BN50, BN60 и BN70 для смазочного масла гильз цилиндров.

4.2 Для установки охладителя в топливной системе

Вязкость жидкого топлива очень важна, поскольку от нее зависит качество воспламенения жидкого топлива в камере сгорания дизельного двигателя. Поскольку главный двигатель должен переключаться на жидкое топливо с низким содержанием серы, когда судно идет в зоны контроля выбросов (ECA) с низкой вязкостью. Итак, лучший метод, который решил эту проблему, — это охладитель в топливной системе.

Необходим мгновенный охладитель в системе жидкого топлива, чтобы поддерживать необходимую вязкость мазута на входе в двигатель (Рисунок 15).

Рисунок 15.

Топливная система с радиатором жидкого топлива.

С другой стороны, гидродинамические характеристики жидкого топлива полностью зависят от температуры жидкого топлива и вязкости мазута. Система жидкого топлива содержит вспомогательное оборудование, такое как насосы (перекачивающий насос, подающий насос, подкачивающий насос, топливный насос и т. Д.), Фильтры, нагреватели и охладители. Так что необходимо позаботиться о вязкости мазута. В этой главе описывается зависимость между вязкостью жидкого топлива и температурой, показанной на рисунке 16.Полезно обеспечить соответствующую температуру жидкого топлива в системе.

Рисунок 16.

Температура и вязкость мазута [9].

По горизонтальной оси отложена вязкость топлива в сСт. Его значение взято из отчета об анализе бункера. В случае, если температура MGO (судовой газойль) ниже нижней синей кривой на входе в двигатель, вязкость должна быть выше 3 сСт.

Кроме того, черная толстая линия показывает вязкость при стандартных условиях при 40 ° C в соответствии с ISO 8217.Указаны минимальные вязкости для морских дистиллятов DMX, DMA, DMB и DMZ.

Более того, существует множество факторов, которые влияют на допуск по вязкости во время работы двигателя в течение времени от начальной точки до нормальной работы. К ним относятся состояние и обслуживание двигателя, износ топливного насоса, износ насоса двигателя, регулировка двигателя, фактическая температура топлива в топливной системе, человеческий фактор и т. Д.

Эффективная работа играет важную роль в поддержании в хорошем состоянии устройств и оборудования в топливная система.Производители судовых дизельных двигателей (MAN B&W) рекомендуют эксплуатировать двигатель с вязкостью мазута выше 3 сСт при использовании мазута с низким содержанием серы.

4.3 Присадка, улучшающая смазывающую способность дизельного топлива с низким содержанием серы

Использование мазута с низким содержанием серы будет широко применяться на всех судах, эксплуатируемых за пределами зон контроля выбросов (ECA) с 2020 года с содержанием не более 0,50% м / м. Это постановление положительно повлияет на окружающую среду из-за снижения выбросов диоксида серы (SO 2 ) из ​​выхлопных газов двигателей.Однако смазочного масла не будет. Его влияние включает аномальное трение и эксплуатационные дефекты, критически важные детали двигателей, такие как топливные насосы и насосы для впрыска топлива. В результате, присадки для дизельного топлива с низким содержанием серы используются для улучшения смазывающей способности судовых газойлей с низким содержанием серы с целью обеспечения безопасности эксплуатации судов, а также защиты окружающей среды.

Yunic 700LS используется для улучшения смазывающих свойств судового газойля с низким содержанием серы (LSMGO) и судового дизельного топлива с низким содержанием серы (LSMDO) со стандартной скоростью дозирования 1/2500 (Рисунок 17).Его эффект направлен на предотвращение аномального износа и заедания топливного насоса и топливного насоса судового дизельного двигателя из-за низкой смазывающей способности жидкого топлива. Есть много других подобных продуктов, которые используются для увеличения смазывающей способности дизельного топлива с низким содержанием серы. Сравнение других продуктов показано в таблице 6.

Рисунок 17.

Yunic 700LS.

для предотвращения явления прилипания топлива 902 84
Продукция Преимущества Неудобства
Yunic 700LS Улучшить смазывающую способность топливной эмульсии с низким содержанием серы
Предотвратить прилипание топливной эмульсии
. явление
Отключить для предотвращения диспергирования шлама тяжелого мазута с низким содержанием серы
Цена ниже, чем у Yunic 750 LS-F
Yunic 300 Отделить воду от масла от явления эмульсии Отключить для увеличения смазывающей способности низкой мазут с низким содержанием серы
Yunic 555D Повышение дисперсности шлама тяжелого мазута с низким содержанием серы
Улучшение процесса сгорания дизельного двигателя при использовании мазута с низким содержанием серы
Отключено для повышения смазывающей способности мазута с низким содержанием серы
Юник 650-II Увеличить диспергируемость ила зольность мазута с низким содержанием серы
Повышение температуры плавления мазута с низким содержанием серы
Отключение для увеличения смазывающей способности мазута с низким содержанием серы
Yunic 600S-II Повышение температуры плавления коэффициента золы мазут с низким содержанием серы
Снижение явления утечки газа из выпускного клапана дизельного двигателя
Отключение для повышения смазывающей способности мазута с низким содержанием серы
Yunic 600SX Предотвращение образования шлака с высоким содержанием ванадия в топливе с низким содержанием серы oil Отключено для увеличения смазывающей способности мазута с низким содержанием серы
Обычно используется для судовых котлов
Yunic 750LS-F Повышает смазывающую способность мазута с низким содержанием серы
Предотвращает образование осадка жидкого топлива в форме
Отключено для предотвращения явления эмульсии
Отключить для предотвращения диспергирования шлама тяжелого дизельного топлива с низким содержанием серы

Таблица 6.

Сравнение аналогичных товаров.

Кроме того, при смешивании Yunic 700LS с низким содержанием серы низкая смазывающая способность судовых газойлей (MGO) была подтверждена с помощью теста HFRR (высокочастотная поршневая установка) (рис. 18). HFRR в настоящее время одобрен и является стандартным показателем для оценки смазочной способности мазута с низким содержанием серы. В частности, HFRR использует шар, к которому приложена нагрузка. Затем шар совершит возвратно-поступательное движение по металлической поверхности, погруженной в испытательный мазут.Наконец, размер шрамов, образовавшихся на шаре, используется для оценки смазывающей способности мазута.

Рис. 18.

Метод испытания высокочастотной возвратно-поступательной установкой (HFRR).

В тесте HFRR проверяются показатели смазывающей способности легкого жидкого топлива, диаметр пятна износа мазута с низким содержанием серы составляет около 600 мкм. Добавление 200 мкм с 1/5000 является стандартной дозой добавления Yunic 700LS, диаметр пятна износа уменьшается до 460 мкм или менее, что является спецификацией, рекомендованной производителями двигателей (Рисунок 19).

Рисунок 19.

Соотношение скорости добавления Yunic 700LS и HFRR.

Итак, производители двигателей предлагают использовать с HFRR след износа диаметром 460–520 мкм и менее. На самом деле использование жидкого топлива имеет более низкую смазывающую способность, что приведет к коррозии топливного насоса высокого давления и топливного насоса главного дизельного двигателя на кораблях.

4.4 Альфа-адаптивная система контроля масла в цилиндрах (alpha ACC)

Система смазки Alpha доступна для всех двухтактных дизельных двигателей MAN B&W MC / MC-C (Рисунок 20) [16].

Рисунок 20.

Система смазки Alpha.

Система лубрикатора Alpha имеет алгоритм, контролирующий дозировку цилиндрового масла, пропорциональную содержанию серы в топливе. И этот алгоритм считается Alpha Adaptive Cylinder-Oil Control (Alpha ACC).

Преимущество системы Alpha Adaptive Cylinder-Oil Control (Alpha ACC) в области экономии цилиндрового масла, поскольку в настоящее время проводится широкомасштабная программа испытаний двигателей MAN B&W типа MC / MC-C, эксплуатируемых рядом владельцев.Кроме того, для экономии расхода цилиндрового масла, система Alpha Lubricator System защищает окружающую среду от воздействия на работу судна.

Программа испытаний включает в себя двигатели большого диаметра для контейнеровозов (K-MC / MC-C) и для силовой установки VLCC (S-MC / MC-C), а также двигатели малого и среднего диаметра MC / MC-C [ 16].

Дозировка цилиндрового масла предлагается в зависимости от процентного содержания серы в мазуте. Дозировка цилиндрового масла должна быть пропорциональна процентному содержанию серы в жидком топливе на рисунке 21.С другой стороны, дозировка цилиндрового масла должна быть пропорциональна нагрузке на двигатель, как это количество топлива, поступающего в цилиндры. Он определяет оптимальную дозировку цилиндрового масла с содержанием серы в жидком топливе, поступающем в цилиндры.

Рисунок 21.

Дозировка цилиндрового масла в зависимости от процентного содержания серы в мазуте.

Кроме того, очень важно определить дозировку цилиндрового масла, поступающего в линию цилиндров, с целью экономии количества цилиндрового масла в соответствии с процентным содержанием серы в используемом жидком топливе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.