Schiffsdieselmotoren zeichnen sich durch einen hohen thermischen Wirkungsgrad, eine gute Wirtschaftlichkeit, ein einfaches Starten und eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an verschiedene Schiffstypen aus. Nach ihrer Einführung wurden sie schnell als Antriebsenergie für Schiffe eingesetzt. In den 1950er Jahren hatten Dieselmotoren die Dampfmaschinen in neu gebauten Schiffen fast vollständig ersetzt. Schiffsdieselmotoren sind zur Hauptantriebsquelle für zivile Schiffe, kleine und mittlere Schiffe sowie konventionelle U-Boote geworden. Schiffsdieselmotoren können entsprechend ihrer Funktion in Schiffen in Hauptmotoren und Hilfsmotoren unterteilt werden. Der Hauptmotor dient als Antriebskraft für Schiffe, während der Hilfsmotor zum Antrieb von Generatoren, Luftkompressoren oder Wasserpumpen dient.
Schiffsdieselmotoren werden im Allgemeinen in Dieselmotoren mit hoher, mittlerer und niedriger Geschwindigkeit unterteilt. Die wichtigsten Leistungsindikatoren der drei Arten von Dieselmotoren sind in der Tabelle aufgeführt.
Einführung und Anwendung
Meistens arbeiten Schiffsmotoren unter Volllast und manchmal auch unter wechselnden Lastbedingungen. Schiffe bewegen sich häufig in unebenem Gelände, daher sollten Schiffsdieselmotoren unter Bedingungen einer Längsneigung von 15 Grad -25 Grad und einer Querneigung von 15 Grad -35 Grad zuverlässig funktionieren können. Die meisten Schiffe verwenden turbogeladene Dieselmotoren (siehe Turboaufladung von Verbrennungsmotoren), und nicht turbogeladene Dieselmotoren mit geringer Leistung werden nur in kleinen Booten verwendet. Die meisten Dieselmotoren mit niedriger Drehzahl sind Zweitaktmotoren, die meisten Dieselmotoren mit mittlerer Drehzahl sind Viertaktmotoren und Dieselmotoren mit hoher Drehzahl verfügen über beides. Zu den Spülformen von Zweitakt-Dieselmotoren für Schiffe gehören die Rückflussspülung, die Gleichstromspülung mit Anschlussventil und die Spülung mit Gegenkolbenöffnung. Hochleistungsdieselmotoren mit mittlerer und niedriger Drehzahl verwenden häufig Schweröl als Kraftstoff, während Dieselmotoren mit hoher Drehzahl immer noch überwiegend Leichtdiesel verwenden.
Dieselmotor mit niedriger Drehzahl
Der direkte Antrieb des Propellers erfordert eine geringere Drehzahl, um eine hohe Antriebseffizienz zu erreichen. Mittel- und Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren treiben den Propeller über ein Getriebe an, das normalerweise mit einem Umkehrmechanismus ausgestattet ist, um eine Propellerumkehrung zu erreichen. Allerdings können Dieselmotoren mit niedriger Drehzahl und einige Dieselmotoren mit mittlerer Drehzahl die Umkehrung durchführen. Mittel- und Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren werden ebenfalls elektrisch über ein Generatormotor-Propellersystem angetrieben. Wenn eine hohe Leistung erforderlich ist, können auch mehrere Maschinen parallel eingesetzt werden und nur eine Hauptmaschine für die Navigation bei niedriger Geschwindigkeit verwendet werden, wodurch die betriebliche Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert wird. Bei der Installation von zwei Hauptmotoren auf demselben Schiff werden diese je nach Einbaulage und Propellerrichtung in einen linken und einen rechten Motor unterteilt.
Funktionsprinzip
Zweitakt-Dieselmotor
Ein Dieselmotor, der einen Arbeitszyklus durch zwei Kolbenhübe abschließt, wird als Zweitakt-Dieselmotor bezeichnet. Ein Ölmotor absolviert einen Arbeitszyklus mit nur einer Umdrehung der Kurbelwelle. Im Vergleich zu einem Viertakt-Dieselmotor verbessert er die Leistungsabgabe und weist erhebliche Unterschiede in der spezifischen Struktur und den Arbeitsprinzipien auf.
Der Grundaufbau eines Zweitakt-Dieselmotors ist der gleiche wie der eines Viertakt-Dieselmotors, der Hauptunterschied liegt im Ventiltrieb. Zweitakt-Dieselmotoren haben keine Einlassventile und einige haben nicht einmal Auslassventile. Stattdessen sind Spül- und Auslassöffnungen im unteren Teil des Zylinders vorgesehen; Oder richten Sie einen Spülanschluss und einen Auslassventilmechanismus ein. Außerdem werden eine spezielle Spülpumpe, die von beweglichen Teilen angetrieben wird, und ein Spülkasten zur Speicherung von Druckluft eingerichtet, der die Struktur des Dieselmotors vereinfacht, indem die Koordination zwischen dem Kolben und dem Luftanschluss zur Vervollständigung der Luftverteilung genutzt wird. Das Diagramm zeigt das Funktionsprinzip eines Zweitakt-Dieselmotors. Die Spülpumpe ist an einer Seite des Dieselmotors angebracht und ihr Rotor wird vom Dieselmotor angetrieben. Luft wird von der Pumpe angesaugt, komprimiert und ausgestoßen und in einem großvolumigen Spülkasten gespeichert, wo sie einen bestimmten Druck aufrechterhält.
4-Takt-Dieselmotor
Die Arbeit eines Dieselmotors wird durch vier Prozesse vervollständigt: Ansaugen, Verdichten, Stromerzeugung und Ausstoß, die einen Arbeitszyklus bilden. Ein Dieselmotor, bei dem der Kolben einen Arbeitszyklus durch vier Vorgänge abschließt, wird als Viertakt-Dieselmotor bezeichnet. Vergleichen Sie es nun mit der Animation oben, um das Funktionsprinzip zu erklären.
Der erste Takt ist das Ansaugen. Seine Aufgabe besteht darin, den Zylinder mit Frischluft zu füllen. Wenn der Saughub beginnt, befindet sich der Kolben im oberen Totpunkt und es befindet sich noch etwas Abgas im Brennraum des Zylinders.
Wenn sich die Kurbelwelle im Winkel dreht, bewegt die Pleuelstange den Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt und nutzt gleichzeitig den mit der Kurbelwelle verbundenen Übertragungsmechanismus, um das Einlassventil zu öffnen.
Während sich der Kolben nach unten bewegt, vergrößert sich das Volumen über dem Kolben im Zylinder allmählich: Dadurch wird der Luftdruck im Zylinder niedriger als der Druck im Ansaugrohr, sodass die Außenluft den Zylinder kontinuierlich füllt.
In der Animation wird der Verlauf des Gasdrucks im Zylinder mit dem Zylindervolumen während des Ansaugvorgangs dargestellt. Die vertikale Achse in der Abbildung stellt den Gasdruck P und die horizontale Achse das Zylindervolumen Vh (oder den Kolbenimpuls S) dar. Dieses Diagramm wird als Indikatordiagramm bezeichnet. Die Druckkurve in der Abbildung stellt das Änderungsgesetz des Gasdrucks im Zylinder dar, wenn der Dieselmotor läuft. Wir können am Boden erkennen, dass die Ansaugung beginnt und aufgrund der Anwesenheit von Restabgasen etwas höher als der Atmosphärendruck P{{0}} ist. Während des Ansaugvorgangs ist der Gasdruck während des Ansaughubs aufgrund des Strömungswiderstands, der durch die durch das Ansaugrohr und das Einlassventil strömende Luft erzeugt wird, niedriger als der Atmosphärendruck und liegt zwischen 0,085 und 0,095 MPa. Während des gesamten Ansaugvorgangs bleibt der Gasdruck im Zylinder annähernd konstant.
Wenn sich der Kolben nach unten bewegt und sich dem unteren Totpunkt nähert, hat der in den Zylinder eintretende Luftstrom immer noch eine hohe Geschwindigkeit und eine große Trägheit. Um die Trägheit des Luftstroms zur Erhöhung der Füllrate zu nutzen, schließt das Einlassventil erst, nachdem der Kolben den unteren Totpunkt überschritten hat. Obwohl sich der Kolben zu diesem Zeitpunkt aufgrund der Trägheit des Luftstroms nach oben bewegt, kann das Gas den Zylinder immer noch füllen.
Zweiter Schlag – Kompression. Beim Komprimieren bewegt sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. Dieser Takt hat zwei Funktionen: erstens die Temperatur der Luft zu erhöhen und die Selbstentzündung des Kraftstoffs vorzubereiten; zweitens, um Bedingungen für die Gasexpansion und -arbeit zu schaffen. Wenn sich der Kolben nach oben bewegt und das Einlassventil schließt, wird die Luft im Zylinder komprimiert. Mit abnehmendem Volumen steigen Druck und Temperatur der Luft weiter an. Der Druck und die Luftfeuchtigkeit am Ende der Kompression hängen vom Grad der Kompression der Luft ab, also vom Kompressionsverhältnis. Im Allgemeinen betragen Druck und Temperatur am Ende der Kompression Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
Die Selbstentzündungstemperatur von Diesel beträgt etwa 543-563K, und die Temperatur am Ende der Kompression ist viel höher als die Selbstentzündungstemperatur von Diesel, was ausreicht, um sicherzustellen, dass sich der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff entzündet und weiterbrennt sein eigenes.
Der in den Zylinder eingespritzte Diesel entzündet sich nicht sofort, sondern erst nach physikalischen und chemischen Veränderungen. Dieser Zeitraum beträgt etwa 0,001-0,005 Sekunden und wird als Zündverzögerungszeit bezeichnet. Daher ist es notwendig, bei einem Kurbelwinkel von 10-35 Grad damit zu beginnen, zerstäubten Kraftstoff in den Zylinder zu sprühen, bevor die Kurbelwelle den oberen Totpunkt erreicht, und den höchsten Verbrennungsdruck in der Brennkammer zu erreichen, wenn die Kurbelwelle {{ 4}} Grad nach dem oberen Totpunkt, wodurch der Kolben gezwungen wird, sich nach unten zu bewegen.
Dritter Schlaganfall – Arbeit erledigen. Zu Beginn dieses Taktes wird der Großteil des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs verbrannt. Bei der Verbrennung wird eine große Menge Wärme freigesetzt, wodurch der Gasdruck und die Temperatur stark ansteigen. Der Kolben bewegt sich unter der Wirkung von Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck nach unten und dreht die Kurbelwelle über die Pleuelstange, um externe Arbeit zu verrichten. Daher wird dieser Hub auch Kraft- oder Arbeitshub genannt.
Beim Absinken des Kolbens vergrößert sich das Volumen des Zylinders und der Druck des Gases nimmt ab. Der Arbeitshub endet, wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht und das Auslassventil öffnet.
In der Animation stellt der ansteigende Teil der Druckänderungslinie während des Arbeitstakts den starken Druckanstieg bei der Kraftstoffverbrennung im Zylinder dar, und der höchste Punkt stellt den höchsten Verbrennungsdruck Pz dar. Der Druck und die Temperatur betragen an diesem Punkt:
Pz=6-15MPa, Tz=1800-2200K
Das Verhältnis des höchsten Verbrennungsdrucks zum Druck am Kompressionsendpunkt (Pz/Pc) wird als Druckanstiegsverhältnis während der Verbrennung bezeichnet und als λ ausgedrückt. Abhängig von den verschiedenen Dieselmotortypen ist der Bereich des λ-Werts bei maximaler Leistung wie folgt: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Vierter Takt - Auspuff. Die Funktion des Abgashubs besteht darin, das expandierte Abgas auszustoßen, um es mit Frischluft zu füllen und für den Ansaugvorgang im nächsten Zyklus vorzubereiten. Wenn sich der Arbeitshubkolben in die Nähe des unteren Totpunkts bewegt, öffnet sich das Auslassventil, und der Kolben bewegt sich unter dem Antrieb der Kurbelwelle und der Pleuelstange vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt und stößt das Abgas aus Zylinder. Aufgrund des Widerstands im Abgassystem ist der Gasdruck im Zylinder zu Beginn des Abgastakts 0.025-0.035 MPa höher als der Atmosphärendruck, mit einer Temperatur Tb von {{4 }}K. Um den Widerstand der Kolbenbewegung beim Ausstoßen zu verringern, wird das Auslassventil vor dem unteren Totpunkt geöffnet. Sobald das Auslassventil geöffnet wird, strömt Gas mit einem bestimmten Druck sofort aus dem Zylinder und der Druck im Zylinder fällt schnell ab. Auf diese Weise wird bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens das Abgas im Zylinder durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens abgeführt. Um die Trägheit des Luftstroms beim Ausstoßen für einen sauberen Austritt des Abgases zu nutzen, wird das Auslassventil erst nach dem oberen Totpunkt geschlossen.
In der Animation stellt die Auslasshubkurve dar, dass der Gasdruck im Zylinder während des Auslassvorgangs nahezu konstant, jedoch etwas höher als der Atmosphärendruck ist. Der Druck Pr am Ende des Abgashubs beträgt ungefähr 0.105-0.115 MPa, und die Temperatur Pr des Restabgases beträgt ungefähr 850-960K.
Aufgrund der Tatsache, dass die Einlass- und Auslassventile früh geöffnet und spät geschlossen werden; Am Ende des Auslasstakts und zu Beginn des Ansaugtakts, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, gibt es also einen Zeitraum, in dem die Einlass- und Auslassventile gleichzeitig öffnen, der durch den Kurbelwellenwinkel dargestellt und aufgerufen wird der Ventilüberlappungswinkel.
Nachdem der Auslasstakt beendet ist, beginnt der Ansaugtakt erneut und der gesamte Arbeitszyklus wiederholt sich gemäß dem oben beschriebenen Ablauf. Aufgrund der Tatsache, dass der Arbeitszyklus dieses Dieselmotors durch vier Kolbenhübe, also zwei Umdrehungen der Kurbelwellendrehung, abgeschlossen wird, spricht man von einem Viertakt-Dieselmotor.
Bei den vier Takten eines Viertakt-Dieselmotors erzeugt nur der dritte Takt, der der Arbeitsimpuls ist, Strom zur Verrichtung externer Arbeit, während die anderen drei Takte den Vorbereitungsprozess für verbrauchende Arbeit darstellen. Um dies zu erreichen, muss ein Schwungrad in einen Einzylinder-Dieselmotor eingebaut werden, wobei die Rotationsträgheit des Schwungrads genutzt wird, um einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Betrieb der Kurbelwelle während der vier Takte sicherzustellen.
Strukturelle Vorteile
1. Einzigartige Hauptlagerstruktur vom Rahmentyp, hohe Körpersteifigkeit, kleine Vibrationsamplitude und geringe Geräuschentwicklung in Dezibel.
2. Ein Zylinder, eine Abdeckung erleichtert die Fahrzeugwartung und reduziert die Wartungskosten.
3. Die Hauptkomponenten werden ständig weltweit eingekauft, wodurch eine hohe Motorkonfiguration erreicht wird.
4. Das Dieselmotorzubehör ist vollständig installiert, mit Luftkühlern, Meerwasser- und Frischwasserwärmetauschern usw., die am Dieselmotor installiert sind, um eine einfache Anordnung des Motorraums zu ermöglichen.
5. Das Kühlsystem des Dieselmotors verwendet eine interne und externe Doppelzirkulationswasserkühlungsmethode. Der interne Kreislauf nutzt Frischwasser zur Kühlung des Dieselmotors, während der externe Kreislauf Meerwasser zur Kühlung des Frischwassers über einen Meerwasser-Wärmetauscher nutzt, was die Lebensdauer des Dieselmotors verbessert.
6. Ein umfassendes Schutz- und Kontrollsystem, ausgestattet mit einem Funktionsüberwachungsinstrument für Dieselmotoren, kann Geschwindigkeit, Wassertemperatur, Öltemperatur und Druck des Dieselmotors automatisch messen und anzeigen. Wenn die Parameter des Dieselmotors den Grenzwert überschreiten, kann er automatisch einen Alarm auslösen und abschalten. Optional kann ein Fernbedienungsinstrument ausgestattet werden.
7. Hervorragendes Design mit Wassermantel-Auspuffrohr zur Aufrechterhaltung einer niedrigen Kabinentemperatur.
8. Es verfügt über eine gute Anpassungsfähigkeit und ist kompatibel mit Dieselmotor-Schwungrädern, Schwungradgehäusen, Dieselmotor-Überwachungsinstrumenten, Wassermantel-Auspuffrohren, Seewasserpumpen und anderen Komponenten der Serien WD615C und WD618C. Auch die Einbaumaße von Dieselmotor, Schwungrad und Schwungradgehäuse sind gleich, was die Abstimmung und Wartung erleichtert.
9. Die Riemenscheibe am vorderen Ende der Kurbelwelle ist mit einer Riemenscheibennut und einem Verbindungsflansch für Außenleistungsgeräte ausgestattet.
