В последнее десятилетие сегмент создания дизельных двигателей внутреннего сгорания в мировом судостроении стремительно развивается. Главной новостью стало увеличение среднего эффективного давления pe, что выступило основной причиной повышения мощности моторов. Отдельное внимание разработчиков уделено топливной экономичности, в результате чего КПД некоторых ДВС вырос на 70%.
В конструкции двигателей начали активно применяться силовые турбины. Сделан огромный шаг вперед по решению дизельных проблем в судостроении, но обо всем по порядку.
Повышение среднего эффективного давления
Преодоление порога по pe стало настоящей революцией в корабельных моторах. Это потребовало нового подхода в конструировании и постройке ДВС.
Изменению подвиглись следующие моторные системы:
- Наддув
- Впрыск
- Охлаждение
- Выброс отработанных газов
Внедряются инновационные системы автоматизированного управления силовыми установками с целью получения максимальных показателей экономичности. Современные судовые двигатели обязаны соответствовать строгим требованиям экологической безопасности, иначе конструкция не будет допущена в серийное производство.
Система наддува
В качестве основной инновации здесь выступает переход от импульсного к постоянному варианту наддува. Такая система отлично зарекомендовала себя в 4-тактных моторах.
Она позволяет добиться следующих показателей:
- Высокий КПД.
- Упрощение системы выхлопа.
- Значительный ресурс помпажа компрессора.
- Равномерный термический режим отработанных газов.
Не стоит думать, что постоянная система наддува является панацеей от всех бед. Она также не лишена недостатков. Например, при импульсном варианте обеспечивалась лучшая подача воздуха при малых оборотах. Если брать среднеоборотные ДВС, которые устанавливаются на паромах, буксирах или траулерах, то они обычно работают на низких нагрузках.
Первоочередной задачей разработчиков стала гарантия стабильности и экономичности при снижении давления наддува. Она была решена благодаря перенастройке газовой турбины на оптимум, что минимизировало ущерб КПД на переменных режимах функционирования.
Еще одна сложность заключалась в уменьшении термического режима воздушной-газовой смеси в цилиндрах при низких оборотах ДВС. Это приводило к задержке воспламенения, неполному сгоранию топлива со всеми негативными последствиями.
Многие производители дизельных ДВС придумали простое, но эффективное решение. При снижении нагрузки мотора ниже 45% автоматически выключается устройство наддувочного воздуха и активизируется его подогрев.
Основным фактором неполного сгорания топлива остается инерционность газотурбонагнетателей (ГТН). Ситуация характерна при резком повышении нагрузки, когда запаздывает подача воздуха в цилиндры.
Проблема решена путем направления на лопатки компрессора сжатого воздуха, применяя дополнительные регулирующие механизмы (лямбда-зонд и сопла).
✅ Многие производители внедряют ГНТ с неохлаждаемыми газовыми компонентами. Вода поступает только в локацию, где размещен подшипник.
Система впрыска
Основной инновацией в сегменте впрыска топлива для судовых среднеоборотных ДВС, работающих на дизеле, является 2-ступенчатая система. Суть метода заключается в направлении небольшого количества топлива в цилиндр, которое идет до момента основной подачи.
Такое решение продиктовано плохими показателями воспламеняемости «дизеля» и длительным периодом задержки процесса. В результате происходит накопление топлива, а затем резкое воспламенение, что существенно укорачивает ресурс эксплуатации мотора.
Наличие предварительно впрыска имеет несколько преимуществ:
- Подогрев цилиндра.
- Снижение вибрации при воспламенении.
- Мягкое и полноценное сгорание топлива.
- Мгновенное воспламенение основной массы горючего.
В большинстве моторов предварительная подача топлива организована с помощью обычного ТНВД. Здесь присутствует нагнетательный клапан, оснащенный слабой пружиной. Из него «дизель» проходит к нагнетающей форсунке, осуществляющей предварительный впрыск. После увеличения давления активизируется основной клапан, пропускающий топливо на основную форсунку.
Электронное управление впрыском
Электронное управление подачей топлива при использовании насос-форсунки положительно сказалось на эффективности и экономичности работы дизельных двигателей в судоходстве.
Система в первую очередь управляет аспектом работы подающего клапана, в конструкцию которого внедрен соленоид. При подаче электрического тока на изделие происходит поднятие клапана и пропуск топлива к форсунке. Закрытие осуществляется моментально в момент прекращения поступления тока на соленоид.
Применение микропроцессоров исключает необходимость использования механических средств регулирования подачей топлива. Это значительно упростило конструкцию дизельных двигателей, повысило их КПД, убрало фактор человеческой ошибки.
Электроника помогает оптимизировать стадии поступления «дизеля» на всем спектре нагрузок посредством программ управления.
Перечисленный список инновация в судовых среднеоборотных двигателях является далеко не полным. Технический прогресс не стоит на месте, предлагая передовые решения для оптимизации работы моторов.
✅ С помощью нововведений достигается экономическая эффективность эксплуатации моторов, рентабельность перевозок, повышенный ресурс службы силовых установок.
Автор:
Источник: Стройка
