3.8. Сравнение двух– и четырехтактных дизелей

Главное различие между двух– и четырехтактными ДВС заключается в количестве произведенной работы за один оборот двигателя – двухтактном дизеле рабочий ход совершается на каждом обороте, а в четырехтактном – на двух оборотах. Т.е. при всех равных условиях мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше по сравнению с четырехтактным. Однако, если на продувку двухтактных дизелей отводится по углу поворота коленвала менее 180°, у четырехтактных на выхлоп и продувку приходится 400–450°. Поэтому, из-за несовершенства продувки цилиндров и других недостатков выигрыш в мощности двухтактных дизелей уменьшается на 20–30% и в действительности оказывается в 1,7–1,8 раз больше.

Большое значение для судовых условий имеют массогабаритные характеристики. У двухтактных дизелей масса на единицу мощности существенно меньше по сравнению с четырехтактными, но высота существенно больше. Двухтактные дизеля не имеют клапанов (за исключением двигателей с прямоточно-клапанной продувкой, об этом ниже) и соответственно нет сложного механизма привода клапанов. Однако последние эффективно работают на более высоких частотах вращения, что в ряде случаев компенсирует их недостатки по сравнению с двухтактными двигателями.

Анализ опыта эксплуатации дизелей показывает, что каждый тип дизеля имеет свое применение на судне. В качестве главных двигателей с прямой передачей на винт, как правило, применяются двухтактные малооборотные дизели с частотой вращения 90–120 об/мин, т.к. частота вращения гребного винта обеспечивает максимальное значение пропульсивного КПД (этот КПД характеризует работу всего пропульсивного комплекса: корпус судна – гребной винт – главный двигатель) именно при этих значениях.

Четырехтактные дизели имеют n = 250–750 об/мин и используются главным образом в качестве вспомогательных двигателей (дизельгенераторов), а в случае их применения в качестве главных устанавливаются редукторы, понижающие частоту вращения до значений, показанных выше.

3.9. Пути повышения мощности двс

Анализ формулы для определения мощности показывает, что последняя зависит от тактности, количества цилиндров, частоты вращения, хода поршня, диаметра и среднего давления в цилиндре.

Тактность разобрана в предыдущем параграфе достаточно подробно. Количество цилиндров судовых малооборотных двигателей достигает 12, больше цилиндров в одном двигателе не делают.

Диаметр цилиндров превышает 1 м, а ход поршня длинноходовых двигателей превышает 2,5 м. Иными словами, увеличение мощности дизелей увеличением их геометрических характеристик достигло своего предела. Поэтому единственным способом повышения мощности является увеличение среднего давления в цилиндре.

Конечно увеличение частоты вращения повышает мощность двигателя, но обязательно пропорционально уменьшает его моторесурс. Так двигатели гоночных автомобилей, имеющие частоту вращения до 20 тыс. об/мин, обычно выдерживают до капитального ремонта одну-две гонки. Поэтому, а также по причинам, изложенным в предыдущем параграфе, главные двигатели морских судов делают малооборотными.

Очевидно, что давление в цилиндре определяется количеством сжигаемого топлива, т.е. чем больше сжечь топлива, тем выше будет давление. Но для сжигания большего количества топлива необходимо больше кислорода, который в цилиндр двигателя можно подавать либо в чистом виде (что очень дорого), либо дополнительным количеством воздуха. Для этого применяют наддув двигателей – принудительную подачу воздуха в цилиндр под избыточным давлением. Подобный результат достигается также при охлаждении воздуха перед его поступлением в цилиндр – при этом его плотность еще больше увеличивается, а следовательно увеличивается содержание кислорода.