МОТОРНОЕ СУДНО
MOTOR BOAT

Настоящее изобретение относится к области судостроения и может найти применение в качестве водоизмещающего судна.
Известен прогулочный катер “Бриджит”, содержащий корпус, каюту, открытый кокпит, подвесной лодочный мотор. Длина 4,8 м, ширина 2,0 м, высота борта 0,9 м, мощность двигателя 80 л.с., скорость движения 50 км/час.
/Х. Баадер. Разъездные, туристские и спортивные катера. Л., Судостроение, 1976, с.98-100/.
Недостатками прогулочного катера “Бриджит” являются: большой расход топлива и его ограниченный запас, небольшая автономность плавания, низкий КПД и большие тепловые потери в двигателе.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией судна и его силовой установкой.
Известен также туристский катер “Бойеро”, содержащий корпус с остроскулыми обводами, закрытый кокпит, носовую каюту, силовую установку, размещенную внутри корпуса и кинематически связанную с гребным винтом, руль, внутренний и наружный посты управления. Длина 7,0 м, ширина 2,5 м, мощность 120 л.с., максимальная скорость движения 35 км/час, расход топлива 18 литров при 3/4 максимальной скорости /Там же, с.123-125/.
Известный туристский катер “Бойеро”, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного туристского катера “Бойеро”, принятого за прототип, являются малая скорость движения, низкий КПД и недостаточная мощность силовой установки.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией силовой установки.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик водоизмещающего моторного судна.
Технический результат обеспечивается тем, что в моторном судне, содержащем корпус, каюту, силовую установку, редуктор переднего и заднего хода, разобщительную муфту, гребной винт, связанный с силовой установкой, внутренний пост управления, согласно изобретению силовая установка выполнена в форме четырехтактного дизельного двигателя, каждый цилиндр которого содержит внутри перегородку, имеющую центральное отверстие с элементами управления, делящую внутренний объем цилиндра на две равные полости, и закрыт снизу нижней крышкой, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения, закрепленной кольцом, привернутым болтами к блоку цилиндров, кроме того, внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни с элементами уплотнения, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки, нижний конец которого соединен с шатуном, а последний связан с кривошипом коленчатого вала, причем перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускной блок с впускным клапаном, взаимодействующим с кулачком впускного газораспределительного вала и форсункой, гидравлически соединенной с насосом высокого давления, механически связанным с коленчатым валом, причем впускной блок посредством трубопроводов соединен с воздушным фильтром нагнетателя воздуха и выпускной блок - с выпускным клапаном, связанным с кулачком выпускного газораспределительного вала, причем выпускной блок через вытяжной вентилятор и выпускную трубу соединен с атмосферой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид моторного судна;
на фиг.2 - общий вид силовой установки;
на фиг.3 - кинематическая схема четырехтактного дизельного двигателя моторного судна;
на фиг.4 - выпускной блок двигателя;
на фиг.5 - кинематическая схема газораспределительного двигателя;
на фиг.6 - впускной блок двигателя;
на фиг.7 - схема устройства четырехтактного дизельного двигателя;
на фиг.8 - схема системы питания двигателя;
на фиг.9, 10, 11, 12 - схема принципа действия четырехтактного дизельного двигателя.
Моторное судно содержит корпус 1, в котором размещены каюта 2, моторное отделение, в котором размещена силовая установка 3, грузовой трюм и внутренний пост управления 4. Силовая установка посредством соединительных муфт связана механически с генератором электрического тока для питания всех потребителей судна 6 и через разобщительную муфту 7, редуктор переднего и заднего хода 8 с гребным винтом 9, за которым размещен руль 10. Силовая установка моторного судна выполнена в форме четырехцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя, содержащего блок цилиндров 11 с рубашкой охлаждения 12, верхнюю цилиндрическую крышку 13, привернутую болтами к блоку цилиндров. Каждый из цилиндров 14 содержит внутри перегородку 15, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения 16, которая делит внутренний объем цилиндра на две равные полости. Снизу каждый цилиндр закрыт нижней крышкой 17, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения 18, закрепленной кольцом 19, привернутым болтами к блоку цилиндров. Внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни 20 с элементами уплотнения 21, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком 22, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки. Нижний конец штока шарнирно соединен с шатуном 23, который связан с кривошипом коленчатого вала 24, размещенного в картере 25 и имеющего маховик 26. Снизу картер закрыт крышкой 27. Перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры 28, 29, 30, 31, каждая из которых имеет впускное отверстие 32, соединенное с впускным блоком 33, имеющим впускной клапан 34 и форсунку 35, и выпускное отверстие 36, соединенное с выпускным блоком 37, имеющим выпускной клапан 38. Посредством трубопроводов впускные блоки пневматически соединены с воздушным фильтром 39 нагнетателя воздуха 40, приводимого в движение электродвигателем 41, питаемым от генератора-стартера 42, шестерня 43 которого входит в постоянное зацепление с зубчатым венцом маховика. Посредством трубопроводов выпускные блоки связаны с вытяжным вентилятором 44, приводимым в движение электродвигателем, питаемым от генератора-стартера, и через выпускную трубу 45 соединены с атмосферой. Газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной 46 и выпускной 47 валы, установленные в подшипниках блока цилиндров и имеющие зубчатые шестерни 48, 49, которые посредством цепных передач 50 соединены с шестернями 51 коленчатого вала. Впускной горизонтальный вал посредством шестерен 52, 53 соединен с вертикальными впускными валами 54, имеющими кулачки 55, взаимодействующие с впускными клапанами впускных блоков. Выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с вертикальными выпускными валами 56, имеющими кулачки, взаимодействующие с выпускными клапанами выпускных блоков. Система питания дизельного двигателя содержит топливный бак 57, который посредством трубопроводов соединен с топливным насосом 58, связанным шестернями 59, 60 с коленчатым валом. Система питания содержит также насос высокого давления 61, соединенный механически через шестерни 62, 63 с коленчатым валом, а гидравлически - с форсунками впускных блоков и топливным насосом. Насос высокого давления имеет рычаг регулирования подачи топлива 64. Системы охлаждения и смазки имеют водяной 65 и масляный 66 насосы, механически соединенные с коленчатым валом. Дизельный двигатель включает в себя также все другие узлы, присущие четырехтактным дизельным двигателям.
Работает моторное судно следующим образом.
После проверки всех систем двигателя происходит его запуск. Для этого аккумуляторные батареи, не показанные на чертежах, подключаются к генератору-стартеру 42. Его вал начинает вращаться и через шестерню 43 вращает маховик 26 и коленчатый вал 24. Двигатель запускается и работает.
В исходном положении (фиг.9) верхний и нижний поршни 20 находятся в верхней мертвой точке (ВМТ). В рабочей камере 28 воздух сжат и нагрет до высокой температуры, впускной 34 и выпускной 68 клапаны закрыты и через форсунку 35 в нее насосом высокого давления 61 впрыскивается топливо (показано стрелкой). Топливо от высокой температуры в рабочей камере 28 воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на верхнюю поверхность верхнего поршня 20, который движется вниз, совершая рабочий ход, а через шток 22 заставляет двигаться вниз нижний поршень 20, причем шатун 23 поворачивает коленчатый вал 24 в направлении, показанном стрелкой, на 180 градусов. Одновременно с этим в рабочей камере 29 происходит сжатие воздуха и оба клапана 34, 38 закрыты. В рабочей камере 30 открыт впускной клапан 34 и происходит подача нагнетателем воздуха 40 новой порции свежего воздуха. В рабочей камере 31 открыт выпускной клапан 38 и отработанные газы удаляются вытяжным вентилятором 44 через выпускную трубу 45 в атмосферу. Достигнув нижней мертвой точки (НМТ), верхний и нижний поршни 20 занимают положение, показанное на фигуре 10. Далее в рабочую камеру 29, где воздух сжат и нагрет, насосом высокого давления 61 через форсунку 35 впрыскивается топливо (показано стрелкой), которое воспламеняется и образующиеся газы производят давление на нижнюю поверхность верхнего поршня 20. Под действием давления газов верхний поршень 20 движется вверх, совершая рабочий ход, через шток 22 перемещает в ту же сторону и нижний поршень 20. Одновременно с этим в рабочей камере 28 открыт выпускной клапан 38 и вытяжной вентилятор 44 удаляет отработанные газы в атмосферу. В рабочей камере 30 оба клапана закрыты и происходит сжатие воздуха. В рабочей камере 31 открыт впускной клапан 34 и нагнетатель воздуха 40 засасывает воздух из атмосферы через воздушный фильтр 39 и подает его в нее. Шток 22 и шатун 23 поворачивают коленчатый вал 24 еще на 180 градусов в положение, показанное на фиг.11. Топливо насосом высокого давления 61 через форсунку 35 подается в рабочую камеру 30. От высокой температуры топливо воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на верхнюю поверхность нижнего поршня 20, который начинает двигаться вниз, перемещает за собой верхний поршень 20, совершая рабочий ход. Шток 22 и шатун 23 поворачивают коленчатый вал 24 еще на 180 градусов. При этом в рабочей камере 28 открыт впускной клапан 34 и происходит впуск чистого воздуха нагнетателем воздуха 40, в рабочей камере 29 открыт выпускной клапан 38 и происходит выпуск отработанных газов, а в рабочей камере 31 оба клапана 34, 38 закрыты и происходит сжатие воздуха. Достигнув нижней мертвой точки (НМТ), поршни занимают положение, показанное на фиг.12. В это время насос высокого давления 61 подает топливо в рабочую камеру 31, где оно воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на нижнюю поверхность нижнего поршня 20, заставляя его перемещаться к верхней мертвой точке (ВМТ) и через шток 22 передвигать в этом же направлении верхний поршень 20. При этом в рабочей камере 28 происходит сжатие воздуха, впускной 34 и выпускной 38 клапаны закрыты, в рабочей камере 29 открыт впускной клапан 34 и нагнетатель воздуха 40 подает в нее чистый воздух, в рабочей камере 30 открыт выпускной клапан 38 и вытяжной вентилятор 44 удаляет отработанные газы в атмосферу. После возвращения поршней 20 в исходное положение все начинается сначала. Также происходят процессы и в других цилиндрах.
Таблица 1
№ раб. камеры
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
напр. движ. поршней
такты
28
<img file="00000001.tif" he="25" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
раб. х
<img file="00000002.tif" he="22" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
выпуск
<img file="00000003.tif" he="26" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
впуск
<img file="00000004.tif" he="26" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
сжатие
29
сжатие
раб. х
выпуск
впуск
30
впуск
сжатие
раб. х
выпуск
31
выпуск
впуск
сжатие
раб. х
Из таблицы 1 видно, что за один ход поршней совершается полный цикл четырехтактного дизельного двигателя при повороте коленчатого вала на 180 градусов, в то время как в классическом четырехтактном дизельном двигателе полный цикл совершается за четыре хода поршня и за 720 градусов поворота коленчатого вала.
После запуска силовой установки 3 посредством ручки редуктора 8 включается передний или задний ход, затем включается разобщительная муфта 7, гребной винт 9 приходит во вращение и судно начинает движение. Достигнув места назначения, судно причаливает к пристани, разобщительная муфта 7 отключается, прекращается подача топлива и силовая установка 3 выключается.
Технический результат заключается в увеличении мощности силовой установки, повышении ее КПД, экономии топлива, уменьшении веса и габаритов силовой установки, повышении автономности плавания.