МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА  

Епифанов  В.С. 

 
СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ  
 
Методические рекомендации по выполнению курсового проекта 
 

Альтаир–МГАВТ 

 Москва 

2014 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ  

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА  

 

 

 

 

 

 

 

 

Епифанов  В.С. 
 
СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ  
 
Методические рекомендации по выполнению курсового проекта 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Альтаир–МГАВТ 

 Москва 

2014 

УДК 621:431 
 
Епифанов 
В.С. 
Судовые 
двигатели 
внутреннего 
сгорания. 
Методические рекомендации — М.: Альтаир МГАВТ, 2014 — 84 с.,  
 
Является руководством по самостоятельной работе по дисциплине 
«Судовые двигатели внутреннего сгорания по специальности 180405.65 — 
«Эксплуатация судовых энергетических установок». 

Основная задача пособия ознакомить студентов с основами теории, 

методами теплового расчета судовых тепловых двигателей, развитие навыков 
расчета, в понимании рабочих процессов и их связи с особенностями 
эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания. 

Рецензенты: к.т.н., проф. Мокеров Л.Ф., к.т.н, доцент кафедры СЭУиА 

Зябров В.А. 

 
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ. 
 
 
 
Рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры СЭУиА  
МГАВТ  (протокол  № 1 от  1 сентября 2014 г.).   

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать 

материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебно-
методические материалы. 

© МГАВТ, 2014 

© Епифанов В.С., 2014 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 

стр.

Условные обозначения…………………………………………………………………….
4

Аббревиатуры………………………………………………………………………….…..
5

Предисловие…………………………………………………………………………….…..
6

1. Общие сведения………………………………………………………………………….
7

2. Тепловой расчет. ……………………………….……………….………………………
8

3. Тепловой расчет газодизеля……………………………………………………..……
20

3.1. Определение запаса газового топлива……………………………………………….
21

4. Динамический расчет ………………………………………………………………….
24

5.  Научно-исследовательский раздел…………………………………………………….
30

6. Уравновешивание двигателей…………………………………………………………..
31

7. Конструирование двигателя……………………………………………………………
33

7.1. Параметры, характеризующие особенности конструкций судовых дизелей……
33

7.2. Расчет на прочность деталей…………………………………………………………
36

7.3. Расчет крутильных колебаний валопровода…………………………………………
42

8. Заключение к пояснительной записке………………………………………………….
48

9. Компоновка основных узлов и деталей двигателя на листах. (графические работы)
49

Приложение 1. задание №1 на курсовую работу………………………………………..
51

Приложение 2. задание №1 на курсовой проект………………………………………..
52

Приложение 3. Варианты заданий ………..….…………………………….…………….
53

Приложение 4. Пояснительная записка к курсовому проекту…………………………
54

Приложение 5. Основные параметры отечественных турбокомпрессоров……………
55

Приложение 6. Поперечные разрезы судовых дизелей………………………………….
58

Приложение 7. Продольные разрезы судовых дизелей…………………………………
68

Приложение 3. Характеристики судовых дизелей …………………………..………….
76

Список литературы …………………………….………………………………………….
83

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ  
 
 

eP
— эффективная мощность, кВт;

z
p
— давление сгорания в точке Z расчетного цикла;

e
n
— частота вращения, 
1
−
мин
коленчатого вала двигателя при
eP ;

с
ε
— степень сжатия;

s
— ход поршня, м ;

d
— диаметр цилиндра, м ;

m
ν
— средняя скорость поршня,
с
м / ;

i
— число цилиндров двигателя;

1
n , 
2
n
— показатели политропные процессы сжатия и расширения, соответственно;

к
π
— степень повышения давления в компрессоре;

ад
.к
η
 
— адиабатный КПД компрессора; 

k
— показатель адиабаты сжатия воздуха в компрессоре;

mi
р
— среднее индикаторное давление рабочего цикла, кПа ;

me
р
— среднее эффективное давление рабочего цикла, кПа ;

а
p , 
a
T
— давление и температура окружающей среды, соответственно;

int
p
, int
T
— давление и температура на входе в дизель с наддувом, соответственно;

g
p ,
g
T
— давление и температура отработавших газов, соответственно;

rp , 
rT
— давление и температура в конце выпуска, соответственно;

tp , 
tT
— давление и температура в конце такта впуска, соответственно;

c
p ,
c
T
— давление и температура рабочего тела в конце такта сжатия, соответственно;

y
p , 
y
T
— давление и температура в конце быстрого сгорания, соответственно;

z
p ,
z
T
— давление и температура рабочего тела в точке Z, соответственно;

b
p ,
b
T
— давление и температура отработавших газов в конце такта выпуска, 
соответственно.

с
Ф
— коэффициент наполнения;

пр
Ф
— коэффициент продувки;

r
γ
— коэффициент остаточных газов;

T
∆
— подогрев свежего заряда, поступающего в цилиндр, К ;

1
α′
— коэффициент избытка воздуха при сгорании;

⋅
0
L
— теоретически необходимое количество воздуха в киломолях для полного 
сгорания 1 кг топлива;

⋅
L
— количество воздуха в киломолях, поступившее в цилиндр для полного 
сгорания 1 кг топлива: 
⋅
=
0
L
L
1
α′ ; 

0
L′
— теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 
впрыснутого в цилиндр одного килограмма топлива 
air
L
L
µ
⋅
=
′
0
0
,кг;  

air
µ
 
— молярная масса свежего воздушного заряда, 
air
µ
= 28,97.
кмоль
кг /
; 

н
Q
— низшая теплота сгорания 1 кг топлива, 
кг
кДж /
; 

0
µ
— химический коэффициент молекулярного изменения;

µ
— действительный коэффициент молекулярного изменения;

o
ν
— молярная доля “чистых” продуктов сгорания в составе рабочего тела;

air
ν
— молярная доля воздуха в составе рабочего тела: 
o
air
ν
ν
−
= 1
; 

R~
— универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль·К);

air
R
 
— газовая постоянная воздуха, 
air
R
 = 0,287 

K
кг
кДж
⋅

;  

Vc
C~
, 
Z
v
C~
— удельные молярные теплоемкости рабочего тела на тактах сжатия и 

расширения соответственно, 

K
кмоль
кДж
⋅

;  

ξ
— коэффициент, учитывающий увеличение теплоемкости остаточных газов по 
сравнению с теплоемкостью свежего заряда (отношение теплоемкостей);

z
ξ
,
b
ξ  
— коэффициент использования теплоты при достижении объема
z
V  и 
b
V , 

соответственно;

λ
— степень повышения давления;

ρ
—степень предварительного расширения;

int
ρ
 
— плотность надувочного воздуха, 
3
м

кг ; 

δ
— степень последующего расширения;

i
η ,
e
η  , 
м
η
— индикаторный, эффективный, механический КПД, соответственно;

ib , 
eb
— удельные индикаторный и эффективный расходы топлива, 

ч
кВт
кг
⋅

;  

W ′
— максимум скорости истечения топлива из сопловых отверстий форсунки, 

с
м ;

air
G
— часовой расход воздуха, 
ч
кг /
;  

tgi
Т
— текущий суммарный индикаторный крутящий момент двигателя, 
м
кН ⋅
; 

tgi
T
— средний крутящий момент дизеля, 
м
кН ⋅
. 

АББРЕВИАТУРЫ 

ВОД, СОД и 

МОД

— высокооборотные, среднеоборотные и малооборотные двигатели, 
соответственно;

ВМТ и НМТ
— верхняя и нижняя мертвые точки, соответственно;

ВТЭ
— водотопливная эмульсия;

КШМ
— кривошипно-шатунный механизм двигателя;

МП
— машинное помещение;

ОГ
— отработавшие газы;

РРП
— реверс-редукторная передача;

СПГ
— сжиженный природный газ;

ТКР
— турбокомпрессор;

ЦПГ
— цилиндропоршневая группа двигателя;

ТНВД
— топливный насос высокого давления.

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Самостоятельная работа студента при изучении курса СДВС необходима для 
закрепления и применения теории ДВС при выполнении курсовой работы, а также в ходе 
курсового и дипломного проектирования. При работе над курсом должны быть изучены 
последние литературные источники по вопросам экологии, экономичности и надежности 
современных двигателей. Основные, наиболее важные результаты анализа источников 
следует 
использовать 
в 
ходе 
выполнения 
курсовой 
работы. 
Большое 
внимание 
рекомендуется уделить вопросам обслуживания двигателей. Необходимо ознакомиться с 
особенностями конструкций современных дизелей, с системами смазки и охлаждения и др. 
Результаты анализа литературных источников могут быть использованы при работе над 
курсовым проектом, в частности при разработке конструкции судового дизеля. 
В пособии приведены методики теплового, динамического и прочностных расчетов, а в 
приложении — варианты заданий на курсовую работу и курсовой проект. При выполнении 
заданий желательно использовать ПЭВМ. 
Выполнение курсовой работы способствует повышению качества курсового и 
дипломного проектирования.  

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
 
Содержание исходных данных для выполнения курсовой работы приведено в 
приложении, (вариант — две последние цифры зачетной книжки студента). Прототип 
курсового 
проектирования 
— 
СДВС 
отечественного 
производства 
(технические 
характеристики даны в приложении).  
Курсовая работа — тепловой расчет и динамический расчет дизеля без наддува 
выполняется в процессе самостоятельной подготовки к экзаменационной сессии в 6 
семестре. При выполнении курсового проекта в 7 семестре предстоит выполнить тепловой 
расчет дизеля с турбонаддувом в соответствии с одним и тем же вариантом задания методом 
Гриневецкого-Мазинга и определить основные экономические параметры и размеры 
двигателя, оценить тепловую напряженность поршня, а также рассчитать основные размеры 
топливного насоса и форсунки. Необходимо дать сравнение полученных результатов для 
дизелей с наддувом и без него. 
Завершающим 
этапом 
курсового 
проекта 
студента 
является 
использование 
динамического расчета, целью которого является выявление силовых факторов в 
кривошипно–шатунном механизме, необходимых как для проверочных расчетов на 
прочность, так и для проектных расчетов основных деталей.  
Курсовая работа выполняется на листах формата А4 писчей бумаги. В записке даются 
ссылки на использованные источники, список которых помещается в конце записки. 
В начале записки содержится титульный лист (прил. 1), и задание на курсовую работу и 
курсовой проект (прил.2). Основному тексту (рукописному либо машинописному через два 
интервала) записки предшествуют введенные условные обозначения и сокращения, 
содержание записки с указанием номеров страниц и введение.  
При выполнении курсовой работы и курсового проекта рекомендуется пользоваться 
основной и дополнительной литературой, рекомендуемой в конце пособия и выбираемой 
самостоятельно. Из сопоставления показателей отечественных двигателей, приведенных в 
приложении 
7, 
и 
зарубежных 
дизелей, 
необходимо 
проанализировать 
способы 
смесеобразования и экономические показатели. 
Из наиболее вредных составляющих ОГ судовых дизелей являются оксиды азота, 
количество которых в значительной степени зависит от степени повышения давления λ  и 
максимальной температуры в цилиндре; дымность ОГ возрастает при снижении угла 
опережения впрыскивания топлива в цилиндр и коэффициента 
1
α′ . Поэтому необходимо 
привести нормативные данные по токсичности, надежности и экономичности, а также 
основные параметры модели современного двигателя, которая предварительно может быть 
выбрана в качестве прототипа. Желательно внести оригинальные предложения, которые 
могли бы обеспечить снижение оксидов азота в отработавших газах, например, за счет 
применения водотопливной эмульсии, рециркуляции ОГ, использования альтернативных 
топлив и др. Необходимо показать, что можно получить более высокие экономические 
показатели, если они научно обоснованы и могут быть проверены на практике. 
На основании проведенного анализа и анализа задания на курсовую работу и курсовой 
проект выбирают расположение цилиндров дизеля, отношение 
d
s
, степень сжатия, способ 

смесеобразования, тип камеры сгорания, сорт и марку используемого топлива и смазочного 
масла и др. 
 
 

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 
 
Цель теплового расчета методом Гриневецкого–Мазинга — определение параметров 
рабочего цикла дизеля, экономических показателей и основных размеров двигателя 
d
s
.  

Расчет выполняют для режима работы дизеля, соответствующего номинальной 
мощности 
ен
Р
 и оборотам 
ен
n
.  
При проведении расчета как двигателя без наддува при выполнении курсовой работы, 
так и двигателя с наддувом при выполнении курсового проекта, ряд исходных данных 
рекомендовано в пособии, а недостающие данные в процессе расчета рекомендуется 
выбирать на основании литературных источников и материалов по предварительно 
выбранному 
двигателю–прототипу. 
На 
данном 
этапе 
выбор 
двигателя-прототипа 
основывается в подборе двигателя по оборотам 
ен
n
, наиболее близким заданным 
ен
n
, из 
конкретного варианта. На рис.1 представлены схемы трактов впуска и выпуска дизелей с 
наддувом, одну из которых предстоит выбрать и обосновать при проведении теплового 
расчета в курсовом проекте. 
Расчет проводят в порядке осуществления рабочих процессов в двигателе: наполнения 
цилиндра воздухом, его сжатия и горения впрыснутого топлива, расширения продуктов 
сгорания и выпуска ОГ. Производится расчет экономических показателей работы двигателя: 
среднего индикаторного 
mi
p
 и среднего эффективного 
me
р
 давлений, индикаторного 
i
η  и 

эффективного 
e
η  К.П.Д., удельных
ib , 
eb  и часового В  расходов топлива.  
 

Рис. 1. Схемы газовоздушного тракта дизелей: 

а) с наддувом и без охлаждения наддувочного воздуха, б) с наддувом и с охлаждением наддувочного 

воздуха

 
По результатам расчета уточняют основные размеры дизеля: d и S, которые должны 
соответствовать значениям двигателя-прототипа. Для двигателей с наддувом экономические 
показатели проектируемого двигателя должны быть не хуже показателей двигателя-
прототипа. Затем указывается марка дизеля в соответствии со стандартом. При выполнении 
расчета обращают внимание на его точность. На этом завершается выполнение основной 
части курсовой работы. В процессе конструирования двигателя с наддувом по результатам 

динамического расчета следует выполнить расчеты на прочность основных деталей 
двигателя. При использовании конструкции двигателя-прототипа необходимо выполнить 
проверочные расчеты деталей на прочность. 
и курсового проекта. 
Схема расчетного цикла (рис.2), последовательность расчета его параметров 
(температуры и давления в характерных точках) и определения размеров цилиндра по 
методике Гриневецкого–Мазинга даны ниже.  
Расчетный цикл соответствует допущениям: 
• фазы открытия — закрытия впускного и выпускного клапанов равны 0; 
• процессы сжатия и расширения — обратимые политропные с показателями 
1
n , 
2
n , 
соответственно; 
• теплоемкости рабочего тела на тактах сжатия и расширения с показатели 
1
n , 
2
n  
постоянны и не зависят от температуры; 
• отсутствуют утечки рабочего тела сквозь неплотности цилиндропоршневой группы и 
впускного–выпускного клапанов; 
• в конце такта «чистого» сжатия мгновенно впрыскивается в цилиндр 1 кг топлива; 
• процессы сгорания топлива в цилиндре совершаются в соответствии с обратимой 
изохорой и обратимой изобарой; 
• несовершенство процессов газообмена, сгорания учитываются эмпирическими 
коэффициентами, принимаемыми в процессе теплового расчета. 
  

Конкретные 
примеры 
проведения 

теплового дизеля приведены в [2], [3].  
Давление 
tp  в конце наполнения ниже1 

int
p
 
вследствие 
гидравлических 
сопротивлений на впуске (потери давления 
от 
7 
до 
20 
кПа): 













⋅
⋅
−
=
int
2

2

int
2
1
T
R
р
p

air
кл

ср
t
ϕ

ω
, кПа ,  

 где: 

























−
−
=

−
k
k

t
air
кл
ср
р
р
T
R
k
k

1

int
int 1
1
2
ϕ
ω
 - 

средняя скорость воздушного потока во 

впускном клапане, [ с
м ]. 

Рис. 2. Диаграмма расчетного цикла СДВС с 

наддувом 

 
Результат расчета 
ср
ω
 должен находиться в пределах:  

для малооборотных дизелей (МОД) 
ср
ω
= 40...50 с
м , а для среднеоборотных дизелей 

(СОД) и высокооборотных дизелей (ВОД) 
ср
ω
 = 50...80 с
м ;  

кл
ϕ
— коэффициент скорости в клапане (выбирается из диапазона 
кл
ϕ
= 0,6...0,7);  

1 При выполнении курсового задания для дизеля без наддува здесь и далее индекс «int» следует заменить 
индексом «d». 

air
R
 = 287 
K
кг
Дж
⋅
— удельная газовая постоянная воздушного заряда; k - показатель 

адиабаты сжатия в компрессоре (k = 1,4). 

Температура в конце наполнения: 
tT  = 

r

r
r
T
γ
γ
+
Τ
+
∆Τ
+
1

int
.  

Результат расчета должен находиться в пределах: Тt=320...400 К,  

где: int
T
 = 
ох
k
T
∆Τ
−
′
; 
)
(
аг
k
ох
oх
T
T −
′
=
∆Τ
σ
; 














−
+
=
′

−

ад
к

k
k

k
a
k
T
T
.

1
1
1
η
π
; 

аг
Т
— средняя температура охлаждающего агента (забортной воды), К ; 
a
p = 100кПа  
и Та=300 К — ими задаются во всех теплотехнических расчетах; ∆Τ — принимается из 
диапазона ∆Τ = 5...15 К 2; 
r
Т
 = 700...900 К  — температура рабочего тела в конце такта 

принудительного выпуска, ее значение выбирается из этого диапазона; 
ox
σ
= 0,5...0,7 — 
коэффициент охлаждения воздуха в теплообменном аппарате, его значение задается из 

данного диапазона; 

a
к
p
pint
=
π
 — степень повышения давления в компрессоре;  

ад
.к
η
= 0,65...0,85 принимается из этого диапазона, либо выбирается из данных 
характеристики компрессора;  
показатель адиабаты сжатия воздуха в компрессоре (отношение удельных массовых 

теплоемкостей): 

v

p
c

c
k =
=1,4. 

Коэффициент остаточных газов (отношение количества остаточных газов 
r
M  к 
количеству свежего заряда L , поступившего в цилиндр и оставшегося там после закрытия 

впускного клапана): 









−
⋅
⋅
Τ
∆Τ
+
=

t

r
оч
c
t

r

r
ог
r

p
р
р
р
T

ξ
ξ
ε
ϕ
ξ
γ
1
int
, в результате 

2 Подогрев свежего заряда 
Т
∆
 оказывает заметное влияние на коэффициент наполнения 
с
Ф . Увеличение 

Т
∆
 на 10 К вызывает уменьшение 
с
Ф   на 2–3%. Значение 
Т
∆
 в основном определяется нагрузкой, 

частотой n  вращения коленчатого вала,  размерами цилиндра и условиями его охлаждения. 

Возрастание нагрузки сопровождается повышением средней температуры рабочего тела за цикл. Это ведет 

к росту температуры стенок цилиндра, т.е. и к повышению Т
∆
. 

Увеличение n  интенсифицирует теплообмен между горячими газами и стенками цилиндра, а также 

интенсифицируется теплообмен между горячими стенками цилиндра и свежим воздухом, поступающим в 
цилиндр. Все это должно увеличивать Т
∆
. С другой стороны, с увеличением n  сокращается время контакта 

воздуха с горячими поверхностями, что ведет к снижению подогрева воздушного заряда. В результате в 
зависимости от параметров дизеля с изменением частоты n  величина Т
∆
 может изменяться. 

Увеличение диаметра цилиндра d и хода поршня s вызывает сокращение относительной поверхности 

охлаждения цилиндра. Поэтому с ростом d и s подогрев заряда от стенок уменьшается. Увеличение 
температуры охлаждающей жидкости, интенсификация теплоотдачи от рабочего тела к стенке цилиндра, 
ухудшение теплоотдачи от внутренней поверхности цилиндра к охлаждающей жидкости ведут к росту 
температуры стенки, т.е. Т
∆
.