第一章_柴油機(jī)基本知識(shí)

1、 船舶柴油機(jī)第一章第一章柴油機(jī)基本知識(shí)柴油機(jī)基本知識(shí)功率：功率：70000KWL：25MH：13MB：7M第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論二、柴油機(jī)的類型四、柴油機(jī)在船舶動(dòng)力裝置中的應(yīng)用三、船用柴油機(jī)的標(biāo)號(hào)一、柴油機(jī)的基本概念輪機(jī)概論輪機(jī)概論 4 熱機(jī)熱機(jī) (Thermal Engine)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。熱機(jī)內(nèi)燃機(jī) (Internal combustion engine)外燃機(jī) (External combustion engine)汽油機(jī) (Gasoline engine)柴油機(jī) (Diesel engine)蒸汽機(jī) (Steam engine)蒸汽輪機(jī) (Steam tu

2、rbine engine)燃?xì)廨啓C(jī) (Gas turbine engine)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的基本概念第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)：柴油機(jī)：是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。使用柴油或劣質(zhì)油做燃料，在氣缸內(nèi)與空氣混合形成可燃混合氣，缸內(nèi)燃燒采用壓燃式發(fā)火(Compression (Compression ignition)ignition)。柴油機(jī)在熱機(jī)中具有最高的熱效率。柴油機(jī)在熱機(jī)中具有最高的熱效率。柴油機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1 1 經(jīng)濟(jì)性好。經(jīng)濟(jì)性好。2 2 功率范圍寬廣功率范圍寬廣3 3 尺寸小，重量輕尺寸小，重量輕4 4 機(jī)動(dòng)性好機(jī)動(dòng)性好, ,適應(yīng)船舶

3、航行的各種工況要求適應(yīng)船舶航行的各種工況要求5 5 可靠性高，壽命長(zhǎng)，維修方便可靠性高，壽命長(zhǎng)，維修方便柴油機(jī)的缺點(diǎn)：振動(dòng)和噪音振動(dòng)和噪音工作條件惡劣工作條件惡劣 6 固定部件 (Fixed parts)氣缸蓋氣缸體、汽缸套機(jī)架機(jī)座等運(yùn)動(dòng)部件 (Moving parts)活塞組件連桿曲軸第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的基柴油機(jī)的基本組成本組成柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 7 第二章第二章 船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置燃燒室組件氣缸蓋 (Cylinder cover)氣缸 (Cylinder)活塞 (Piston)往復(fù)回轉(zhuǎn)活塞 (Piston)連桿 (Connecting rod)曲軸 (

4、Crankshaft)輔助裝置啟動(dòng)系統(tǒng) (Starting sys.)燃油系統(tǒng) (F.O sys)滑油系統(tǒng) (L.O sys)冷卻系統(tǒng) (Cooling sys.)操縱機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的基柴油機(jī)的基本組成本組成第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)上止點(diǎn)上止點(diǎn) (Top Dead Center, TDC)：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。下止點(diǎn)下止點(diǎn) (Bottom Dead Center, BDC)：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置。行程行程 (Stroke

5、)：活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)的距離。行程等于曲軸曲柄半徑的2倍?；钊苿?dòng)一個(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)180。VsVas上止點(diǎn)下止點(diǎn)Vc(8)氣缸總?cè)莘e(） (9)壓縮比(4)缸徑(D) (5)氣缸余隙容積(V) (6)余隙高度(頂隙)(7)氣缸工作容積（）第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積之比值:CScsccaVVVVVVV1第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)的類型1、四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)（按工作循環(huán)分）2、低速、中速和高速柴油機(jī)（按柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速分）7、增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)3、筒形活塞式和十字頭式柴油機(jī)（按柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分）4

6、、直列式和V型柴油機(jī)（按柴油機(jī)汽缸的排列分）5、右旋和左旋柴油機(jī)6、可逆轉(zhuǎn)和不可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論直列四沖程柴油機(jī)V型四沖程柴油機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論二沖程柴油機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論低速柴油機(jī) 300r/min Vmm/s中速柴油機(jī) 3001,000 r/min Vm m/sm/s高速柴油機(jī) n1,000 r/min Vm9 m/s第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論筒形活塞式 十字頭式直列機(jī)V型機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論船用柴船用柴油機(jī)的油機(jī)的標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)國(guó)產(chǎn)柴油機(jī) 低速柴油機(jī) 6ESDZ43/82B國(guó)外柴油機(jī) SULZER（NSD）

7、- RD，RND，RLA，RTAMAN-B&W-MC, L-MC/MCE, S-MC-C三菱-UEC第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論柴油機(jī)在船舶柴油機(jī)在船舶動(dòng)力裝置中的動(dòng)力裝置中的應(yīng)用應(yīng)用在船舶動(dòng)力裝置中占絕對(duì)的主導(dǎo)地位，目前占在船舶動(dòng)力裝置中占絕對(duì)的主導(dǎo)地位，目前占98%98%以上的份額以上的份額主要造機(jī)公司：低速機(jī) MAN B&W公司 Wrtsil瑞士公司 三菱公司（日本） 中速機(jī) Wrtsil瑞士公司 MAN B&W公司 德國(guó)的Mak公司目前技術(shù)發(fā)展方向：經(jīng)濟(jì)性 可靠性 電子技術(shù) 排放控制 第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理一、柴油機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)二、四沖程柴

8、油機(jī)工作原理三、二沖程柴油機(jī)工作原理四、 二沖程柴油機(jī)的換氣形式第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理柴油機(jī)理論循柴油機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)環(huán)和實(shí)際循環(huán)1、柴油機(jī)理論循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán) 混合加熱循環(huán) （現(xiàn)代柴油機(jī)循環(huán)）繼續(xù)膨脹循環(huán)第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理理論循環(huán)的熱效率第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理11111ktkk式中：壓縮比壓力升高比初期膨脹比工質(zhì)絕熱指數(shù)第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理2、柴油機(jī)實(shí)際循環(huán)6、其他損失1、工質(zhì)的影響工質(zhì)的成分變化；工質(zhì)比熱的變化；工質(zhì)的高溫分解；工質(zhì)分子數(shù)的變化2、氣缸壁的傳熱損失3、換氣損失4、燃燒損失5、泄漏損失第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原

9、理基本工作原理：基本工作原理：采用壓縮發(fā)火使燃料在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在氣缸中膨脹推動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)活塞連桿曲柄機(jī)構(gòu)將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)外界做功。柴油機(jī)工作過(guò)程柴油機(jī)工作過(guò)程 (Working process)：燃油在柴油機(jī)氣缸中燃燒必須通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程的全部熱力循環(huán)過(guò)程。二沖程柴油機(jī)二沖程柴油機(jī) (Two-stroke diesel engine)：用活塞的兩個(gè)行程完成柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)。四沖程柴油機(jī)四沖程柴油機(jī) (Four-stroke diesel engine)：用活塞的四個(gè)行程完成

10、柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)。柴油機(jī)工柴油機(jī)工作原理作原理第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理第一行程-進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程 (Inlet stroke)：活塞從上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，新鮮空氣進(jìn)入氣缸。進(jìn)氣閥在上止點(diǎn)前打開(kāi)，下止點(diǎn)后關(guān)閉，進(jìn)氣持續(xù)220-250曲軸轉(zhuǎn)角。四沖程柴四沖程柴油機(jī)工作油機(jī)工作原理原理第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理第二行程-壓縮行程壓縮行程 (Compression stroke)：活塞從上止點(diǎn)上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥關(guān)閉。氣缸內(nèi)空氣空氣被壓縮，壓力3-6MPa，溫度600-700C。壓縮后期噴油器噴油，燃油與空氣混合、加熱、自行發(fā)火燃燒。壓縮過(guò)程持續(xù)140-1

11、60曲軸轉(zhuǎn)角。第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理第三行程-燃燒和膨脹行程燃燒和膨脹行程 (Combustion & expansion stroke)：燃油猛烈燃燒，氣缸內(nèi)燃?xì)馊細(xì)鈮毫?-8MPa，溫度1400-1800C。高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下行做功。膨脹過(guò)程在排氣閥開(kāi)啟時(shí)結(jié)束。該行程持續(xù)120-140曲軸轉(zhuǎn)角。第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理第四行程-排氣行程排氣行程 (Exhaust stroke)：進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開(kāi)。圖中5-下止點(diǎn)，活塞下行，廢氣靠壓差排出。活塞自下止點(diǎn)上行，廢氣被活塞排出氣缸。排氣閥在上止點(diǎn)后關(guān)閉。該行程持續(xù)230-260曲軸轉(zhuǎn)角。四沖程柴油機(jī)一個(gè)工

12、作循環(huán)，曲柄回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，四個(gè)行程四沖程柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)，曲柄回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，四個(gè)行程中只有第三行程對(duì)外做功。其它三個(gè)行程運(yùn)動(dòng)所需的能量，對(duì)于多缸柴油機(jī)來(lái)源于正在做功的氣缸，而對(duì)于單缸柴油機(jī)則來(lái)源于曲軸上的飛輪 (Flywheel) 。第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理 氣閥定時(shí)和氣閥重疊角氣閥定時(shí)和氣閥重疊角氣閥正時(shí)圓圖61521432下止點(diǎn)上止點(diǎn)正時(shí)正時(shí) (Timing)：進(jìn)、排氣閥的啟閉時(shí)刻稱為氣閥正時(shí)。以上、下止點(diǎn)前后曲柄轉(zhuǎn)角表示(稱為氣閥提前角、滯后角)。排氣持續(xù)角e=3+180+4氣閥的提前開(kāi)啟與延后關(guān)閉是為了將廢氣排除干凈、增加空氣的吸入量，利于燃油的燃燒，

13、減少排氣耗功。氣閥重疊角氣閥重疊角 (Angle of valve overlap)：進(jìn)上止點(diǎn)前后進(jìn)氣閥和排氣閥同時(shí)開(kāi)啟，這段重疊著的曲柄轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角。氣閥重疊可實(shí)現(xiàn)燃燒室掃氣。第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理 只有壓縮和膨脹行程，取消吸、排氣行程二沖程柴二沖程柴油機(jī)工作油機(jī)工作原理原理第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理 四沖程與二沖程柴油機(jī)的比較四沖程與二沖程柴油機(jī)的比較: :l二沖程機(jī)的熱負(fù)荷比四沖程機(jī)高 二沖程柴油機(jī)功率大，約為四沖程機(jī)的 1.6倍1.8倍。 二沖程柴油機(jī)回轉(zhuǎn)比四沖程機(jī)均勻 二沖程柴油機(jī)的換氣機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單 二沖程柴油機(jī)的換氣質(zhì)量較四沖程機(jī)差第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原

14、理二沖程柴油二沖程柴油機(jī)的換氣形機(jī)的換氣形式式柴油機(jī)的換氣柴油機(jī)的換氣: :換氣過(guò)程換氣過(guò)程 (Gas exchange process)：每個(gè)工作循環(huán)必須排出廢氣、吸入新鮮空氣，從排氣過(guò)程、掃氣過(guò)程到進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束的整個(gè)氣體交換過(guò)程。4S機(jī)換氣質(zhì)量好。2S機(jī)換氣與排氣同時(shí)進(jìn)行，新氣與廢氣混合，換氣質(zhì)量差。2S機(jī)的換氣形式包括：簡(jiǎn)單橫流掃氣、回流掃氣、半回流掃氣、直流掃氣。換氣過(guò)程:(1)簡(jiǎn)單橫流掃氣 (Cross/transverse scavenging) (2)回流掃氣 (Loop scavenging) (3)半回流掃氣 (Hemi-loop scavenging) (4)排氣閥-掃氣口

15、直流流掃氣 (Exhaust valve-scavenge port uniflow scavenging) 第二節(jié) 柴油機(jī)熱力循環(huán)和工作原理 (1) (2) (3) (4)第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù) 柴油機(jī)的性能通?？梢詮膭?dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)性、可靠性和耐久性加以衡量。 本節(jié)著重分析動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。 一、指示指標(biāo) 二、有效指標(biāo) 三、其它常用參數(shù)第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)一、指示指標(biāo)l1平均指示壓力l2指示功率l3指示熱效率和指示油耗率b()指示指標(biāo) 以氣缸內(nèi)示功圖所表示的工作循環(huán) 指示功為基礎(chǔ)，主要用來(lái)評(píng)定缸

16、內(nèi) 工作循環(huán)的完善程度。第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)1、平均指示壓力 假定一個(gè)數(shù)值不變的壓力作用在活塞上，在一個(gè)膨脹行程內(nèi)所作的功與一個(gè)工作循環(huán)的指示功相等，這個(gè)假想的壓力就稱為平均指示壓力 Lp （ 或） pL/()L/V(Pa）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)2指示功率l指示功率是指柴油機(jī)氣缸內(nèi)的工質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功(kW)l柴油機(jī)每個(gè)氣缸每個(gè)工作循環(huán)工質(zhì)所作的指示功iis（） 單缸指示功率 Pi / 60（）或 Pi /60000（）整機(jī)指示功率 pVnmi/60,000（） 每轉(zhuǎn)工作行程數(shù)， 四沖程機(jī)m；二

17、沖程機(jī)；令氣缸常數(shù) C= （）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)l指示熱效率為指示功的熱當(dāng)量與相應(yīng)消耗的燃料熱量之比值 /吸入l對(duì)于一臺(tái)柴油機(jī)，當(dāng)測(cè)得和B時(shí) 3,600Pi/BHB每小時(shí)油耗量，；所用燃料低熱值，通常取42,700；l指示油耗率 以一千瓦指示功率每小時(shí) 消耗的燃油量表示 （）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)二、有效指標(biāo)1 有效功率Pe2 平均有效壓力pe3 有效熱效率e和有效油耗率b e 有效指標(biāo)是以在柴油機(jī)輸出軸上所得到的 有效功為基礎(chǔ)的，它既考慮熱損失也考慮 機(jī)械損失，它是評(píng)定柴油機(jī)工作性能的最 終指標(biāo)。第三

18、節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)1、有效功率Pe和機(jī)械效率ml有效功率 從柴油機(jī)曲軸飛輪端傳出的功率， 用P e表示。 l機(jī)械損失功率 作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的(有效功率)過(guò)程中所損失的功率。(1)摩擦損失 (2)拖動(dòng)損失功率 (3)泵氣損失功率 =e機(jī)械效率 是有效功率與指示功率P之比值 影響機(jī)械效率的因素:柴油機(jī)負(fù)荷 轉(zhuǎn)速 滑油溫度 冷卻水溫度第三節(jié)第三節(jié) 柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)2、平均有效壓力l平均有效壓力是柴油機(jī)在每一工作循環(huán)每單位氣缸工作容積所作的有效功/平均機(jī)械損失壓力/的數(shù)值取決于工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度和 機(jī)械損失的大小，它是衡量柴油機(jī)作功能力