柴油機(jī)基本知識PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1柴油機(jī)基本知識柴油機(jī)基本知識第一頁，共42頁。二、柴油機(jī)的類型(lixng)四、柴油機(jī)在船舶(chunb)動力裝置中的應(yīng)用三、船用柴油機(jī)的標(biāo)號一、柴油機(jī)的基本概念第1頁/共42頁第二頁，共42頁。輪機(jī)輪機(jī)(lnj)概論概論 3 熱機(jī)熱機(jī) (Thermal Engine) (Thermal Engine)：將熱能：將熱能(rnng)(rnng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力機(jī)械。械。熱機(jī)(rj)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) (Dies

2、el engine)蒸汽機(jī) (Steam engine)蒸汽輪機(jī) (Steam turbine engine)燃?xì)廨啓C(jī) (Gas turbine engine)柴油機(jī)的基本概念第2頁/共42頁第三頁，共42頁。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，在氣缸劣質(zhì)油做燃料，在氣缸(q n)(q n)內(nèi)與空氣混合形成可內(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)

3、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(yudin)：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)動性好機(jī)動性好, ,適應(yīng)船舶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，維修方便可靠性高，壽命長，維修方便柴油機(jī)的缺點：振動和噪音振動和噪音工作條件惡劣工作條件惡劣第3頁/共42頁第四頁，共42頁。 5 固定(gdng)部件 (Fixed parts)氣缸蓋氣缸(q n)體、汽缸套機(jī)架機(jī)座(j zu)等運動部件 (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)的基本柴油

4、機(jī)的基本組成組成柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第4頁/共42頁第五頁，共42頁。 6 第二章第二章 船舶船舶(chunb)(chunb)柴油機(jī)動力裝置柴油機(jī)動力裝置燃燒室組件(z jin)氣缸蓋 (Cylinder cover)氣缸(q n) (Cylinder)活塞 (Piston)往復(fù)回轉(zhuǎn)活塞 (Piston)連桿 (Connecting rod)曲軸 (Crankshaft)輔助裝置啟動系統(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)的基本柴油機(jī)的基本組成組成第5

5、頁/共42頁第六頁，共42頁。第一節(jié)第一節(jié) 柴油機(jī)總論柴油機(jī)總論(zn ln)柴油機(jī)的基柴油機(jī)的基本本(jbn)結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)上止點上止點 (Top Dead Center, TDC) (Top Dead Center, TDC)：活塞在：活塞在氣缸中運動到最上端氣缸中運動到最上端(shn dun)(shn dun)位置，位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。下止點下止點 (Bottom Dead Center, BDC)：活塞在氣缸中運動到最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置。行程行程 (Stroke)：活塞從上止點移動到下止點的距離。行程等于曲

6、軸曲柄半徑的2倍?；钊苿右粋€行程，曲軸轉(zhuǎn)180。VsVas上止點下止點Vc第6頁/共42頁第七頁，共42頁。(8)氣缸(q n)總?cè)莘e(） (9)壓縮比(4)缸徑(D) (5)氣缸(q n)余隙容積(V) (6)余隙高度(god)(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7頁/共42頁第八頁，共42頁。柴油機(jī)的類型(lixng)1、四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)（按工作(gngzu)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

7、塞式和十字頭式柴油機(jī)（按柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點分）4、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8頁/共42頁第九頁，共42頁。直列四沖程柴油機(jī)V型四沖程柴油機(jī)第9頁/共42頁第十頁，共42頁。二沖程柴油機(jī)第10頁/共42頁第十一頁，共42頁。低速(d s)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11頁/共42頁第十二頁，共42頁。筒形活塞式十字頭式直列機(jī)V型機(jī)第12頁/共42頁第十三頁，共42頁。船用柴油船用柴油機(jī)的標(biāo)號機(jī)的標(biāo)號(bioho)

8、國產(chǎn)(guchn)柴油機(jī) 低速柴油機(jī) 6ESDZ43/82B國外柴油機(jī) SULZER（NSD）- RD，RND，RLA，RTAMAN-B&W-MC, L-MC/MCE, S-MC-C三菱-UEC第13頁/共42頁第十四頁，共42頁。柴油機(jī)在船舶柴油機(jī)在船舶(chunb)動力動力裝置中的應(yīng)用裝置中的應(yīng)用在船舶動力裝置中占絕對在船舶動力裝置中占絕對(judu)(judu)的主導(dǎo)地位，目前占的主導(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 德國的

9、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14頁/共42頁第十五頁，共42頁。一、柴油機(jī)理論循環(huán)(xnhun)和實際循環(huán)(xnhun)二、四沖程柴油機(jī)工作(gngzu)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15頁/共42頁第十六頁，共42頁。柴油機(jī)理論循環(huán)柴油機(jī)理論循環(huán)(xnhun)和實際循環(huán)和實際循環(huán)(xnhun)1、柴油機(jī)理論(lln)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)）第16頁/共42頁第十七頁，共42頁。繼續(xù)膨脹(png zhng)循環(huán)第17頁/共42頁第十八頁，共42頁。理論(lln)循環(huán)的熱效率11111ktkk

10、式中：壓縮比壓力升高(shn o)比初期膨脹比工質(zhì)絕熱指數(shù)第18頁/共42頁第十九頁，共42頁。2、柴油機(jī)實際(shj)循環(huán)6、其他(qt)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19頁/共42頁第二十頁，共42頁?；竟ぷ髟恚翰捎脡嚎s發(fā)火使燃料基本工作原理：采用壓縮發(fā)火使燃料(rnlio)在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高在氣缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在氣缸中膨脹推動活塞作往復(fù)運動，再通過活塞溫、高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在氣缸中膨脹推動活塞作往復(fù)運動，再通過活塞連桿曲柄機(jī)構(gòu)將往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動，從

11、而對外界做功連桿曲柄機(jī)構(gòu)將往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動，從而對外界做功。柴油機(jī)工作過程柴油機(jī)工作過程 (Working process)：燃油在柴油機(jī)氣缸：燃油在柴油機(jī)氣缸(q n)中燃燒必須通過進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過中燃燒必須通過進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程的全部熱力循環(huán)過程。程的全部熱力循環(huán)過程。二沖程柴油機(jī)二沖程柴油機(jī) (Two-stroke diesel engine)：用活塞的兩個行程完成柴油機(jī)的一個工作循環(huán)的柴油機(jī)。四沖程柴油機(jī)四沖程柴油機(jī) (Four-stroke diesel engine)：用活塞的四個行程完成柴油機(jī)的一個工作循環(huán)的柴油機(jī)。柴油機(jī)工柴油機(jī)工

12、作原理作原理第20頁/共42頁第二十一頁，共42頁。第一行程(xngchng)-進(jìn)氣行程(xngchng) (Inlet stroke)：活塞從上止點下行，進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，新鮮空氣進(jìn)入氣缸。進(jìn)氣閥在上止點前打開，下止點后關(guān)閉，進(jìn)氣持續(xù)220-250曲軸轉(zhuǎn)角。四沖程柴油四沖程柴油機(jī)工作機(jī)工作(gngzu)原理原理第21頁/共42頁第二十二頁，共42頁。第二行程-壓縮行程 (Compression stroke)：活塞從上止點上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥關(guān)閉。氣缸(q n)內(nèi)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。壓縮過程持續(xù)

13、140-160曲軸轉(zhuǎn)角。第22頁/共42頁第二十三頁，共42頁。第三行程-燃燒和膨脹行程 (Combustion & expansion stroke)：燃油猛烈燃燒，氣缸內(nèi)燃?xì)鈮毫?-8MPa，溫度1400-1800C。高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿踊钊滦凶龉?。膨脹過程在排氣閥開啟時結(jié)束(jish)。該行程持續(xù)120-140曲軸轉(zhuǎn)角。第23頁/共42頁第二十四頁，共42頁。第四行程-排氣行程 (Exhaust stroke)：進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。圖中5-下止點，活塞下行，廢氣靠壓差排出?；钊韵轮裹c上行(shngxng)，廢氣被活塞排出氣缸。排氣閥在上止點后關(guān)閉。該行程持續(xù)230-26

14、0曲軸轉(zhuǎn)角。第24頁/共42頁第二十五頁，共42頁。四沖程柴油機(jī)一個工作循環(huán)，曲柄回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，四個行程中只有第三四沖程柴油機(jī)一個工作循環(huán)，曲柄回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，四個行程中只有第三行程對外做功。其它三個行程運動所需的能量，對于多缸柴油機(jī)來行程對外做功。其它三個行程運動所需的能量，對于多缸柴油機(jī)來源于正在做功的氣缸，而對于單缸柴油機(jī)則來源于曲軸源于正在做功的氣缸，而對于單缸柴油機(jī)則來源于曲軸(qzhu)(qzhu)上上的飛輪的飛輪 (Flywheel) (Flywheel) 。第25頁/共42頁第二十六頁，共42頁。 氣閥定時氣閥定時(dn sh)和氣閥重疊角和氣閥重疊角氣閥正時圓圖61521432下止點上

15、止點正時正時 (Timing)：進(jìn)、排氣閥的啟閉時刻：進(jìn)、排氣閥的啟閉時刻稱為稱為(chn wi)氣閥正時。以上、下止氣閥正時。以上、下止點前后曲柄轉(zhuǎn)角表示點前后曲柄轉(zhuǎn)角表示(稱為稱為(chn wi)氣閥提前角、滯后角氣閥提前角、滯后角)。排氣持續(xù)角e=3+180+4氣閥的提前開啟與延后關(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，減少排氣耗功。氣閥重疊角氣閥重疊角 (Angle of valve overlap)：進(jìn)上止點前后進(jìn)氣閥和排氣閥同時開啟，這段重疊著的曲柄轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角。氣閥重疊可實現(xiàn)燃燒室掃氣。第26頁/共42頁第二十七頁，共42頁。 只有壓縮(y su)和膨脹

16、行程，取消吸、排氣行程二沖程柴油機(jī)工作二沖程柴油機(jī)工作(gngzu)原理原理第27頁/共42頁第二十八頁，共42頁。 四沖程與二沖程柴油機(jī)的比較(bjio):二沖程機(jī)的熱負(fù)荷(fh)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)較簡單 二沖程柴油機(jī)的換氣質(zhì)量較四沖程機(jī)差第28頁/共42頁第二十九頁，共42頁。二沖程柴油機(jī)的換氣二沖程柴油機(jī)的換氣(hun q)形式形式柴油機(jī)的換氣柴油機(jī)的換氣(hun q):(hun q):換氣過程換氣過程 (Gas exchange process)：每個工作循環(huán)必須排出廢氣、吸入新鮮

17、空氣，從排氣過程、掃氣過程到進(jìn)氣過程結(jié)束的整個氣體交換過程。4S機(jī)換氣質(zhì)量好。2S機(jī)換氣與排氣同時進(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：簡單橫流掃氣、回流掃氣、半回流掃氣、直流掃氣。換氣過程:第29頁/共42頁第三十頁，共42頁。(1)簡單(jindn)橫流掃氣 (Cross/transverse scavenging) (2)回流(hu li)掃氣 (Loop scavenging) (3)半回流(hu li)掃氣 (Hemi-loop scavenging) (4)排氣閥-掃氣口直流流掃氣 (Exhaust valve-scavenge port uniflow scav

18、enging) (1) (2) (3) (4)第30頁/共42頁第三十一頁，共42頁。 柴油機(jī)的性能通?？梢詮膭恿π?、經(jīng)濟(jì)性、運轉(zhuǎn)(ynzhun)性、可靠性和耐久性加以衡量。 本節(jié)著重分析動力性和經(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31頁/共42頁第三十二頁，共42頁。一、指示(zhsh)指標(biāo)l 1平均指示壓力(yl)l 2指示功率l 3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)，主要用來評定缸內(nèi) 工作循環(huán)的完善程度。第32頁/共42頁第三十三頁，共42頁。1、平均指示(zhsh)壓力 假定一個數(shù)值不變的壓力作用在活塞上，在一個膨

19、脹行程內(nèi)所作的功與一個工作循環(huán)的指示功相等，這個假想(jixing)的壓力就稱為平均指示壓力 Lp （ 或） pL/()L/V(Pa）第33頁/共42頁第三十四頁，共42頁。2指示(zhsh)功率l 指示(zhsh)功率是指柴油機(jī)氣缸內(nèi)的工質(zhì)在單位時間內(nèi)所作的指示(zhsh)功(kW)l 柴油機(jī)每個氣缸每個工作循環(huán)工質(zhì)所作的指示(zhsh)功l iis（）l 單缸指示(zhsh)功率 Pi / 60（）或l 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；二沖程機(jī)；令氣缸常數(shù) C= （）第34頁/共42頁第三十五頁，共42頁。l 指示(zhsh)

20、熱效率為指示(zhsh)功的熱當(dāng)量與相應(yīng)消耗的燃料熱量之比值l /吸入l 對于一臺柴油機(jī)，當(dāng)測得和B時l 3,600Pi/BHl B每小時油耗量，；所用燃料低熱值，l 通常取42,700；l 指示油耗率 以一千瓦指示功率每小時(xiosh)l 消耗的燃油量表示l （）第35頁/共42頁第三十六頁，共42頁。二、有效(yuxio)指標(biāo)1 有效(yuxio)功率Pe2 平均有效(yuxio)壓力pe3 有效(yuxio)熱效率e和有效(yuxio)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，它是評定柴油機(jī)工作性能的最 終指標(biāo)。第36頁/共42頁第三十七頁，共42頁。1、有效功率(gngl)Pe和機(jī)械效率ml 有效功率 從柴油機(jī)曲軸飛輪(filn)端傳出的功率， 用P e表示。l 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)過程中所損失的功率。(1)摩擦損失 (2)拖動損失功率 (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37頁/共42頁第三十八頁，共42頁。2、平均(pngjn)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(dnwi)氣缸工作容積所作的有效功l l /平