船舶動(dòng)力裝置概論

112上節(jié)主要內(nèi)容1.4典型動(dòng)力裝置柴油機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、聯(lián)合動(dòng)力、核能（優(yōu)缺點(diǎn)及相互比較）噴水推進(jìn)本節(jié)主要內(nèi)容2.1柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.2四沖程柴油機(jī)工作原理2.3二沖程柴油機(jī)工作原理3第二章船舶柴油機(jī)裝置2.1.1柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)MTU80004(5)輔助機(jī)件：5進(jìn)氣管，12排氣管等。第二章船舶柴油機(jī)裝置2.1.1柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(3)配氣機(jī)構(gòu)：14凸輪軸，15頂桿，16搖臂，17進(jìn)氣閥，18排氣閥，19彈簧。(2)運(yùn)動(dòng)機(jī)件：主要指曲柄連桿機(jī)構(gòu)，8活塞，9活塞銷，10連桿，11連桿螺栓，13曲軸等。(1)固定機(jī)件：1機(jī)座，4機(jī)體，3主軸承，6氣缸套，7氣缸蓋。(4)燃油系統(tǒng)：20噴油泵，21高壓油管，2噴油器等。5第二章船舶柴油機(jī)裝置2.1.2主要名詞（1）上止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最遠(yuǎn)的位置稱為活塞的上止點(diǎn)；（4）壓縮室容積：當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)位置時(shí)，活塞上面的容積稱為壓縮室容積。由于燃料柴油在這里燃燒，所以又稱為燃燒室容積Vc；（2）下止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最近的位置稱為活塞的下止點(diǎn)；（3）活塞沖程：活塞上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞的沖程(或行程)?；钊咭粋€(gè)沖程曲軸就旋轉(zhuǎn)180度，活塞沖程S等于曲柄半徑R的兩倍，即S=2R；（5）氣缸工作容積：活塞上下止點(diǎn)之間的容積稱為一個(gè)氣缸的工作容積，可表示為：Vh=πD2S*0.001/4(升)6第二章船舶柴油機(jī)裝置2.1.2主要名詞（8）壓縮比(ε)：氣缸最大容積與壓縮室容積的比值稱為壓縮比。

ε=Va/Vc=(Vh+Vc)/Vc=1+Vh/Vc（7）柴油機(jī)的總?cè)莘e：是各氣缸工作容積的總和。

等于氣缸數(shù)與工作容積數(shù)的乘積。V=Vh×i(L)（6）氣缸最大容積(Va)：活塞在下止點(diǎn)時(shí)氣缸的容積,即氣缸工作容積與壓縮室容積之和:Va=Vh+Vc壓縮比說(shuō)明了活塞由下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)過(guò)程中，

氣缸內(nèi)空氣被壓縮的程度，柴油機(jī)的壓縮比一般大于12。7第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理8第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理（1）進(jìn)氣行程指由進(jìn)氣門開啟到進(jìn)氣門關(guān)閉。進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣門打開時(shí)刻與活塞位于上止點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角（為了獲得較多的充氣量，活塞到達(dá)上止點(diǎn)前就開始開啟）。進(jìn)氣晚關(guān)角：活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)刻與進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻之間的曲軸轉(zhuǎn)角（利用空氣流動(dòng)的慣性及氣體的動(dòng)量，使更多的空氣充入氣缸）。進(jìn)氣終了時(shí)刻：

氣缸壓力p：0.08~0.09MPa<大氣壓

氣缸溫度T：320~380K

一、進(jìn)氣沖程9第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理（2）壓縮行程指由進(jìn)氣門關(guān)閉到活塞移到上止點(diǎn)（成為壓縮上止點(diǎn)）為止。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。活塞上行，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度都升高。壓縮終了時(shí)刻：

氣缸壓縮壓力p：4~8MPa

氣缸溫度T：750~950K二、壓縮沖程10第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理（3）作功行程（燃燒及膨脹行程）在壓縮上止點(diǎn)前10~15°，壓燃可燃混合氣，形成火焰中心。高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞下行，對(duì)外作功。進(jìn)排氣門都關(guān)閉。Z點(diǎn)為最高壓力和溫度點(diǎn)：

燃?xì)庾畲髩毫：6~15MPa

最高溫度T：1800~2200K

三、作功沖程11第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理（4）排氣行程從排氣門開啟到排氣門關(guān)閉的時(shí)刻。排氣提前角;排氣晚關(guān)角：在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前30~80°，膨脹行程還沒(méi)有結(jié)束的時(shí)刻就將排氣門打開。氣門重疊角：在排氣門關(guān)閉之前，進(jìn)氣門就已打開，進(jìn)排氣門同時(shí)開啟時(shí)期所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。排氣終了時(shí)：

氣缸壓力p：0.105~0.12MPa

氣缸溫度T：900~1100K四、排氣沖程12第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程汽油機(jī)示功圖ra段曲線：進(jìn)氣行程ac段曲線：壓縮行程czb段曲線：作功行程br段曲線：排氣行程13第二章船舶柴油機(jī)裝置2.2四沖程柴油機(jī)工作原理

3、在四沖程柴油機(jī)的四個(gè)沖程中，只有第三沖程即工作沖程才產(chǎn)生動(dòng)力對(duì)外做功，而其余的三個(gè)沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過(guò)程。為此在進(jìn)油一個(gè)氣缸的單缸柴油機(jī)上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻的運(yùn)轉(zhuǎn)。

1、由于進(jìn)排氣閥都是早開晚關(guān)的，所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初，活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，有一段時(shí)間進(jìn)排氣閥門同時(shí)處于開啟狀態(tài)。這段時(shí)間用曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為氣閥重疊角。

2、排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進(jìn)氣沖程，于是整個(gè)工作循環(huán)就依照上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油機(jī)的工作循環(huán)由四個(gè)活塞沖程及曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈完成的。故稱為四沖程柴油機(jī)。14第二章船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理必須有掃氣泵，進(jìn)氣孔布置在氣缸下部，其高度為活塞行程的10-20%左右，進(jìn)氣孔的打開和關(guān)閉由汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的活塞控制；排氣閥布置在汽缸蓋上，由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，保證在曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)氣閥打開一次掃氣泵用于清除氣缸內(nèi)的廢氣和填充新鮮空氣。特點(diǎn)15第二章船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理第一沖程活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（a-k-c線）?；钊谙轮裹c(diǎn)時(shí)排氣閥和進(jìn)氣孔已經(jīng)打開，儲(chǔ)氣室中的壓縮空氣進(jìn)入氣缸，并沖向排氣閥，具有清除廢氣的功能。活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣口，同時(shí)排氣閥也關(guān)閉?？諝庠诟變?nèi)受到壓縮。這就是進(jìn)氣壓縮過(guò)程。a-k線為掃氣過(guò)程，k點(diǎn)為掃氣終點(diǎn)(它取決于進(jìn)氣孔與排氣閥關(guān)閉時(shí)刻)，k-c線為壓縮過(guò)程，c’點(diǎn)為噴油時(shí)刻。第一沖程16第二章船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理第二沖程活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。完成燃燒膨脹。從示工圖上可以看到壓縮，噴油，最高壓力，排氣，進(jìn)氣等各個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻。其中c-m線為膨脹線，c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段,z點(diǎn)為最高壓力點(diǎn)，m點(diǎn)為排氣閥開始打開的時(shí)刻,m-n線為燃燒產(chǎn)物從氣缸排入大氣，壓力迅速下降,n時(shí)進(jìn)氣孔打開，此時(shí)氣缸內(nèi)壓力約等于貯氣室的壓力,n-a線為掃氣過(guò)程，新鮮空氣進(jìn)入氣缸內(nèi)。第二沖程17第二章船舶柴油機(jī)裝置二沖程與四沖程柴油機(jī)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.提高了柴油機(jī)的作功能力2.改善了柴油機(jī)的動(dòng)力性3.簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)除此之外，區(qū)別還有：1.凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速，二沖程中兩者相同；四沖程中兩者為1:22.二沖程下行為作功，上行靠外力驅(qū)動(dòng)；四沖程中除燃燒沖程外，其它三個(gè)為耗功3.二沖程進(jìn)排氣重疊角(80~100°)大于四沖程的(25~60°)。二沖程本身固有的缺點(diǎn)：1.換氣質(zhì)量差、熱效率低2.熱負(fù)荷較高★在相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下，二沖程柴油機(jī)的功率是四沖程柴油機(jī)的兩倍？18第二章船舶柴油機(jī)裝置2.3二沖程柴油機(jī)工作原理（1）氣孔式直流換氣（3）回流換氣（2）橫流換氣3、換氣型式19第二章船舶柴油機(jī)裝置2.4增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)1.為什么要加裝增壓器提高柴油機(jī)功率的有效方法是增加進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料，增加燃料可通過(guò)設(shè)計(jì)燃油系統(tǒng)的主要部件更合理即可，而增加空氣量可由安裝增壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.增壓壓力3.增壓器柴油機(jī)的分類根據(jù)增壓器傳動(dòng)方式不同：增壓柴油機(jī)可分為機(jī)械傳動(dòng)的增壓器柴油機(jī)和廢氣渦輪增壓器柴油機(jī)。Pk=0.13MPa~0.25MPa

20第二章船舶柴油機(jī)裝置2.4增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)增壓器葉輪1通過(guò)傳動(dòng)齒輪由曲軸帶動(dòng)?？諝鈴倪M(jìn)口被吸入，經(jīng)過(guò)葉輪1增壓后，進(jìn)入進(jìn)氣管2的空氣壓力可達(dá)到0.15MPa以上。機(jī)械式增壓柴油機(jī)21第二章船舶柴油機(jī)裝置2