船用柴油機(jī)課程

船用柴油機(jī)課程第1頁(yè)/共85頁(yè)㈠船舶動(dòng)力裝置的含義保證船舶正常航行、作業(yè)、停泊以及船員、旅客正常生活所必需的的機(jī)械設(shè)備的綜合體?？梢哉f(shuō)船舶動(dòng)力裝置包括船上所有的機(jī)械設(shè)備。第2頁(yè)/共85頁(yè)㈡船舶動(dòng)力裝置的組成

第3頁(yè)/共85頁(yè)⒈推進(jìn)裝置

主機(jī)：產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力的原動(dòng)機(jī)。后傳動(dòng)裝置：主機(jī)與軸系的連接裝置。作用：合、并車(chē)，離合，倒順，減速，隔振及調(diào)節(jié)推進(jìn)裝置的布置等等。離合器、減速箱、聯(lián)軸器軸系：將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，同時(shí)將槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的軸向推力傳給船體以推動(dòng)船舶前進(jìn)。傳動(dòng)軸、軸承、密封件推進(jìn)器：將主機(jī)發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換為推力的設(shè)備，如螺旋槳等。第4頁(yè)/共85頁(yè)⒉輔助動(dòng)力裝置提供推進(jìn)動(dòng)力以外的各種能源。船舶電站：供給輔助機(jī)械及全船所需要的電能，它由發(fā)電機(jī)、配電板及其它電氣設(shè)備組成。輔助鍋爐裝置：民用船舶一般用它產(chǎn)生低壓蒸汽，以滿足加熱、取暖及其它生活需要。它由輔助鍋爐及為它服務(wù)的燃油、給水、鼓風(fēng)、送汽設(shè)備及管路、閥件組成。第5頁(yè)/共85頁(yè)⒊船舶管路系統(tǒng)血管船舶為了完成一定任務(wù)而專(zhuān)門(mén)用來(lái)輸送和排出液體或氣體的管路、附件、機(jī)械設(shè)備和儀表的總稱。它包括動(dòng)力管路和船舶管路。動(dòng)力管系：主要用來(lái)為主機(jī)和輔助機(jī)械服務(wù)的管路。如：燃油、滑油、冷卻水、壓縮空氣、排氣及廢氣利用管路。船舶系統(tǒng)：為保證船舶安全及船員和旅客的正常生活所需的系統(tǒng)。第6頁(yè)/共85頁(yè)⒋船舶甲板機(jī)械保證船舶航向、停泊及裝卸貨物所需要的機(jī)械設(shè)備。錨泊機(jī)械設(shè)備：包括錨機(jī)、絞盤(pán)等。操舵機(jī)械設(shè)備：包括舵機(jī)及操作機(jī)械、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。起重機(jī)械設(shè)備：如起貨機(jī)、吊艇機(jī)及吊桿等設(shè)備。第7頁(yè)/共85頁(yè)5.防污染設(shè)備用來(lái)處理船上污油水、油泥、生活污水及各種垃圾的設(shè)備。其中有油水分離裝置、焚燒爐及生活污水處理裝置等。6.自動(dòng)化設(shè)備為改善船員工作條件、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和維護(hù)工作量、提高工作效率以及減少人為操作錯(cuò)誤所設(shè)置的設(shè)備。主要由遙控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)視、報(bào)警和打印等設(shè)備組成。第8頁(yè)/共85頁(yè)㈢船舶動(dòng)力裝置的類(lèi)型及特點(diǎn)船舶動(dòng)力裝置的類(lèi)型一般以主機(jī)的結(jié)構(gòu)型式來(lái)命名。目前常見(jiàn)的有柴油機(jī)動(dòng)力裝置、汽輪機(jī)動(dòng)力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置、聯(lián)合動(dòng)力裝置和核動(dòng)力裝置等。第9頁(yè)/共85頁(yè)⒈柴油機(jī)動(dòng)力裝置廣泛應(yīng)用。目前以柴油機(jī)作為主機(jī)的船舶占98%以上，柴油機(jī)船總功率占造船總功率的90%以上。優(yōu)點(diǎn)：⑴有較高的經(jīng)濟(jì)性，在整個(gè)功率范圍內(nèi)燃油耗率較低，耗油率比蒸汽、燃?xì)鈩?dòng)力裝置低得多。這一優(yōu)點(diǎn)使柴油機(jī)船的續(xù)航能力大大提高，換句話說(shuō)，一定續(xù)航力下所需的燃油貯備量較小，從而使?fàn)I運(yùn)排水量相應(yīng)增加。運(yùn)行費(fèi)用也比較低。⑵在低轉(zhuǎn)速時(shí)有良好的扭矩特性，可用低質(zhì)燃油，空氣耗率低、排氣紅外輻射少。⑶重量輕，輔助設(shè)備較少，布置簡(jiǎn)單，單位重量指標(biāo)較小。⑷具有良好的機(jī)動(dòng)性，起動(dòng)、加速、換向性能良好等。缺點(diǎn)：⑴柴油機(jī)尺寸和重量按功率比例增長(zhǎng)快，因此單機(jī)組功率受到限制。⑵柴油機(jī)工作中的噪聲、振動(dòng)較大。⑶高中速柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件磨損厲害。⑷柴油機(jī)在低速時(shí)穩(wěn)定性差，因此不能有較小的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，影響船舶的低速航行性能。第10頁(yè)/共85頁(yè)第11頁(yè)/共85頁(yè)第12頁(yè)/共85頁(yè)⒉汽輪機(jī)動(dòng)力裝置汽輪機(jī)動(dòng)力裝置是由鍋爐、汽輪機(jī)、冷疑器、軸系、管系及其它有關(guān)機(jī)械設(shè)備等組成。其工作原理如圖1-2-1所示。圖中燃料在鍋爐1里燃燒，放出熱量，水在水管中吸熱，汽化成飽和蒸汽；飽和蒸汽在蒸汽過(guò)熱器2中吸熱成為過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)4、5膨脹作功，使汽輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)減速齒輪6帶動(dòng)螺旋槳7工作。作過(guò)功的乏汽在冷凝器8中將熱量傳給冷卻水，同時(shí)本身凝結(jié)成水，然后由凝水泵10抽出，并經(jīng)給水泵11通過(guò)給水預(yù)熱器打入鍋爐中，從而形成一個(gè)工作循環(huán)。冷凝器的冷卻水用循環(huán)泵9由舷外打入，吸熱后又排至舷外。第13頁(yè)/共85頁(yè)在大功率船舶動(dòng)力裝置中，汽輪機(jī)占有一定優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)計(jì)資料表明，功率小于2×104kW的船舶，多采用柴油機(jī)動(dòng)力裝置，而大于2×104kW的多采用汽輪機(jī)。高速客船、集裝箱船、大型油船以及大中型艦艇多采用汽輪機(jī)動(dòng)力裝置。優(yōu)點(diǎn)：⑴單機(jī)功率遠(yuǎn)比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)大?，F(xiàn)代艦用汽輪機(jī)的單機(jī)組功率已達(dá)75000kW以上⑵汽輪機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無(wú)周期性擾動(dòng)力，因此機(jī)組振動(dòng)小，噪聲小。⑶磨損部件少，工作可靠性大，使用期限長(zhǎng)，10萬(wàn)小時(shí)以上。⑷可使用低質(zhì)燃油，滑油消耗率也很低。缺點(diǎn)：⑴裝置總重量、尺寸大。⑵燃油消耗大，裝置效率差，經(jīng)濟(jì)性較柴油機(jī)動(dòng)力裝置差。⑶備車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)性差。另外，從一個(gè)工況變換到另一個(gè)工況的過(guò)渡時(shí)間也較柴油機(jī)裝置長(zhǎng)2～3倍。⑷不能倒轉(zhuǎn)，需設(shè)倒車(chē)汽輪機(jī)或倒車(chē)級(jí)（空轉(zhuǎn)）第14頁(yè)/共85頁(yè)第15頁(yè)/共85頁(yè)第16頁(yè)/共85頁(yè)第17頁(yè)/共85頁(yè)⒊燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置燃?xì)廨啓C(jī)是在1947年開(kāi)始應(yīng)用于船舶，而得到迅速發(fā)展則在50年代后期。并且，船用燃?xì)廨啓C(jī)主要用于軍艦。從70年代起，英、美建造的大小型水面艦艇（除航空母艦外）絕大多數(shù)都是采用燃?xì)廨啓C(jī)作為推進(jìn)動(dòng)力的。第18頁(yè)/共85頁(yè)第19頁(yè)/共85頁(yè)第20頁(yè)/共85頁(yè)第21頁(yè)/共85頁(yè)船用燃?xì)廨啓C(jī)的組成和工作原理船用燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒室組成。工作原理與汽輪機(jī)相似，只是在作功的工質(zhì)方面有所不同。汽輪機(jī)中使用的燃料是在鍋爐內(nèi)燃燒，使鍋爐中的水加熱產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)葉輪作功；而燃?xì)廨啓C(jī)則利用燃料在燃燒室內(nèi)燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)馔苿?dòng)葉輪作功。其工作原理如圖1-2-2所示：供燃料燃燒的空氣首先進(jìn)入壓氣機(jī)，經(jīng)壓縮后溫度升高到100～200℃左右，然后再送到燃燒室(即燃?xì)獍l(fā)生器)中去。與此同時(shí)，燃料通過(guò)噴油嘴噴入燃燒室，與高溫高壓的空氣混合后經(jīng)點(diǎn)火即進(jìn)行燃燒，這時(shí)溫度可高達(dá)2000℃左右。一般用滲入壓縮空氣的方法，也即二次進(jìn)風(fēng)的方法降低燃?xì)鉁囟戎?00～700℃。燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，在葉片槽道內(nèi)膨脹，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，使燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，隨后通過(guò)減速齒輪帶動(dòng)螺旋槳工作。裝置的起動(dòng)依靠電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)接。第22頁(yè)/共85頁(yè)1螺旋槳、2減速齒輪、3壓氣機(jī)、4燃燒室、5燃?xì)廨啓C(jī)、6聯(lián)軸器、7-起動(dòng)電動(dòng)機(jī)第23頁(yè)/共85頁(yè)⒋核動(dòng)力裝置艦用蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置是由鍋爐提供蒸汽，艦艇核動(dòng)力裝置就是用核反應(yīng)堆代替燃燒重油的蒸汽鍋爐，核動(dòng)力裝置的第二回路也是蒸汽輪機(jī)動(dòng)力裝置。優(yōu)點(diǎn)：⑴具有極大的能量貯備，在限定艙室空間所能提供的能量比其它型式的動(dòng)力裝置大得多；⑶不需要消耗空氣而獲得熱能。缺點(diǎn)：⑴重量尺寸較大；⑵操縱管理檢查系統(tǒng)比較復(fù)雜；⑶造價(jià)昂貴。第24頁(yè)/共85頁(yè)⒌船舶聯(lián)合動(dòng)力裝置由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上不同類(lèi)型的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)如燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)、柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)和汽輪機(jī)、核動(dòng)力和燃?xì)廨啓C(jī)，或不同型號(hào)的兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的燃?xì)廨啓C(jī)供船舶推進(jìn)和其它船舶設(shè)備所必需的能源，或只供船舶推進(jìn)所需能源的裝置稱為船舶聯(lián)合動(dòng)力裝置。按照不同發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)上有無(wú)聯(lián)系，聯(lián)合動(dòng)力裝置分成有聯(lián)系的經(jīng)濟(jì)型和無(wú)聯(lián)系的加速型兩大類(lèi)。目前最常用有三種：即汽輪機(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)，柴油機(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)+加速燃?xì)廨啓C(jī)。第25頁(yè)/共85頁(yè)四、船舶動(dòng)力裝置的傳遞方式一、直接傳動(dòng)

直接傳動(dòng)是主機(jī)動(dòng)力直接通過(guò)軸系傳給螺旋槳的傳動(dòng)方式。主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便。（2）經(jīng)濟(jì)性好，傳動(dòng)損失少，傳動(dòng)效率高。主機(jī)大型低速柴油機(jī)。螺旋槳轉(zhuǎn)速較低，推進(jìn)效率較高。（3）工作可靠，壽命長(zhǎng)。普遍應(yīng)用于大、中功率的民用船上。缺點(diǎn)是：整個(gè)動(dòng)力裝置的重量尺寸大，要求主機(jī)有可反轉(zhuǎn)性能，非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)性差，船舶微速航行速度受到主機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的限制。第26頁(yè)/共85頁(yè)二、間接傳動(dòng)

間接傳動(dòng)是主機(jī)和螺旋槳之間的動(dòng)力傳遞除經(jīng)過(guò)軸系外，還經(jīng)過(guò)某些特設(shè)的中間環(huán)節(jié)（離合器、減速器等）的一種傳動(dòng)方式。

主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1）主機(jī)轉(zhuǎn)速可以不受螺旋槳要求低轉(zhuǎn)速的限制。

（2）軸系布置比較自由。主機(jī)曲軸和螺旋槳軸可以同心布置也可以不同心布置。

（3）在帶有倒順車(chē)離合器的裝置中，主機(jī)不用換向，使主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，管理方便，機(jī)動(dòng)性提高。

（4）有利于多機(jī)并車(chē)運(yùn)行及設(shè)置軸帶發(fā)電機(jī)。

主要缺點(diǎn)是軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率較低。

多用于中小型船舶及大功率中速柴油機(jī)。第27頁(yè)/共85頁(yè)三、Z型傳動(dòng)

Z型傳動(dòng)裝置又稱懸掛式螺旋槳裝置。

它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）操縱性能好。特別是采用兩臺(tái)主機(jī)時(shí)，而每臺(tái)分別帶動(dòng)一個(gè)Z型傳動(dòng)裝置時(shí)，可以使船舶原地回轉(zhuǎn)、橫向移動(dòng)、快速進(jìn)退以及微速航行等。（2）可以省掉航、尾柱和尾軸管等結(jié)構(gòu)，使船尾形狀簡(jiǎn)單，船體阻力減少。（3）可用重量輕、體積小的中、高速柴油機(jī)，而不需要單獨(dú)的減速齒輪裝置，主機(jī)不需要換向機(jī)構(gòu)。（4）由于這種傳動(dòng)裝置是垂直懸掛在船尾，可由船尾部甲板開(kāi)口處吊裝，檢修不用進(jìn)塢。但傳遞功率受到一定的限制，僅適用于小型船舶，如港作船等。第28頁(yè)/共85頁(yè)第29頁(yè)/共85頁(yè)四、電力傳動(dòng)

電力傳動(dòng)是主機(jī)驅(qū)動(dòng)主發(fā)電機(jī)，將發(fā)出的電供到主配電板，再由主配電板供電給主電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式。優(yōu)點(diǎn)是：（1）主機(jī)和螺旋槳之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系；（2）主機(jī)轉(zhuǎn)速不受螺旋槳轉(zhuǎn)速的限制，可選用中、高速柴油機(jī)，并可在柴油機(jī)恒定轉(zhuǎn)速下調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使螺旋槳轉(zhuǎn)速得到均勻、大范圍的調(diào)節(jié)；（3）螺旋槳反轉(zhuǎn)是靠改變主電動(dòng)機(jī)（直流）電流方向來(lái)完成的，倒車(chē)功率大，操縱容易，反轉(zhuǎn)迅速，船舶機(jī)動(dòng)性能提高；（4）主電動(dòng)機(jī)對(duì)外界負(fù)荷的變化適應(yīng)性好，甚至可以短時(shí)間堵轉(zhuǎn)。

（5）優(yōu)化機(jī)艙機(jī)械噪聲下降，振動(dòng)減少，工作區(qū)整潔，減少?gòu)U氣排放，機(jī)艙內(nèi)空氣新鮮，環(huán)境質(zhì)量得到改善。（6）維護(hù)減輕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，能很快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除故障，可進(jìn)行有針對(duì)性的適情和適時(shí)維護(hù)，提高了適航性、減輕了工作量。

（7）實(shí)現(xiàn)自控有利于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，全面提升船舶信息化、智能化、自動(dòng)化水準(zhǔn)。

第30頁(yè)/共85頁(yè)

其缺點(diǎn)是：（1）需要經(jīng)過(guò)機(jī)械能變電能、電能變機(jī)械能兩次能量轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)效率低；（2）增加了主發(fā)電機(jī)及主電動(dòng)機(jī)，使動(dòng)力裝置總的重量和尺寸都增加，造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用提高。（3）對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)要求，特別是電氣工程技術(shù)水平的要求較高。第31頁(yè)/共85頁(yè)圖片第32頁(yè)/共85頁(yè)圖片第33頁(yè)/共85頁(yè)實(shí)例第34頁(yè)/共85頁(yè)實(shí)例第35頁(yè)/共85頁(yè)電力推進(jìn)--中國(guó)海監(jiān)83號(hào)

第36頁(yè)/共85頁(yè)第37頁(yè)/共85頁(yè)采用SSP（海豚）推進(jìn)器2002年12月18日,我國(guó)新型半潛船

，具有世界半潛船“全能冠軍”和“亞洲第一船”美譽(yù)的泰安口輪投入營(yíng)運(yùn)，填補(bǔ)了我國(guó)造船史上的一項(xiàng)空白。2003年8月，泰安口輪的姊妹船—康盛口輪強(qiáng)勢(shì)加盟中遠(yuǎn)航運(yùn)，又極大地增強(qiáng)了中遠(yuǎn)航運(yùn)挑戰(zhàn)超極限運(yùn)輸?shù)哪芰?。具?個(gè)吊艙推進(jìn)器兩條船可以合在一起，裝貨能力達(dá)3萬(wàn)噸，下潛達(dá)到9米

第38頁(yè)/共85頁(yè)SSP推進(jìn)器第39頁(yè)/共85頁(yè)SSP推進(jìn)器第40頁(yè)/共85頁(yè)推進(jìn)器圖例第41頁(yè)/共85頁(yè)泰安口輪第42頁(yè)/共85頁(yè)船舶領(lǐng)域的應(yīng)用

COSCO”泰安口“輪簡(jiǎn)介：

“泰安口”半潛船載重量18000噸，總長(zhǎng)156米，可以裝載海洋鉆井平臺(tái)。船尾左舷和右舷安裝了SIEMENS公司和SCHOTTEL公司聯(lián)合生產(chǎn)的吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)（SiemensSchottelPropeller，簡(jiǎn)稱SSP），其螺旋槳可以360度回轉(zhuǎn)，船舶在航行時(shí)可以在極小的范圍內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)。電網(wǎng)由三個(gè)層次組成：一是6.6KV的中壓主系統(tǒng)，二是450V的輔助低壓系統(tǒng)，三是450V的應(yīng)急系統(tǒng)。電源：3臺(tái)5200KVA，720r/min，60Hz的主發(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)為Warslia9L32，可以單獨(dú)或者并聯(lián)向中壓電網(wǎng)供電。負(fù)載：船尾左右舷各一臺(tái)吊艙式電力推進(jìn)器SSP的4.7MW永磁同步電動(dòng)機(jī)及為其變頻調(diào)速服務(wù)的變壓器、晶閘管裝置；左右舷各一臺(tái)側(cè)推器的800KW電動(dòng)機(jī)及為其變頻調(diào)速服務(wù)的變壓器、晶閘管裝置；和可以為450V的輔助低壓系統(tǒng)供電的2臺(tái)900KV、將電壓從6.6KV轉(zhuǎn)變?yōu)?50V的旋轉(zhuǎn)變流器。根據(jù)船舶不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)功率的不同需要，提供經(jīng)濟(jì)可靠的供電，“泰安口”半潛式電力推進(jìn)船電力系統(tǒng)可以提供航行模式、機(jī)動(dòng)操縱模式、港內(nèi)停泊模式、裝載貨物模式等多種運(yùn)行模式。第43頁(yè)/共85頁(yè)實(shí)用船舶電力推進(jìn)圖片“親潮”級(jí)潛艇

第44頁(yè)/共85頁(yè)CRP推進(jìn)器在同一軸線方向上有兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的螺旋槳一個(gè)在舵的位置，為主螺旋槳另一個(gè)利用主螺旋槳離開(kāi)的水流來(lái)驅(qū)動(dòng)可以提高15%的效率第45頁(yè)/共85頁(yè)CRP實(shí)際應(yīng)用圖片第46頁(yè)/共85頁(yè)應(yīng)用第47頁(yè)/共85頁(yè)第二節(jié)船用柴油機(jī)工作原理及應(yīng)用第48頁(yè)/共85頁(yè)一、柴油機(jī)的基本概念（一）柴油機(jī)的定義基礎(chǔ)知識(shí)壹．熱機(jī)：把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械貳.二次能量轉(zhuǎn)換①燃料燃燒(可在機(jī)器內(nèi)部或外部),使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能;②熱能在機(jī)器內(nèi)部,轉(zhuǎn)換成機(jī)械能.

因此,所有熱機(jī)把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能都在機(jī)器內(nèi)部,而區(qū)別外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的主要標(biāo)準(zhǔn)就是①.依燃料燃燒的場(chǎng)所不同,而把熱機(jī)分成內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī).第49頁(yè)/共85頁(yè)

1.外燃機(jī):燃料燃燒在氣缸外部，熱效率低。外燃機(jī)可分為

蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)等；第50頁(yè)/共85頁(yè)2.內(nèi)燃機(jī):燃料燃燒在氣缸內(nèi)部，熱效率高。

內(nèi)燃機(jī)可分為柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。

下圖左上、右上、左下、右下依次為

柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。第51頁(yè)/共85頁(yè)

3.柴油機(jī)

1)柴油機(jī)是一種在氣缸內(nèi)進(jìn)行兩次能量轉(zhuǎn)換壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī),它在熱機(jī)中熱效率最高。

2)柴油機(jī)和汽油機(jī)的區(qū)別

柴油機(jī)與汽油機(jī)雖然都是內(nèi)燃機(jī)，但是它們?cè)诳扇蓟旌蠚庑纬?、發(fā)火方式、使用燃料、性能、結(jié)構(gòu)及壓縮比等方面均有區(qū)別。

第52頁(yè)/共85頁(yè)比較項(xiàng)目柴油機(jī)汽油機(jī)燃料(燃燒工質(zhì))柴油或劣質(zhì)燃油（燃?xì)?空氣）汽油

點(diǎn)火方式(工作原理上最大不同)壓縮自行燃燒(壓縮發(fā)火)★這是本質(zhì)特征電火塞點(diǎn)燃供油系統(tǒng)的不同或混合氣的形成方式(結(jié)構(gòu)上的主要差異)氣缸內(nèi)混合氣缸外混合壓縮比12-226-10有效熱效率0.30-0.550.15-0.40第53頁(yè)/共85頁(yè)3)柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：①經(jīng)濟(jì)性好，在內(nèi)燃機(jī)中具有最高的熱效率，可達(dá)50%。②功率范圍廣。③尺寸小，重量輕。④機(jī)動(dòng)性好。⑤存在振動(dòng)，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪音。⑥燃燒室部件工作條件惡劣，承受高溫高壓與沖擊性的機(jī)械負(fù)荷。第54頁(yè)/共85頁(yè)(二)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)1.上止點(diǎn)(T.D.C)

活塞離曲軸中心最遠(yuǎn)的位置。2.下止點(diǎn)（B.D.C.）：活塞離曲軸中心最近的位置。3.行程S：上、下止點(diǎn)間的距離。等于曲柄半徑的兩倍，即S=2R?；钊\(yùn)行一個(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半轉(zhuǎn)（180°CA）。4.氣缸直徑D：氣缸的內(nèi)徑第55頁(yè)/共85頁(yè)5.余隙高度（頂隙）：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)活塞頂與氣缸蓋之間的距離。6.燃燒室容積（余隙容積）VC：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)活塞頂與氣缸蓋之間的氣缸容積。7.氣缸工作容積Vh：活塞從上到下止點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)所掃過(guò)的容積。8.氣缸總?cè)莘eVa：氣缸工作容積Vh與燃燒室容積VC之和。也可以說(shuō)是活塞位于下止點(diǎn)時(shí)活塞頂與氣缸蓋之間的氣缸容積。第56頁(yè)/共85頁(yè)9.壓縮比：氣缸總?cè)莘eVa與燃燒室容積VC之比。

ε=Va/VC=（Vh+VC）/VC=1+Vh/VC1）壓縮比表示活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)空氣被壓縮的倍數(shù)。2）壓縮比是容積之比，并非壓力之比。3）壓縮比是柴油機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、燃燒和起動(dòng)性能以及機(jī)械負(fù)荷等有重要的影響。4）ε大說(shuō)明缸內(nèi)空氣被壓縮厲害，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力就高，有利于燃油的燃燒和柴油機(jī)的起動(dòng)，并可提高熱效率。5）不同的機(jī)型ε不同：①小型高速機(jī)的ε＞大型低速機(jī)。②非增壓機(jī)的ε＞增壓機(jī)。③四沖程機(jī)的ε＞二沖程機(jī)。④柴油機(jī)的ε＞汽油機(jī)。第57頁(yè)/共85頁(yè)6）影響ε的因素：①連桿大小端軸承嚴(yán)重磨損，使活塞組件下沉。②十字頭銷(xiāo)（活塞銷(xiāo)）與曲柄銷(xiāo)嚴(yán)重磨損。③活塞頂面、缸蓋底面被燒蝕或積碳，使VC改變。④船用大端桿身凸緣與大端軸承座之間的調(diào)整墊片厚度。⑤缸蓋底面密封墊片厚度。⑥連桿桿身發(fā)生彎曲。7）ε的調(diào)整方法：增減余隙高度，若余隙高度增加，VC增加，壓縮比變小。①增減氣缸頭墊片厚度。--中小型四沖程柴油機(jī)②增減連桿大端凸緣與軸承座之間的調(diào)整墊片厚度。--十字頭式柴油機(jī)可增加船用大端墊片或活塞桿平面墊片第58頁(yè)/共85頁(yè)（三）柴油機(jī)基本工作過(guò)程

作功過(guò)程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣。包括上述五個(gè)過(guò)程的全部熱力循環(huán)過(guò)程稱為柴油機(jī)工作過(guò)程，包括上述五個(gè)過(guò)程的周而復(fù)始的循環(huán)叫工作循環(huán)。

1.進(jìn)氣行程φ1-2約為220°--250°1）作用：使氣缸充滿新鮮空氣。

2）進(jìn)氣閥啟閉時(shí)刻：上止點(diǎn)前提前開(kāi)啟，下止點(diǎn)后延后關(guān)閉。2.壓縮行程φ2-3約為140°--160°1）作用：①使燃燒過(guò)程升溫，提高工作循環(huán)的熱效率②為工質(zhì)的升溫升壓，為冷車(chē)起動(dòng)和著火作準(zhǔn)備③使循環(huán)的工質(zhì)得到更大的膨脹比，對(duì)活塞做更多的功。2）壓縮終點(diǎn)：pc=3～6MPa；tc=600～700℃。燃油自燃溫度為210~270℃。3）壓縮后期，燃油與高溫空氣混合、加熱，并自行發(fā)火燃燒。第59頁(yè)/共85頁(yè)

a.進(jìn)氣行程b.壓縮行程第60頁(yè)/共85頁(yè)3.燃燒和膨脹過(guò)程φ3-4-51）作用：高溫高壓的燃?xì)猓üべ|(zhì)）膨脹推動(dòng)活塞作功。2）PZ=5～8MPa；TZ=1400～1800℃。Pb=0.3～0.6MPa，Tb=600～700℃4．排氣行程φ5-6約為230°--260°1）作用：將做功后的廢氣排出缸外，為下一個(gè)循環(huán)充入新氣做準(zhǔn)備。2）排氣閥啟閉時(shí)刻：下止點(diǎn)前提前開(kāi)啟，上止點(diǎn)后延后關(guān)閉。第61頁(yè)/共85頁(yè)c燃燒和膨脹過(guò)程d排氣行程第62頁(yè)/共85頁(yè)小結(jié)在四沖程柴油機(jī)中，要經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣等四個(gè)行程才完成一個(gè)工作循環(huán)；與此相應(yīng)的是曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，即720?曲軸轉(zhuǎn)角。進(jìn)氣和排氣沖程均大于180?CA。壓縮與膨脹沖程均小于180?CA。在四個(gè)行程中，只有膨脹行程才作功，其余三個(gè)行程都要消耗功。因此，在單缸柴油機(jī)中，必須有一個(gè)足夠大的飛輪來(lái)供給這三個(gè)行程所需的能量；而在多缸柴油機(jī)中，則借助于其他氣缸膨脹作功過(guò)程來(lái)供給。此外，柴油機(jī)由停車(chē)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，必須借助外源能量的驅(qū)動(dòng)使其起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至噴入氣缸的燃油自發(fā)火燃燒，柴油機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。第63頁(yè)/共85頁(yè)（四）柴油機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)1.按工作循環(huán)分類(lèi)：四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。

2.按進(jìn)氣方式分類(lèi)：非增壓柴油機(jī)

增壓無(wú)中冷柴油機(jī)機(jī)械增壓柴油機(jī)增壓柴油機(jī)廢氣渦輪增壓柴油機(jī)增壓帶中冷柴油機(jī)（按壓氣機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式）復(fù)合增壓柴油機(jī)低增壓PK≤0.17MPa

（按增壓壓力PK）中增壓PK＝0.17—0.25MPa

高增壓PK＝0.25—0.35MPa

超高增壓PK＞0.35MPa3.按曲軸轉(zhuǎn)速n及活塞平均速度vm分類(lèi)

低速柴油機(jī)n≤300r/min低速柴油機(jī)vm＜6m/sn中速柴油機(jī)300＜n≤1000r/minvm中速柴油機(jī)vm＝6--9m/s

高速柴油機(jī)n＞1000r/min高速柴油機(jī)vm≥9m/s

第64頁(yè)/共85頁(yè)4.按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)（1）筒形活塞式柴油機(jī)與十字頭式柴油機(jī)（2）直列式柴油機(jī)與V形柴油機(jī)（3）可倒轉(zhuǎn)柴油機(jī)和不可倒轉(zhuǎn)式柴油機(jī)（4）左旋柴油機(jī)和右旋柴油機(jī)：由飛輪端（功率輸出端）向自由端看，正車(chē)時(shí)順者右旋或右型柴油機(jī)：逆者左旋或左型柴油機(jī)。（5）左單列機(jī)和右單列機(jī)5.按行程缸徑比S/D分類(lèi)短行程柴油機(jī)S/D≤2.5

長(zhǎng)行程柴油機(jī)2.5＜S/D≤3.0

超長(zhǎng)行程柴油機(jī)S/D＞3.0第65頁(yè)/共85頁(yè)筒形活塞式柴油機(jī)十字頭式柴油機(jī)第66頁(yè)/共85頁(yè)直列式柴油機(jī)V形柴油機(jī)第67頁(yè)/共85頁(yè)第68頁(yè)/共85頁(yè)

二、四沖程柴油機(jī)的工作原理1.四沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程

.活塞走一個(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)半轉(zhuǎn)。

.活塞走四個(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。

.四沖程柴油機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)（活塞走四個(gè)行程）凸輪軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。

.所以，曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2∶1。第69頁(yè)/共85頁(yè)

2.四沖程柴油機(jī)的氣閥定時(shí)（1）定時(shí)圓圖：將四沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程按曲柄位置及旋轉(zhuǎn)角度依次繪制在一個(gè)圓圖上。這個(gè)用曲軸轉(zhuǎn)角表示正時(shí)的圓圖叫定時(shí)圓圖。那么，氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻也就可以在這樣的圓圖上表示，即為氣閥定時(shí)圓圖。（2）★為了提高進(jìn)排氣量，進(jìn)排氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉都不在上下止點(diǎn)，而是提前開(kāi)啟、延后關(guān)閉（早開(kāi)晚關(guān)）。1）進(jìn)氣閥：進(jìn)氣持續(xù)角是φ1+180°+φ21開(kāi)，點(diǎn)1至上止點(diǎn)的角度φ1為進(jìn)氣提前角；

2關(guān)，下止點(diǎn)至點(diǎn)2的角度φ2為進(jìn)氣延后角。2）排氣閥：排氣持續(xù)角是φ3+180°+φ4

5開(kāi)，點(diǎn)5至下止點(diǎn)的角度φ3為排氣提前角；

6關(guān)，上止點(diǎn)至點(diǎn)6的角度φ4為排氣延后角。

3）★無(wú)論進(jìn)排，過(guò)程均大于180度曲軸轉(zhuǎn)角；那么，壓膨過(guò)程就均小于180度曲軸轉(zhuǎn)角。換氣總角度為450°CA—500°CA.。凸輪作用角為相應(yīng)過(guò)程持續(xù)角的1/2。（曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2∶1。）進(jìn)氣凸輪作用角：φ12=（φ1+180+φ2）/2；排氣凸輪作用角：φ34=（φ3+180+φ4）/2；第70頁(yè)/共85頁(yè)3.四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角

（1）氣閥重疊角的定義：在上止點(diǎn)前后的一段的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，進(jìn)排氣閥有一個(gè)同時(shí)打開(kāi)的角度，稱為氣閥重疊角，它等于φ1+φ4。（2）★兩個(gè)唯有：

1)★唯有在上止點(diǎn)前后存在：從氣閥定時(shí)圓圖上看，似乎在下止點(diǎn)也有一個(gè)氣閥重疊角，即φ3+φ2。這難道不也是一個(gè)氣閥重疊角嗎？這種說(shuō)法是想當(dāng)然。從四沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程可以想見(jiàn)，排氣閥在下止點(diǎn)前開(kāi)啟時(shí)，已經(jīng)歷了壓縮、燃燒、膨脹做功諸過(guò)程，而壓縮過(guò)程開(kāi)始于進(jìn)排氣閥全部關(guān)閉時(shí)，此時(shí)，進(jìn)氣閥早就關(guān)閉了。故而，在下止點(diǎn)前后根本不存在氣閥重疊角。

2）★唯有四沖程柴油機(jī)存在：二沖程柴油機(jī)有沒(méi)有氣閥重疊角呢？那是沒(méi)有的，原來(lái)，二沖程柴油機(jī)可以分為彎流和直流兩大類(lèi)，直流柴油機(jī)沒(méi)有進(jìn)氣閥，彎流柴油機(jī)不僅沒(méi)有進(jìn)氣閥，連排氣閥都沒(méi)有，氣閥重疊角又從何談起？故而，唯有四沖程柴油機(jī)擁有一個(gè)、也僅此一個(gè)在上止點(diǎn)前后的氣閥重疊角。第71頁(yè)/共85頁(yè)3.四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角（3）設(shè)置氣閥重疊角的意義：

1）在氣閥疊開(kāi)期間，進(jìn)、排氣管與氣缸相通，利用廢氣流動(dòng)慣性的作用，在燃燒室內(nèi)形成一定的低壓，造成抽吸新鮮空氣的有利條件，將新氣吸入氣缸。

2）利用吸入的新氣更好地把廢氣掃出氣缸。

3）利用新氣對(duì)燃燒室部件進(jìn)行冷卻。（4）氣閥重疊角的大?。航滩腜6表1-3名稱非增壓增壓開(kāi)啟關(guān)閉開(kāi)啟關(guān)閉進(jìn)氣閥上止點(diǎn)前15°--30°下止點(diǎn)后10°--30°上止點(diǎn)前40°--80°下止點(diǎn)后20°--40°排氣閥下止點(diǎn)前35°--45°上止點(diǎn)后10°--20°下止點(diǎn)前40°--55°上止點(diǎn)后40°--50°重疊角25°--50°80°--130°第72頁(yè)/共85頁(yè)三、二沖程柴油機(jī)的工作原理活塞走一個(gè)行程，曲軸半轉(zhuǎn)?；钊邇蓚€(gè)行程，曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。二沖程柴油機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)（活塞走兩個(gè)行程），凸輪軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為1∶1。第73頁(yè)/共85頁(yè)1.換氣-壓縮過(guò)程

活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。在活塞遮住進(jìn)氣口之前，新鮮空氣充入氣缸，氣缸內(nèi)的廢氣被進(jìn)入氣缸的掃氣空氣驅(qū)除出去。當(dāng)掃、排氣口被活塞遮閉時(shí)，缸內(nèi)的空氣被壓縮，燃油在壓縮終點(diǎn)噴入氣缸燃燒。第74頁(yè)/共85頁(yè)2.膨脹—換氣行程活塞由高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)下行作功。當(dāng)活塞下行將排氣口打開(kāi)時(shí)，膨脹過(guò)程結(jié)束，廢氣