第一章船舶柴油機(jī)概述課件

船舶柴油機(jī)1返回234《船舶柴油機(jī)》

一、課程性質(zhì)、教學(xué)目的與要求：1．課程性質(zhì)：本課程是輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)的主要專業(yè)課和主干課,也是中華人民共和國(guó)海事局規(guī)定的海船輪機(jī)員適任證書獲取的必考科目。在船舶機(jī)艙設(shè)備中，柴油機(jī)是船舶推進(jìn)的主動(dòng)力裝置，也是船舶供電裝置的原動(dòng)機(jī)。通過(guò)柴油機(jī)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員能夠獲得船舶柴油機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際操作與維修保養(yǎng)技能，適應(yīng)船上值班時(shí)對(duì)柴油機(jī)的管理，滿足《1978年海員培訓(xùn)，發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約》和95年修正案（簡(jiǎn)稱STCW78/95公約）要求。

52．教學(xué)目的與要求：理解柴油機(jī)的工作原理，熟悉典型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、主要部件，掌握柴油機(jī)的日常操作、管理及維修保養(yǎng)方法，掌握柴油機(jī)各系統(tǒng)的組成、功用及各系統(tǒng)部件的動(dòng)作原理、調(diào)整方法及影響柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能的主要因素，并能根據(jù)運(yùn)行中的現(xiàn)象判斷柴油機(jī)的工作狀況，熟練而準(zhǔn)確地處理常見故障。

6二、教材及教學(xué)參考書

1．周明順.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，20062．李斌等.主推進(jìn)動(dòng)力裝置.人民交通出版社，2001

3．孫培廷.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，20024．黃少竹.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，20065.劉穎.柴油機(jī)原理.華中工學(xué)院出版社,19846.蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理.機(jī)械工業(yè)出版社，19887.陳大榮.船舶柴油機(jī)設(shè)計(jì).國(guó)防工業(yè)出版社，19808.王永順.船舶輪機(jī)問答：柴油機(jī)分冊(cè).人民交通出版社,19959．宋汝濤等．船舶機(jī)電應(yīng)用技術(shù).中國(guó)航海學(xué)會(huì)《航海技術(shù)》編輯部，2004

710．杜榮銘.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，2005

11．廖和德等．動(dòng)力設(shè)備拆裝.大連海事大學(xué)出版社，2006

12．呂鳳明．動(dòng)力設(shè)備拆裝與操作.大連海事大學(xué)出版社，1999

13．趙宗雄.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，2001

14．孫建波等.船機(jī)管理與故障處理.大連海事大學(xué)出版社，2002

15.錢耀南.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，2003年

16.徐立華．船舶柴油機(jī)．武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院出版社出版，2003

17.杜榮銘，陳景杰.

船舶柴油機(jī)試題解答.大連海事大學(xué)出版社，2000年

8第一章船舶柴油機(jī)概述本章的重點(diǎn)：二沖程、四沖程柴油機(jī)的工作原理及性能比較，分類、基本概念。本章的難點(diǎn)：定時(shí)圓圖、各性能指標(biāo)的理解。9主要內(nèi)容第一節(jié)

柴油機(jī)總論第二節(jié)柴油機(jī)熱力循環(huán)和基本工作原理第三節(jié)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)第四節(jié)船用柴油機(jī)的發(fā)展10第一節(jié)

柴油機(jī)總論

一、柴油機(jī)的基本概念1．熱機(jī)（1）概念：把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。（2）種類：

蒸汽機(jī)

外燃機(jī)

汽輪機(jī)燃料燃燒在氣缸外部，效率低

熱機(jī)

汽油機(jī)

內(nèi)燃機(jī)柴油機(jī)燃料燃燒在氣缸內(nèi)部，效率高

燃汽輪機(jī)及煤氣機(jī)

112．柴油機(jī)

（1）概念：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)。是熱效率最高的一種內(nèi)燃機(jī)。（2）優(yōu)缺點(diǎn)：①經(jīng)濟(jì)性好，熱效率高，可達(dá)50%，可燃用劣質(zhì)油。②功率范圍廣。③尺寸小，重量輕。④機(jī)動(dòng)性好。⑤可直接反轉(zhuǎn)。⑥存在振動(dòng)，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪音。⑦燃燒室部件工作條件惡劣，承受高溫高壓與沖擊負(fù)荷。柴油機(jī)：155~270g/KWh汽輪機(jī)：435~1200g/KWh燃?xì)廨啓C(jī)：245~350g/KWh汽油機(jī)：245~350g/KWh123．柴油機(jī)與汽油機(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)谑褂萌剂?、可燃混合氣形成、發(fā)火方式、性能及壓縮比等方面均有區(qū)別。134.柴油機(jī)的基本組成（動(dòng)畫演示）1）固定部件：包括氣缸蓋、氣缸、機(jī)架、機(jī)座、主軸承、導(dǎo)板、曲柄箱、貫穿螺栓等；2）運(yùn)動(dòng)部件—曲柄連桿機(jī)構(gòu)：活塞組件、十字頭、連桿、滑塊等；3）配氣機(jī)構(gòu)：凸輪與凸輪軸、凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣閥機(jī)構(gòu)。4)燃油系統(tǒng)：5)潤(rùn)滑系統(tǒng)：6)冷卻系統(tǒng)：7)操縱系統(tǒng)（包括起動(dòng)、換向、調(diào)速）：8)增壓系統(tǒng)（包括進(jìn)排氣管系）：14155．柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）上止點(diǎn)（T.D.C.）：（2）下止點(diǎn)（B.D.C.）：（3）行程：即S=2R。（4）氣缸直徑：D（5）氣缸工作容積Vs：（6）燃燒室容積（余隙容積）VC：（7）氣缸總?cè)莘eVa：（8）余隙高度：（9）壓縮比e：ε=Va/VC=（Vs+VC）/VC=1+Vs/VC16A.壓縮比ε表示缸內(nèi)工質(zhì)壓縮程度，也就是活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，把缸內(nèi)空氣壓縮了多少倍。

它是柴油機(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。

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。但ε過(guò)大，會(huì)使柴油機(jī)PZ過(guò)高，工作粗暴，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷過(guò)大，降低可靠性和縮短柴油機(jī)的壽命。ε過(guò)小，則壓縮終點(diǎn)的氣體壓力和溫度過(guò)低，不利于燃燒，柴油機(jī)起動(dòng)困難耗油率增加，功率下降。17B．不同的機(jī)型ε特點(diǎn)：

①小型高速機(jī)的ε＞大型低速機(jī)。因小型高速機(jī)氣缸尺寸小，單位容積的散熱面積大，允許提高ε以增加熱效率.②非增壓機(jī)的ε＞增壓機(jī)。因增壓機(jī)氣缸進(jìn)氣壓力高，壓縮終點(diǎn)壓力和溫度高，燃燒最高爆炸壓力和溫度比非增壓機(jī)高，為了降低機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，ε要小些。③四沖程機(jī)的ε＞二沖程機(jī)。

④柴油機(jī)的ε＞汽油機(jī)。

18C．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（活塞銷）與曲柄銷嚴(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。

19D．ε的調(diào)整方法：

(1)增加或減小連桿長(zhǎng)度：（增加船用大端墊片或十字頭式柴油機(jī)活塞桿與十字頭間平面或與活塞裙連接面間的墊片，可使活塞組件升高，即hc減小，從而壓縮比增大）；(2)增加或減小氣缸墊床厚度：當(dāng)增加時(shí)，壓縮比減小。20二、柴油機(jī)的類型

1．按工作循環(huán)分類：四沖程和二沖程柴油機(jī)。

2．按是否增壓分類：增壓和非增壓柴油機(jī)。

3．按曲軸轉(zhuǎn)速分類：高速、中速和低速機(jī)。（1）低速柴油機(jī)：n<300r/min，Vm＜6m/s；（2）中速柴油機(jī)：n=300～1000r/min，Vm=6-9m/s；（3）高速柴油機(jī)：n>1000r/min，Vm＞9m/s。21

4．按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：

（1）筒狀活塞式：活塞起導(dǎo)向作用，缸壁承擔(dān)側(cè)推力。

22（2）十字頭式：活塞不起導(dǎo)向作用，缸套沒有側(cè)推力的作用，導(dǎo)向作用由十字頭滑塊承擔(dān)，側(cè)推力由導(dǎo)板承擔(dān)。氣缸下部加設(shè)一橫隔板，把氣缸與曲軸箱隔開，以防氣缸中的污油、結(jié)炭或燃?xì)饴┤肭S箱污染滑油。十字頭式柴油機(jī)可靠性較筒形活塞式高。

5．按氣缸排列分：（1）直列：氣缸數(shù)小于12缸（2）V型：氣缸夾角有90°、60°、45°。236．按轉(zhuǎn)向分：

右旋機(jī)：由飛輪端（功率輸出端）向自由端看，正車時(shí)按有順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)。

左旋機(jī)：由飛輪端（功率輸出端）向自由端看，正車時(shí)按有逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)。

7．按可否逆轉(zhuǎn)分：有不可逆轉(zhuǎn)和可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)。

三、船舶用柴油機(jī)的型號(hào)24船舶柴油機(jī)的型號(hào)2526四、柴油機(jī)在船舶動(dòng)力裝置中的應(yīng)用低速柴油機(jī)的特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性最佳（熱效率達(dá)到55%，155g/KWh）柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速很低（直接配螺旋槳）船用低速柴油機(jī)功率大（二沖程大缸徑）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠可燃用劣質(zhì)燃料27中速柴油機(jī)的特點(diǎn)重量輕，尺寸小可選擇最佳螺旋槳轉(zhuǎn)速可以多臺(tái)柴油機(jī)聯(lián)用油耗率比低速機(jī)略高壽命比低速機(jī)略短管理麻煩28

第二節(jié)柴油機(jī)熱力循環(huán)和基本工作原理柴油機(jī)的基本工作原理是采用壓縮發(fā)火，使燃料在氣缸內(nèi)部燃燒，以高溫、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-曲柄將往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作機(jī)械。

一個(gè)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹作功和排氣。

29一、柴油機(jī)的理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)

（1）理論循環(huán)，是建立在下列假設(shè)的基礎(chǔ)上：1）工質(zhì)為理想氣體，其壓力、溫度、容積變化符合氣態(tài)方程式PV=MRT；2）壓縮與膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程，與外界沒有熱交換，也不存在摩擦；3）工質(zhì)在整個(gè)循環(huán)中保持不變（包括物理及化學(xué)性質(zhì)、工質(zhì)數(shù)量及比熱保持不變）；4）沒有實(shí)際循環(huán)中進(jìn)、排氣過(guò)程，沒有換氣損失；301、柴油機(jī)理論循環(huán)一、柴油機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)

混合加熱循環(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)）314.繼續(xù)膨脹混合加熱循環(huán)（圖d）321.混合加熱循環(huán)（圖a）

2.定容加熱循環(huán)（圖b）

3.定壓加熱循環(huán)（圖c）

4.繼續(xù)膨脹混合加熱循環(huán)（圖d）

柴油機(jī)的理論循環(huán)基本上為混合加熱循環(huán)

33返回34返回35返回36返回37

二、柴油機(jī)的實(shí)際循環(huán)1．工質(zhì)的影響

理論循環(huán)中的工質(zhì)是理想氣體，而實(shí)際循環(huán)中的工質(zhì)是空氣和燃燒產(chǎn)物。（1）工質(zhì)成份變化（2）工質(zhì)比熱變化（3）工質(zhì)的高溫分解（4）工質(zhì)的分子數(shù)變化。382．換氣損失

（1）排氣提前開啟的膨脹功（2）排氣耗功（3）吸氣耗功

3．燃燒損失

4．氣缸壁的傳熱損失

5．其它損失，如泄露損失等。

二、四沖程柴油機(jī)工作原理

用四個(gè)行程（曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)）完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱四沖程柴油機(jī)。曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比為2/1。3940411．進(jìn)氣行程

（1）作用：使氣缸滿新鮮空氣。

（2）進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣閥開啟時(shí)曲柄與上止點(diǎn)之間的夾角。用α1表示，α1過(guò)大，則缸內(nèi)壓力大可能產(chǎn)生廢氣倒流。

（3）進(jìn)氣延遲角：進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)曲柄與下止點(diǎn)之間的夾角。用α2表示，α2過(guò)大，則壓縮行程變短。

一般增壓機(jī)的α1、α2均大于非增壓機(jī)。氣閥開啟的延續(xù)角約為220?～250?CA。

422．壓縮行程

（1）作用：①使燃燒過(guò)程的溫度升高，提高工作循環(huán)的熱效率②提高工質(zhì)的溫度和壓力，為冷車起動(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．膨脹行程（1）作用：進(jìn)行燃燒膨脹對(duì)外作功。（2）PZ=5～8MPa；TZ=1400～1800℃。Pb=0.3～0.6MPa，Tb=600～700℃。434．排氣行程

（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）排氣提前角：排氣閥開啟時(shí)曲柄與下止點(diǎn)之間的夾角，用β1表示。排氣閥提前開啟有兩個(gè)好處：①多排出廢氣②減少排氣耗功。但β1過(guò)大，則膨脹功損失大。

（3）排氣延遲角：排氣閥關(guān)閉時(shí)曲柄與上止點(diǎn)之間的夾角。用β2表示，β2過(guò)大，則排氣管中的廢氣會(huì)倒流（活塞下行）。

44一般增壓機(jī)的β1、β2均大于非增壓機(jī)。氣閥開啟的延續(xù)角約為230?～260?CA。

進(jìn)氣和排氣沖程均大于180?CA。二壓縮與膨脹沖程均小于180?CA。

綜上所述，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。而且，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，單缸柴油機(jī)，飛輪較大。

45三、氣閥重疊角和定時(shí)圖

1．氣閥重疊角：進(jìn)、排氣閥同時(shí)開啟的曲軸轉(zhuǎn)角。為α1+β2作用：（1）在氣閥疊開期間，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。四沖程機(jī)均有一定的氣閥重疊角，而且增壓柴油機(jī)的氣閥重疊角均大于非增壓機(jī)。一般非增壓機(jī)為25?～50?CA，增壓機(jī)為80?～130?CA。

46

3．定時(shí)圖：用曲軸轉(zhuǎn)角表示氣閥正時(shí)的圓圖。正時(shí)圓圖的要素：①止點(diǎn)；②轉(zhuǎn)向；③提前角和延遲角；④過(guò)程。進(jìn)氣過(guò)程：ψ12=ψ1+180+ψ2；進(jìn)氣凸輪作用角：ψ12=（ψ1+180+ψ2）/2；排氣過(guò)程：ψ34=ψ3+180+ψ4；排氣凸輪作用角：ψ34=（ψ3+180+ψ4）/2；4.氣閥提前開延遲閉的目的：將廢氣排除干凈和增加空氣的吸入量，從而有利于燃油的燃燒。因此，氣閥正時(shí)影響四沖程柴油機(jī)的作功能力、經(jīng)濟(jì)性和壽命。474849四、二沖程柴油機(jī)的基本工作原理

1．概念：兩個(gè)行程（曲軸回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)）完成一個(gè)工作循環(huán)。曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比為1/1。二沖程柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程是在兩個(gè)行程中完成的。其掃排氣過(guò)程約為120~150℃A，進(jìn)氣必須增壓以利于換氣。2．工作原理：（動(dòng)畫演示）（1）換氣—壓縮行程換氣：(0-3-4)壓縮：(4-c)（2）膨脹—換氣行程燃燒膨脹：（c-z-1）排氣過(guò)程：（1-2-0）505152（3）定時(shí)圖：

（4）有效壓縮比：εe=1+(1-φS)VS/VC

53（5）二沖程機(jī)與四沖程機(jī)相比的優(yōu)缺點(diǎn)

①二沖程機(jī)做功能力強(qiáng)，其功率實(shí)際約為四沖程機(jī)的1.6～1.8倍。②二沖程機(jī)相鄰兩個(gè)做功沖程間隔時(shí)間短，回轉(zhuǎn)均勻。③二沖程機(jī)省去了氣閥及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。④二沖程機(jī)換氣質(zhì)量差。⑤二沖程機(jī)空氣消耗量多，燃油耗率高。⑥二沖程機(jī)燃燒室部件熱負(fù)荷高。54五、增壓柴油機(jī)的基本工作原理

1．概念：

在氣缸容積不變的情況下，通過(guò)提高進(jìn)氣壓力來(lái)提高柴油機(jī)功率的方法。2．增壓方式：（按增壓器所利用能量不同）（1）機(jī)械增壓（2）廢氣渦輪增壓（3）復(fù)合增壓3．增壓壓力分類（1）低增壓PK≤0.17MPa(2)中增壓0.17MPa＜PK≤0.25MPa（3）高增壓0.25MPa＜PK≤0.35MPa（4）超高增壓PK＞0.35MPa55五、增壓柴油機(jī)的基本工作原理

1．概念：

在氣缸容積不變的情況下，通過(guò)提高進(jìn)氣壓力來(lái)提高柴油機(jī)功率的方法。2．增壓方式：（按增壓器所利用能量不同）（1）機(jī)械增壓（2）廢氣渦輪增壓（3）復(fù)合增壓3．增壓壓力分類（1）低增壓PK≤0.17MPa(2)中增壓0.17MPa＜PK≤0.25MPa（3）高增壓0.25MPa＜PK≤0.35MPa（4）超高增壓PK＞0.35MPa56增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)氣閥重疊角加大-這是為了利用壓力空氣來(lái)趕走殘存在缸內(nèi)的廢氣。加強(qiáng)“燃燒室掃氣”；同時(shí)降低燃燒家組件以及其它有關(guān)機(jī)件的溫度，提高柴油機(jī)的工作可靠性。噴油提前角減小，因?yàn)樵鰤汉螅加腿紵郎计诳s短。減小噴油提前角可防止柴油機(jī)了作粗暴。57六、二沖程柴油機(jī)的換氣形式

橫流

彎流半回流換氣形式回流直流1．橫流（1）特點(diǎn)：缸蓋上沒有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸兩側(cè)，排氣口高于掃氣口。5859（2）優(yōu)缺點(diǎn)：

①無(wú)排氣閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。②換氣質(zhì)量差。氣體流動(dòng)路線長(zhǎng)，彎曲轉(zhuǎn)向，阻力大。③缸套下部?jī)蓚?cè)受熱溫度不同，易產(chǎn)生變形。④缸套易產(chǎn)生偏磨。在掃氣壓力作用下會(huì)將活塞壓向排氣口一側(cè)。⑤增壓系統(tǒng)布置較困難。⑥存在過(guò)后排氣損失。602．回流掃氣：

（1）特點(diǎn)：缸蓋上沒有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸同一側(cè)，排氣口高于掃氣口，掃氣口向下傾斜，活塞制成凹頂。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)：

3．半回流（新橫流）掃氣兼有橫流和回流掃氣的特點(diǎn)。缸蓋上沒有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸同一側(cè)，排氣口高于掃氣口，在排氣管中裝有回轉(zhuǎn)控制閥。614．直流掃氣

（1）特點(diǎn)：缸蓋上設(shè)有排氣閥，掃氣口均勻分布在氣缸下部一周，掃氣口有水平和垂直方向傾斜。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)：

①設(shè)有排氣閥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理麻煩。噴油器布置困難。

②氣體流動(dòng)路線短，阻力小，換氣質(zhì)量好。

③缸套下部受熱均勻，不會(huì)變形，活塞與缸套間磨損均勻（因掃氣壓力均勻作用在活塞外圓上）。

④掃氣口總寬度比彎流式大，流通能力強(qiáng)。

⑤排氣閥正時(shí)可調(diào)，可避免過(guò)后排氣損失。

62二沖程機(jī)換氣質(zhì)量從好到壞依次為直流橫流半回流回流

彎流掃氣S/D＜2.2

長(zhǎng)沖程S/D＞2.5

超長(zhǎng)沖程S/D＞3.0

直流掃氣成為現(xiàn)代船用大型柴油機(jī)的主要換氣型式。

63第三節(jié)柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)

一、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)又可以分成指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩類。

641．指示指標(biāo)：是以缸內(nèi)工質(zhì)對(duì)活塞所作的功為基礎(chǔ)的指標(biāo)，表征氣缸內(nèi)部工作情況，其優(yōu)劣取決于氣缸內(nèi)部實(shí)際工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度（包括不完全燃燒、燃燒延遲、氣體泄漏、氣缸壁傳熱損失等）。

2．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)的指標(biāo)，它扣除了柴油機(jī)內(nèi)的一切損失，其優(yōu)劣取決于工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度外，還得取決于機(jī)械損失的大小。65二、指示指標(biāo)

1．平均指示壓力pi平均指示壓力pi：是一個(gè)假想的作用在活塞上的數(shù)值不變的壓力，它推動(dòng)活塞一個(gè)行程所作的功與一個(gè)工作循環(huán)的指示功Li相等。即：

（N·m或J）式中：pi——平均指示壓力，Pa；F——活塞面積，m2；S——活塞行程，m；VS——?dú)飧坠ぷ魅莘e，m3。66因此平均指示壓力pi是單位氣缸工作容積每一工作循環(huán)的指示功。它的數(shù)值與氣缸工作容積的大小無(wú)關(guān)。因此可以用pi

來(lái)比較不同氣缸尺寸和不同類型的柴油機(jī)的做功能力——強(qiáng)化程度。pi

值大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機(jī)氣缸工作容積利用程度大。噴入的燃油量相同時(shí)，pi

值大表明其工作循環(huán)進(jìn)行得比較完善。所以pi

是評(píng)定柴油機(jī)工作循環(huán)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。

67

影響pi值的因素：（1）負(fù)荷即循環(huán)的供油量。（2）缸內(nèi)工質(zhì)混合的完善程度（3）過(guò)量空氣系數(shù)（4）換氣質(zhì)量（5）燃燒質(zhì)量

增壓機(jī)pi＞非增壓機(jī)；四沖程機(jī)pi＞二沖程機(jī)；直流pi＞彎流

2．指示功率Ni

指示功率是指氣缸內(nèi)的工質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功。683．指示熱效率ηi和指示油耗率gi

式中：3600——一千瓦小時(shí)相當(dāng)?shù)臒崃?，kJ/（kW·h)；Gf——柴油機(jī)每小時(shí)油耗量，kg/h；Hu——所用燃料低熱值Ni——指示功率，kW。69三、有效指標(biāo)

1．有效功率Ne和機(jī)械效率

m

（1）曲軸輸出端傳出的功率稱為有效功率，用Ne表示，Ne=Ni-Nm

。（2）機(jī)械損失功率Nm：包括：①摩擦損失。主要是活塞、活塞環(huán)與缸套間的摩擦損失，約占全部摩擦損失55％～65％。②拖動(dòng)損失。③泵氣損失功率。非增壓四沖程柴油機(jī)。70（3）機(jī)械效率

m：機(jī)械效率

m是有效功率Ne與指示功率Ni，之比值，即：

影響機(jī)械效率

m的因素：①負(fù)荷：當(dāng)轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械效率隨負(fù)荷增加而增加?？蛰d運(yùn)行時(shí)，

m=0。②轉(zhuǎn)速：當(dāng)負(fù)荷（pi）不變，機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速提高而降低。③滑油溫度與冷卻水溫度：應(yīng)適當(dāng)，過(guò)高或過(guò)低均會(huì)使

m降低

m。712．平均有效壓力pe

平均有效壓力pe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。pe

值大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機(jī)氣缸工作容積利用程度大。

3．有效燃油消耗率ge和有效熱效率

e

有效油耗率是指每一千瓦有效功率每小時(shí)所消耗的燃油量。單位是kg/（kW·h）。即72式中：Gf——柴油機(jī)每小時(shí)油耗量，kg/h；

Ne——柴油機(jī)有效功率，kW。

有效熱效率

e是指曲軸有效功與所消耗的熱量之比，即：

73四、其它常用參數(shù)

1．最高爆發(fā)壓力pz：燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)工質(zhì)的最高壓力。表示柴油機(jī)零件所承受的機(jī)械負(fù)荷的大小。最高爆發(fā)壓力pz對(duì)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)性能的影響：（1）pz增大使柴油機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸增大，柴油機(jī)笨重。（2）pz增大使各受力部件的應(yīng)力和變形，會(huì)造成疲勞破壞、使磨損和振動(dòng)和噪音增大。（3）pz增大會(huì)破壞潤(rùn)滑油膜，加劇活塞環(huán)與缸套、軸頸與軸瓦等的磨損，使壽命下降；（4）pz增大會(huì)提高最高爆發(fā)壓力pz，可提高柴油機(jī)的熱效率，降低燃油消耗。

742．排氣溫度：一般用排氣溫度來(lái)衡量熱負(fù)荷的高低。

3．活塞平均速度Vm

Vm=n.S/30。Vm增加Ne增加，但零件的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷同時(shí)增加，機(jī)件磨損增加。

4．行程缸徑比S/D。

5．強(qiáng)化系數(shù)peVm。

6．壓縮比。

7.比重量。

8.單位體積功率。

75第四節(jié)船舶柴油機(jī)的發(fā)展

一、船舶柴油機(jī)的發(fā)展

1.船舶柴油機(jī)發(fā)展的沿革

1776年瓦特蒸汽機(jī)

1876年，德國(guó)人奧托第一次提出四沖程循環(huán)原理，發(fā)明了電點(diǎn)火的四沖程煤氣機(jī)(14%)

1880年，英國(guó)的D.clerk和J.Robson，以及德國(guó)人K.Benz等成功地開發(fā)了二沖程內(nèi)燃機(jī)

1892年德國(guó)工程師RudolfDiesel申請(qǐng)了壓縮發(fā)火內(nèi)燃機(jī)專利

1897年在MAN公司制成第一臺(tái)實(shí)際使用的柴油機(jī)(壓燃式、空氣噴射、定壓燃燒)，其效率因可采用較大的壓縮比而比煤氣機(jī)有顯著提高

1904年柴油機(jī)首次用于船舶推進(jìn)裝置(29.4kw，260r/min)。

1927年在柴油機(jī)上正式使用了由R.Bosch發(fā)明的噴油泵(回油孔式)一噴油器噴射系統(tǒng)，代替了原需用7MPa壓縮空氣噴油的空氣噴射系統(tǒng)．實(shí)現(xiàn)了混合燃燒。

1926年瑞士人A．JBachi設(shè)計(jì)了一臺(tái)廢氣禍輪增壓柴油機(jī).

762.船舶柴油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)提高經(jīng)濟(jì)性的研究，包括燃燒、增壓、低摩擦、低磨損等的研究；智能化技術(shù)提高可靠性和全壽命經(jīng)濟(jì)性電子技術(shù)在柴油機(jī)中的運(yùn)用自動(dòng)遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)柴油機(jī)的研發(fā)采用虛擬技術(shù)代用清潔燃料研究和低排放技術(shù)的實(shí)施77二、現(xiàn)代船用柴油機(jī)提高經(jīng)濟(jì)性的措施

1．采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器；2．增大行程缸徑比S/D；S/D增加，燃?xì)獾呐蛎浌υ黾?。同時(shí)在Vm不變的情況下，轉(zhuǎn)速降低，可提高螺旋槳的效率。3．提高pz與pe之比；

可提高經(jīng)濟(jì)性，但機(jī)械負(fù)荷也大幅度增加。4．增大壓縮比；增壓機(jī)為限制pz，為保證柴油機(jī)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，常降低壓縮比，但經(jīng)濟(jì)性也降低?，F(xiàn)在為提高經(jīng)濟(jì)性，仍采用增大壓縮比的措施。785．采用VIT機(jī)構(gòu)：

部分負(fù)荷時(shí)可保持較高的pz，改善部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。

6．提高機(jī)械效率

m：

采用短裙活塞，減少活塞環(huán)數(shù)目以減少磨擦。

7．采用動(dòng)力渦輪系統(tǒng)（TCS）

8．軸帶發(fā)電機(jī)；

9．廢熱再利用：

如廢氣、缸套水再利用。

10．改進(jìn)噴射與燃燒技術(shù)：

采用高噴油壓力、高噴油率、二