第六章 柴油机的调速和操纵 259 第四节 起动装置一、概述柴油机本身没有自行起动能力欲使静止的柴油机转动起来必须借助于外力，以便使柴油机获得第一个工作循环的条件，即在外力作用下进行进气、压缩、喷油，直至燃油燃烧膨胀作功而自行运转这一过程称柴油机起动在起动过程中还必须使柴油机达到一定转速，才能保证在压缩终点缸内达到燃油自燃发火的温度柴油机起动所要求的最低转速称起动转速起动转速的高低与柴油机的结构（开式燃烧室、缸径大（ F/V 小）起动转速低） 、缸内温度（柴油机温度、冷却水温、外界气温） 、柴油机技术状态（雾化质量、气缸密封状况） 、燃油品质（ CCAI 值不能太大）等有关它也是鉴别柴油机起动性能的重要标志起动转速的一般范围是：高速柴油机 80～ 150r/min ；中速柴油机 60～ 70r/min；低速柴油机 25～ 30r/min根据所采用的外来能源形式，柴油机的起动方式可分为：（ 1）借助于加在曲轴上的外力矩使曲轴转动起来如人力手摇起动、电动机起动及气力或液压马达起动等；（ 2）借助于加在活塞上的外力推动活塞运动如压缩空气起动通常，船用柴油机大多采用压缩空气起动二、压缩空气起动装置的组成和工作原理压缩空气起动 就是将具有一定压力（ 2.5～ 3.0MPa）的压缩空气， 按柴油机的发火顺序在膨胀行程时引入气缸，推动活塞使柴油机达到起动转速，完成自行发火。
压缩空气起动的起动能量大， 起动迅速可靠， 在紧急情况下可用压缩空气进行刹车， 但该装置构造复杂，重量较重，故不适用于小型柴油机压缩空气起动 装置主要包括：空气压缩机、起动空气瓶、主起动阀、空气分配器、气缸起动阀以及起动控制阀等其组成系统图如图 6-4-1 所示起动前，空压机（图中未示出）向空气瓶 6 充气至规定压力 2.5～ 3.0MPa备车时开启出气阀 5 及截止阀 8，空气瓶中的压缩空气沿管路通至主起动阀 3 及起动控制阀 7 处等候当起图 6-4-1 压缩空气起动装置系统图1-气缸起动阀； 2-空气分配器； 3-主起动阀； 4-起动控制阀； 5-截止阀； 6-出气阀；7-空气瓶260 船舶柴油机动时，拉动手柄 4 至起动位置，起动控制阀 7 开启，控制空气进入主起动阀 3 的活塞上方，推动活塞下行，主起动阀 3 开启于是起动空气分成两路：一路为起动用压缩空气，经总管引至各缸气缸起动阀 1 的下方空间；另一路为控制用控制空气被引至空气分配器 2，然后按柴油机的发火顺序依次到达相应的气缸起动阀的上部空间使之开启，原等候在下方空间的起动空气进入气缸，推动活塞下行使曲轴转动并使之达到起动转速，而且在供油之后达到自行发火转动。
起动后应立即通过操纵手柄 4 关闭控制阀 7 切断控制空气，主起动阀随即关闭，气缸起动阀上部空间的控制空气经空气分配器泄放，气缸起动阀关闭，起动过程结束然后可逐渐调节供油量使柴油机在指定转速下运转当无须再次起动柴油机时可将截止阀 8 和出气阀 5 先后关闭为了保证柴油机压缩空气起动迅速可靠，必须具备以下三个条件：（ 1）压缩空气必须具有一定的压力和储量按我国有关规定供主机起动用空气瓶（至少有两个） 的压力应保持在 2.5～ 3MPa， 中、 低速柴油机的起动空气压力一般为 1.5~3.0MPa，新型柴油机起动空气压力一般为 1.0MPa 左右其储量应保证在不补充空气的情况下，对可换向主机能从冷机正倒车交替起动不少于 12 次；对不可换向主机能从冷机连续起动 6 次 2）压缩空气供气要适时并有一定的供气延续时间由于压缩空气代替燃气膨胀作功，推动活塞连杆机构，使曲柄转动，因此必须在活塞位于膨胀行程的某一时刻进入气缸适当的供气正时应以既有利于起动又可节省空气耗量为原则通常，大型低速二冲程柴油机的供气始点约在上止点前 5°曲轴转角，供气终点约在上止点后 100°曲轴转角，供气持续角一般不超过 120°曲轴转角。
中高速四冲程柴油机供气始点约在上止点前 5°～ 10°曲轴转角，供气持续角因受排气阀限制一般不超过 140°曲轴转角 3）必须保证有最少气缸数为保证曲轴在任何位置都能起动，要求在任何位置至少有一个气缸处于起动位置为此，起动所要求的最少缸数对二冲程机必须大于 360° /120°，一般不应少于四个；而对四冲程机必须大于 720° /140°一般不少于六个若缸数少于上述限值，则起动前应盘车至起动位置发电副机采用加在曲轴自由端的气力马达起动就不必保证有最少气缸数三、压缩空气起动装置的主要设备1．气缸起动阀气缸起动阀是起动装置中最主要的部件之一通常每缸一个，均装在气缸盖上，其下方与起动空气总管连接，上方与空气分配器连接其动作由空气分配器按发火顺序使起动空气进入气缸，完成起动动作一般对气缸起动阀的要求是：①为使柴油机起动迅速并减少节流损失减少起动空气消耗量， 要求起动阀能迅速开启关闭；当起动阀关闭时，特别是阀要落座时，为了减轻阀盘与阀座间的撞击，则希望关阀的速度要慢②起动安全在气缸内发火后燃气压力大于起动空气压力的条件下，即使起动阀的启阀活塞 4（图 6-4-2）上通入控制空气，起动阀也不应开启，这就能防止气缸内的高温燃气倒流入起动总管引起爆炸事故。
第六章 柴油机的调速和操纵 261 ③制动性能好在船舶全速前进的情况下遇险紧急避碰，要求柴油机能迅速制动而停车制动过程由能耗制动和强制制动组成为了使高速回转的柴油机迅速停车，首先通过操纵手柄停油，再通过换向机构换向操作，换向后柴油机曲轴、凸轮轴仍按原方向转动，当将操纵手柄重新置于起动位置时，空气分配器则按换向后的供气正时把气缸起动阀打开，压缩空气充入气缸当某个气缸的气缸起动阀处于开启状态时，该缸的活塞正处于压缩行程，进入气缸的压缩空气对上行的活塞起着制动作用，使转速降低被压缩的压缩空气从开启的气缸起动阀节流进入起动空气总管， 减少了行程末留在气缸内的空气量和压力， 也就减少了反弹膨胀做功的能力利用压缩空气节流进入起动空气总管这一过程称为能耗制动柴油机在能耗制动后转速已降低却按原方向转动， 在压缩行程将压缩空气通入气缸，使上行的活塞速度迅速降低，这一过程称为强制制动从起动安全、 制动性能好两方面对气缸起动阀的要求是矛盾的在起动安全方面，要求气缸起动阀在缸内发火后， 即使有控制空气作用在其上方空间， 它也应保持关闭状态，防止燃气倒流入起动空气管；在制动性能好方面，要求在制动过程中，即使缸内压力稍高于起动空气压力时， 气缸起动阀仍然保持开启以完成减压制动和强制制动。
气缸起动阀分为单向阀式和气压控制式两种单向阀式为一个简单的单向阀，其起动空气就是控制空气， 由空气分配器直接控制气压控制式气阀的控制空气由空气分配器来，进入气缸的起动空气直接由空气总管来（如图 6-4-1 所示） 因而空气分配器尺寸小，空气节流损失少，起动迅速，适用于大型柴油机根据控制气路的不同，气压控制式又可分为单气路控制与双气路控制式两种单气路控制式气缸起动阀的结构与工作原理简图如图 6-4-2a）所示，图中 b）示出柱塞式空气分配器工作简图起动阀由阀盘 1、导杆 3 和面积较大的启阀活塞 4 组成启动空气进入进气腔 2，由于阀盘 1 与导杆 2（即平衡活塞）的直径基本相等，对气缸起动阀的开启不起作用，所以阀盘 1 在启阀活塞下部的弹簧作用下保持关闭状态当控制空气图 6-4-3 双气路控制式气缸起动阀1- 弹簧； 2-阶梯活塞； 3-阀杆； 4-阀杆； 5-起动阀盘； K1、K2 、 K3- 控制活塞； T-上部空间； M- 中部空间； N-下部空间； P-空间； S-控制器； B-连接槽； H-开启管 ;J-关闭管图 6-4-2 气缸起动阀和空气分配器结构原理图262 船舶柴油机（图中虚线示）由空气分配器送入启阀活塞 4 上方空间时，启阀活塞下行带动阀盘 1 下行开阀，原等候在空间 2 的起动空气进入气缸推动活塞进行起动，当启阀活塞上方控制空气经空气分配器泄放至大气时，启阀活塞在弹簧作用下上行关闭。
该缸起动动作结束此种结构形式具有较大的启阀活塞，使其开关迅速可靠，节流损失小起动空气消耗少，结构简单，因而为多种柴油机采用， 如 MAN-B&W MC 型柴油机 但它在性能上不能兼顾起动安全与制动性能好两方面的要求，在缸内压力超过起动空气压力时仍有可能开启（因启阀活塞大）而产生燃气倒冲事故此外，在阀盘落座时速度快，撞击厉害，致使阀盘与阀座磨损快双气路控制式气缸起动阀结构如图 6-4-3 所示 其起动阀由阀盘 5、 阀杆 3 以及阶梯型启阀活塞 2 组成 起动空气由 AL 进行起动阀下部空间， 起动阀保持关闭 （平衡式） 管 H 与管J 均与专用的空气分配器连接， 当 T 空间经开启管 H 充入控制空气而 N 空间经关闭管 J 泄放空气时，阶梯活塞 2 下行开阀阶梯活塞由直径不等的 K1、 K2、 K3 三级活塞组成，当控制活塞 K 1 下行开启控制缺口 S 时，控制空气由 T 空间进入大直径的控制活塞 K2 的上部 P 空间，使起动阀加速打开当控制活塞 K3 下行关闭管 J 的气口时在下部空间 N 形成气垫，使开阀速度减慢避免控制活塞撞击缸底当空气分配器经管 H 释放 K1、 K2 上部的控制空气并向关闭管 J 充入控制空气时， 控制空气首先进入活塞 K2 的下部空间 M， 使起动阀上行关阀， 随后控制空气作用在直径较小的控制活塞 K3 下方使关阀速度减慢，当活塞 K1 上行到关闭控制缺口 S 时，空间 P 变成密闭空间并形成气垫，使关闭后期（落座）速度大大减慢，避免了关闭时的强烈撞击。
待阀落座后通过槽 B 使空间 P 与空间 M 的压力自动平衡此种结构形式能较好的满足从起动方面提出的要求：速开、速关，但落座速度缓慢，而且由于控制活塞 K1直径较小使初始开阀力较小，当缸内压力较高时阀保持关闭——关闭状态不易开启另外，当它处于全开状态时，开阀控制空气作用在阶梯活塞的全部工作面积上，向下的开阀作用力增大，因此在紧急制动时即使缸内气体压力稍高于起动空气压力，该阀仍然可保持开启状态——开启状态不易关闭实现能耗制动，从而也满足了从制动方面提出的要求但此种结构形式构造复杂，造价较高 Sulzer 柴油机使用此种形式气缸起动阀2．空气分配器空气分配器由凸轮轴驱动它的作用是按照柴油机的发火顺序，在要求的起动正时时刻内将控制空气分配到相应的气缸起动阀使之开启，让压缩空气进入气缸，起动柴油机按结构形式不同， 空气分配器可分为回转式 （分配盘式） 和柱塞式两种 回转式如图 6-4-1所示，它是利用凸轮轴驱动的一个带腰形孔的分配盘与分配器壳体上的孔（与气缸数相同，按发火顺序排列）相配合，控制各缸气缸起动阀的启闭一般多用于中、高速柴油机柱塞式通过起动凸轮与柱塞（滑阀）来控制起动阀的启闭，一般多用于大、中型柴油机。
柱塞式空气分配器按其结构不同又可分为单体式与组合式两种单体式如图 6-4-2b ）所示，分配器按各缸分开布置，分别由相应的起动凸轮控制，起动阀启闭时刻与次序均由各起动凸轮的安装位置决定组合式空气分配器圆列式集中由一个起动凸轮控制，直列式由一套起动凸轮控制为与气缸起动阀相配，柱塞式空气分配器又有单气路控制式与双气路控制式两种单气路空气分配器如图 6-4-2b ）所示，控制空气由阀体 5 上部进气孔进入空气分配器并把分配器滑阀 6 压向下凹状凸轮 7在图示位置，滑轮处于最低位置，控制空气得以通过阀第六章 柴油机的调速和操纵 263 体上的中间出气口进入气缸起动阀启阀活塞的上部，压开起动阀当起动凸轮转过一个角度后，滑阀 6 被抬起，使进气孔与出气口隔断而使出气口与下部的泄气孔相通，启阀活塞上部的控制空气经空气分配器泄入大气，气缸起动阀在弹簧作用下上行关闭当进入空气分配器上部的控制空气泄放后，滑阀 6 由自身弹簧（图中未示出）吊起而脱离凸轮 7 的控制，避免在柴油。