模块一 柴油机基本知识

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1、船舶柴油机（轮机）-模块一 柴油机基本知识-黄步松 主讲福建交通职业技术学院船政学院 福建交通职业技术学院教案纸 第 2 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注2模块一 柴油机基本知识教学目标：1、具有柴油机基本知识、基本工作原理的能力；2、具有认识柴油机总体机构的能力；3、具有分析柴油机性能指标、工作参数的能力。重点：二冲程、四冲程柴油机的工作原理及性能比较，分类、基本概念。难点：定时圆图、各性能指标的理解。单元一 柴油机概述一、柴油机的基本概念1热机（1）概念：把热能转换成机械能的动力机械。（2）种类： 往复式蒸汽机 外燃机 回转式汽轮机 热机 汽油

2、机 内燃机 柴油机 燃汽轮机外燃机：燃料燃烧在气缸外部，效率低。内燃机：燃料燃烧在气缸内部，效率高。2柴油机（1）概念：是一种在气缸内进行两次能量转换压缩发火的往复式内燃机。是热效率最高的一种内燃机。（2）优缺点：经济性好，在内燃机中具有最高的热效率，可达 50%。功率范围广。尺寸小，重量轻。机动性好。存在振动，轴系扭转振动和噪音。燃烧室部件工作条件恶劣，承受高温高压与冲击负荷。3柴油机与汽油机的区别：柴油机与汽油机虽然都是内燃机，但是它们在可燃混合气形成、发火方式、使用燃料、性能、结构及压缩比等方面均有区别。混合气形成 发火方式 使用燃料 性能 压缩比 结构柴油机 内部 压缩发火 柴油 低温

3、起动性能差，工作粗暴，噪音大10-18 喷油器汽油机 外部 火花塞点火汽油 低温起动性能好，工作柔和，噪音小5-9 化油器二柴油机的基本结构参数图 1-1 所示是四冲程柴油机的基本结构图。（1）上止点（T.D.C.）：活塞离曲轴中心最远的位置。 福建交通职业技术学院教案纸 第 3 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注3（2）下止点（B.D.C.）：活塞离曲轴中心最近的位置。（3）行程：上、下止点间的距离。等于曲柄半径的两倍，即 S=2R。（4）气缸直径：D（5）气缸工作容积 Vh：活塞在上、下止点间移动所扫过的容积（6）燃烧室容积（余隙容积）V C：活

4、塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积。（7）气缸总容积 Va：气缸工作容积 Vh 与燃烧室容积 VC 之和。（8）余隙高度：活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的距离。（9）压缩比：气缸总容积 Va 与燃烧室容积之比。=Va/ VC=（V h+ VC） / VC=1+ Vh/ VC压缩比表示活塞从下止点运动到上止点时，把缸内空气压缩了多少倍，它是柴油机的一个重要结构参数，对柴油机的经济性、燃烧和起动性能以及机械负荷等有重要的影响。 大说明缸内空气被压缩厉害，压缩终点的温度和压力就高，有利于燃油的燃烧和柴油机的起动，并可提高热效率。但 过大，会使柴油机 PZ 过高，工作粗暴，热负荷过大，降低

5、可靠性和缩短柴油机的寿命。 过小，则压缩终点的气体压力和温度过低，不利于燃烧，柴油机起动困难耗油率增加，功率下降。A不同的机型 不同： 小型高速机的 大型低速机。 非增压机的 增压机。四冲程机的 二冲程机。柴油机的 汽油机。B影响 的因素：连杆大小端轴承严重磨损，使活塞组件下沉。十字头销（活塞销）与曲柄销严重磨损。活塞顶面、缸盖底面被烧蚀或积碳，使 VC 改变。船用大端杆身凸缘与大端轴承座之间的调整垫片厚度。缸盖底面密封垫片厚度。连杆杆身发生弯曲。C 的调整方法：增减气缸头垫片厚度。增减连杆大端凸缘与轴承座之间的调整垫片厚度。三、柴油机的类型1按工作循环分类：四冲程柴油机和二冲程柴油机。2按是

6、否增压分类：增压柴油机和非增压柴油机。3按曲轴转速分类：高速、中速和低速柴油机。（1）高速柴油机：n1000r/min，V m6m/s；（2）中速柴油机：n=3001000r/min，V m=6-9m/s；（3）低速柴油机：n300r/min，V m9m/s。4按结构特点分类：（1）筒状活塞式：活塞起导向作用，缸壁承担侧推力。（2）十字头式： 活塞不起导向作用，缸套没有侧推力的作用，导向作用由十字头滑块承担，侧推力由导板承担。气缸下部加设一横隔板，把气缸与曲轴箱隔开，以防气缸中的污油、结炭或燃气漏入曲轴箱污染滑油。十字头式柴油机可靠性较筒形活塞式高。 福建交通职业技术学院教案纸 第 4 页课程

7、： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注45按气缸排列分：（1）直列：气缸数小于 12 缸（2）V 型：气缸夹角有 90、60、45。6按转向分：右旋机：由飞轮端（功率输出端）向自由端看，正车时按有顺时针方向旋转的柴油机。左旋机：由飞轮端（功率输出端）向自由端看，正车时按有逆时针方向旋转的柴油机。7按可否逆转分：有不可逆转和可逆转柴油机。四、船用柴油机的型号解释1国产船用柴油机的型号（1）中小型柴油机 国产中小型柴油机系列品种很多，其型号中一般有气缸数、冲程数、缸径、技术特征和改进型符号等内容：例如：12V135ZC 表示 12 缸 V 型排列、缸径为 135、

8、四冲程增压船用柴油机；8E350ZDC 表示 8 缸二冲程、缸径为 350、增压、可倒转船用柴油机。（2）大型低速柴油机 国产大型低速柴油机，其型号由气缸数、技术特征、缸径和冲程、改型符号等内容：例如：8ESDZ43/82B 表示 8 缸二冲程、十字头式、可倒转、增压、缸径为 43、冲程 82船用柴油机，为产家第二代产品。2国外常见船用柴油机型号（1）瑞士苏尔寿（SULZER ）型船用低速柴油机瑞士苏尔寿（SULZER）公司生产的船用低速柴油机有 RD、RND、RMD-M、RLA、RLB、RTA、RTA-M等系列产品。例如：6RTA84M 柴油机 （2）德国曼恩 MAN 型船用低速柴油机德国曼

9、恩 MAN 公司（现已与 B&W 公司合并）生产的船用低速柴油机有 KZ、KSZ-A 、KSZ-B 等系列产品。例如：K10Z93/170E 柴油机（3）丹麦 B&W 公司型船用低速柴油机丹麦柏玛斯特韦恩公司（现已与 MAN 公司合并）生产的船用低速柴油机有 VTBF、VT2BF、K-EF、KEF、KGF、L-GF 等系列产品。五、现代船用柴油机提高经济性的措施1采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器；2增大行程缸径比 S/D； 福建交通职业技术学院教案纸 第 5 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注5S/D 增加，燃气的膨胀功增加。同时在 Vm

10、不变的情况下，转速降低，可提高螺旋桨的效率。3提高 pz 与 pe 之比； 可提高经济性，但机械负荷也大幅度增加。4增大压缩比；增压机为限制 pz，为保证柴油机有足够的机械强度，常降低压缩比，但经济性也降低。现在为提高经济性，仍采用增大压缩比的措施。5采用 VIT 机构： 部分负荷时可保持较高的 pz，改善部分负荷的经济性。6提高机械效率 m： 采用短裙活塞，减少活塞环数目以减少磨擦。7采用动力涡轮系统（TCS）8轴带发电机；9废热再利用： 如废气、缸套水再利用。10改进喷射与燃烧技术： 采用高喷油压力、高喷油率、二级喷射等。六、现代船用低速机的结构特点1燃烧室部件普遍采用钻孔冷却2采用旋转式

11、排气阀及液压式气阀传动机构3采用 VIT 机构4采用薄壁轴承 广泛采用高锡铝薄壁轴承5采用独立的气缸润滑系统 采用注油量随负荷自动调整的自动控制系统。6曲轴上增设轴向减振器 一般安装在自由端。7焊接曲轴 福建交通职业技术学院教案纸 第 6 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注6单元二 柴油机总体机构认识气缸盖气缸套活塞活塞杆十字头导板 连 杆曲 轴机 座机 体曲轴箱扫气箱废气涡轮增压器排气阀排气管喷油器（1）固定件：气缸盖、气缸套、机架、机座、主轴承等。（2）运动件：活塞组件、连杆、曲轴。（3）配气机构：进气阀、排气阀、凸轮轴及其传动机构等。（4）起动

12、系统：空气瓶、起动控制阀、主起动阀、空气分配器和气缸起动阀等。（5）燃油系统：主要包括喷油泵、喷油器等。（6）冷却系统：冷却水泵、膨胀水箱、冷却器等（7）润滑系统：润滑油泵、滑油循环柜、滑油冷却器等（8）操纵系统：实现对柴油机进行起动、换向、调速、连锁、安全保护和报警等操作而设置的专门执行机构。 福建交通职业技术学院教案纸 第 7 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注7单元三 柴油机工作原理柴油机的基本工作原理是采用压缩发火，使燃料在气缸内部燃烧，以高温、高压的燃气工质在气缸中膨胀推动活塞作往复运动，再通过活塞-连杆-曲柄将往复运动变成曲轴的回转运动，

13、从而带动工作机械。一个工作循环的五个过程：进气、压缩、燃烧、膨胀作功和排气。用四个行程（曲轴回转两转）完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。曲轴与凸轮轴转速之比为 2/1。一、四冲程柴油机工作原理图 1-2 是四冲程柴油机的工作原理简图。1进气行程（1）作用：使气缸满新鲜空气。（2）进气提前角：进气阀开启时曲柄与上止点之间的夹角。用 1表示， 1过大，则缸内压力大可能产生废气倒流。（3）进气延迟角：进气阀关闭时曲柄与下止点之间的夹角。用 2表示， 2过大，则压缩行程变短。一般增压机的 1、 2均大于非增压机。气阀开启的延续角约为 220250 CA。2压缩行程（1）作用：使燃烧过程的温度升高，提高工作循环的热效率提高工质的温度 和压力，为冷车起动和着火作准备使循环的工质得到更大的膨胀比，对活塞做更多的功。（2）压缩终点：Pc=36MPa； Tc=600700。燃油自燃温度为 210270。（3）压缩始点温度过高对柴油机的影响空气密度减小，充气量减少，氧气供给不足，燃烧不良。工作循环的平均温度升高，燃烧室部件的平均温度和热负荷 高。