船舶动力装置概论第四次课

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1、1 122.4 增压柴油机的特点 2.5 多缸柴油机的工作次序 2.6 柴油机的分类 2.7 柴油机的主要技术指标与特性本节主要内容2.1 柴油机基本结构（固、运、气、油、辅） 2.2 四冲程柴油机工作原理（示功图） 2.3 二冲程柴油机工作原理（示功图）上节主要内容3第二章 船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程汽油机示功图ra段曲线： 进气行程ac段曲线： 压缩行程czb段曲线：作功行程br段曲线： 排气行程4第二章 船舶柴油机装置2.3二冲程柴油机工作原理 a-k线为扫气过程，k点为扫气终点(它取决于进气孔与排气阀关闭时刻)，k-c线为压缩过程，c点为喷油时刻。其中c-m线为膨胀

2、线，c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段,z点为最高压力点，m点为排气阀开始打开的时刻,m-n线为燃烧产物从气缸排入大气，压力迅速下降,n时进气孔打开，此时气缸内压力约等于贮气室的压力,n-a线为扫气过程，新鲜空气进入气缸内。5第二章 船舶柴油机装置二冲程与四冲程柴油机比较具有以下优点：1.提高了柴油机的作功能力2.改善了柴油机的动力性3.简化了柴油机的结构除此之外，区别还有： 1.凸轮轴转速与曲轴转速，二冲程中两者相同；四冲程中两者为1:2 2.二冲程下行为作功，上行靠外力驱动；四冲程中除燃烧冲程外，其它三个为耗功 3.二冲程进排气重叠角(80100)大于四冲程的(2560)。 在相同的气

3、缸尺寸和转速下，在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程柴油机的功率是四冲程柴油机二冲程柴油机的功率是四冲程柴油机 的两倍？的两倍？6第二章 船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点1. 为为什么要加装增压压器提高柴油机功率的有效方法是增加进进入气缸的空气量和燃料，增加燃料可通过设计过设计 燃油系统统的主要部件更合理即可，而增加空气量可由安装增压压器来实现实现 。2. 增压压力3. 增压器柴油机的分类根据增压器传动方式不同：增压柴油机可分为机械传动的增压器柴油机和废气涡轮增压器柴油机。Pk=0.13MPa0.25MPa 7第二章 船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点增压器叶轮1通过传动齿轮由曲轴带动。空气

4、从进口被吸入，经过叶轮1增压后，进入进气管2的空气压力可达到0.15MPa以上。机械式增压柴油机8第二章 船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点 废气涡轮增压柴油机增压叶轮5直接由废气涡轮来驱动，增压器和曲轴没有机械关系。柴油机排出的废气沿排气管1，经过导向器2进入废气涡轮的叶片3，并推动其旋转，此时就带动了和它同轴的增压器叶轮5转动。空气经过进气管6被吸入，增压后的空气经蜗壳8沿进气管9进入柴油机气缸。9第二章 船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点10第二章 船舶柴油机装置2.5多缸柴油机的工作次序1. 四冲程柴油机中，只有燃烧烧膨胀胀冲程才做功，其他三冲程为为耗功。因此造成转转速不均匀，有时

5、时加速，有时时减速。 2. 提高柴油机运转转均匀性，通常采用在曲轴轴上安装飞轮飞轮 和采用多缸结结构形式。3. 若多缸柴油机有i个气缸，则发则发 火间间隔角应为应为 ：=720/ i。11第二章 船舶柴油机装置2.5多缸柴油机的工作次序曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0-180作功排气压缩进气180-360排气进气作功压缩360-540进气压缩排气作功540-720压缩作功进气排气12第二章 船舶柴油机装置2.5多缸柴油机的工作次序13第二章 船舶柴油机装置2.5多缸柴油机的工作次序直列六缸发动机工作循环发火间隔角为：720/6120工作顺序为：153624或142635 14第二章 船舶柴油

6、机装置2.5多缸柴油机的工作次序（3）V8发动机工作循环发火间隔角为：720/890工作顺序为： R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2或 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1 15第二章 船舶柴油机装置2.6柴油机的分类1.按结结构特点可分为为筒型活塞柴油机和十字头头活塞柴油机；（1）筒形活塞柴油机 缺点；活塞裙部起向导导作用，在侧侧推 力的作用下，活塞与缸套磨损较损较 大。 优优点：结结构简单简单 ，紧紧凑，轻轻便 用途：高速柴油机（2）十字头头活塞柴油机 优优点：活塞与缸套间间无侧侧推力， 因为为由十字头导头导 向，故磨损较损较 小， 不易擦伤伤和卡死。可在气缸下部设设

7、横隔板，以免 气缸内的脏脏油，烟灰，燃气等漏入曲 轴轴箱。污损污损 曲轴轴箱底部的滑油。 缺点：使柴油机高度和重量增 大，结结构复杂杂。用途：船用大型低速柴油机16第二章 船舶柴油机装置2.6柴油机的分类2.按缸数分：单单缸机和多缸机多缸机分布形式气缸数在810个以下时，气缸布置成直列式，气缸数超过10个时可布置两列V型，此外还有W 型，X型， 星型布置。3.按工作原理：四冲程和二冲程17第二章 船舶柴油机装置2.6柴油机的分类5.按用途：固定式和移动动式6.按标标定转转速：1.高速机n1000r/min 2.中速机3001000r/min 中速机300n1000r/min 低速机：n300r

8、/min活塞平均速度:Cm=2Sn/60=Sn/30 (m/s)高速机： Cm10m/s 中速机：6.5Cm10m/s 低速机：Cm6.5m/s 24第二章 船舶柴油机装置2.7柴油机的主要技术指标与特性二、经济经济 性指标标经济经济 性指标标一般指内燃机的燃油消耗率和滑油消耗率。2.1 燃油消耗率 高速机:204-250;中速机:203-225 ;低速机:160-185g/kWh2.2 滑油消耗率 一般为为0.5-4g/kWh3.1重量指标标 高速机:1.4-3.7;中速机:10-19 ;低速机:20-35kg/kW3.2外形尺寸指标标三、重量和外形尺寸指标标重量指标标和外形尺寸指标标用于评

9、评价内燃机结结构的紧紧凑性和金属材料的利用率。25第二章 船舶柴油机装置2.7柴油机的主要技术指标与特性排气污染指标1、一氧化碳（CO）：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超过 0.1%就会中毒。 CO含量：取决于过量空气系数 2、碳氢化合物（HC）：成分复杂，对人体有麻痹、致癌作用，是造 成烟雾的因素之一。 HC：与燃烧的缓慢甚至停止有关，惰转和减速时生成。3、氮氧化和物（NOx）：有强烈的刺激味，对心脏和肺造成损坏，是 大气形成臭氧的主要因素。 NOx：取决于火焰温度。火焰前锋中是否富氧以及高温持续时间。废气污染26第二章 船舶柴油机装置2.7柴油机的主要技术指标与特性此外：二氧化硫（S

10、O2）：有强烈的刺激味，与灰尘一起危害更大。微粒（PT- Particle ）：微粒的主要成分是碳，大多小于0.3微米，微粒碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体造成损害。27第二章 船舶柴油机装置2.7柴油机的主要技术指标与特性排放欧洲指标排放标准执行年份NOx(g/kwh)PT(g/kwh)欧199290.4/0.61欧199670.15欧200050.1欧20053.50.02欧200820.0228第二章 船舶柴油机装置2.7柴油机的主要技术指标与特性NO含量ppmHC含量ppmCO含量ppm微量物质g/m汽油机2000-40001000100.01柴油机1000-400030000.

11、010.5汽油机与柴油机排放物比较29第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件运动机件主要是指曲柄连杆机构， 它由活塞组，连杆组和曲轴等部件组成。曲柄连杆机构的功能是将热能转变为机械功。30第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件分解S为T，K 切向力T对曲轴中心的力矩：M=T R 法向力K引起曲轴弯曲主要受力有： 1）气缸内的气体压力P 2）运动机件的惯性力P 将合力分解得： 垂直于气缸中心线的侧推力N 作用：侧推力N产生摩擦 沿连杆中心线的连杆力S 作用：连杆力S使连杆压缩或拉伸根据牛顿第三定律，侧推力N对曲轴中心的力距等 于旋转力矩M, 作用在机体上，与M相反。并且企 图使柴油机倾倒， 所以称为

12、倾覆力矩。P=P+P31第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件活塞组组由活塞、活塞销销、活塞环环、 衬衬套和活塞销销盖。一活塞组组的组组成二活塞组组的作用 1.与气缸，气缸盖共同构成发动发动 机的密闭闭的 工作空间间防止燃气漏入曲轴轴箱，阻止过过多的 润润滑油窜窜入气缸内。 2.承受燃气压压力，并将其传给连传给连 杆和曲轴轴。 3.承受侧侧推力，起到了导导向作用。 4.二冲程发动发动 机中还还有控制气口的作用。32第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨 性好，防止在往复运动中大量磨损。一、

13、活塞3233活塞的结结构形式从有无冷却的角度可分为为：非冷却活塞和冷却式活塞 整体铝铝活塞，整体油冷活塞，组组合式油冷塞，组组合式水冷活塞。第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件3334第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件1、整体铝铝活塞(1)活塞的基本结结构包括：顶顶部、环环槽、活塞销销座和裙部。活塞顶顶部、气缸盖和气缸壁组组成燃烧烧室。 (2)活塞头头部：从活塞顶顶至活塞销销座以上最末一道环环槽之间间的部分称为为活塞头头部。开有数道环环槽，2-3道气环环槽，1-2道油环环槽。高速机较较少 ，低速机较较多 。3435第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件2、整体油冷活塞为为了适应应柴油机的热负热

14、负 荷和机械负负荷不断增加的需要，保证证活塞顶顶的足够够强度又使第一道环环的温度不至太高，在中、高速柴油机中普遍采用了整体油冷活塞即在整体活塞顶顶部及环环槽部开有冷却液流道或冷却腔，用润润滑系统统中冷却油作为为冷却介质质，对对活塞顶顶部及环环槽区进进行强制冷却。主要可分为：蛇形油管冷却活塞，冷却油腔活塞3536第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件蛇形油管冷却活塞蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形铜管或钢管 铸入活塞本体，使冷却油流经蛇型管，在润滑油 压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果， 也有铸成后再用酸蚀掉铜管。冷却油腔活塞：活塞头内部设置冷却油腔，冷却 油不充满整个油腔，一般只充30-50%

15、，由于活塞往 复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油 与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却 效果较好。冷却油腔活塞3637第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件采用组组合式的原因a.强化强度提高，活塞头头部的热负热负 荷增加。一般的铝铝合金不能满满足要求。b.出于减小往复惯惯性力的考虑虑，减轻轻重量。3、组组合式油冷活塞3738第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件采用十字头头式活塞的原因：这这种形式没有活塞销销座和活塞销销，连连杆的侧侧推力由十字头头来承担。由于船用大型低速柴油机气缸直径大，侧推力大，不能靠活塞裙来承担，因此一般都采用十字头头式活塞，十字头头式活塞3839第二章 船

16、舶柴油机装置2.8运动机件二、活塞环1、活塞环环分为为气环环和油环环两种 a.气环环 一般高速机有2-3道气环环，中速机有 3-4道气环环，低速机有5-6道气环环。目 前的趋趋向是减少环环数，强化第一道环环 。柴油机所消耗的摩擦功中约约有50% 是活塞环环和活塞裙与缸套间间的摩擦引 起的。 b.油环环 油环环一般是1-2道。2、活塞环的功用： 密封气缸，防止燃气漏入曲轴箱，防止滑油漏 入气缸； 导热，燃烧的热量经环传到气缸壁； 调节润滑油量，刮油和布油由油环承担； 支承活塞活塞销。3940第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件应应保证较证较 高的密封性，便于磨合，耐磨损损，对润对润 滑有调节调节 作用。 3、气环环的结结构e桶形环环a矩形环环 b锥锥面环环 c内倒角扭曲环环d梯形环环4041第二章 船舶柴油机装置2.8运动机件(3)斜切口，