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1、主推进动力装置主讲人：焦玉海 商船系轮机教研室23第一章 柴油机的基本知识n1.1柴油机的基本概念n1.2四冲程柴油机的工作原理n1.3二冲程柴油机的工作原理n1.4二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较n1.5柴油机增压的概念41.1柴油机的基本概念热机的分类热机(发动机)内燃机外燃机柴油机(压燃式)汽油机(点燃式)燃气轮机蒸汽轮机往复式蒸汽机特点:燃料的燃烧烧是在机器外部特设设的锅锅炉 中进进行的,燃料燃烧时烧时放出的热热能加热热水, 使水变变成蒸汽,再将蒸汽引入蒸汽机内膨胀胀 作功,推动动机械运动动.5柴油机与汽油机的比较柴油机汽油机燃料(燃烧烧 工质质)柴油或劣质质 燃油汽油点火方式压缩压缩
2、 自行 燃烧烧电电火花塞点 燃 混合气形成 方式气缸内混合 气缸外混合压缩压缩 比1222610有效热热效率0.300.550.150.406柴油机的主要特点 优点：n热效率高，经济性好，可用劣质燃油n功率范围大n机动性好n尺寸小，重量轻n起动方便,可直接反转 缺点： 1）振动及噪音较大；2）部件工作条件恶劣，燃烧室 部件承受较大热负荷和曲柄连杆机构承受较大的机 械负荷等缺点。柴油机：155270g/KWh汽轮机：4351200g/KWh燃气轮机：245350g/KWh汽油机：245350g/KWh71.2柴油机的基本结构参数n压缩发火的往复式内燃 机n五个过程：进气、压缩 、燃烧、膨胀和排气
3、。n四个行程：进气 压缩 燃烧和膨胀 排气行 程。n特点：活塞上下运动四 次，曲轴转两转，凸轮 轴转一转。89101 上止点(TDC): 活塞在气缸中运动到最上端，即离曲轴中心线 最远时的位置。 2 下止点(BDC): 活塞在气缸中运动到最下端，即离曲轴中心线 最近时的位置。 3 行程(Stroke): 活塞在上、下止点间的运行距离。它等于曲轴 曲柄半径R的两倍，即S2R。 4 气缸直径D(Bore): 气缸的内径,简称缸径。 5 余隙高度(顶隙): 上止点时活塞最高顶面与气缸盖底平面之垂 直距离。 6 压缩容积Vc: 活塞位于上止点时，在活塞顶上方的全部空间 容积。 7 气缸工作容积: 活塞
4、从上止点到下止点所扫过的气缸容积。 8 气缸总容积: 活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸容 积，它是压缩室容积和工作容积之和。 9 压缩比: 气缸总容积与压缩容积的比值，常以表示。111.3柴油机基本工作过程进气 压缩 燃烧和膨胀 排气什么叫做四冲程柴油机？若柴油机工作循环的五个过程是通过进气、压缩、燃烧和膨胀、排气 四个行程（曲轴转720度）来实现，这种柴油机叫做四冲程柴油机。 12Four stroke working cycleprincipleInduction 吸气行程Power 作功行程Compress 压缩行程Exhaust 排气行程Two stroke working cy
5、cle- principleexpansionscavengeexhaustcompress柴油机基本工作原理15四冲程柴油机的工作原理示意图3070 220250CA 0.080.095MPa600700 140160CA 36MPa14001800 130160CA 5-8(13) MPa230260 1.05-1.1MPa动画1617柴油机整体拆装柴油机动作机理18一、柴油机的类型按工作循环分 四冲程和二冲程柴油机按是否增压分 增压和非增压柴油机按转速分低速、中速和高速柴油机按活塞形式分 筒型活塞和十字头式柴油机按气缸排列分 直列式和V型柴油机按机器转向分 右旋和左旋柴油机按是否逆转分
6、可逆转和不可逆转柴油机1.4柴油机的分类和特点19筒形活塞式和十字头式直列式和V型柴油机20V型柴油机直列式柴油机21二、柴油机的型号生产厂家机型及标号含义技术特征国产船用柴 油机6ESDZ43/82A 6气缸数 ESDZ技术特征 43/82气缸直径（cm ）/活塞行程（cm） A改进型号E二冲程 S十字头 D可逆转 Z增压MAN-B&W公司 6L60MC/MCE 6气缸数 L冲程形式（L：长冲 程，S：超长冲程） 60气缸直径（cm） MC/MCE技术特征 MC船用等压 增压 E经济型 22二、柴油机的型号生产厂家机型及标号含义技术特征SULZER公司12RND90MC12气缸数 R、D技术
7、特征 90气缸直径（cm ） N改进代号（N： 新型，M：改进型，A ：变型）R焊接结构、二 冲程、十字头 D直接反转，有 推力轴承 L长冲程 T直流扫气三菱重工公 司6UEC85/160C6气缸数 UEC技术特征 85/160气缸直径/ 活塞行程（cm)C改进型号 U二冲程、直流 扫气 E废气涡轮增压 C十字头式23四种程柴油机的正时图n气阀正时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻。n气阀正时圆图：用曲轴转角表示气阀正时的圆图。n气阀重叠角：在上止点前后进气阀和排气阀同时开启着， 对应于这段时间的曲轴转角。24正时图的分析气阀提前开启和延迟关闭 的目的是什么？为了将废气排出干净和增 加空气
8、的吸入量。气阀重叠角有什么好处？适当的重叠角不仅不会使废 气倒灌，而且有助于的废气 的排出和新气的吸入。二冲程柴油机定时圆图25在右图中，进气阀在上止 点前点1开启，在下止点后 点2关闭。其与相应止点的 夹角1、2分别称进气提 前角、进气滞后角。排气 阀在下止点前点5开启，在 上止点后点6关闭，其与相 应止点的夹角3、4分别 称为排气提前角、排气滞 后角。 四冲程柴油机气阀定时圆图26实际配气相位演示上止点下止点2728n 用曲柄转角表示气阀定时的圆图称为定 时圆图。如图，它表示了各工作过程的次 序与规律。 29气阀定时圆图30 总结：四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要 回转两转，每个工作
9、循环中只有膨胀行程是对 外做功的；四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好 在上下止点，而是在上、下止点前后某一时 刻，开启持续角都大于1800（CA）；提前开启和滞后关闭都是为了排气干净并增 加空气吸气量，减少排气耗功；在上止点附近，进气阀和排气阀同时开启， 叫做气阀重叠角。31二、四冲程柴油机工作原理进气行程压缩行程燃烧和 膨胀行程排气行程进气阀一般在活塞到达上止点前打开， 下止点后延迟关闭，进气持续角为 220-2500（CA)自排气阀在膨胀行程末提前打开，到 上止点后关闭为止，持续约230-2600 （CA)自上止点附近开始燃烧，直到活塞到 下止点前结束，压力最高升到13MPa， 温度最
10、高升到1400-1800自进气阀关闭开始压缩，到上止点 为止，压力增高到3-6MPa，温度升高 到600-700，持续角为140-1600（CA)运行动动画3233四冲程柴油机动画演示3434三、二冲程柴油机工作原理活塞在两个行程内完成一个工作循环(曲 轴转动360)的柴油机，叫做二冲程柴油 机。二冲程柴油机的工作过程包括第一行程(压 缩行程)、第二行程(膨胀冲程)和换气过程 (进、排气过程)。压缩行程指活塞从下止点上 行遮住排气口开始(图中点4)，当活塞到达上 止点时，压缩过程结束(图中的点C)。膨胀行 程是指从上止点燃油发火燃烧开始到活塞下行打 开排气口结束(图中的点1)，z点表示缸内的最
11、 大爆发压力点，d2点表示工作循环的最高温度 点，在此过程中燃气膨胀推动活塞下移向外输出 有效功。换气过程是指从膨胀行程终止后开始， 随着活塞的移动，活塞依次打开排气口(点1) 、 打开扫气口(点2)、到达下止点(点0)、关闭扫气 口(点3)、关闭排气口(点4)，到压缩行程开 始前结束。废气排出气缸，新鲜空气进入气缸进 行清扫的过程，不占有单独的行程，因而又称为 “扫气过程”。 35Main propulsion engine1.Exhaust valve（排气阀）2.Cylinder cover（气缸盖） 3.Piston and piston rod（活塞） 4.Cylinder fram
12、e and cylinder liner （气缸体和气缸套） 5.Stuffing box（填料函）6.Crosshead（十字头）7.Connecting rod（连杆）8.Crankshaft, main bearing and thrust bearing（曲轴、主轴 承和推力轴承）9.Frame box and bedplate（机架 和机座）运行动动画n 二冲程柴油机也可以用定时圆图来表示 它的各项定时时刻。图为某二冲程柴油机 的定时圆图。 37二冲程柴油机的换气形式换气形式特点简单横流扫气进排气口位于气缸中心线的两侧回流式扫气进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的 上方 半回流
13、扫气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气缸 内兼有横流与回流的特点 直流式扫气气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀383939简单横流气阀气口直流4040弯流与直流扫气的比较弯流扫气直流扫气换气质量弯流换气质量差直流换气质量好气缸受热受热不均匀，易产生变形受热均匀，不易变形可维修性结构简单，维修方便结构复杂，维修较困 难41四、二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较功率比较 相同气缸尺寸和转速的非增压机，二冲程机功率 为四冲程1.6-1.7倍(有效行程短,换气质量差)。回转均匀性 二冲程柴油机较均匀(曲轴一转就有一个工作过 程)，飞轮尺寸小，输出功率较大。 尺寸比较相同功率条件下，二冲程机
14、的尺寸与重量较小。换气质量 二冲程柴油机较差(换气时间短)，耗气量也大。热负荷 二冲程柴油机较高(作功频繁),喷油嘴喷孔易因 热负荷过高而引起结炭堵塞。 各自优越性提高功率方面，二冲程机优越； 换气质量方面，四冲程机优越。421.增压的目的与定义目的：提高柴油机的单缸功率。定义：提高柴油机的进气压力，增加进气密度，从而达到 在同样的气缸容积中充进更多的空气量，以便喷入更多的燃 油，提高柴油机的平均指示压力和平均有效压力。增压度：柴油机增压后标定功率与增压前标定功率之差值 与增压前标定功率的比值。它表示增压后柴油机功率的增加程度。增压比：柴油机增压压力与环境条件下大气压力或增压器 进口压力之比。
15、它表示增压后进气被压缩的程度或进气能量的增加程度。432. 增压的形式(1)机械增压 增压器由柴油机曲轴通过齿轮直接 驱动，将消耗柴油机的有效功率。随着增压压力的提高，增压器所消 耗的功率也随之增大。当增压压力达到某一值时，增压器 消耗的功率有可能大于柴油机增压的 增益功率，使柴油机的有效功率反而 下降。只适于增压压力小于(0.15-0.17)MPa 的低增压机。图1-12 机械增压示意图 1-离心式压气机；2、3-传动齿轮 ；4-进气总管 机械增压动画44利用柴油机排出废气的能量驱动涡轮旋转 ，带动与涡轮同轴的压气机旋转，给进气增 压。废气涡轮增压原理4546(3)复合增压 既采用涡轮增压，又采用机械增压。可分为串联增压和并联增压。一般单级涡轮增压器的增压压力为0.300.35MPa，今年来，为 了进一步提高增压压力，采用了两级增压两级中冷的增压方案，即 采用两个压比较低的增压器串联，使总的增压压力达到0.40.5 MPa，使柴油机功率大幅度提高。3.增压的分类按增压压力Pk的高低，增压可分为四级：低增压Pk0.15MPa； 中增压Pk=0.150.25MPa；高增压Pk =0.250.35MPa； 超高增压Pk0.35MPa。增压比b: b=Pk/Po Po大气压力或压气机进口压力。47
