模块一柴油机基本知识.doc

福建交通职业技术学院教案纸 第 14 页课程： 船舶柴油机 学年 第_ _学期 第 周 月 日教 学 内 容 备 注船舶柴油机（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：①经济性好，在内燃机中具有最高的热效率，可达50%②功率范围广③尺寸小，重量轻④机动性好⑤存在振动，轴系扭转振动和噪音⑥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=2R4）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）VC：活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e：气缸总容积Va与燃烧室容积之比ε=Va/ VC=（Vh+ 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ε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ε过大，会使柴油机PZ过高，工作粗暴，热负荷过大，降低可靠性和缩短柴油机的寿命ε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ε不同：① 小型高速机的ε＞大型低速机② ②非增压机的ε＞增压机③四冲程机的ε＞二冲程机④柴油机的ε＞汽油机B．影响ε的因素：①连杆大小端轴承严重磨损，使活塞组件下沉②十字头销（活塞销）与曲柄销严重磨损③活塞顶面、缸盖底面被烧蚀或积碳，使VC改变④船用大端杆身凸缘与大端轴承座之间的调整垫片厚度⑤缸盖底面密封垫片厚度⑥连杆杆身发生弯曲C．ε的调整方法：①增减气缸头垫片厚度②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：n>1000r/min，Vm＜6m/s；（2）中速柴油机：n=300～1000r/min，Vm=6-9m/s；（3）低速柴油机：n<300r/min，Vm＞9m/s4．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5．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135ｍｍ、四冲程增压船用柴油机；8E350ZDC表示8缸二冲程、缸径为350ｍｍ、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43ｃｍ、冲程82ｃｍ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；S/D增加，燃气的膨胀功增加同时在Vm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hm： 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，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α1表示，α1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α2表示，α2过大，则压缩行程变短一般增压机的α1、α2均大于非增压机气阀开启的延续角约为220˚～250˚CA。

2．压缩行程（1）作用：①使燃烧过程的温度升高，提高工作循环的热效率②提高工质的温度 和压力，为冷车起动和着火作准备③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=3～6MPa； Tc=600～700℃燃油自燃温度为210~270℃3）压缩始点温度过高对柴油机的影响①空气密度减小，充气量减少，氧气供给不足，燃烧不良②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③易引起缸内提前发火3．膨胀行程（1）作用：进行燃烧膨胀对外作功2）PZ=5～8MPa； TZ=1400～1800℃Pb= 0.3～0.6MPa， Tb= 600～700℃4．排气行程（1）作用：将做功后的废气排出缸外，为下一个循环充入新气做准备2）排气提前角：排气阀开启时曲柄与下止点之间的夹角，用β1表示排气阀提前开启有两个好处：①多排出废气②减少排气耗功但β1过大，则膨胀功损失大3）排气延迟角：排气阀关闭时曲柄与上止点之间的夹角用β2表示，β2过大，则排气管中的废气会倒流（活塞下行）一般增压机的β1、β2均大于非增压机气阀开启的延续角约为230˚～260˚CA   进气和排气冲程均大于180˚CA。

二压缩与膨胀冲程均小于180˚CA 综上所述，在四冲程柴油机中，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即720˚曲轴转角而且，在四个行程中。