柴油機(jī)基本知識講座.ppt

,柴油機(jī)基本知識講座,中高曼恩柴油機(jī)有限公司,創(chuàng)新、共贏、整合、開放,一、柴油機(jī)基本工作原理 二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成 三、柴油機(jī)的性能參數(shù),主要內(nèi)容,6L32/40船用主機(jī),一、柴油機(jī)基本工作原理,一、柴油機(jī)基本工作原理,輔 機(jī),一、柴油機(jī)基本工作原理,概述 柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，內(nèi)燃機(jī)又是熱機(jī)（熱能動力機(jī)械的簡稱）的一種。熱機(jī)是把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動力機(jī)械。柴油機(jī)、汽油機(jī)都同屬于內(nèi)燃機(jī)，它們具有相同的工作特點(diǎn)，都是將燃料在發(fā)動機(jī)的氣缸內(nèi)部燃燒，并直接利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓的燃?xì)庠跉飧字信蛎涀龉Γ敵龉β?。在?nèi)燃機(jī)中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能又轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這兩次能量轉(zhuǎn)換都發(fā)生在氣缸內(nèi)部。,一、柴油機(jī)基本工作原理,柴油機(jī)基本工作原理 (1) 柴油機(jī)的燃料是柴油 （2）柴油的燃燒是通過柴油油霧與空氣混合后形成的可燃混合氣（稱謂工質(zhì)），經(jīng)壓縮后自行著火、燃燒，所以柴油機(jī)又稱為壓燃式內(nèi)燃機(jī)。（汽油機(jī)中工質(zhì)燃燒是利用火花塞點(diǎn)火的方式，故汽油機(jī)又稱為點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)） 作為工質(zhì)的可燃混合氣即是氣體，氣體的特性除可流動外，更重要的是具有壓縮、膨脹的特性（體現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)中）。氣體壓縮時，體積減小，溫度和壓力升高，氣體膨脹時，體積增大，溫度和壓力降低。柴油機(jī)在工作過程中，工質(zhì)經(jīng)歷了壓縮和膨脹的的循環(huán)過程，在這一過程中，工質(zhì)的體積、壓力和溫度都要發(fā)生相應(yīng)的變化，變化的過程就是柴油機(jī)做功和實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程。 (3) 結(jié)合柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，簡要敘述柴油機(jī)的基本工作原理：新鮮空氣被吸入氣缸后，與噴入氣缸中的柴油油霧形成混合氣，經(jīng)壓縮自行著火，繼而在氣缸內(nèi)快速燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓的燃?xì)庠跉飧字信蛎?，推動活塞做往?fù)直線運(yùn)動，再通過由曲軸和連桿組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方式的轉(zhuǎn)變，將活塞的往復(fù)運(yùn)動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動工作機(jī)械組成動力機(jī)組。,一、柴油機(jī)基本工作原理,(4) 柴油機(jī)燃燒必須要有助燃劑氧氣，氧氣來自空氣。 根據(jù)柴油的化學(xué)成份（約含碳86%，氧13%，其它1%），經(jīng)理論計算，一公斤重量的柴油完全燃燒約需要14.32公斤的空氣。（量值概念：1立方米的空氣，在常溫25條件下，約為1.2公斤），（柴油機(jī)工作時，柴油燃燒實(shí)際上需要的空氣量約為理論計算值的2倍左右）。 (5) 柴油機(jī)工作的四個過程: 吸氣過程（吸入或壓入新鮮空氣至氣缸中） 壓縮過程（通過壓縮提高空氣的壓力和溫度） 噴油、燃燒、膨脹過程（向氣缸中噴射柴油，呈霧化狀，并與壓縮空氣混合，自行著火燃燒，膨脹做功） 排氣過程（將做完功的廢氣自氣缸中排出）,四沖程柴油機(jī)的工作原理,一、柴油機(jī)基本工作原理,(6)以單缸柴油機(jī)為例，介紹簡要結(jié)構(gòu)和基本結(jié)構(gòu)參數(shù) 單缸柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖（橫剖面）如圖示: 圖中給出了柴油機(jī)的主要零部件，名稱如圖注。 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)尺寸： 氣缸直徑：D 活塞行程：S 氣缸工作容積：Vh Vh=活塞面積行程 活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動的上、下極端位置分別稱為上止點(diǎn)、下止點(diǎn)。 曲軸曲柄銷中心到主軸頸中心的距離即是曲軸的回轉(zhuǎn)半徑，稱為曲柄半徑，計為R,顯然2R=S,R=S/2 氣缸蓋上的進(jìn)氣閥控制進(jìn)氣，排氣閥控制排氣， 氣缸蓋上的噴油器向氣缸定時、定量的噴射柴油。 （結(jié)合簡圖從活塞和曲軸的運(yùn)動進(jìn)一步說明四沖程柴油機(jī)）,一、柴油機(jī)基本工作原理,(7) 多缸柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 從上述單缸柴油機(jī)的四個工作過程中看出只有燃燒膨脹過程是對外做功輸出功率的過程，其余三個過程都是耗功過程。柴油機(jī)的功率、扭矩是間歇性、周期性變化的。工作過程的循環(huán)不息是曲軸上輸出端的飛輪蓄能作用和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動慣性造成的。 為了提高柴油機(jī)的單機(jī)功率、改善功率、扭矩的均勻性，所以設(shè)計有多缸機(jī)，如9L32/40就是9個氣缸的直列機(jī)，此外還有V型機(jī)等更多缸數(shù)的機(jī)器。 多缸機(jī)上各氣缸對外做功、輸出功率不是同時發(fā)生，而是輪流進(jìn)行的，這是由曲軸的結(jié)構(gòu)保證的。各氣缸之間的著火間隔角=柴油機(jī)一個工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角度/缸數(shù) 9L30/40柴油機(jī)的發(fā)火間隔角=720/9=80 各缸的輪流做功的順序取決于設(shè)計的發(fā)火順序，這又是綜合考慮整個柴油機(jī)的受力、振動、平衡的結(jié)果，如從飛輪端看為順時針方向旋轉(zhuǎn)的9L32/40機(jī)，發(fā)火順序?yàn)?-6-3-2-8-7-4-9-5.,一、柴油機(jī)基本工作原理,(8) 簡述二沖程柴油機(jī)的工作原理和特點(diǎn) 四沖程柴油機(jī)一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)二轉(zhuǎn)（720），而二沖程柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)就完成一個工作循環(huán)，因此具有如下特點(diǎn)： 1.沒有單獨(dú)的進(jìn)排氣過程，進(jìn)排氣是在接近活塞下止點(diǎn)的上下位置幾乎是同時進(jìn)行的，廢氣的排出是利用壓力較高的新鮮空氣將廢氣從氣缸中清掃出去（稱掃氣），因此在結(jié)構(gòu)上需要較高壓力的掃氣泵；2.缸蓋上不設(shè)進(jìn)氣閥，可以有排氣閥甚至連排氣閥也沒有（取決于掃氣方式）固此結(jié)構(gòu)較簡單，氣缸上設(shè)有進(jìn)（掃）氣孔；3.在氣缸直徑、行程、轉(zhuǎn)速相同的前提下，二沖程柴油機(jī)的工作循環(huán)和做功頻率比四沖程高一倍，因此二沖程的功率高（但達(dá)不到高一倍的程度）；4.由于循環(huán)時間短，換氣質(zhì)量差，燃燒室零件熱負(fù)荷高，加至掃氣泵由柴油機(jī)本身驅(qū)動，要耗功，機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性差，柴油消耗率較高；5.當(dāng)前中小功率的柴油機(jī)中，二沖程機(jī)器已較少應(yīng)用，但在單機(jī)功率很大的船舶推進(jìn)主機(jī)廣泛使用大型、低速二沖程機(jī)。,彎流掃氣式-回流二沖程柴油機(jī)工作原理,直流掃氣式二沖程柴油機(jī)圖片,直流掃氣式二沖程柴油機(jī)工作原理,二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成,柴油機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的一些規(guī)定： 柴油機(jī)是通過飛輪聯(lián)接工作機(jī)械，輸出功率的； 沿柴油機(jī)縱向（即曲軸的長度方向）兩端分別稱為飛輪端（32/40圖紙上稱為聯(lián)軸節(jié)端）和自由端；面對飛輪端（在船上也就是面對船舶的尾端），曲軸順時針旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱為右旋機(jī)，逆時針旋轉(zhuǎn)的稱為左旋機(jī)。多缸機(jī)的缸號編號以近飛輪端為第一缸，2，3，4依序向自由端數(shù)。柴油機(jī)還有左、右機(jī)之分，同樣是面對飛輪端，排氣管位于機(jī)器右側(cè)的，稱右機(jī)，位于左側(cè)的，稱左機(jī)，在船上如同時安裝兩臺主機(jī)，為了操縱的便利，往往采用左右機(jī)。 了解、分析柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，看圖要結(jié)合柴油機(jī)的縱、橫剖面圖，縱剖面是沿機(jī)器的縱向（即曲軸長度方向）剖畫的，能清楚的看到機(jī)器兩端的不同結(jié)構(gòu)；橫剖面是沿柴油機(jī)的左右橫向剖畫的，能清楚的看到機(jī)器左右兩側(cè)的不同結(jié)構(gòu)，橫剖面一般是從飛輪端看的。 觀察柴油機(jī)實(shí)物，建議依下列順序看，飛輪端 機(jī)器的操縱側(cè)面（該側(cè)面上往往能看到噴油泵、調(diào)速器、儀表板、操縱裝置等） 自由端 非操縱側(cè)面（即操縱面的對側(cè)，該側(cè)面上往往能看到排氣管等部件），觀察實(shí)物僅對某柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有個概括的了解，結(jié)合機(jī)器的縱、橫剖面總圖和各主要零部件的圖紙就能較全面的了解該型號柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了。,二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成,一般的柴油機(jī)總體結(jié)構(gòu)組成可以概括為：一個基礎(chǔ)，兩個核心，十個系統(tǒng)（裝置）。 一個基礎(chǔ)：指機(jī)體、機(jī)座，柴油機(jī)絕大部分零部件、系統(tǒng)裝置，都附裝在機(jī)體（或稱機(jī)身）上； 兩個核心：指燃燒室組件和曲柄連桿結(jié)構(gòu)。燃燒室就是柴油燃燒的空間，是由氣缸蓋底面、活塞頂面和缸套頂部圓柱面組成，它是柴油機(jī)中溫度最高、熱負(fù)荷最重、可靠性和使用壽命最難解決的零部件；曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)中機(jī)械負(fù)荷最大、制造難度最大的零部件；柴油機(jī)的專業(yè)技術(shù)除增壓外，大都是圍繞這兩個核心進(jìn)行的。 十個系統(tǒng)（裝置）是：起動系統(tǒng)，配氣裝置，增壓系統(tǒng)，燃油噴射系統(tǒng)，調(diào)速裝置，燃油（重油）供給系統(tǒng)，機(jī)油潤滑系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)，換向系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)。 以9L32/40柴油機(jī)為例，分析說明該機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)和各部件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和作用 在清晰的了解了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)后，就能編制該柴油機(jī)的裝配關(guān)系和裝配過程。,L 32/40 柴油機(jī)的總體和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡要分析,L 32/40 柴油機(jī)的總體和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡要分析 ： 1、曲軸（主軸承）采用倒掛式結(jié)構(gòu) 曲軸設(shè)計中采用大比例尺寸的連桿曲軸頸和主軸頸，（均為290mm， 比例系數(shù)達(dá)290/320=0.90625）因此曲軸的強(qiáng)度、剛度很好，材料就可采用普通碳鋼，設(shè)計上并無任何工藝強(qiáng)化措施，減輕了制造難度，降低了曲軸和整機(jī)的生產(chǎn)成本； 2、連桿設(shè)計采用了船用大頭的結(jié)構(gòu)形式，為增大連桿軸頸提供了條件； 3、為保證缸套頭部的冷卻效果，參用大型低速機(jī)的設(shè)計思路，缸套頭部做成燃燒環(huán)和缸套凸肩，此機(jī)構(gòu)有新意； 4、支撐環(huán)、燃燒環(huán)、缸套、連桿活塞組，組成了一組動力單元，方便了維修，動力單元是當(dāng)前柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的新潮； 5、活塞采用鋼頂鐵裙的組合式結(jié)構(gòu)，活塞頭部冷卻的機(jī)油通路設(shè)計別具一格；活塞銷上無任何鉆孔（過去傳統(tǒng)設(shè)計必須要有鉆孔），且活塞銷直徑很大，尺寸比例145/320=0.4530.4 ，大大提高了強(qiáng)度和剛度，提高了可靠性； 6、缸套中下部由傳統(tǒng)的水冷改為氣冷（氣冷缸套中下部是MAN機(jī)的特色），缸套和活塞的潤滑一改傳統(tǒng)的飛濺供油，改為專門的氣缸潤滑系統(tǒng)，壓力強(qiáng)制連續(xù)供油（又區(qū)別于大型低速機(jī)的氣缸壓力間歇供油）；,L 32/40 柴油機(jī)的總體和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡要分析,7、凸輪軸做成左右兩根，為各自的正時調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件；凸輪軸做成每缸一段的組合式，方便了制造和裝配；凸輪軸本身帶有減震器，防止支軸系系統(tǒng)扭振的發(fā)生； 8、缸蓋高度較高，使剛度增大，單層底結(jié)構(gòu)，伐座處采用強(qiáng)制冷卻； 9、考慮到直列機(jī)的不同缸數(shù)69缸，從振動、平衡特性要求，在曲軸自由端設(shè)置了尺寸龐大的減震器； 10、機(jī)體兩端分別設(shè)計成功能不同的腔室：在飛輪端做成正時齒輪傳動腔，驅(qū)動兩根凸輪軸；在自由端做成減震器及輔助傳動齒輪腔，驅(qū)動冷卻水泵和機(jī)油泵； 11、增壓器采用MAN公司自己生產(chǎn)配套的NR/S型增壓器，該增壓器是徑流式，效率很高（一般大流量的增壓器都采用軸流式，且徑流式增壓器一般說效率不高。）；增壓器橫向布置于機(jī)體上端部（對船機(jī)布于飛輪端，對發(fā)電機(jī)組布于發(fā)電機(jī)端）；為適應(yīng)不同缸數(shù)的配套要求，增壓系統(tǒng)采用MPC方式； 12、燃油噴射系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的噴油泵高壓油管噴油器系統(tǒng)，噴油泵為單體泵，燃燒室為淺W型，并有高壓共軌噴油系統(tǒng)可供選擇； 13、具有一整套完善的控制裝置；電子調(diào)速器，多點(diǎn)油、氣、水、壓力、溫度監(jiān)測、保護(hù)、報警裝置，為監(jiān)控柴油機(jī)，保障使用安全性提供了保證； 14、為適應(yīng)長時間低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的性能要求，（從環(huán)保和節(jié)能出發(fā)）在增壓系統(tǒng)設(shè)有助噴、旁通裝置；噴油正時、配氣正時都有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，技術(shù)儲備充分。,二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成,發(fā)動機(jī)橫剖圖： 11000012050_01_-.pdf 發(fā)動機(jī)縱剖圖： 11000012051_01_-.pdf,L 32/40發(fā)動機(jī)橫截面，聯(lián)軸器端視圖,V 32/40發(fā)動機(jī)橫截面，聯(lián)軸器端視圖,三、柴油機(jī)的性能參數(shù),柴油機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)可分為5類： 1.動力性指標(biāo)：如功率、扭矩、平均有效壓力、活塞平均速度、解釋兩個平均的概念，簡要說明示功圖和活塞速度； 2.經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：燃油消耗率、機(jī)油消耗率、可燒燃油的品質(zhì)； 3.適用性指標(biāo)：評價冷車起動性能，對工作機(jī)械轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化的適應(yīng)性，作為船用柴油機(jī)還要求允許的縱、橫傾斜和搖擺能力（實(shí)為抗風(fēng)浪能力） 4.環(huán)保性指標(biāo)：排放（重點(diǎn)是NOX和碳粒、煙度）、振動、噪聲。 5.可靠性、使用壽命：首次故障時間、故障平均間隔時間、吊缸期、大修期。 5類性能綜合起來考評，就是發(fā)動機(jī)的綜合性能。 一臺柴油機(jī)，其動力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性三類指標(biāo)的優(yōu)劣，關(guān)鍵取決于工質(zhì)燃燒和工作過程的完善程度，要訣是5句話：進(jìn)氣要多、噴油要細(xì)、混合要均、燃燒要快、排氣要凈。 可靠性和耐久性取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計，如主要零件的強(qiáng)度、剛度等機(jī)械負(fù)荷、潤滑、冷卻系統(tǒng)的效果、燃燒室零件承受的熱負(fù)荷。 適用性是針對機(jī)器的特定用途，使用情況的特點(diǎn)，對相關(guān)零部件和系統(tǒng)做出對應(yīng)的設(shè)計。,同類機(jī)型的性能比較表,L32/40柴油機(jī)和國內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的同類機(jī)型的性能比較見下表。,同類機(jī)型的性能簡要分析,簡要分析： 1L 32/40 較其它三機(jī)型，強(qiáng)化度高出13.6624.0%，升功率高出15.6336.32%；說明L 32/40機(jī)的動力性能很高，達(dá)國內(nèi)外領(lǐng)先水平； 2表征經(jīng)濟(jì)性的ge值亦是最低的，考慮到帶全水泵、機(jī)油泵，按國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，取+5%公差計算，最高的ge值亦僅為194.25g/kw.h，應(yīng)該說這在中外中速柴油機(jī)中也是很好的水平。 總之，9L32/40柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)及與國內(nèi)外同類機(jī)型比較最突出的是動力性能，升功率比廣柴、鎮(zhèn)柴的320和洋馬330機(jī)分別高出15.63%36.32%，強(qiáng)化度比上述三個機(jī)型分別高出13.66%24%，此外針對高增壓柴油機(jī)部分負(fù)荷性能（主要是經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性）較差的問題，32/40機(jī)在增壓、配氣、噴油系統(tǒng)方面都有獨(dú)到的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其部分負(fù)荷性能得到很好的改善，是一款先進(jìn)的具有很高競爭力的機(jī)型 。,三、柴油機(jī)的性能參數(shù),附：柴油機(jī)的單機(jī)功率與主要動力性能指標(biāo)，基本結(jié)構(gòu)尺