柴油機(jī)基本知識(shí)講座.ppt

,柴油機(jī)基本知識(shí)講座,中高曼恩柴油機(jī)有限公司,創(chuàng)新、共贏、整合、開(kāi)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(dòng)力機(jī)械的簡(jiǎn)稱）的一種。熱機(jī)是把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)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(dòng)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(guò)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(dòng)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(shí)，體積減小，溫度和壓力升高，氣體膨脹時(shí)，體積增大，溫度和壓力降低。柴油機(jī)在工作過(guò)程中，工質(zhì)經(jīng)歷了壓縮和膨脹的的循環(huán)過(guò)程，在這一過(guò)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(guò)程就是柴油機(jī)做功和實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程。 (3) 結(jié)合柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)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?dòng)活塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)由曲軸和連桿組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)變，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工作機(jī)械組成動(dòng)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(lái)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(jì)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(shí)，柴油燃燒實(shí)際上需要的空氣量約為理論計(jì)算值的2倍左右）。 (5) 柴油機(jī)工作的四個(gè)過(guò)程: 吸氣過(guò)程（吸入或壓入新鮮空氣至氣缸中） 壓縮過(guò)程（通過(guò)壓縮提高空氣的壓力和溫度） 噴油、燃燒、膨脹過(guò)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(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)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(jì)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(shí)、定量的噴射柴油。 （結(jié)合簡(jiǎn)圖從活塞和曲軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步說(shuō)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(gè)工作過(guò)程中看出只有燃燒膨脹過(guò)程是對(duì)外做功輸出功率的過(guò)程，其余三個(gè)過(guò)程都是耗功過(guò)程。柴油機(jī)的功率、扭矩是間歇性、周期性變化的。工作過(guò)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(dòng)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(jì)有多缸機(jī)，如9L32/40就是9個(gè)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(duì)外做功、輸出功率不是同時(shí)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(gè)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(jì)的發(fā)火順序，這又是綜合考慮整個(gè)柴油機(jī)的受力、振動(dòng)、平衡的結(jié)果，如從飛輪端看為順時(shí)針?lè)较蛐D(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(jiǎn)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(gè)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(gè)工作循環(huán)，因此具有如下特點(diǎn)： 1.沒(méi)有單獨(dú)的進(jìn)排氣過(guò)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(shí)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(méi)有（取決于掃氣方式）固此結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(shí)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(dòng)，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(guò)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(zhǎng)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(duì)飛輪端（在船上也就是面對(duì)船舶的尾端），曲軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱為右旋機(jī)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱為左旋機(jī)。多缸機(jī)的缸號(hào)編號(hào)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(duì)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(shí)安裝兩臺(tái)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(zhǎng)度方向）剖畫(huà)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(huà)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(duì)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(duì)某柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有個(gè)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(hào)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(gè)基礎(chǔ)，兩個(gè)核心，十個(gè)系統(tǒng)（裝置）。 一個(gè)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(gè)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(gè)核心進(jìn)行的。 十個(gè)系統(tǒng)（裝置）是：起動(dòng)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(rùn)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(shuō)明該機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)簡(jiǎn)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(jì)簡(jiǎn)要分析 ： 1、曲軸（主軸承）采用倒掛式結(jié)構(gòu) 曲軸設(shè)計(jì)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(jì)上并無(wú)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(jì)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(jì)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(dòng)力單元，方便了維修，動(dòng)力單元是當(dāng)前柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)別具一格；活塞銷上無(wú)任何鉆孔（過(guò)去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(rùn)滑一改傳統(tǒng)的飛濺供油，改為專門(mén)的氣缸潤(rùn)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(jì)簡(jiǎn)要分析,7、凸輪軸做成左右兩根，為各自的正時(shí)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(dòng)、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(jì)成功能不同的腔室：在飛輪端做成正時(shí)齒輪傳動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)兩根凸輪軸；在自由端做成減震器及輔助傳動(dòng)齒輪腔，驅(qū)動(dòng)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(shuō)效率不高。）；增壓器橫向布置于機(jī)體上端部（對(duì)船機(jī)布于飛輪端，對(duì)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?chē)娪推飨到y(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(cè)、保護(hù)、報(bào)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(zhǎng)時(shí)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(shí)、配氣正時(shí)都有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，技術(shù)儲(chǔ)備充分。,二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成,發(fā)動(dòng)機(jī)橫剖圖： 11000012050_01_-.pdf 發(fā)動(dòng)機(jī)縱剖圖： 11000012051_01_-.pdf,L 32/40發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面，聯(lián)軸器端視圖,V 32/40發(fā)動(dòng)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(dòng)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(gè)平均的概念，簡(jiǎn)要說(shuō)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(píng)價(jià)冷車(chē)起動(dòng)性能，對(duì)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(dòng)、噪聲。 5.可靠性、使用壽命：首次故障時(shí)間、故障平均間隔時(shí)間、吊缸期、大修期。 5類性能綜合起來(lái)考評(píng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。 一臺(tái)柴油機(jī)，其動(dòng)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(guò)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(jì)，如主要零件的強(qiáng)度、剛度等機(jī)械負(fù)荷、潤(rùn)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(duì)機(jī)器的特定用途，使用情況的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)零部件和系統(tǒng)做出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。,同類機(jī)型的性能比較表,L32/40柴油機(jī)和國(guó)內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的同類機(jī)型的性能比較見(jiàn)下表。,同類機(jī)型的性能簡(jiǎn)要分析,簡(jiǎn)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(shuō)明L 32/40機(jī)的動(dòng)力性能很高，達(dá)國(guó)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(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，取+5%公差計(jì)算，最高的ge值亦僅為194.25g/kw.h，應(yīng)該說(shuō)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(guó)內(nèi)外同類機(jī)型比較最突出的是動(dòng)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(gè)機(jī)型分別高出13.66%24%，此外針對(duì)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(wèn)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(jì)，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(jìng)爭(zhēng)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?jiǎng)恿π阅苤笜?biāo)，基本結(jié)構(gòu)尺