二沖程柴油機剖析

1、一、概 述在本次實習(xí)的船舶為散貨船， 在甲板上分別有錨機， 絞纜機，救生艇等機械。 在機艙中則有主機，鍋爐，油水分離器，發(fā)電機，應(yīng)急發(fā)電機，分油機，空氣壓 縮機，造水機等重要機器，當(dāng)然還有各種泵，如離心泵，往復(fù)泵，齒輪泵等。對 于各種重要機器，我們可以在機艙集控式對各機器的壓力等參數(shù)進行控制檢查。 當(dāng)然我們還有舵機房等，當(dāng)在機艙集控室不能使用時我們可以進行各種手動操 作。實習(xí)對于輪機工程專業(yè)技術(shù)的學(xué)生來說很重要的一個教學(xué)環(huán)節(jié)， 將書本上的 理論聯(lián)系到實際中去。機艙是船舶的動力輸出中心，但柴油機卻是機艙的心臟， 它負(fù)責(zé)船舶的大部分動力輸出設(shè)備，為其提供能源，使其能正常運行。所以，機 艙值班不僅僅

2、能使船舶能正常的航行， 也是船舶安全航行的重要保障， 尤其柴油 機的正常運行更是其中的重點。 在機艙中， 大型的船舶設(shè)備很重要， 但也不能忽 視小型設(shè)備，如濾器，它能過濾燃油中的雜質(zhì)，使設(shè)備能更好的運轉(zhuǎn)。雖說實習(xí) 生很累，但實習(xí)這段期間卻是我們能更好的掌握各種設(shè)備各種技術(shù)各種理論使其 能更好的融合在一起的黃金時光， 這也是我們以后的基礎(chǔ)。 初次上船， 我們對所 有機器都不熟悉， 一個機器里能有很多設(shè)備， 一個設(shè)備里又有各種功能， 不過我 們應(yīng)該去了解他們， 學(xué)習(xí)它們的作用， 堅持不放過每一次的學(xué)習(xí)機會， 使我們能 掌握更多的知識。船舶柴油機是船舶中一種不可缺少的設(shè)備， 它分有五大系統(tǒng)： 燃油系

3、統(tǒng)， 滑 油系統(tǒng)，空氣系統(tǒng)，淡水冷卻系統(tǒng)， 海水冷卻系統(tǒng)。 它有單杠，多缸柴油機之分。 同時又有二沖程， 四沖程柴油機， 其中，二沖程柴油機換氣質(zhì)量不如四沖程柴油 機，但二沖程柴油機功率比四沖程柴油機大。、主機柴油機（一）二沖程柴油機通過活塞的兩個沖程完成一個工作循環(huán)的柴油機稱為二沖程柴油機，油機完 成一個工作循環(huán)曲軸只轉(zhuǎn)一圈，二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)相同， 主 要差異在配氣機構(gòu)方面。二沖程柴油機沒有進氣閥，有的連排氣閥也沒有，而是 在氣缸下部開設(shè)掃氣口及排氣口；或設(shè)掃氣口與排氣閥機構(gòu)。并專門設(shè)置一個由 運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣的掃氣箱，利用活塞與氣口的配合完成配 氣，從而簡

4、化了柴油機結(jié)，在四沖程柴油機中，活塞走四個沖程才完成一個工作 循環(huán)，其中兩個沖程（進氣和排氣），活塞的功用相當(dāng)于一個空氣泵。在二沖程柴 油機中，曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，即活塞每兩個沖程就完成一個工作循環(huán)， 而進氣和排氣 過程是利用壓縮及工作過程的一部分來完成的，所以二沖程柴油機的活塞沒有空 氣泵的作用，為了排除燃燒后的廢氣，并把新鮮空氣充滿氣缸，必須在柴油機上 安裝專用的掃氣泵（增壓器）。（二）二沖程柴油機工作原理 二沖程柴油機的一個工作循環(huán)是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈內(nèi)完成的。即實現(xiàn)進氣、壓縮、 這種柴油機的壓縮和膨 而進氣和排氣則是在膨 后進氣，并有進排氣重膨脹和排氣這四個步驟是在360。曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)完成的。 脹

5、是一個比較完整的活塞行程，所以稱為二沖程柴油機。 脹過程結(jié)束和壓縮過程開始前的很短的時間內(nèi)（先排氣、疊）完成的。（1）掃氣及壓縮沖程：排氣口關(guān)閉時，氣缸中的空氣就開始被壓縮。當(dāng)壓縮至上止點前點時，噴油器將 燃油噴入氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，自行著火燃燒?；钊上轮裹c向上移動，活塞在遮住掃氣口之前，由掃氣泵供給儲存在掃氣箱內(nèi) 的空氣，通過掃氣口進入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進入氣缸的空氣通過排氣口 掃出氣缸?；钊^續(xù)上行，逐漸遮住掃氣口，當(dāng)掃氣口完全關(guān)閉后（此時曲柄在 點位置，空氣停止充人，排氣還在進行，這階段稱為“過后排氣階段”。排氣口關(guān)閉時（此時曲柄在點位置，氣缸中的空氣就開始被壓縮。當(dāng)壓

6、縮至上止點前點時，噴油器將燃油噴人氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點附近發(fā)火， 自行著火燃燒。本沖程結(jié)束，并與前一沖程形成一個完整的工作循環(huán)。（2）燃燒膨脹及排氣沖程：燃油在燃燒室內(nèi)著火燃燒，生成高溫高壓燃?xì)??；钊谌細(xì)獾耐苿酉拢缮现裹c 向下運動，對外作功。（此時曲柄在點位置，此時燃?xì)馀蛎涀鞴Y(jié)束，氣缸內(nèi)大 量廢氣靠自身高壓自由排氣，從排氣口排人到排氣管。）活塞下行直至排氣口打 開，膨脹作功結(jié)束，氣缸內(nèi)大量廢氣靠自身壓力從排氣口排入到排氣管。當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力降至接近掃氣壓力時，下行活塞把掃氣口打開，掃氣空氣進入氣缸，同 時把氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口趕出氣缸。活塞運行到下止點，本沖程結(jié)束。（

7、三）二沖程柴油機的示功圖其中ak線為掃氣過程,k點為掃氣終點，它取決于進氣孔和排氣閥關(guān)閉時刻。有的機型是排氣閥和進氣孔同時關(guān)閉。 有的排氣閥提前關(guān)閉。k-c線為壓縮過程，其中c點為開始向氣缸噴油的時刻。在第二沖程中，c-m線為膨脹過程，其中c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階 段，z點為最高燃燒壓力點，m點為排氣閥開始打開的時刻。這時燃燒產(chǎn)物便從 氣缸經(jīng)排氣閥、排氣管排入大氣，壓力迅速下降，如 m-n線所示，當(dāng)氣缸內(nèi)的壓 力大約等于貯氣置室的壓力時，進氣孔才被打開 （n點），這時新鮮空氣應(yīng)入氣缸 進行掃氣過程，如n-a線所示。從二沖程柴油機的工作原理可知， 在掃氣過程中，活塞不做有效功，相對這

8、部分 活塞行程容積Vn稱為損失容積，而活塞的實際工作容積為：而實際壓縮比為:幾何壓縮比與四沖程柴油機一樣為:掃氣過程容積損失的多少通常用損失容積 Vn對幾何工作容積Vh的 比值表示：在二沖程柴油機中，y=1038%。現(xiàn)代四沖程和二沖程發(fā)動機都成功的使用在各個領(lǐng)域，他們都有各自的特點，一般船用大型低速柴曲機中均采用二沖程發(fā)動機，而中、高速柴濁機采用四沖程發(fā)動機的居多。正相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)功機的功率理應(yīng)比四沖程發(fā)動機增加一 倍，但實際上，由于掃氣容積的損失，充氣時間較短，廢氣清除困難以及驅(qū)動掃 氣須要消耗一部分功率等原因，使二沖程發(fā)動機的功率只增加6070%左右。二沖程發(fā)動機叫另一優(yōu)

9、點是扭矩的均勻性比四沖程發(fā)動機好，因為它曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)完成一個工作循環(huán)。掃氣過程時間短是二沖程發(fā)動機的一大缺點，此外，二沖程 發(fā)動機的活塞、氣缸蓋、氣缸，氣閥的溫度都比四沖程發(fā)動機高。(四) 二沖程柴油機的主要零部件：(1) 主要固定件：柴油機的主要固定件由機座、 機架、氣缸和氣缸蓋等組成，它們構(gòu)成了柴油機的骨架，支撐運動件和輔助系統(tǒng)。氣缸蓋是燃燒室的上蓋。除和 氣缸套、活塞共同組成燃燒室外，在它上面還要安裝各種閥件。這些閥件有噴油 器、氣缸起動閥、示功閥、安全閥、排氣閥 （氣閥-氣口式二沖程柴油機）等。另 外，對于設(shè)置進、排氣閥的氣缸蓋上還要布置進、排氣道和氣閥搖臂機構(gòu)。（2）主要運動件：柴油機

10、的主要運動件由活塞、連桿組件2曲軸組成，還有十字頭組 件。活塞與氣缸及氣缸蓋構(gòu)成燃燒室， 保證柴油機工作過程的進行，同時通過連 桿將活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動， 使燃?xì)馔苿踊钊膭恿νㄟ^曲軸以回 轉(zhuǎn)的方式向外輸出。十字頭組件是船用二沖程十字頭式柴油機的特有部件。它的主要作用是將活塞組件和連桿組件連接起來，把活塞的氣體力和慣性力傳給連 桿，承受側(cè)推力并給活塞在氣缸中的運動導(dǎo)向。 主要包括十字頭本體，十字頭滑 塊和十字頭軸承（連桿小端軸承）等。（五）換氣方式：直流換氣結(jié)構(gòu)：它的換氣是由上下的進、排氣兒完成的，故稱氣孔式直流換氣的二沖程柴油機。進、排氣孔的開啟和關(guān)閉分別由上、下活塞控制。工作時

11、，兩個活塞在氣缸內(nèi)作相對運動，燃燒室 位于中部，兩個活塞通過連桿與上、下曲軸連接，兩曲軸通過 齒輪輪連接，從一處對外輸出有效功。（六）二沖程柴油機的應(yīng)用范圍：現(xiàn)在二沖程柴油機基本用作大型船機， 其它行業(yè)已很少使用。船用柴油機已是民 用船舶、中小型艦艇和常規(guī)潛艇的主要動力。（七）優(yōu)缺點：1.優(yōu)點（1）動力比四沖程柴油機好，因為它的壓縮比比四沖程柴油機高而且廢氣排放 要好。（2）二沖程機因為比四沖程機減少了 2個沖程，所以效率要比四沖程機高。（3）二沖程機多采用十字頭結(jié)構(gòu)，因為活塞行程長，同樣功率所需要的爆炸壓 力更低，對燃燒室部件機械要求降低。（4）活塞行程長，沖擊減小，震動減少。（5）扭矩的均

12、勻性比四沖程柴油機好，因為它曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)完成一個工作循環(huán)。6） 回轉(zhuǎn)較均勻7） 結(jié)構(gòu)較簡單 2. 缺點（1）二沖程柴油機油耗大，因為它的燃油利用率要低些，有相當(dāng)一部分的油氣 沒有燃燒或燃燒不充分就被排放出去， 所以尾氣中的碳?xì)浠衔锉人臎_程的高好 幾倍。（2）二沖程機器啟動所需要的缸數(shù)多。（3）掃氣過程時間短，掃氣不如四沖程機完全，造成對增壓器的依賴。（4）二沖程柴油機的活塞、氣缸蓋、氣缸、氣閥的溫度都比四沖程柴油機高許 多。（ 5）換氣質(zhì)量差、熱效率低（6）熱負(fù)荷較高三、柴油機系統(tǒng)1、燃油系統(tǒng) ：日用油柜、輸油泵、高壓油泵、高壓油管、噴油器以及連接 管路、燃油粗細(xì)濾器、閥件等；2、潤滑系統(tǒng) ：

13、滑油循環(huán)油柜、滑油泵、滑油粗細(xì)濾器、滑油冷卻器、溫度 調(diào)節(jié)閥、液流閥、安全閥、連接管路及內(nèi)部管道、閥件等；3、冷卻系統(tǒng) ：膨脹水柜、淡水泵、海水泵、海淡水濾器、淡水冷卻器、溫 度調(diào)節(jié)閥、連接管路及冷卻水腔、閥件等；4、啟動系統(tǒng) ：空壓機、空氣瓶、手動控制閥、主啟動法、缸頭啟動閥、空 氣分配器、分配器凸輪、連接管路、閥件等； （ 電動啟動：充電發(fā)電機、蓄電瓶、 啟動馬達(dá)、等 ）5、增壓系統(tǒng) ：增壓器、中冷器等；6、控制系統(tǒng) ：低壓電原、控制屏、聲光報警器、壓力繼電器、壓力接觸器、 溫度繼電器、溫度接觸器、溫度感溫泡、控制開關(guān)等；7、換向系統(tǒng) ：四沖程柴油機采用拖動式雙凸輪(有頂升式和過度式)，組

14、 成：空氣瓶、截止閥、減壓閥、操縱閥、換向油缸、換向油缸、換向拉桿、凸輪 軸及正倒車凸輪；8、調(diào)速系統(tǒng) ：調(diào)速器分為機械調(diào)速器、電子調(diào)速器、液壓調(diào)速器(雙反饋 全制式液壓調(diào)速器和表盤式調(diào)速器)四、柴油機的故障及處理一、燃油路密封不嚴(yán)檢查方法(1) 低壓油路密封不嚴(yán)： 當(dāng)松開噴油泵放氣螺釘，用手油泵泵油，油中混有 氣泡，如果持續(xù)泵油氣泡能排盡，說明輸油泵出口到噴油泵之間某處密封不嚴(yán)。 這段油路內(nèi)油壓高于大氣壓， 其密封不嚴(yán)處在柴油機工作時只會漏油， 不會進氣。 應(yīng)查出漏油處， 給予修理。 當(dāng)手油泵泵油， 而噴油泵放氣螺釘松開后沒有油流出 或油中氣泡排不盡， 說明油路內(nèi)吸人了空氣， 而空氣是從油箱

15、至輸油泵進口這段 油路內(nèi)密封不嚴(yán)處吸入的。 這段油路內(nèi)其壓力低于大氣壓力， 空氣極容易從不嚴(yán) 處進入，引起柴油機自行滅火?？刹槌雒芊獠粐?yán)處，給予排除。柴油機工作無力甚至熄火， 而且熄火后往往不好啟動。 經(jīng)以上方法檢查油路 正常，這有可能是輸油泵密封不良而引起泵油不良或不泵油， 可對輸油泵進行檢 查。方法是擰松噴油泵放氣螺釘， 并按下柴油機起動按鈕， 若放油螺釘處向外噴 油，說明輸油泵工作正常；若噴油不暢或不噴油，說明輸油泵有故障，應(yīng)予以檢 查排除。(2) 高壓油路密封不嚴(yán)： 某缸高壓油路中有氣體。氣體是從柴油機氣缸內(nèi)沿 噴油器開啟時， 經(jīng)高壓油管和出油閥進入噴油泵以及到低壓油路。 這種進氣過程

16、 緩慢，一般柴油機工作一段時間才會滅火。 再次排除油路空氣后， 工作一段時間 又會滅火。 造成這種故障的原因有兩個， 一是出油閥密封不良； 二是噴油器密封 破壞。具體用下列方法逐一判斷檢查：出油閥偶件密封性的檢查 ：首先拆下噴油泵高壓油管接頭， 將油門放在停 車位置，用手油泵泵油， 觀察是否從出油閥緊座往外溢油， 若有溢油說明出油閥 密封不嚴(yán)；若沒有柴油溢出，則說明出 憫密封良好。噴油器密封性檢查 ：拆下高壓油管噴油泵一端接頭螺母， 將高壓油管接頭 插入盛有柴油的容器中， 然后用起動機帶動柴油機運轉(zhuǎn)， 若高壓油管接頭處有氣 泡排出，則說明噴油器密封不嚴(yán)，反之則說明噴油器密封良好。二、單缸柴油機

17、氣門漏氣的車上檢查方法 氣門漏氣會造成氣缸壓力不足，燃燒不良，冒黑煙，柴油機功率下降，燒壞 氣門。檢查氣門漏氣的方法是：（1）排氣門漏氣的檢查方法： 搖轉(zhuǎn)曲軸， 同時注意觀察進氣門的運轉(zhuǎn)情況， 在發(fā)現(xiàn)進氣門將開啟時， 用手掌蓋嚴(yán)排氣管口， 繼續(xù)搖轉(zhuǎn)曲軸直到進氣門關(guān)閉為 止，可反復(fù)幾次，在此過程中， 如手心有吸氣感覺， 說明排氣門關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣， 應(yīng)進行修理。（ 2）進氣門漏氣的檢查方法 ：先拆下空氣濾清器，搖轉(zhuǎn)曲軸，當(dāng)發(fā)現(xiàn)排氣門 開啟時，用手按嚴(yán)進氣管口到排氣門將要關(guān)閉為止， 也可反復(fù)進行多次， 在此過 程中，若手掌心有排氣感覺，說明進氣門關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣，應(yīng)該進行修理。三、水溫過高 （即開鍋

18、） 故障檢查方法（1） 可能產(chǎn)生的原因 ：冷卻系統(tǒng)水量不足；風(fēng)扇皮帶過松或損壞；冷卻系統(tǒng) 中水垢過多，引起散熱不良；水泵損壞；散熱器上有油污；負(fù)荷過重；供油時間 過晚；節(jié)溫器失靈，冷卻水不能進行大循環(huán)。（2） 查找故障原因的方法和步驟 ：根據(jù)柴油機故障診斷原則，先由簡單、表 面的原因人手，檢查冷卻系統(tǒng)是否缺水、風(fēng)扇帶松不松、散熱器上有無污物、負(fù) 荷是否過重。這些項目檢查、調(diào)整后故障若沒有排除，則可調(diào)整供油時間。拆下 節(jié)溫器后，若故障仍然存在，則進一步檢查水泵，先打開水箱蓋觀察，若水箱內(nèi) 有翻動現(xiàn)象， 說明水泵沒有損壞， 最后再用清洗液清洗冷卻系統(tǒng)， 使故障最終徹 底排除。這樣根據(jù)故障診斷原則，

19、一步一步地查找，可避免。五、船舶柴油機的開車和完車操作一、啟動前的準(zhǔn)備：1、檢查主柴油機油底殼油位是否正常，不足時予以補充；2、檢查調(diào)速器和透平油位，不足時予以補充；3、檢查主機膨脹水柜水位，不足時予以補充；4 、確認(rèn)盤車機在脫開狀態(tài)，否則不能啟動主機；5、檢查啟動空氣管路壓力應(yīng)在 18bar 以上，并排放啟動系統(tǒng)中的冷凝水；6、開啟主機淡水預(yù)加熱器， 并啟動循環(huán)泵， 使高溫冷卻水進行預(yù)熱循環(huán)保持淡水溫度在60 C以上；7、本機型特別要求在啟動主機前， 所有的蓋板和保護罩必須安裝固定在機器 上，否則不能啟動機器；、機旁手動啟動 ：1、控制方式轉(zhuǎn)為機旁操作； ;2、檢查主機燃油、滑油、高低溫淡水

20、、海水管路及發(fā)電機淡水冷卻系統(tǒng)的相 關(guān)閥門是否打開，并啟動發(fā)電機淡水冷卻泵，及主機海水泵；3、啟動主機預(yù)潤滑泵，檢查工作壓力為 3.0Bar 。4、打開主機啟動空氣系統(tǒng)的進口閥，同時檢查主機各系統(tǒng)有無漏泄；5、檢查機旁儀表顯示屏情況，應(yīng)顯示主機 stand by 狀態(tài)；6、將燃油停車手柄置于停車位置，打開缸頭示功閥進行沖車檢查缸內(nèi)情況， 沖車后關(guān)閉示功考克；7將然油停車手柄置于正常工作位置， 按下啟動按鈕啟動主機。（初次啟動時， 應(yīng)手動控制停車手柄逐步加速，直至達(dá)到正常轉(zhuǎn)速。然后將手柄置于工作位 置）；8. 仔細(xì)檢查主機運轉(zhuǎn)情況，并觀察機旁儀表指示是否正常，有無報警。 當(dāng)確認(rèn)工作狀態(tài)正?？赏ㄖ姍C員進行配電操作， 并關(guān)閉啟動空氣進口閥；三、完車操作 ：1、將車鐘放置完車位置，檢查并確認(rèn)主機燃油操縱桿已在停車位置。2、關(guān)掉啟動空氣系統(tǒng)、空氣閥、主啟動系統(tǒng)供氣閥及管路中間截止閥（鎖定 主啟動閥，關(guān)閉操縱系統(tǒng)空氣及泄放管內(nèi)殘氣） 。3、停燃油系統(tǒng)低壓燃油輸送泵。4、停主機海水泵、關(guān)閉主機海水泵進中、出口控制閥。5、接上轉(zhuǎn)車