項(xiàng)目一柴油機(jī)認(rèn)識(shí)及性能分析

1、項(xiàng)目一項(xiàng)目一 柴油機(jī)認(rèn)識(shí)與性能分析柴油機(jī)認(rèn)識(shí)與性能分析本項(xiàng)目是以船舶柴油機(jī)的基本知識(shí)為基礎(chǔ)。按照學(xué)生應(yīng)具備的知識(shí)和職業(yè)能力要求，應(yīng)能夠熟練識(shí)別柴油機(jī)的類型，了解四沖程和二沖程柴油機(jī)的基本工作原理，會(huì)計(jì)算柴油機(jī)的功率和耗油率，并能分析影響柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的因素，會(huì)采取提高柴油機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性的相應(yīng)的有效措施。項(xiàng)目描述：項(xiàng)目描述： 本項(xiàng)目主要包括： 模塊1 柴油機(jī)的認(rèn)識(shí)； 模塊2 柴油機(jī)性能指標(biāo)計(jì)算； 模塊3 柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析模塊模塊1 柴油機(jī)的認(rèn)識(shí)柴油機(jī)的認(rèn)識(shí)12RT-flex96C 本模塊應(yīng)掌握的內(nèi)容 柴油機(jī)是以柴油或劣質(zhì)燃油為燃料，壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。 本模塊是船舶柴油機(jī)拆裝和

2、維修的基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生通過(guò)對(duì)柴油機(jī)的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí): 了解柴油機(jī)的基本概念，熟悉柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu); 掌握四沖程和二沖程柴油機(jī)的工作原理; 能夠熟練識(shí)別柴油機(jī)的類型，畫(huà)出柴油機(jī)的定時(shí)圓圖; 描述柴油機(jī)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣各個(gè)工作過(guò)程，能比較四沖程和二沖程柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)和特點(diǎn)。11考綱在本模塊的考點(diǎn)一、DE的基本概念蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī) 熱機(jī)：把熱能熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。熱能從何而來(lái)？熱機(jī)燃料機(jī)械能熱機(jī)中發(fā)生了什么？為什么可以把燃料轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？燃料的化學(xué)能通過(guò)燃燒熱能通過(guò)工質(zhì)膨脹機(jī)械能第一次能量轉(zhuǎn)換第二次能量轉(zhuǎn)換滴滴能量轉(zhuǎn)化為澎湃動(dòng)力！我們的目標(biāo)燃?xì)廨啓C(jī)工作原理蒸汽輪機(jī)工作原理Steam tu

3、rbine燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)22 柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別柴油機(jī)柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別汽油機(jī)1.2 柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別二、基本結(jié)構(gòu)參數(shù)三、柴油機(jī)的分類1、 四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī) 按工作循環(huán)可分為四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)兩類。柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣5個(gè)過(guò)程，這5個(gè)過(guò)程緊密相連，缺一不可。四沖程柴油機(jī)是曲軸轉(zhuǎn)兩圈（活塞運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程）完成一個(gè)工作循環(huán)，而二沖程柴油機(jī)是曲軸轉(zhuǎn)一圈（活塞運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程）完成一個(gè)工作循環(huán)。2 、低速、中速和高速柴油機(jī) 柴油機(jī)的速度可以用曲軸轉(zhuǎn)速n（r/min）或活塞平均速度vm（m/s）表示。 曲軸轉(zhuǎn)一圈活塞運(yùn)動(dòng)上下兩個(gè)沖

4、程，故： 2S= vmn/60 即vm=Sn/30 （m/s）按轉(zhuǎn)速分： 低速柴油機(jī)：n300 r/min vm 6 m/s 中速柴油機(jī)：300 n 1000 r/min vm= 69 m/s 高速柴油機(jī)：n1000 r/min vm 9 m/s3 筒形活塞式和十字頭式柴油機(jī) 前者優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕；缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)時(shí)有側(cè)推力，活塞與缸套間磨損較大，一般用于中高速機(jī)。后者活塞不承受側(cè)推力，可使用劣質(zhì)燃油，工作可靠壽命長(zhǎng)，但是重量高度增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般用于大型低速二沖程機(jī) 4直列式和V形柴油機(jī) 船用柴油機(jī)通常均為多缸機(jī)。直列式柴油機(jī)的氣缸數(shù)因曲軸剛度和安裝上的限制一般不超過(guò)12缸，當(dāng)缸數(shù)超

5、過(guò)12缸時(shí)通常采用V形柴油機(jī)，它具有兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率。V形機(jī)的氣缸數(shù)可達(dá)18甚至24，氣缸夾角通常為90、60或45。V形機(jī)具有較高的單機(jī)功率和較小的比重量，主要用于中高速柴油機(jī)中。 直列式柴油機(jī) V形柴油機(jī)5右旋和左旋柴油機(jī) 觀察者由柴油機(jī)功率輸出端向自由端看，正車時(shí)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的柴油機(jī)稱右旋柴油機(jī)，反之則左旋柴油機(jī)。單臺(tái)布置的船舶主機(jī)通常為右旋。雙擊雙槳推進(jìn)裝置的船舶（客輪），由船尾向船首看，布置在右舷的右旋柴油機(jī)，排氣側(cè)在右側(cè)，操縱側(cè)即凸輪軸側(cè)在左側(cè)（內(nèi)側(cè)），右舷的則相反。6可逆轉(zhuǎn)和不可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī) 可由操縱機(jī)構(gòu)改變自身轉(zhuǎn)向的柴油機(jī)稱為可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)。

6、在船舶上凡直接帶動(dòng)定距螺旋槳的柴油機(jī)均為可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)；凡帶有倒正車離合器、倒正車齒輪箱或可變螺距漿的柴油機(jī)以及船舶發(fā)電機(jī)均為不可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)。7 增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī) 在柴油機(jī)中，用增加進(jìn)氣壓力來(lái)提高功率的方法稱為柴油機(jī)的增壓。增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)的主要區(qū)別在于進(jìn)氣壓力不同，增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力較高，而非增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力是大氣壓力。生產(chǎn)廠家機(jī)型及標(biāo)號(hào)含義技術(shù)特征國(guó)產(chǎn)船用柴油機(jī)6ESDZ43/82A6氣缸數(shù)ESDZ技術(shù)特征43/82氣缸直徑（cm）/活塞行程（cm）A改進(jìn)型號(hào)E二沖程S十字頭D可逆轉(zhuǎn)Z增壓MAN-B&W公司6L60MC/MCE6氣缸數(shù)L沖程形式（L：長(zhǎng)沖程，S：

7、超長(zhǎng)沖程）60氣缸直徑（cm）MC/MCE技術(shù)特征MC船用等壓增壓E經(jīng)濟(jì)型SULZER公司12RND90M12氣缸數(shù)R、D技術(shù)特征90氣缸直徑（cm）N改進(jìn)代號(hào)（N：新型，M：改進(jìn)型，A：變型）R焊接結(jié)構(gòu)、二沖程、十字頭D直接反轉(zhuǎn)，有推力軸承L長(zhǎng)沖程T直流掃氣三菱重工公司6UEC85/160C6氣缸數(shù)UEC技術(shù)特征85/160氣缸直徑（cm）/活塞行程（cm）C改進(jìn)型號(hào)U二沖程、直流掃氣E廢氣渦輪增壓C十字頭式四、船用柴油機(jī)標(biāo)號(hào)五、 四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理 進(jìn)氣 壓縮 膨脹 排氣3.1 ?什么叫做四沖程柴油機(jī)什么叫做四沖程柴油機(jī)若柴油機(jī)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程是通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、膨脹

8、和排氣四個(gè)行程（曲軸轉(zhuǎn)720度）來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種柴油機(jī)叫做四沖程柴油機(jī) 。四沖程柴油機(jī)的工作原理示意圖第一行程 進(jìn)氣行程 這一沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣?；钊缮现裹c(diǎn)下行，進(jìn)氣閥a己打開(kāi)由于氣缸容積不斷增大，缸內(nèi)壓力下降，依靠氣缸內(nèi)外的氣壓差作用，新鮮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥被吸入氣缸。由于受流阻等影響，在進(jìn)氣過(guò)程的大部分時(shí)間里，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力到下止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣壓約為0.08MPa-0.095MPa，溫度約為30-70。 第一行程 進(jìn)氣行程 為了使柴油機(jī)作功更完善，必須在進(jìn)氣過(guò)程盡可能多吸入新鮮空氣。為此，整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程是超過(guò)曲柄轉(zhuǎn)角180的，曲柄位于點(diǎn)1時(shí)進(jìn)氣閥己打開(kāi)，曲柄位于點(diǎn)2時(shí)進(jìn)氣閥才關(guān)

9、閉。進(jìn)氣閥開(kāi)啟始點(diǎn)至上止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣提前角。下止點(diǎn)到進(jìn)氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣延遲角。整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程所占的總角度也叫進(jìn)氣持續(xù)角(陰影線所示的角度)約為220-250曲柄轉(zhuǎn)角。進(jìn)氣熱力過(guò)程變化見(jiàn)圖中1-2曲線。第二沖程 壓縮沖程 這一沖程的任務(wù)是壓縮第一沖程吸入的空氣，提高空氣的溫度與壓力，為柴油饑燃燒及膨脹作功創(chuàng)造條件?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，自進(jìn)氣閥a關(guān)閉(曲柄到達(dá)點(diǎn)2)開(kāi)始?jí)嚎s，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)(曲柄到達(dá)點(diǎn)3)為止。活塞上行，氣缸容積減少，缸內(nèi)氣體壓力相溫度隨之升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，壓力增高到3-6MPa，溫度升至600 -700 (柴油的自燃溫度為250 左右)通常壓縮終了

10、的氣體壓力和溫度分別用pc和tc表示。四沖得機(jī)壓縮過(guò)程所占的總角度約為140-160曲柄轉(zhuǎn)角，壓縮熱力過(guò)程變化如圖2-3曲線。第三沖程 燃燒和膨脹沖程 這一沖程的任務(wù)是完成兩次能量轉(zhuǎn)換。在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，燃油經(jīng)噴油器C以霧狀噴入氣缸的高溫高壓空氣中，并與其混合，在上止點(diǎn)附近自燃，由于燃油強(qiáng)烈燃燒，使氣缸內(nèi)氣體溫度迅速上升到1400-1800 或更高些壓力增加干5MPa一8MPa，其至15MPa以上。燃燒產(chǎn)生的最高壓力稱最高爆發(fā)壓力，用Pz表小，最高溫度用Tz表示。高溫高壓燃?xì)?即工質(zhì))膨脹推動(dòng)活塞下行作功。在上止點(diǎn)后的某一時(shí)刻(曲柄位于點(diǎn)4)燃燒基本結(jié)束燃?xì)饫^續(xù)膨脹，到排氣閥b在下止點(diǎn)前點(diǎn)5

11、開(kāi)啟時(shí)膨脹過(guò)程結(jié)束。膨脹終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.25MPa0.45MPa，溫度約為600700 ， 四沖程機(jī)燃燒膨脹過(guò)程所占的總角度約為130-160曲柄轉(zhuǎn)角。熱力過(guò)程變化如圖3-4-5曲線。第四沖程 排氣沖程 這一沖程的任務(wù)是將作功后的廢氣排出氣缸外，為下一循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)入提供條件。這階段，要求廢氣排得越干凈越好。所以與進(jìn)氣閥啟閉一樣，排氣閥也是提前開(kāi)啟，延遲關(guān)閉。排氣閥b開(kāi)啟時(shí)，活塞尚在下行，廢氣靠氣缸內(nèi)外壓力差進(jìn)行自由排氣。從排氣閥開(kāi)啟到下止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣提前角。當(dāng)活塞從下止點(diǎn)上行時(shí)，廢氣被活塞推出氣缸，此時(shí)排氣過(guò)程是在略高于大氣壓力(約1.05-1.1大氣壓)，且在壓力基本

12、不變的情況下進(jìn)行的。排氣閥一直延遲到活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后(曲柄位于點(diǎn)6)才關(guān)閉，這樣可利用氣流的慣性作用，繼續(xù)排出廢氣。上止點(diǎn)到排氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣延遲角。四沖程機(jī)排氣沖程所占的總角度約為230-260曲柄轉(zhuǎn)角。其熱力過(guò)程變化如圖5-6曲線。四沖程柴油機(jī)的工作原理示意圖3070 2202500.080.095MPa600700 14016036MPa14001800/600-700 1301605-8(15) /0.25-0.45MPa2302601.05-1.1MPa四沖程柴油機(jī)定時(shí)圓圖 四沖程柴油機(jī)的進(jìn)、排氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉都不在上、下止點(diǎn)，而是在上、下止點(diǎn)前后的某一時(shí)刻，它們的開(kāi)

13、啟持續(xù)角均大于180 A。進(jìn)、排氣閥在上、下止點(diǎn)前后啟閉的時(shí)刻稱為氣閥定時(shí)。通常氣閥定時(shí)用距相應(yīng)止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角A來(lái)表示。用曲柄轉(zhuǎn)角表示氣閥定時(shí)的圓圖稱為定時(shí)圓圖。它表示了各工作過(guò)程的次序與規(guī)律。四沖程柴油機(jī)定時(shí)圓圖氣閥重疊角 由圖可以看出，在上止點(diǎn)前后，進(jìn)氣閥和排氣閥同時(shí)開(kāi)啟著，同一氣缸的進(jìn)、排氣閥在上止點(diǎn)前后同時(shí)開(kāi)啟所對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角。 在氣閥疊開(kāi)期間，進(jìn)氣管、氣缸、排氣管連通，此時(shí)利用廢氣的流動(dòng)慣性，除可避免廢氣倒沖進(jìn)氣管外，尚可抽吸新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并利用新氣趕出廢氣，實(shí)現(xiàn)燃燒室掃氣。此時(shí)不但可以提高換氣質(zhì)量，還可以利用進(jìn)氣冷卻燃燒室周圍部件。因而，四沖程柴油機(jī)均勻一定的氣閥

14、重疊角，而且增壓柴油機(jī)的氣閥重疊角均大于非增壓機(jī)。增壓和非增壓柴油機(jī)氣閥重疊角的比較增壓和非增壓柴油機(jī)氣閥重疊角的比較名稱非增壓柴油機(jī)增壓柴油機(jī)開(kāi)啟關(guān)閉開(kāi)啟關(guān)閉進(jìn)氣閥上止點(diǎn)前15-30下止點(diǎn)后10-30上止點(diǎn)前40-80下止點(diǎn)后20-40排氣閥下止點(diǎn)前35-45上止點(diǎn)后10-20下止點(diǎn)前40-55上止點(diǎn)后40-50重疊角25-5080-1301）經(jīng)歷“進(jìn)氣壓縮 膨脹 排氣”四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。2）完成一個(gè)工作循環(huán)，氣缸內(nèi)完成了換氣（排氣+進(jìn)氣）、壓縮、噴油、燃燒、膨脹五個(gè)過(guò)程。3）柴油機(jī)工作性能與各工作過(guò)程運(yùn)行質(zhì)量和起始、終止點(diǎn)關(guān)系密切。4）四沖程柴油機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，

15、即720；而完成一個(gè)工作循環(huán)，進(jìn)、排氣閥和噴油泵只需動(dòng)作一次，配氣凸輪和噴油凸輪在一個(gè)循環(huán)中只轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（360曲軸轉(zhuǎn)角）。曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為2 ：1。5）四個(gè)行程中，只有膨脹行程才對(duì)外作功，其余三個(gè)行程都要消耗功。在單缸柴油機(jī)中，需有較大的飛輪來(lái)供給這三個(gè)行程所需的能量；而在多缸柴油機(jī)中，則借助于其他氣缸膨脹作功過(guò)程來(lái)供給，飛輪可小些。6）柴油機(jī)由停車狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，必須借助外力驅(qū)動(dòng)使其起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，使壓縮終點(diǎn)壓力和溫度達(dá)到一定值后，噴入氣缸的燃油才能發(fā)火燃燒，柴油機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。四沖程柴油機(jī)工作原理總結(jié)四沖程柴油機(jī)工作原理總結(jié)特別要求： 1、理解四個(gè)行程的工作過(guò)程 2、會(huì)看

16、懂氣閥正時(shí)圓圖； 3、理解氣閥重疊角和燃燒室掃氣 的意義； 4、知道增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)氣閥重疊角的比較。 四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理6、二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)的工作原理什么叫做二沖程柴油機(jī)若柴油機(jī)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程是通過(guò)二個(gè)行程（曲軸轉(zhuǎn)360度）來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種柴油機(jī)叫做二沖程柴油機(jī) 1、換氣壓縮行程換氣：d-h-a(0-3-4)壓縮：a-c(4-c)噴油著火2、膨脹換氣行程膨脹燃燒：c-z-b（c-z-1）換氣：b-f-d（ 1-2-0）廢氣渦輪增壓式柴油機(jī)廢氣渦輪增壓式柴油機(jī) 二沖程柴油機(jī)的定時(shí)圓圖二沖程柴油機(jī)的定時(shí)圓圖總結(jié)：總結(jié)：二沖程柴油機(jī)每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)一

17、轉(zhuǎn)；二沖程柴油機(jī)每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)；換氣過(guò)程在下止點(diǎn)附近完成，壓縮過(guò)程換氣過(guò)程在下止點(diǎn)附近完成，壓縮過(guò)程90-18090-1800 0（CA)CA)，膨脹過(guò)程小于膨脹過(guò)程小于1801800 0（CA) CA) ，換氣過(guò)程一般為換氣過(guò)程一般為130-150130-1500 0（CA) CA) ；進(jìn)氣過(guò)程包含在排氣過(guò)程中，進(jìn)氣的同時(shí)進(jìn)氣過(guò)程包含在排氣過(guò)程中，進(jìn)氣的同時(shí)還可幫助排氣，此稱為掃氣。因此，換氣還可幫助排氣，此稱為掃氣。因此，換氣過(guò)程也稱為掃氣過(guò)程。過(guò)程也稱為掃氣過(guò)程。二沖程柴油機(jī)的換氣形式彎流掃氣(loop)橫流掃氣式回流掃氣式半回流掃氣式直流掃氣(uniflow)氣閥-氣口式氣口-

18、氣口式氣口-氣閥式直流二沖程柴油機(jī)氣口-氣口式直流二沖程柴油機(jī) 兩個(gè)連桿 兩個(gè)曲軸 進(jìn)氣和排氣能力大 高度大，成本高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 燃燒室在氣缸套中部，熱負(fù)荷高。圖1-11 直流掃氣示意圖 圖1-11 直流掃氣示意圖 CD截面CD截面AB截面AB截面A AB BC CD DA AB BC CD DAB截面AB截面CD截面CD截面圖1-13 橫流、回流、半回流掃氣示意圖圖1-13 橫流、回流、半回流掃氣示意圖(a)(a)(b)(b)(c)(c)二沖程柴油機(jī)的換氣形式換氣形式換氣形式特點(diǎn)特點(diǎn)橫流掃氣橫流掃氣進(jìn)排氣口為與氣缸中心線的兩側(cè)進(jìn)排氣口為與氣缸中心線的兩側(cè)回流式掃氣回流式掃氣進(jìn)排氣口在氣缸下部同一側(cè)且排氣口在進(jìn)氣口進(jìn)排氣口在氣缸下部同一側(cè)且排氣口在進(jìn)氣口的上方的上方半回流掃氣半回流掃氣進(jìn)氣口布置在排氣口的下方及兩側(cè)，氣流在氣進(jìn)氣口布置在排氣口的下方及兩側(cè)，氣流在氣缸內(nèi)兼有橫流與回流的特點(diǎn)缸內(nèi)兼有橫流與回流的特點(diǎn)直流式掃氣直流式掃氣氣缸下部均布一圈進(jìn)氣口，在氣缸蓋上有排氣氣缸下部均布一圈進(jìn)氣口，在氣缸蓋上有排氣閥閥彎流與直流掃氣的比較彎流與直流掃氣的比較彎流掃氣彎流掃氣直流掃氣直流掃氣換氣質(zhì)量換氣質(zhì)量彎流換氣質(zhì)量差彎流換氣質(zhì)量差直流換氣質(zhì)量好直流換氣質(zhì)量好氣缸受熱氣缸受熱受熱不均勻，易產(chǎn)生變形受熱不均勻，易產(chǎn)生變形受熱均