第一章_柴油機基本知識

1、 船舶柴油機第一章第一章柴油機基本知識柴油機基本知識功率：功率：70000KWL：25MH：13MB：7M第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論二、柴油機的類型四、柴油機在船舶動力裝置中的應用三、船用柴油機的標號一、柴油機的基本概念輪機概論輪機概論 4 熱機熱機 (Thermal Engine)：將熱能轉換為機械能的動力機械。熱機內燃機 (Internal combustion engine)外燃機 (External combustion engine)汽油機 (Gasoline engine)柴油機 (Diesel engine)蒸汽機 (Steam engine)蒸汽輪機 (Steam tu

2、rbine engine)燃氣輪機 (Gas turbine engine)第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的基本概念第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機：柴油機：是一種壓縮發(fā)火的往復式內燃機。使用柴油或劣質油做燃料，在氣缸內與空氣混合形成可燃混合氣，缸內燃燒采用壓燃式發(fā)火(Compression (Compression ignition)ignition)。柴油機在熱機中具有最高的熱效率。柴油機在熱機中具有最高的熱效率。柴油機柴油機柴油機的優(yōu)點：1 1 經濟性好。經濟性好。2 2 功率范圍寬廣功率范圍寬廣3 3 尺寸小，重量輕尺寸小，重量輕4 4 機動性好機動性好, ,適應船舶

3、航行的各種工況要求適應船舶航行的各種工況要求5 5 可靠性高，壽命長，維修方便可靠性高，壽命長，維修方便柴油機的缺點：振動和噪音振動和噪音工作條件惡劣工作條件惡劣 6 固定部件 (Fixed parts)氣缸蓋氣缸體、汽缸套機架機座等運動部件 (Moving parts)活塞組件連桿曲軸第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的基柴油機的基本組成本組成柴油機的基本結構 7 第二章第二章 船舶柴油機動力裝置船舶柴油機動力裝置燃燒室組件氣缸蓋 (Cylinder cover)氣缸 (Cylinder)活塞 (Piston)往復回轉活塞 (Piston)連桿 (Connecting rod)曲軸 (

4、Crankshaft)輔助裝置啟動系統 (Starting sys.)燃油系統 (F.O sys)滑油系統 (L.O sys)冷卻系統 (Cooling sys.)操縱機構、換向機構第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的基柴油機的基本組成本組成第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的柴油機的基本結構基本結構參數參數上止點上止點 (Top Dead Center, TDC)：活塞在氣缸中運動到最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠的位置。下止點下止點 (Bottom Dead Center, BDC)：活塞在氣缸中運動到最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置。行程行程 (Stroke

5、)：活塞從上止點移動到下止點的距離。行程等于曲軸曲柄半徑的2倍?；钊苿右粋€行程，曲軸轉180。VsVas上止點下止點Vc(8)氣缸總容積(） (9)壓縮比(4)缸徑(D) (5)氣缸余隙容積(V) (6)余隙高度(頂隙)(7)氣缸工作容積（）第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的柴油機的基本結構基本結構參數參數氣缸總容積與壓縮室容積之比值:CScsccaVVVVVVV1第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機的類型1、四沖程柴油機和二沖程柴油機（按工作循環(huán)分）2、低速、中速和高速柴油機（按柴油機的轉速分）7、增壓柴油機和非增壓柴油機3、筒形活塞式和十字頭式柴油機（按柴油機的結構特點分）4

6、、直列式和V型柴油機（按柴油機汽缸的排列分）5、右旋和左旋柴油機6、可逆轉和不可逆轉柴油機第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論直列四沖程柴油機V型四沖程柴油機第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論二沖程柴油機第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論低速柴油機 300r/min Vmm/s中速柴油機 3001,000 r/min Vm m/sm/s高速柴油機 n1,000 r/min Vm9 m/s第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論筒形活塞式 十字頭式直列機V型機第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論船用柴船用柴油機的油機的標號標號國產柴油機 低速柴油機 6ESDZ43/82B國外柴油機 SULZER（NSD）

7、- RD，RND，RLA，RTAMAN-B&W-MC, L-MC/MCE, S-MC-C三菱-UEC第一節(jié)第一節(jié) 柴油機總論柴油機總論柴油機在船舶柴油機在船舶動力裝置中的動力裝置中的應用應用在船舶動力裝置中占絕對的主導地位，目前占在船舶動力裝置中占絕對的主導地位，目前占98%98%以上的份額以上的份額主要造機公司：低速機 MAN B&W公司 Wrtsil瑞士公司 三菱公司（日本） 中速機 Wrtsil瑞士公司 MAN B&W公司 德國的Mak公司目前技術發(fā)展方向：經濟性 可靠性 電子技術 排放控制 第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理一、柴油機理論循環(huán)和實際循環(huán)二、四沖程柴

8、油機工作原理三、二沖程柴油機工作原理四、 二沖程柴油機的換氣形式第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機理論循柴油機理論循環(huán)和實際循環(huán)環(huán)和實際循環(huán)1、柴油機理論循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán) 混合加熱循環(huán) （現代柴油機循環(huán)）繼續(xù)膨脹循環(huán)第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理理論循環(huán)的熱效率第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理11111ktkk式中：壓縮比壓力升高比初期膨脹比工質絕熱指數第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理2、柴油機實際循環(huán)6、其他損失1、工質的影響工質的成分變化；工質比熱的變化；工質的高溫分解；工質分子數的變化2、氣缸壁的傳熱損失3、換氣損失4、燃燒損失5、泄漏損失第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原

9、理基本工作原理：基本工作原理：采用壓縮發(fā)火使燃料在氣缸內燃燒，產生高溫、高壓的燃氣工質在氣缸中膨脹推動活塞作往復運動，再通過活塞連桿曲柄機構將往復運動轉變?yōu)榍S的回轉運動，從而對外界做功。柴油機工作過程柴油機工作過程 (Working process)：燃油在柴油機氣缸中燃燒必須通過進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣進氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個過程的全部熱力循環(huán)過程。二沖程柴油機二沖程柴油機 (Two-stroke diesel engine)：用活塞的兩個行程完成柴油機的一個工作循環(huán)的柴油機。四沖程柴油機四沖程柴油機 (Four-stroke diesel engine)：用活塞的四個行程完成

10、柴油機的一個工作循環(huán)的柴油機。柴油機工柴油機工作原理作原理第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理第一行程-進氣行程進氣行程 (Inlet stroke)：活塞從上止點下行，進氣閥打開，排氣閥關閉，新鮮空氣進入氣缸。進氣閥在上止點前打開，下止點后關閉，進氣持續(xù)220-250曲軸轉角。四沖程柴四沖程柴油機工作油機工作原理原理第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理第二行程-壓縮行程壓縮行程 (Compression stroke)：活塞從上止點上行，進氣閥關閉，排氣閥關閉。氣缸內空氣空氣被壓縮，壓力3-6MPa，溫度600-700C。壓縮后期噴油器噴油，燃油與空氣混合、加熱、自行發(fā)火燃燒。壓縮過程持續(xù)140-1

11、60曲軸轉角。第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理第三行程-燃燒和膨脹行程燃燒和膨脹行程 (Combustion & expansion stroke)：燃油猛烈燃燒，氣缸內燃氣燃氣壓力5-8MPa，溫度1400-1800C。高溫高壓的燃氣膨脹推動活塞下行做功。膨脹過程在排氣閥開啟時結束。該行程持續(xù)120-140曲軸轉角。第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理第四行程-排氣行程排氣行程 (Exhaust stroke)：進氣閥關閉，排氣閥打開。圖中5-下止點，活塞下行，廢氣靠壓差排出?；钊韵轮裹c上行，廢氣被活塞排出氣缸。排氣閥在上止點后關閉。該行程持續(xù)230-260曲軸轉角。四沖程柴油機一個工

12、作循環(huán)，曲柄回轉兩轉，四個行程四沖程柴油機一個工作循環(huán)，曲柄回轉兩轉，四個行程中只有第三行程對外做功。其它三個行程運動所需的能量，對于多缸柴油機來源于正在做功的氣缸，而對于單缸柴油機則來源于曲軸上的飛輪 (Flywheel) 。第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理 氣閥定時和氣閥重疊角氣閥定時和氣閥重疊角氣閥正時圓圖61521432下止點上止點正時正時 (Timing)：進、排氣閥的啟閉時刻稱為氣閥正時。以上、下止點前后曲柄轉角表示(稱為氣閥提前角、滯后角)。排氣持續(xù)角e=3+180+4氣閥的提前開啟與延后關閉是為了將廢氣排除干凈、增加空氣的吸入量，利于燃油的燃燒，

13、減少排氣耗功。氣閥重疊角氣閥重疊角 (Angle of valve overlap)：進上止點前后進氣閥和排氣閥同時開啟，這段重疊著的曲柄轉角稱為氣閥重疊角。氣閥重疊可實現燃燒室掃氣。第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理 只有壓縮和膨脹行程，取消吸、排氣行程二沖程柴二沖程柴油機工作油機工作原理原理第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理 四沖程與二沖程柴油機的比較四沖程與二沖程柴油機的比較: :l二沖程機的熱負荷比四沖程機高 二沖程柴油機功率大，約為四沖程機的 1.6倍1.8倍。 二沖程柴油機回轉比四沖程機均勻 二沖程柴油機的換氣機構較簡單 二沖程柴油機的換氣質量較四沖程機差第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原

14、理二沖程柴油二沖程柴油機的換氣形機的換氣形式式柴油機的換氣柴油機的換氣: :換氣過程換氣過程 (Gas exchange process)：每個工作循環(huán)必須排出廢氣、吸入新鮮空氣，從排氣過程、掃氣過程到進氣過程結束的整個氣體交換過程。4S機換氣質量好。2S機換氣與排氣同時進行，新氣與廢氣混合，換氣質量差。2S機的換氣形式包括：簡單橫流掃氣、回流掃氣、半回流掃氣、直流掃氣。換氣過程:(1)簡單橫流掃氣 (Cross/transverse scavenging) (2)回流掃氣 (Loop scavenging) (3)半回流掃氣 (Hemi-loop scavenging) (4)排氣閥-掃氣口

15、直流流掃氣 (Exhaust valve-scavenge port uniflow scavenging) 第二節(jié) 柴油機熱力循環(huán)和工作原理 (1) (2) (3) (4)第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數 柴油機的性能通?？梢詮膭恿π?、經濟性、運轉性、可靠性和耐久性加以衡量。 本節(jié)著重分析動力性和經濟性指標。 一、指示指標 二、有效指標 三、其它常用參數第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數一、指示指標l1平均指示壓力l2指示功率l3指示熱效率和指示油耗率b()指示指標 以氣缸內示功圖所表示的工作循環(huán) 指示功為基礎，主要用來評定缸

16、內 工作循環(huán)的完善程度。第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數1、平均指示壓力 假定一個數值不變的壓力作用在活塞上，在一個膨脹行程內所作的功與一個工作循環(huán)的指示功相等，這個假想的壓力就稱為平均指示壓力 Lp （ 或） pL/()L/V(Pa）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數2指示功率l指示功率是指柴油機氣缸內的工質在單位時間內所作的指示功(kW)l柴油機每個氣缸每個工作循環(huán)工質所作的指示功iis（） 單缸指示功率 Pi / 60（）或 Pi /60000（）整機指示功率 pVnmi/60,000（） 每轉工作行程數， 四沖程機m；二

17、沖程機；令氣缸常數 C= （）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數l指示熱效率為指示功的熱當量與相應消耗的燃料熱量之比值 /吸入l對于一臺柴油機，當測得和B時 3,600Pi/BHB每小時油耗量，；所用燃料低熱值，通常取42,700；l指示油耗率 以一千瓦指示功率每小時 消耗的燃油量表示 （）第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數二、有效指標1 有效功率Pe2 平均有效壓力pe3 有效熱效率e和有效油耗率b e 有效指標是以在柴油機輸出軸上所得到的 有效功為基礎的，它既考慮熱損失也考慮 機械損失，它是評定柴油機工作性能的最 終指標。第三

18、節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數1、有效功率Pe和機械效率ml有效功率 從柴油機曲軸飛輪端傳出的功率， 用P e表示。 l機械損失功率 作用在活塞上的指示功率傳遞到曲軸的(有效功率)過程中所損失的功率。(1)摩擦損失 (2)拖動損失功率 (3)泵氣損失功率 =e機械效率 是有效功率與指示功率P之比值 影響機械效率的因素:柴油機負荷 轉速 滑油溫度 冷卻水溫度第三節(jié)第三節(jié) 柴油機的性能指標和工作參數柴油機的性能指標和工作參數2、平均有效壓力l平均有效壓力是柴油機在每一工作循環(huán)每單位氣缸工作容積所作的有效功/平均機械損失壓力/的數值取決于工作循環(huán)進行的完善程度和 機械損失的大小，它是衡量柴油機作功能力