模塊一柴油機(jī)基本知識(shí)

1、船舶柴油機(jī)（輪機(jī)）-模塊一 柴油機(jī)基本知識(shí)-黃步松 主講福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院船政學(xué)院模塊一 柴油機(jī)基本知識(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、具有柴油機(jī)基本知識(shí)、基本工作原理的能力；2、具有認(rèn)識(shí)柴油機(jī)總體機(jī)構(gòu)的能力；3、具有分析柴油機(jī)性能指標(biāo)、工作參數(shù)的能力。重點(diǎn)：二沖程、四沖程柴油機(jī)的工作原理及性能比較，分類(lèi)、基本概念。難點(diǎn)：定時(shí)圓圖、各性能指標(biāo)的理解。單元一 柴油機(jī)概述一、柴油機(jī)的基本概念1熱機(jī)（1）概念：把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。（2）種類(lèi)： 往復(fù)式蒸汽機(jī) 外燃機(jī) 回轉(zhuǎn)式汽輪機(jī) 熱機(jī) 汽油機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 柴油機(jī) 燃汽輪機(jī)外燃機(jī)：燃料燃燒在氣缸外部，效率低。內(nèi)燃機(jī)：燃料燃燒在氣缸內(nèi)部，效率高。2柴油機(jī)（1）概念

2、：是一種在氣缸內(nèi)進(jìn)行兩次能量轉(zhuǎn)換壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。是熱效率最高的一種內(nèi)燃機(jī)。（2）優(yōu)缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性好，在內(nèi)燃機(jī)中具有最高的熱效率，可達(dá)50%。功率范圍廣。尺寸小，重量輕。機(jī)動(dòng)性好。存在振動(dòng)，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪音。燃燒室部件工作條件惡劣，承受高溫高壓與沖擊負(fù)荷。3柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別：柴油機(jī)與汽油機(jī)雖然都是內(nèi)燃機(jī)，但是它們?cè)诳扇蓟旌蠚庑纬?、發(fā)火方式、使用燃料、性能、結(jié)構(gòu)及壓縮比等方面均有區(qū)別?；旌蠚庑纬砂l(fā)火方式使用燃料性能壓縮比結(jié)構(gòu)柴油機(jī)內(nèi)部壓縮發(fā)火柴油低溫起動(dòng)性能差，工作粗暴，噪音大10-18噴油器汽油機(jī)外部火花塞點(diǎn)火汽油低溫起動(dòng)性能好，工作柔和，噪音小5-9化油器二柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)圖1

3、-1所示是四沖程柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖。（1）上止點(diǎn)（T.D.C.）：活塞離曲軸中心最遠(yuǎn)的位置。（2）下止點(diǎn)（B.D.C.）：活塞離曲軸中心最近的位置。（3）行程：上、下止點(diǎn)間的距離。等于曲柄半徑的兩倍，即S=2R。（4）氣缸直徑：D（5）氣缸工作容積Vh：活塞在上、下止點(diǎn)間移動(dòng)所掃過(guò)的容積（6）燃燒室容積（余隙容積）VC：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)活塞頂與氣缸蓋之間的氣缸容積。（7）氣缸總?cè)莘eVa：氣缸工作容積Vh與燃燒室容積VC之和。（8）余隙高度：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)活塞頂與氣缸蓋之間的距離。（9）壓縮比e：氣缸總?cè)莘eVa與燃燒室容積之比。=Va/ VC=（Vh+ VC）/ VC=1+ Vh/ VC 壓縮

4、比表示活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，把缸內(nèi)空氣壓縮了多少倍，它是柴油機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、燃燒和起動(dòng)性能以及機(jī)械負(fù)荷等有重要的影響。大說(shuō)明缸內(nèi)空氣被壓縮厲害，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力就高，有利于燃油的燃燒和柴油機(jī)的起動(dòng)，并可提高熱效率。但過(guò)大，會(huì)使柴油機(jī)PZ過(guò)高，工作粗暴，熱負(fù)荷過(guò)大，降低可靠性和縮短柴油機(jī)的壽命。過(guò)小，則壓縮終點(diǎn)的氣體壓力和溫度過(guò)低，不利于燃燒，柴油機(jī)起動(dòng)困難耗油率增加，功率下降。A不同的機(jī)型不同： 小型高速機(jī)的大型低速機(jī)。 非增壓機(jī)的增壓機(jī)。四沖程機(jī)的二沖程機(jī)。柴油機(jī)的汽油機(jī)。B影響的因素：連桿大小端軸承嚴(yán)重磨損，使活塞組件下沉。十字頭銷(xiāo)（活塞銷(xiāo)）與曲柄銷(xiāo)嚴(yán)重磨

5、損。活塞頂面、缸蓋底面被燒蝕或積碳，使VC改變。船用大端桿身凸緣與大端軸承座之間的調(diào)整墊片厚度。缸蓋底面密封墊片厚度。連桿桿身發(fā)生彎曲。C的調(diào)整方法：增減氣缸頭墊片厚度。增減連桿大端凸緣與軸承座之間的調(diào)整墊片厚度。三、柴油機(jī)的類(lèi)型1按工作循環(huán)分類(lèi)：四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。2按是否增壓分類(lèi)：增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)。3按曲軸轉(zhuǎn)速分類(lèi)：高速、中速和低速柴油機(jī)。（1）高速柴油機(jī)：n>1000r/min，Vm6m/s；（2）中速柴油機(jī)：n=3001000r/min，Vm=6-9m/s；（3）低速柴油機(jī)：n<300r/min，Vm9m/s。4按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)：（1）筒狀活塞式：活塞起導(dǎo)向作

6、用，缸壁承擔(dān)側(cè)推力。（2）十字頭式： 活塞不起導(dǎo)向作用，缸套沒(méi)有側(cè)推力的作用，導(dǎo)向作用由十字頭滑塊承擔(dān)，側(cè)推力由導(dǎo)板承擔(dān)。氣缸下部加設(shè)一橫隔板，把氣缸與曲軸箱隔開(kāi)，以防氣缸中的污油、結(jié)炭或燃?xì)饴┤肭S箱污染滑油。十字頭式柴油機(jī)可靠性較筒形活塞式高。5按氣缸排列分：（1）直列：氣缸數(shù)小于12缸（2）V型：氣缸夾角有90°、60°、45°。6按轉(zhuǎn)向分：右旋機(jī)：由飛輪端（功率輸出端）向自由端看，正車(chē)時(shí)按有順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的柴油機(jī)。左旋機(jī)：由飛輪端（功率輸出端）向自由端看，正車(chē)時(shí)按有逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的柴油機(jī)。7按可否逆轉(zhuǎn)分：有不可逆轉(zhuǎn)和可逆轉(zhuǎn)柴油機(jī)。四、船用柴油機(jī)的型號(hào)解釋1

7、國(guó)產(chǎn)船用柴油機(jī)的型號(hào)（1）中小型柴油機(jī) 國(guó)產(chǎn)中小型柴油機(jī)系列品種很多，其型號(hào)中一般有氣缸數(shù)、沖程數(shù)、缸徑、技術(shù)特征和改進(jìn)型符號(hào)等內(nèi)容：例如：12V135ZC表示12缸V型排列、缸徑為135、四沖程增壓船用柴油機(jī)；8E350ZDC表示8缸二沖程、缸徑為350、增壓、可倒轉(zhuǎn)船用柴油機(jī)。（2）大型低速柴油機(jī) 國(guó)產(chǎn)大型低速柴油機(jī)，其型號(hào)由氣缸數(shù)、技術(shù)特征、缸徑和沖程、改型符號(hào)等內(nèi)容：例如：8ESDZ43/82B表示8缸二沖程、十字頭式、可倒轉(zhuǎn)、增壓、缸徑為43、沖程82船用柴油機(jī)，為產(chǎn)家第二代產(chǎn)品。2國(guó)外常見(jiàn)船用柴油機(jī)型號(hào)（1）瑞士蘇爾壽（SULZER）型船用低速柴油機(jī)瑞士蘇爾壽（SULZER）公司生

8、產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)有RD、RND、RMD-M、RLA、RLB、RTA、RTA-M等系列產(chǎn)品。例如：6RTA84M柴油機(jī) （2）德國(guó)曼恩MAN型船用低速柴油機(jī)德國(guó)曼恩MAN公司（現(xiàn)已與B&W公司合并）生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)有KZ、KSZ-A、KSZ-B等系列產(chǎn)品。例如：K10Z93/170E柴油機(jī)（3）丹麥B&W公司型船用低速柴油機(jī)丹麥柏瑪斯特韋恩公司（現(xiàn)已與MAN公司合并）生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)有VTBF、VT2BF、K-EF、KEF、KGF、L-GF等系列產(chǎn)品。五、現(xiàn)代船用柴油機(jī)提高經(jīng)濟(jì)性的措施1采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器；2增大行程缸徑比S/D；S/D增加，燃?xì)?/p>

9、的膨脹功增加。同時(shí)在Vm不變的情況下，轉(zhuǎn)速降低，可提高螺旋槳的效率。3提高pz與pe之比； 可提高經(jīng)濟(jì)性，但機(jī)械負(fù)荷也大幅度增加。4增大壓縮比；增壓機(jī)為限制pz，為保證柴油機(jī)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，常降低壓縮比，但經(jīng)濟(jì)性也降低。現(xiàn)在為提高經(jīng)濟(jì)性，仍采用增大壓縮比的措施。5采用VIT機(jī)構(gòu)： 部分負(fù)荷時(shí)可保持較高的pz，改善部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。6提高機(jī)械效率hm： 采用短裙活塞，減少活塞環(huán)數(shù)目以減少磨擦。7采用動(dòng)力渦輪系統(tǒng)（TCS）8軸帶發(fā)電機(jī)；9廢熱再利用： 如廢氣、缸套水再利用。10改進(jìn)噴射與燃燒技術(shù)： 采用高噴油壓力、高噴油率、二級(jí)噴射等。六、現(xiàn)代船用低速機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻2采

10、用旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3采用VIT機(jī)構(gòu)4采用薄壁軸承 廣泛采用高錫鋁薄壁軸承5采用獨(dú)立的氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng) 采用注油量隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整的自動(dòng)控制系統(tǒng)。6曲軸上增設(shè)軸向減振器 一般安裝在自由端。7焊接曲軸單元二 柴油機(jī)總體機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)氣缸蓋氣缸套活塞活塞桿十字頭導(dǎo)板連 桿曲 軸機(jī) 座機(jī) 體曲軸箱掃氣箱廢氣渦輪增壓器排氣閥排氣管?chē)娪推鳎?）固定件：氣缸蓋、氣缸套、機(jī)架、機(jī)座、主軸承等。（2）運(yùn)動(dòng)件：活塞組件、連桿、曲軸。（3）配氣機(jī)構(gòu)：進(jìn)氣閥、排氣閥、凸輪軸及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。（4）起動(dòng)系統(tǒng)：空氣瓶、起動(dòng)控制閥、主起動(dòng)閥、空氣分配器和氣缸起動(dòng)閥等。（5）燃油系統(tǒng)：主要包括噴油泵、噴油器等。（6）冷卻系

11、統(tǒng)：冷卻水泵、膨脹水箱、冷卻器等（7）潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑油泵、滑油循環(huán)柜、滑油冷卻器等（8）操縱系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、換向、調(diào)速、連鎖、安全保護(hù)和報(bào)警等操作而設(shè)置的專(zhuān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單元三 柴油機(jī)工作原理柴油機(jī)的基本工作原理是采用壓縮發(fā)火，使燃料在氣缸內(nèi)部燃燒，以高溫、高壓的燃?xì)夤べ|(zhì)在氣缸中膨脹推動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)活塞-連桿-曲柄將往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工作機(jī)械。  一個(gè)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹作功和排氣。 用四個(gè)行程（曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)）完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱(chēng)四沖程柴油機(jī)。曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比為2/1。一、四沖程柴油機(jī)工作原理圖1-2是四

12、沖程柴油機(jī)的工作原理簡(jiǎn)圖。1進(jìn)氣行程（1）作用：使氣缸滿(mǎn)新鮮空氣。（2）進(jìn)氣提前角：進(jìn)氣閥開(kāi)啟時(shí)曲柄與上止點(diǎn)之間的夾角。用1表示，1過(guò)大，則缸內(nèi)壓力大可能產(chǎn)生廢氣倒流。（3）進(jìn)氣延遲角：進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)曲柄與下止點(diǎn)之間的夾角。用2表示，2過(guò)大，則壓縮行程變短。一般增壓機(jī)的1、2均大于非增壓機(jī)。氣閥開(kāi)啟的延續(xù)角約為220250CA。2壓縮行程（1）作用：使燃燒過(guò)程的溫度升高，提高工作循環(huán)的熱效率提高工質(zhì)的溫度 和壓力，為冷車(chē)起動(dòng)和著火作準(zhǔn)備使循環(huán)的工質(zhì)得到更大的膨脹比，對(duì)活塞做更多的功。（2）壓縮終點(diǎn)：Pc=36MPa； Tc=600700。燃油自燃溫度為210270。（3）壓縮始點(diǎn)溫度過(guò)高對(duì)柴油機(jī)

13、的影響空氣密度減小，充氣量減少，氧氣供給不足，燃燒不良。工作循環(huán)的平均溫度升高，燃燒室部件的平均溫度和熱負(fù)荷 高。易引起缸內(nèi)提前發(fā)火。3膨脹行程（1）作用：進(jìn)行燃燒膨脹對(duì)外作功。（2）PZ=58MPa； TZ=14001800。Pb= 0.30.6MPa， Tb= 600700。4排氣行程（1）作用：將做功后的廢氣排出缸外，為下一個(gè)循環(huán)充入新氣做準(zhǔn)備。（2）排氣提前角：排氣閥開(kāi)啟時(shí)曲柄與下止點(diǎn)之間的夾角，用1表示。排氣閥提前開(kāi)啟有兩個(gè)好處：多排出廢氣減少排氣耗功。但1過(guò)大，則膨脹功損失大。（3）排氣延遲角：排氣閥關(guān)閉時(shí)曲柄與上止點(diǎn)之間的夾角。用2表示，2過(guò)大，則排氣管中的廢氣會(huì)倒流（活塞下行）

14、。一般增壓機(jī)的1、2均大于非增壓機(jī)。氣閥開(kāi)啟的延續(xù)角約為230260CA。   進(jìn)氣和排氣沖程均大于180CA。二壓縮與膨脹沖程均小于180CA。 綜上所述，在四沖程柴油機(jī)中，要經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣等四個(gè)行程才完成一個(gè)工作循環(huán)；與此相應(yīng)的是曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，即720曲軸轉(zhuǎn)角。而且，在四個(gè)行程中，只有膨脹行程才作功，其余三個(gè)行程都要消耗功。因此，在單缸柴油機(jī)中，必須有一個(gè)足夠大的飛輪來(lái)供給這三個(gè)行程所需的能量；而在多缸柴油機(jī)中，則藉助于其他氣缸膨脹作功過(guò)程來(lái)供給。此外，柴油機(jī)由停車(chē)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，必須藉助外源能量的驅(qū)動(dòng)使其起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至噴入氣缸的燃油自發(fā)火燃燒，

15、柴油機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。二、氣閥重疊角和定時(shí)圖1氣閥重疊角：進(jìn)、排氣閥同時(shí)開(kāi)啟的曲軸轉(zhuǎn)角。為1+2作用：（1）在氣閥疊開(kāi)期間，利用廢氣流動(dòng)慣性的作用，在燃燒室內(nèi)形成一定的低壓，造成抽吸新鮮空氣的有利條件，將新氣吸入氣缸。（2）利用吸入的新氣更好地把廢氣掃出氣缸。（3）利用新氣對(duì)燃燒室部件進(jìn)行冷卻。2燃燒室掃氣：利用排出廢氣的抽吸作用，通過(guò)進(jìn)氣閥向氣缸內(nèi)充入新鮮空氣，新氣充入后又更好地把廢氣掃出。在氣閥疊開(kāi)期間，進(jìn)氣管、氣缸、排氣管是相通的。四沖程機(jī)均有一定的氣閥重疊角，而且增壓柴油機(jī)的氣閥重疊角均大于非增壓機(jī)。一般非增壓機(jī)為2550 CA，增壓機(jī)為80130CA。3定時(shí)圖：用曲軸轉(zhuǎn)角表示氣閥正時(shí)的

16、圓圖。 二、二沖程柴油機(jī)的基本工作原理1概念：兩個(gè)行程（曲軸回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)）完成一個(gè)工作循環(huán)。曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比為1/1。2工作原理：（1）換氣壓縮行程    活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。在活塞遮住進(jìn)氣口之前，新鮮空氣充入氣缸，氣缸內(nèi)的廢氣被進(jìn)入氣缸的掃氣空氣驅(qū)除出去。當(dāng)掃、排氣口被活塞遮閉時(shí)，缸內(nèi)的空氣被壓縮，燃油在壓縮終點(diǎn)噴入氣缸燃燒。（2）膨脹換氣行程   活塞由高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)下行作功。當(dāng)活塞下行將排氣口打開(kāi)時(shí)，膨脹過(guò)程結(jié)束，廢氣從排氣口迅速排出，缸內(nèi)的廢氣壓力迅速降低。當(dāng)缸內(nèi)壓力下降到接近掃氣壓力時(shí)，接著掃氣口打開(kāi)，新鮮空氣充入

17、氣缸，并將氣缸內(nèi)的廢氣趕出缸外。（3）定時(shí)圖：（4）有效壓縮比：e=1+(1-S)VS/VC（5）二沖程機(jī)與四沖程機(jī)相比的優(yōu)缺點(diǎn)二沖程機(jī)做功能力強(qiáng)，在氣缸直徑、活塞行程與轉(zhuǎn)速相同的條件下，二沖程機(jī)的功率應(yīng)為四沖程機(jī)的2倍；但由于二沖程機(jī)的氣口使其有效行程減少等原因，其功率實(shí)際約為四沖程機(jī)的1.61.8倍。二沖程機(jī)相鄰兩個(gè)做功沖程間隔時(shí)間短，回轉(zhuǎn)均勻。二沖程機(jī)省去了氣閥及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。二沖程機(jī)換氣質(zhì)量差。二沖程機(jī)空氣消耗量多，燃油耗率高。二沖程機(jī)燃燒室部件熱負(fù)荷高。三、增壓柴油機(jī)的基本工作原理1概念： 在氣缸容積不變的情況下，通過(guò)提高進(jìn)氣壓力來(lái)提高柴油機(jī)功率的方法。2

18、增壓方式：（按增壓器所利用能量不同）（1）機(jī)械增壓（2）廢氣渦輪增壓（3）復(fù)合增壓3增壓壓力分類(lèi)（1）低增壓 PK0.17MPa(2)中增壓0.17MPaPK0.25MPa（3）高增壓0.25MPaPK0.35MPa（4）超高增壓PK0.35MPa四、二沖程柴油機(jī)的換氣形式 橫流 彎流 半回流 換氣形式 回流 直流1橫流 （1）特點(diǎn)：缸蓋上沒(méi)有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸兩側(cè)，排氣口高于掃氣口。（2）優(yōu)缺點(diǎn)：無(wú)排氣閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。換氣質(zhì)量差。氣體流動(dòng)路線(xiàn)長(zhǎng)，彎曲轉(zhuǎn)向，阻力大。缸套下部?jī)蓚?cè)受熱溫度不同，易產(chǎn)生變形。缸套易產(chǎn)生偏磨。在掃氣壓力作用下會(huì)將活塞壓向排氣口一側(cè)。增壓系統(tǒng)布

19、置較困難。存在過(guò)后排氣損失。橫流掃氣的船舶主機(jī)已淘汰多年。 2回流掃氣：（1）特點(diǎn)：缸蓋上沒(méi)有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸同一側(cè)，排氣口高于掃氣口，掃氣口向下傾斜，活塞制成凹頂。（2）優(yōu)缺點(diǎn)：無(wú)排氣閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。換氣質(zhì)量差。缸套下部受熱不均勻，變形不均勻。增壓系統(tǒng)布置較方便。存在過(guò)后排氣損失。在船用大型柴油機(jī)中，MAN KZ型柴油機(jī)即為回流掃氣形式?，F(xiàn)存已不多了。3半回流（新橫流）掃氣兼有橫流和回流掃氣的特點(diǎn)。缸蓋上沒(méi)有進(jìn)、排氣閥，掃、排氣口分別布置在氣缸同一側(cè)，排氣口高于掃氣口，在排氣管中裝有回轉(zhuǎn)控制閥。排氣回轉(zhuǎn)控制閥的作用：借助該閥的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以控制排氣口的啟閉

20、時(shí)刻。即當(dāng)活塞下行時(shí)，排氣口打開(kāi)之前回轉(zhuǎn)閥早已處于開(kāi)啟狀態(tài)，不影響排氣。而在活塞上行，掃氣口關(guān)閉時(shí)，回轉(zhuǎn)閥也已關(guān)閉，從而防止新鮮空氣經(jīng)排氣口流失。4直流掃氣（1）特點(diǎn)：缸蓋上設(shè)有排氣閥，掃氣口均勻分布在氣缸下部一周，掃氣口有水平和垂直方向傾斜。（2）優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)有排氣閥，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理麻煩。噴油器布置困難。氣體流動(dòng)路線(xiàn)短，阻力小，換氣質(zhì)量好。缸套下部受熱均勻，不會(huì)變形，活塞與缸套間磨損均勻（因掃氣壓力均勻作用在活塞外圓上）。掃氣口總寬度比彎流式大，流通能力強(qiáng)。排氣閥正時(shí)可調(diào)，可避免過(guò)后排氣損失。二沖程機(jī)換氣質(zhì)量從好到壞依次為直流 橫流 半回流 回流彎流掃氣S/D2.2長(zhǎng)沖程S/D2.5超長(zhǎng)沖程S

21、/D3.0直流掃氣成為現(xiàn)代船用大型柴油機(jī)的主要換氣型式。單元四 拓展性理論知識(shí)一、柴油機(jī)的性能指標(biāo)和工作參數(shù)（一）動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面的指標(biāo)。動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)又可以分成指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩類(lèi)。 指示指標(biāo)有效指標(biāo)動(dòng)力性pi平均指示壓力pe平均有效壓力Ni指示功率Ne有效功率經(jīng)濟(jì)性i指示熱效率e有效熱效率gi指示燃油消耗率ge有效燃油消耗率1指示指標(biāo)：是以缸內(nèi)工質(zhì)對(duì)活塞所作的功為基礎(chǔ)的指標(biāo)，表征氣缸內(nèi)部工作情況，其優(yōu)劣取決于氣缸內(nèi)部實(shí)際工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度（包括不完全燃燒、燃燒延遲、氣體泄漏、氣缸壁傳熱損失等）。2有效指標(biāo)：是以在柴油機(jī)輸出

22、軸上所得到的有效功為基礎(chǔ)的指標(biāo)，它扣除了柴油機(jī)內(nèi)的一切損失，其優(yōu)劣取決于工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度外，還得取決于機(jī)械損失的大小。（二）指示指標(biāo)1平均指示壓力pi平均指示壓力pi：是一個(gè)假想的作用在活塞上的數(shù)值不變的壓力，它推動(dòng)活塞一個(gè)行程所作的功與一個(gè)工作循環(huán)的指示功Li相等。即： （N·m或J）所以 （N/m2或Pa） 式中：pi平均指示壓力，Pa； F活塞面積，m2； S活塞行程，m； VS氣缸工作容積，m3。 因此平均指示壓力pi是單位氣缸工作容積每一工作循環(huán)的指示功。它的數(shù)值與氣缸工作容積的大小無(wú)關(guān)。因此可以用pi 來(lái)比較不同氣缸尺寸和不同類(lèi)型的柴油機(jī)的做功能力強(qiáng)化程度。pi 值

23、大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機(jī)氣缸工作容積利用程度大。噴入的燃油量相同時(shí)，pi 值大表明其工作循環(huán)進(jìn)行得比較完善。所以pi 是評(píng)定柴油機(jī)工作循環(huán)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。 影響pi值的因素：（1）負(fù)荷即循環(huán)的供油量。（2）缸內(nèi)工質(zhì)混合的完善程度（3）過(guò)量空氣系數(shù)（4）換氣質(zhì)量（5）燃燒質(zhì)量 增壓機(jī)pi非增壓機(jī)；四沖程機(jī)pi二沖程機(jī)；直流pi彎流2指示功率Ni 指示功率是指氣缸內(nèi)的工質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所作的指示功。 （kW）式中：pi平均指示壓力，Pa或N/m2； VS氣缸工作容積，m3； n柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min； 每轉(zhuǎn)動(dòng)力行程數(shù)，四沖程機(jī)1/2，二沖程機(jī)=1； i氣缸數(shù)。3指示熱效率i

24、和指示油耗率gi 式中：3600一千瓦小時(shí)相當(dāng)?shù)臒崃?，kJ/（kW·h)； Gf柴油機(jī)每小時(shí)油耗量，kg/h； Hu所用燃料低熱值 Ni指示功率，kW。 （kg/kW·h） 指示油耗率gi和指示熱效率i兩者之間的關(guān)系為： （三）有效指標(biāo)1有效功率Ne和機(jī)械效率hm （1）曲軸輸出端傳出的功率稱(chēng)為有效功率，用Ne表示， Ne = Ni - Nm 。 式中：Me柴油機(jī)輸出的有效扭矩，N·m； n柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。（2）機(jī)械損失功率Nm：包括： 摩擦損失。主要是活塞、活塞環(huán)與缸套間的摩擦損失，約占全部摩擦損失5565。 拖動(dòng)損失。 泵氣損失功率。非增壓四沖程柴油機(jī)

25、。（3）機(jī)械效率hm：機(jī)械效率hm是有效功率Ne與指示功率Ni，之比值，即： 影響機(jī)械效率hm的因素：負(fù)荷：當(dāng)轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械效率隨負(fù)荷增加而增加。空載運(yùn)行時(shí)，hm=0。轉(zhuǎn)速：當(dāng)負(fù)荷（pi）不變，機(jī)械效率隨轉(zhuǎn)速提高而降低?；蜏囟扰c冷卻水溫度：應(yīng)適當(dāng)，過(guò)高或過(guò)低均會(huì)使hm降低hm。2平均有效壓力pe 平均有效壓力pe是柴油機(jī)在每一工作循環(huán)每單位氣缸工作容積所作的有效功。pe 值大，表明其單位氣缸工作容積的做功能力大，柴油機(jī)氣缸工作容積利用程度大。 3有效燃油消耗率ge和有效熱效率he 有效油耗率是指每一千瓦有效功率每小時(shí)所消耗的燃油量。單位是kg/（kW·h）。即 式中：Gf柴油機(jī)每小

26、時(shí)油耗量，kg/h； Ne柴油機(jī)有效功率，kW。 有效熱效率he是指曲軸有效功與所消耗的熱量之比，即： （四）其它常用參數(shù)1最高爆發(fā)壓力pz：燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)工質(zhì)的最高壓力。表征柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的主要參數(shù)之一。 pZ 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 應(yīng)力 變形、疲勞裂紋 磨損 振動(dòng)噪音2排氣溫度：一般用排氣溫度來(lái)衡量熱負(fù)荷的高低。 用來(lái)衡量缸內(nèi)熱負(fù)荷大小和燃燒質(zhì)量，一般不大于550。3活塞平均速度Vm Vm= n.S/30。Vm增加Ne增加，但零件的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷同時(shí)增加，機(jī)件磨損增加。4行程缸徑比S/D是柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。 s/D 機(jī)械負(fù)荷 、熱負(fù)荷 、混合質(zhì)量、掃氣效果 、曲軸剛度 、振動(dòng)。5強(qiáng)化

27、系數(shù)peVm表征柴油機(jī)受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷兩方面的綜合強(qiáng)烈程度。6壓縮比經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、燃燒起動(dòng)性。二、柴油機(jī)的熱力循環(huán)（一）、柴油機(jī)的理論循環(huán)柴油機(jī)的理論循環(huán)，是建立在下列假設(shè)的基礎(chǔ)上： （1） 工質(zhì)為理想氣體，其壓力、溫度、容積變化符合氣態(tài)方程式PV=MRT； （2）工質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)在整個(gè)循環(huán)中保持不； （3）壓縮與膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程，與外界沒(méi)有熱交換，也不存在摩擦； （4）工質(zhì)的數(shù)量在整個(gè)循環(huán)中保持不變，沒(méi)有實(shí)際循環(huán)中進(jìn)、排氣過(guò)程； （5）工質(zhì)的比熱在整個(gè)循環(huán)中保持不變。 理想循環(huán)有四種1混合加熱循環(huán)（圖a）。稱(chēng)為薩巴蒂（Sabathe）循環(huán)，其過(guò)程包括：ac絕熱壓縮，cyz混合加熱（定容加