柴油機(jī)基本知識

第一章 柴油機(jī)的基本知識第一節(jié) 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、柴油機(jī)的基本工作原理柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它的基本工作原理是使燃油直接在發(fā)動機(jī)的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，從而生成高溫高壓的燃?xì)?，因燃?xì)馀蛎洠苿踊钊\(yùn)動，通過曲柄連桿對外做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。柴油機(jī)中燃油的化學(xué)能要經(jīng)過燃燒才能轉(zhuǎn)變成熱能。要燃燒就必須有空氣。為此，在噴入燃油之前必須先使空氣進(jìn)入氣缸。但光有空氣和燃油若無點(diǎn)火源（熱源）還是不能燃燒。柴油機(jī)是壓縮發(fā)火的，為此，要將從大氣中吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的室溫空氣，先依靠活塞上行壓縮，使之達(dá)到足夠高的溫度和壓力。此時(shí)再將燃油以霧化狀態(tài)噴入，即可在高溫高壓的空氣中自然。燃油燃燒后放出大量的熱能，使燃?xì)獾膲毫?、溫度急劇增高，在氣缸?nèi)膨脹，推動活塞作功。膨脹終了時(shí)，氣體失去了作功能力，變成廢氣，排出氣缸，以便新氣再次進(jìn)入。綜上所述，柴油機(jī)每作一次功，必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程才能實(shí)行，進(jìn)行了這五個(gè)過程就完成了一個(gè)工作循環(huán)。然后不斷重復(fù)進(jìn)行這些過程，使柴油機(jī)持續(xù)工作。二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖l-1所示，柴油機(jī)要按前述工作原理工作，必須包括以下部件、系統(tǒng)和裝置。（一）固定部件主要由氣缸蓋1、氣缸套3、機(jī)體10、機(jī)座8、主軸承9等構(gòu)成柴油機(jī)本體和運(yùn)動件的支承，并和有關(guān)運(yùn)動部件配合構(gòu)成柴油機(jī)的工作空間。（二）運(yùn)動部件主要由活塞2、活塞銷4、連桿5、連桿螺栓6、曲軸7等組成。它們與固定部件配合完成空氣壓縮及熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。（三）配氣系統(tǒng)它包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管件、氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)氣道、進(jìn)氣閥 16、氣閥彈簧 20、搖臂15、頂桿13、凸輪軸11和凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)等所組成， 用來在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向氣缸內(nèi)充入足夠的新鮮空氣。排氣系統(tǒng)主要由排氣閥 19、氣閥彈簧 20、搖臂15、頂桿13、凸輪軸 11和傳動機(jī)構(gòu)以及排氣管、排氣消音器等組成。用來在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將氣缸內(nèi)作功后的廢氣排入大氣。（四）燃油系統(tǒng)圖1-l 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成l-氣缸蓋；2-活塞；3-氣缸套；4-心活塞銷；5-連桿；6-連桿螺栓；7-曲軸；8-機(jī)座；9-主軸承；10-機(jī)體；11-凸輪軸；12-噴油泵；13-頂桿；14-進(jìn)氣管；15-搖臂；16-過氣閥；17-高壓油管；18-噴油器；19-排氣閥；20-氣閥彈簧；21-排氣管它包括供應(yīng)和噴射兩個(gè)系統(tǒng)。前者由日用油柜、燃油濾清器，輸油泵等組成，后者由噴油泵12，高壓油管17和噴油器18組成。其功用是供給柴油機(jī)燃燒作功所需的燃油。（五）潤滑系統(tǒng)主要作用是潤滑摩擦表面，以減少機(jī)件的磨損，延長使用壽命，降低摩擦功率損失，提高機(jī)械效率。（六）冷卻系統(tǒng)主要作用是維持柴油機(jī)受熱零部件在合適的溫度狀態(tài)下工作。（七）起動系統(tǒng)柴油機(jī)本身無自行起動能力。起動系統(tǒng)的任務(wù)就是使柴油機(jī)從停車狀態(tài)發(fā)動起來。（八）調(diào)速裝置調(diào)速裝置的作用是使柴油機(jī)能按外界阻力矩的變化而自動改變噴油泵的噴油量， 從而使柴油機(jī)在選定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。以上部件、系統(tǒng)和裝置組成一臺柴油機(jī)。 此外，船舶柴油機(jī)還設(shè)有換向裝置， 并將起動、調(diào)速、換向和停車集中控制組成操縱系統(tǒng)。 多數(shù)柴油機(jī)還設(shè)有增壓系統(tǒng)， 用于進(jìn)一步提高柴油機(jī)作功能力。三、柴油機(jī)的主要幾何名稱柴油機(jī)的主要幾何名稱如圖 1-2所示：．氣缸直徑D：氣缸套的名義內(nèi)徑。．曲柄半徑R：曲軸的曲柄銷中心與主軸頸中心間的距離。．上止點(diǎn)：活塞在氣缸中運(yùn)動到最上端，即離曲軸中心線最遠(yuǎn)時(shí)的位置。4．下止點(diǎn)：活塞在氣缸中運(yùn)動到最下端，即離曲軸中心線最近時(shí)的位置。．沖程S：又稱行程。活塞在上、下止點(diǎn)間的運(yùn)行距離。它等于曲柄回轉(zhuǎn)半徑的兩倍，即S＝2R。．壓縮室容積Vc：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂與氣缸蓋底面之間的氣缸容積，又稱燃燒室容積。7．氣缸工作容積 Vh：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的氣缸容積。π2?S（1-1）Vh=D48．氣缸總?cè)莘eVa：活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂以上的全部氣缸容積，它是壓縮室容積和工作容積之和。Va＝Vc＋Vb（1-2）．壓縮比ε：氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積的比值。常以ε表示，即：ε=Va=Vc+Vh=1+Vh（1-3）VcVcVc圖l-2 柴油機(jī)的主要幾何名稱壓縮比表明壓縮過程中進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣被壓縮的程度。它是柴油機(jī)的主要性能參數(shù)之一。壓縮比越大，進(jìn)氣就被壓縮得越厲害，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力就越高，燃油越容易燃燒，柴油機(jī)越容易起動，而且熱效率也越高。但壓縮比過高時(shí)，將使柴油機(jī)工作粗暴，機(jī)件受力過大，磨損加劇，同時(shí)也將使壓縮過程所消耗的壓縮功增大，柴油機(jī)的機(jī)械效率下降，輸出功率降低。已有的柴油機(jī)，其壓縮比均有一個(gè)確定值。一般為：低速柴油機(jī)，ε＝ 13～15；中速柴油機(jī)，ε＝ 14～17；高速柴油機(jī)，ε＝ 15～22；增壓柴油機(jī)，ε＝ 11～14。當(dāng)氣缸直徑與活塞沖程確定后，氣缸工作容積Vh也隨著確定了，所以若要調(diào)整壓縮比，可通過改變壓縮容積Vc來實(shí)現(xiàn)。第二節(jié) 四沖程柴油機(jī)的工作原理一、四沖程柴油機(jī)工作原理若柴油機(jī)工作循環(huán)的五個(gè)過程是通過四個(gè)沖程 （即曲軸回轉(zhuǎn)兩周） 來完成的，這種柴油機(jī)就叫四沖程柴油機(jī)。圖1-3中的四個(gè)簡圖分別表示柴油機(jī)工作循環(huán)五個(gè)過程進(jìn)行的情況以及活塞、曲軸、氣閥等部件的有關(guān)動作位置。圖1-3

四沖程柴油機(jī)工作原理第一沖程——進(jìn)氣沖程這一沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣（如圖 1-3a）所示）?；钊缮现裹c(diǎn)下行，進(jìn)氣閥a已打開，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，新鮮空氣通過進(jìn)氣閥被吸入氣缸。 由于受流阻等影響， 在進(jìn)氣過程的大部分時(shí)間里， 氣缸內(nèi)壓力2低于大氣壓力，到下止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣壓約為 0.08MPa～0.095MPa（0.8kgf／cm～0.95kgf／cm2），溫度約為 30℃～70℃。這時(shí)，排氣閥和噴油器均關(guān)閉著。為了使柴油機(jī)作功更完善， 必須在進(jìn)氣過程盡可能多吸入新鮮空氣。 為此，整個(gè)進(jìn)氣過程是超過曲柄轉(zhuǎn)角 180°的，（如圖1-3a）曲柄位于點(diǎn) 1時(shí)進(jìn)氣閥已打開，曲柄位于點(diǎn) 2時(shí)進(jìn)氣閥才關(guān)閉。進(jìn)氣閥開啟始點(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)氣過程所占的總角度

?1-2

（圖中陰影線所示的角度）約為220°～250°曲柄轉(zhuǎn)角。進(jìn)氣熱力過程變化見圖 a）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， 為柴油機(jī)燃燒及膨脹作功創(chuàng)造條件?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上運(yùn)動，自進(jìn)氣閥 a關(guān)閉（曲柄到達(dá)點(diǎn) 2）開始壓縮，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)（曲柄到達(dá)點(diǎn) 3）為止?；钊闲?，氣缸容積減少，缸內(nèi)氣體壓力和2 2溫度升至 600℃～700℃（柴油的自燃溫度為 270℃左右）通常壓縮終了的氣體壓力和溫度分別用PC和tC表示。四沖程機(jī)壓縮過程所占的總角度

?2-3

。約為

140°～160°曲柄轉(zhuǎn)角，壓縮熱力過程變化如圖1-3b）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，壓力增加至 5MPa～8Mpa，甚至13MPa以上。燃燒產(chǎn)生的最高壓力稱最高爆發(fā)壓力，用 Pz表示，最高溫度用 tz表示。高溫高壓燃?xì)猓垂べ|(zhì)）膨脹推動活塞下行作功。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開啟時(shí)膨脹過程結(jié)束。膨脹終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力pb約為0.25MPa～0.45MPa，溫度tb約為600℃～700℃。四沖程機(jī)燃燒膨脹過程所占的總角度

?

3-4-5

；約為

130°～160°曲柄轉(zhuǎn)角。熱力過程變化如圖 1-3c）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。這一階段，要求廢氣排得越干凈越好，所以與進(jìn)氣閥啟閉一樣，排氣閥也是提前開啟，延遲關(guān)閉。排氣閥 b開啟時(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，時(shí)排氣過程是在略高于大氣壓力（約 1.05～1.1大氣壓），且在壓力基本不變的情況下進(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)排出一些廢氣。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。

此四沖程機(jī)排氣沖程所占的總角度 ?5-6。約為210°～240°曲柄轉(zhuǎn)角。其熱力過程變化如圖l-3d）5－6曲線。柴油機(jī)經(jīng)過上述四個(gè)沖程，完成了一個(gè)工作循環(huán)?；钊^續(xù)運(yùn)動，另一個(gè)新的循環(huán)又按同樣順序重復(fù)進(jìn)行，連續(xù)不斷，使柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。二、四沖程柴油機(jī)的定時(shí)在每個(gè)工作循環(huán)中，各過程的始點(diǎn)與終點(diǎn)一般不在上、下止點(diǎn)上，而是偏離上、下止點(diǎn)一定的曲柄轉(zhuǎn)角。以上、下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，用曲柄轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)排氣閥、噴油器、起動閥開啟和完全關(guān)閉的時(shí)刻總稱為柴油機(jī)的定時(shí)（正時(shí)） 。氣閥啟閉時(shí)刻稱為配氣定時(shí)，噴油器開啟時(shí)刻稱為噴油定時(shí)。起動閥啟閉時(shí)刻稱為起動定時(shí)。各種柴油機(jī)的定時(shí)是不同的，說明書上常用表格或定時(shí)圖來表示。所謂定時(shí)圖，就是將柴油機(jī)的各種定時(shí)，以上、下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，按一定的轉(zhuǎn)向，用曲柄轉(zhuǎn)角位置來表示在同一個(gè)圓上的圖形。圖1-4為6350C型柴油機(jī)定時(shí)圖。曲柄轉(zhuǎn)向（自飛輪端看）為順時(shí)針。從圖中可以看出其各項(xiàng)定時(shí)情況如表1-1所示。由圖1-4及表1-1可以看出，在進(jìn)氣上止點(diǎn)前后進(jìn)排氣閥同時(shí)開啟著，這段重疊的曲柄轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角。適當(dāng)?shù)臍忾y重疊角不僅不會使廢氣倒灌入進(jìn)氣管，而且還有利于廢氣的清除和新空氣的充入。因?yàn)榇藭r(shí)廢氣因流動慣性按原方向繼續(xù)排出氣缸，進(jìn)氣閥開度尚小，故不會向進(jìn)氣管內(nèi)倒灌，且在慣性排氣時(shí)，在燃燒室內(nèi)形成低壓，造成抽吸氣體的有利條件，可將新氣吸入氣缸。新鮮氣充入后又可更好地將廢氣掃出， 實(shí)行了所謂“燃燒室掃氣”。新鮮的空氣對燃燒室壁面能起到冷卻作用。圖l-46350C型柴油機(jī)定時(shí)圖四沖程柴油機(jī)定時(shí)（以曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)）表1-1第三節(jié) 二沖程柴油機(jī)的工作原理每兩個(gè)沖程（曲柄回轉(zhuǎn)一周）完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為二沖程柴油機(jī)。采用它，主要是為了提高柴油機(jī)的功率。其工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過程所組成。它與四沖程機(jī)在具體結(jié)構(gòu)及工作原理方面有較大差異。二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)相同，主要差異在配氣機(jī)構(gòu)方面。二沖程柴油機(jī)沒有進(jìn)氣閥，有的連排氣閥也沒有，而是在氣缸下部開設(shè)掃氣口，排氣口；或設(shè)掃氣口與排氣閥機(jī)構(gòu)。并專門設(shè)置一個(gè)由運(yùn)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，從而簡化了柴油機(jī)結(jié)構(gòu)。一、二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)有直流掃氣、 橫流掃氣和回流掃氣等類型， 但它們的工作原理都是相同的。圖1-5為一種帶羅茨式掃氣泵的橫流掃氣式二沖程柴油機(jī)的工作原理圖。 掃氣泵b附設(shè)在柴油機(jī)的一側(cè)，它的轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動?？諝鈴谋玫奈肟?a吸入，經(jīng)壓縮后排出，儲存在具有較大容積的掃氣箱 d中，并在其中保持一定的壓力。 現(xiàn)以圖1-5說明二沖程柴油機(jī)的工作原理。第一沖程——掃氣及壓縮活塞由下止點(diǎn)向上移動，活塞在遮住掃氣口 e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(jìn)入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進(jìn)入氣缸的空氣通過排氣口 f掃出氣缸。活塞繼續(xù)上行，逐漸遮住掃氣口，當(dāng)掃氣口完全關(guān)閉后（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn) 3位置），空氣停止充入，排氣還在進(jìn)行，這階段稱為“過后排氣階段” 。排氣口關(guān)閉時(shí)（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn) 4位置），氣缸中的空氣就開始被壓縮。當(dāng)壓縮至上止點(diǎn)前 d1點(diǎn)時(shí)，噴油器將燃油噴入氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點(diǎn)附近發(fā)火，自行著火燃燒。圖l-5 二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖第二沖程——燃燒膨脹及排氣活塞在高溫高壓燃?xì)獾耐苿酉拢?由上止點(diǎn)向下運(yùn)動， 對外膨脹作功，活塞下行直至排氣口f打開（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn) 1位置），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 g。當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力降至接近掃氣壓力時(shí)（一般掃氣箱 d中的掃氣壓力為 0.105MPa～0.140MPa），下行活塞把掃氣口 e打開（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn) 2的位置），掃氣空氣進(jìn)入氣缸，同時(shí)把氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口 f趕出氣缸?；钊\(yùn)行到下止點(diǎn)，本沖程結(jié)束，但掃氣過程一直繼續(xù)到下一個(gè)沖程排氣口關(guān)閉（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn) 4位置）為止。此外，從二沖程柴油機(jī)示功圖上也可以看出它的工作過程，示功圖尾部 1—2—0—3—4為換氣過程，是在膨脹行程未和壓縮行程初這一較短的時(shí)間內(nèi)完成的。在上止點(diǎn)前 d1開始噴油，在上止點(diǎn) c開始燃燒，到點(diǎn) d2時(shí)燃燒結(jié)束，這部分與四沖程機(jī)基本相同。二、二沖程柴油機(jī)定時(shí)圖與四沖程柴油機(jī)一樣，二沖程柴油機(jī)也可以用定時(shí)圖來表示它的各項(xiàng)定時(shí)時(shí)刻。圖 l-6是國產(chǎn)ESDZ43／82B型二沖程柴油機(jī)定時(shí)圖，其定時(shí)和進(jìn)排氣重疊角的范圍列于表 l-2 。圖l-6ESDZ43 ／82B型柴油機(jī)定時(shí)圖二沖程柴油機(jī)定時(shí)（以曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)） 表1-2三、二沖程與四沖程柴油機(jī)的比較二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（一）提高了柴油機(jī)的作功能力因?yàn)樗臎_程柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩周作一次功， 二沖程柴油機(jī)轉(zhuǎn)一周作一次功。 對于兩臺氣缸直徑、活塞行程及轉(zhuǎn)速等相同的柴油機(jī)， 二沖程柴油機(jī)的功率似乎應(yīng)比四沖程大一倍。 但實(shí)際上，由于二沖程柴油機(jī)氣缸上開有氣口而使工作容積有所減少， 機(jī)械傳動的掃氣泵也要消耗一定的功率等因素，二沖程柴油機(jī)的功率只能增大 60％～80％。顯然，若兩者功率相同，則二沖程柴油機(jī)的尺寸較小，重量較輕。（二）改善了柴油機(jī)的動力性由于二沖程柴油機(jī)曲軸每轉(zhuǎn) 360°各缸作功一次，而四沖程柴油機(jī)每轉(zhuǎn) 720°各缸作功一次，因而二沖程柴油機(jī)要比四沖程柴油機(jī)回轉(zhuǎn)均勻，可使用較小的飛輪。（三）簡化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)省去了進(jìn)氣問及其傳動裝置。對有些二沖程柴油機(jī)，還省去了排氣閥及其傳動裝置。所以，其維護(hù)保養(yǎng)就簡單方便得多。二沖程柴油機(jī)雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，但它也有其本身固有的缺點(diǎn)：（一）換氣質(zhì)量差、熱效率低因?yàn)槎_程柴油機(jī)換氣時(shí)間比四沖程柴油機(jī)短得多，且掃、排氣幾乎同時(shí)進(jìn)行，所以掃氣過程中新鮮空氣與廢氣滲混嚴(yán)重，還有部分新鮮空氣隨廢氣一起排出，增加了空氣消耗量，所以換氣質(zhì)量差，進(jìn)而影響燃油燃燒，熱能利用不充分，熱效率比四沖程柴油機(jī)低。（二）熱負(fù)荷較高在轉(zhuǎn)速相同時(shí)，氣缸內(nèi)每單位時(shí)間的燃燒次數(shù)，二沖程機(jī)是四沖程機(jī)的兩倍，因此，與氣缸內(nèi)高溫燃?xì)庀嘟佑|部件熱負(fù)荷比較高。二沖程柴油機(jī)的上述缺點(diǎn)，隨轉(zhuǎn)速的增加，會變得更加嚴(yán)重。所以，大型低速柴油機(jī)采用二沖程；小型高速柴油機(jī)采用四沖程；中型中速機(jī)，四沖程、二沖程均有采用，但以四沖程機(jī)為主。二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)比較，除有以上優(yōu)缺點(diǎn)外，綜合而言尚有以下特點(diǎn)：（一）二沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同；而四沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，即 1:2。（二）一個(gè)工作循環(huán)中，二沖程柴油機(jī)下行對外作功，上行則靠外力驅(qū)動，而四沖程機(jī)除燃燒膨脹沖程對外作功外，其它三個(gè)沖程都是耗功沖程。（三）二沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣重疊角大約為 80°～100°，四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角較小，約為25°～60°。此外還可看到，柴油機(jī)的實(shí)際壓縮始點(diǎn)并非在下止點(diǎn)。四沖程柴油機(jī)要到下止點(diǎn)后某個(gè)角度進(jìn)氣閥才關(guān)閉，二沖程柴油機(jī)也要到下止點(diǎn)后排氣口（閥）關(guān)閉，壓縮才開始。這時(shí)若仍以下止點(diǎn)為一個(gè)基準(zhǔn)來衡量氣缸內(nèi)空氣被壓縮程度，顯然與實(shí)際情況出入較大（尤其是橫、回流掃氣式二沖程柴油機(jī)），因此，在柴油機(jī)中還有一個(gè)有效壓縮比的概念。所謂有效壓縮比是指考慮沖程損失后有效氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積之比，即：εe=Vc+(1-?s)?Vh=1+(1-?s)Vh（1-4）VcVc式中：?s——沖程損失系數(shù)，即由于缸套上開了氣口等而損失的工作沖程（或工作容積）的百分?jǐn)?shù)。前述式1-3稱為幾何壓縮比，一般四沖程柴油機(jī)用 ε表示缸內(nèi)空氣被壓縮程度， 而絕大多數(shù)二沖程柴油機(jī)則用有效壓縮比εe表示。第四節(jié) 增壓柴油機(jī)的工作原理及特點(diǎn)一、柴油機(jī)的增壓在柴油機(jī)尺度和重量不變的情況下，向氣缸內(nèi)多噴燃油顯然能提高柴油機(jī)功率。但是，噴油量的增加必然需要空氣量相應(yīng)增加， 否則噴入氣缸的過量燃油會由于空氣量不足而燃燒不完全，致使熱量不能完全釋放出來。所以，提高柴油機(jī)功率的關(guān)鍵在于增加空氣量。要增加每循環(huán)的進(jìn)氣量， 只要設(shè)法提高進(jìn)氣壓力， 即提高進(jìn)入氣缸的空氣密度就行了。 這種用增加進(jìn)氣壓力來提高功率的方法稱為柴油機(jī)的增壓。提高進(jìn)氣壓力的方法， 可以借助于柴油機(jī)直接帶動的掃氣泵來實(shí)現(xiàn)， 以二沖程柴油機(jī)為例，如圖l-5 所示。這種增壓方式稱為機(jī)械增壓。 但由于掃氣泵所消耗的功率是柴油機(jī)曲軸輸出功率的一部分， 因此，進(jìn)氣壓力的提高會使柴油機(jī)消耗于掃氣泵的功率增多。 在進(jìn)氣壓力超過一定值時(shí)，消耗于掃氣泵的功將大大增加， 將使柴油機(jī)所提高的功率幾乎全部消耗在帶動掃氣泵本身上，因此機(jī)械式增壓通常只用于掃氣壓力

pk不超過

0.16MPa～0.17MPa的場合。那么，前面所述的二沖程柴油機(jī)是否屬于機(jī)械增壓式柴油機(jī)呢？這里有個(gè)增壓范圍界定問題。一般認(rèn)為掃氣泵輸出空氣壓力小于 0.15MPa，只是用來充作掃氣動力，實(shí)現(xiàn)掃氣換氣而已，并非增加氣缸內(nèi)空氣密度。若掃氣壓力大于 0.15MPa，則屬于增壓范圍。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)排出的廢氣溫度還很高，燃油燃燒所放出的熱量約三分之一隨同廢氣排出。如果把廢氣中的能量利用起來，使之帶動掃氣泵工作，既能增加柴油機(jī)的功率，又可提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。為此，將柴油機(jī)排出的廢氣送入渦輪機(jī)中，使渦輪機(jī)高速回轉(zhuǎn)來帶動一離心式壓氣機(jī)，由它把壓力較高的空氣送入氣缸，以實(shí)現(xiàn)增壓。我們稱這種增壓方式為廢氣渦輪增壓。目前這種增壓方式在柴油機(jī)上已被廣泛使用。二、廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作原理特點(diǎn)圖1-7為四沖程廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的工作原理圖。柴油機(jī)排氣管 1接到渦輪殼 4上，進(jìn)氣管10接到壓氣機(jī)殼 9上。柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)渦輪殼 4進(jìn)入噴嘴環(huán) 2，由于環(huán)的通道面積是漸縮的，廢氣在其中提高速度，增加了動能。高速廢氣氣流，按一定的方向沖擊渦輪 3，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉(zhuǎn)得越快。流經(jīng)渦輪的廢氣最后排入大氣。渦輪帶動同軸上的壓氣機(jī)葉輪 8高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過空氣濾清器濾清過的空氣被吸入葉道。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪外緣，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴(kuò)壓器7。擴(kuò)壓器的形狀是進(jìn)口小出口大，使氣流的速度下降，而壓力升高。再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼9，使氣流的壓力繼續(xù)升高。最后，壓力（密度）得到提高的增壓空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入柴油機(jī)的氣缸，從而達(dá)到增壓的目的，保證柴油機(jī)能多噴油發(fā)出更大的功率，氣缸內(nèi)各過程的進(jìn)行情況與非增壓柴油機(jī)基本一樣，只是由于增壓，使各工作過程的壓力和溫度有所提高。圖1-7 四沖程廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作原理1-排氣管；2-噴嘴環(huán)；3-渦輪；4-渦輪殼；5-轉(zhuǎn)子軸；6-軸承；7-擴(kuò)壓器；8-壓氣機(jī)葉輪；9-壓氣機(jī)殼；10-進(jìn)氣管圖1-8 四沖程增壓柴油機(jī)的示功圖由示功圖1-8可見，增壓時(shí)進(jìn)氣線 r—α高于排氣線b—γ；而非增壓時(shí)則相反（見圖1-3）。圖1-9是6350ZC型增壓柴油機(jī)定時(shí)圖。與圖l-4非增壓6350C型柴油機(jī)定時(shí)圖比較可知：增壓時(shí)，氣閥重疊角加大，這是為了利用壓力空氣來趕走殘存在缸內(nèi)的廢氣，加強(qiáng)“燃燒室掃氣”；同時(shí)降低燃燒室組件以及其它有關(guān)機(jī)件的溫度，提高柴油機(jī)的工作可靠性。此外，噴油提前角減小，因?yàn)樵鰤汉?，燃油燃燒滯燃期縮短，減小噴油提前角可防止柴油機(jī)工作粗暴。圖1-96350ZC型增壓柴油機(jī)定時(shí)圖第五節(jié) 船舶柴油機(jī)的分類和型號一、船舶柴油機(jī)的分類柴油機(jī)的用途極為廣泛，型號較多，但不論何種柴油機(jī)，其基本工作原理都是一樣的，只是在不同的方面（如工作循環(huán)或構(gòu)造等）各有其特點(diǎn)而已。下面介紹一些常見的船舶柴油機(jī)分類型式。（一）按工作循環(huán)特點(diǎn)分：有四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。（二）按柴油機(jī)進(jìn)氣方式分：有增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)。壓比πk<I.7的增壓柴油機(jī)稱為低增壓柴油機(jī)。壓比π＝1.7～2.5的增壓柴油機(jī)稱為中增壓柴油機(jī)。k壓比π>2.5的增壓柴油機(jī)稱為高增壓柴油機(jī)。k（三）按柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞平均速度分：柴油機(jī)的速度可以用曲軸轉(zhuǎn)速 n或活塞平均速度 Cm（Cm＝S·n／30m／s，S一沖程）來表示?，F(xiàn)有船舶柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是：低速機(jī)n≤300r／min，Cm＝6.0m／s～7.2m／s；中速機(jī)300＜n≤1000r／min，Cm＝7.0m／s～9.4m／s；高速機(jī)n>1000r／min，Cm＝9.0m／s～14.2m／s。低速機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好、 轉(zhuǎn)速低、功率大，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、可燃用劣質(zhì)燃料的特點(diǎn)，廣泛用于大型海輪主機(jī)。中速機(jī)常需經(jīng)過減速器才能與螺旋槳相連，它可選擇最佳的螺旋槳轉(zhuǎn)速，另外中速機(jī)還具有重量輕、尺寸小，可多臺柴油機(jī)聯(lián)用等特點(diǎn)，它多用作河船和部分海船的主機(jī)。近年來由于中速機(jī)單機(jī)功率提高， 用作海船主機(jī)的數(shù)量有了明顯增加。 高速柴油機(jī)在船上常用作應(yīng)急發(fā)電機(jī)、應(yīng)急救火泵、救生艇等的原動機(jī)，或作為河船、機(jī)帆船等小型船舶的主機(jī)。（四）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：有筒形活塞式柴油機(jī)和十字頭式柴油機(jī)。圖1-10a）所示為筒形活塞式柴油機(jī)的構(gòu)造簡圖?；钊ㄟ^活塞銷直接與連桿相連接，活塞的導(dǎo)向作用由活塞本身下部的筒形裙部來承擔(dān)， 在運(yùn)動時(shí)，活塞與氣缸壁之間產(chǎn)生側(cè)推力FN。b）圖為十字頭式柴油機(jī)?；钊?1通過活塞桿 2和十字頭 3與連桿6相連接，導(dǎo)向作用主要由十字頭來承擔(dān)。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，十字頭上的滑塊 4在導(dǎo)板 5上滑動，側(cè)推力 FN產(chǎn)生在滑塊與導(dǎo)板之間。這兩種柴油機(jī)各有特點(diǎn)。 十字頭式柴油機(jī)由于活塞不需要起導(dǎo)向作用， 同時(shí)活塞與氣缸之間沒有側(cè)推力 FN作用，因此它們之間的磨損較小，不易擦傷或卡死。此外，由于活塞桿只在垂直方向作直線運(yùn)動， 因此可以在氣缸下部加設(shè)一隔板， 把氣缸和曲軸箱空間隔離開來，以免氣缸中的臟油， 結(jié)碳或燃?xì)獾嚷┤饲S箱污損滑油， 這就為十字頭式柴油機(jī)燃用劣質(zhì)燃料創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，這一隔板還可以在活塞下方形成密封空間，增設(shè)單向閥后，就能作為一個(gè)輔助的壓氣泵。 以上是十字頭式柴油機(jī)比筒形活塞式優(yōu)越之處。 然而十字頭式柴油的重量和高度增大，構(gòu)造也較復(fù)雜，不具備筒形活塞式體積小、重量輕和構(gòu)造簡單的優(yōu)點(diǎn)。（五）按氣缸排列分：有直列型（單列式）柴油機(jī)，如圖 1-11a）所示；V型柴油機(jī)如圖1-11b）所示。圖1-10 筒形與十字頭式柴油機(jī)的構(gòu)造簡圖l-活塞；2-活塞桿；3-十字頭；4-滑塊；5-導(dǎo)板；6-連桿圖1-11 單列和V型排列柴油機(jī)（六）按柴油機(jī)能否倒轉(zhuǎn)分：可倒轉(zhuǎn)式和不可倒轉(zhuǎn)式。曲軸直接可倒轉(zhuǎn)的柴油機(jī)為可倒轉(zhuǎn)柴油機(jī)。它可以直接帶動螺旋槳。曲軸不能倒轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱為不可倒轉(zhuǎn)柴油機(jī)。作為主機(jī)使用，它需帶有倒順車離合器、倒順車齒輪箱或可變螺距螺旋槳裝置。（七）按動力裝置的布置分：左機(jī)和右機(jī)。柴油船舶動力裝置有時(shí)布置成雙機(jī)雙槳式。由船尾向船首看，布置在機(jī)艙右弦的柴油機(jī)稱為右機(jī)，右機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)向（從飛輪端向自由端看）大多為順時(shí)針，亦稱右旋機(jī)；布置在左舷側(cè)的為左機(jī)，左機(jī)曲軸轉(zhuǎn)向（從飛輪端向自由端看）大多為逆時(shí)針，亦稱為左旋機(jī)。為保證正常工作，一臺柴油機(jī)應(yīng)具備必需的機(jī)件、部件和系統(tǒng)。圖1-12所示為S60MC型船用低速柴油機(jī)的總體