船舶動力裝置概論

112上節(jié)主要內(nèi)容1.4典型動力裝置柴油機、汽輪機、燃氣輪機、聯(lián)合動力、核能（優(yōu)缺點及相互比較）噴水推進本節(jié)主要內(nèi)容2.1柴油機基本結(jié)構(gòu)2.2四沖程柴油機工作原理2.3二沖程柴油機工作原理3第二章船舶柴油機裝置2.1.1柴油機的基本結(jié)構(gòu)MTU80004(5)輔助機件：5進氣管，12排氣管等。第二章船舶柴油機裝置2.1.1柴油機的基本結(jié)構(gòu)(3)配氣機構(gòu)：14凸輪軸，15頂桿，16搖臂，17進氣閥，18排氣閥，19彈簧。(2)運動機件：主要指曲柄連桿機構(gòu)，8活塞，9活塞銷，10連桿，11連桿螺栓，13曲軸等。(1)固定機件：1機座，4機體，3主軸承，6氣缸套，7氣缸蓋。(4)燃油系統(tǒng)：20噴油泵，21高壓油管，2噴油器等。5第二章船舶柴油機裝置2.1.2主要名詞（1）上止點：活塞距曲軸中心最遠的位置稱為活塞的上止點；（4）壓縮室容積：當活塞位于上止點位置時，活塞上面的容積稱為壓縮室容積。由于燃料柴油在這里燃燒，所以又稱為燃燒室容積Vc；（2）下止點：活塞距曲軸中心最近的位置稱為活塞的下止點；（3）活塞沖程：活塞上止點與下止點之間的距離稱為活塞的沖程(或行程)?；钊咭粋€沖程曲軸就旋轉(zhuǎn)180度，活塞沖程S等于曲柄半徑R的兩倍，即S=2R；（5）氣缸工作容積：活塞上下止點之間的容積稱為一個氣缸的工作容積，可表示為：Vh=πD2S*0.001/4(升)6第二章船舶柴油機裝置2.1.2主要名詞（8）壓縮比(ε)：氣缸最大容積與壓縮室容積的比值稱為壓縮比。

ε=Va/Vc=(Vh+Vc)/Vc=1+Vh/Vc（7）柴油機的總?cè)莘e：是各氣缸工作容積的總和。

等于氣缸數(shù)與工作容積數(shù)的乘積。V=Vh×i(L)（6）氣缸最大容積(Va)：活塞在下止點時氣缸的容積,即氣缸工作容積與壓縮室容積之和:Va=Vh+Vc壓縮比說明了活塞由下止點移動到上止點過程中，

氣缸內(nèi)空氣被壓縮的程度，柴油機的壓縮比一般大于12。7第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理8第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理（1）進氣行程指由進氣門開啟到進氣門關(guān)閉。進氣提前角：進氣門打開時刻與活塞位于上止點之間的曲軸轉(zhuǎn)角（為了獲得較多的充氣量，活塞到達上止點前就開始開啟）。進氣晚關(guān)角：活塞到達下止點時刻與進氣門關(guān)閉時刻之間的曲軸轉(zhuǎn)角（利用空氣流動的慣性及氣體的動量，使更多的空氣充入氣缸）。進氣終了時刻：

氣缸壓力p：0.08~0.09MPa<大氣壓

氣缸溫度T：320~380K

一、進氣沖程9第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理（2）壓縮行程指由進氣門關(guān)閉到活塞移到上止點（成為壓縮上止點）為止。進排氣門都關(guān)閉?；钊闲校瑲飧變?nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度都升高。壓縮終了時刻：

氣缸壓縮壓力p：4~8MPa

氣缸溫度T：750~950K二、壓縮沖程10第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理（3）作功行程（燃燒及膨脹行程）在壓縮上止點前10~15°，壓燃可燃混合氣，形成火焰中心。高溫高壓燃氣推動活塞下行，對外作功。進排氣門都關(guān)閉。Z點為最高壓力和溫度點：

燃氣最大壓力p：6~15MPa

最高溫度T：1800~2200K

三、作功沖程11第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理（4）排氣行程從排氣門開啟到排氣門關(guān)閉的時刻。排氣提前角;排氣晚關(guān)角：在活塞到達下止點之前30~80°，膨脹行程還沒有結(jié)束的時刻就將排氣門打開。氣門重疊角：在排氣門關(guān)閉之前，進氣門就已打開，進排氣門同時開啟時期所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。排氣終了時：

氣缸壓力p：0.105~0.12MPa

氣缸溫度T：900~1100K四、排氣沖程12第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理四沖程汽油機示功圖ra段曲線：進氣行程ac段曲線：壓縮行程czb段曲線：作功行程br段曲線：排氣行程13第二章船舶柴油機裝置2.2四沖程柴油機工作原理

3、在四沖程柴油機的四個沖程中，只有第三沖程即工作沖程才產(chǎn)生動力對外做功，而其余的三個沖程都是消耗功的準備過程。為此在進油一個氣缸的單缸柴油機上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，使曲軸在四個沖程中連續(xù)而均勻的運轉(zhuǎn)。

1、由于進排氣閥都是早開晚關(guān)的，所以在排氣沖程之末和進氣沖程之初，活塞處于上止點附近時，有一段時間進排氣閥門同時處于開啟狀態(tài)。這段時間用曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為氣閥重疊角。

2、排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進氣沖程，于是整個工作循環(huán)就依照上述過程重復進行。由于這種柴油機的工作循環(huán)由四個活塞沖程及曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈完成的。故稱為四沖程柴油機。14第二章船舶柴油機裝置2.3二沖程柴油機工作原理必須有掃氣泵，進氣孔布置在氣缸下部，其高度為活塞行程的10-20%左右，進氣孔的打開和關(guān)閉由汽缸內(nèi)運動的活塞控制；排氣閥布置在汽缸蓋上，由凸輪軸驅(qū)動，保證在曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時氣閥打開一次掃氣泵用于清除氣缸內(nèi)的廢氣和填充新鮮空氣。特點15第二章船舶柴油機裝置2.3二沖程柴油機工作原理第一沖程活塞從下止點向上止點運動（a-k-c線）?；钊谙轮裹c時排氣閥和進氣孔已經(jīng)打開，儲氣室中的壓縮空氣進入氣缸，并沖向排氣閥，具有清除廢氣的功能。活塞向上運動時關(guān)閉進氣口，同時排氣閥也關(guān)閉。空氣在缸內(nèi)受到壓縮。這就是進氣壓縮過程。a-k線為掃氣過程，k點為掃氣終點(它取決于進氣孔與排氣閥關(guān)閉時刻)，k-c線為壓縮過程，c’點為噴油時刻。第一沖程16第二章船舶柴油機裝置2.3二沖程柴油機工作原理第二沖程活塞從上止點向下止點運動。完成燃燒膨脹。從示工圖上可以看到壓縮，噴油，最高壓力，排氣，進氣等各個關(guān)鍵的時刻。其中c-m線為膨脹線，c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段,z點為最高壓力點，m點為排氣閥開始打開的時刻,m-n線為燃燒產(chǎn)物從氣缸排入大氣，壓力迅速下降,n時進氣孔打開，此時氣缸內(nèi)壓力約等于貯氣室的壓力,n-a線為掃氣過程，新鮮空氣進入氣缸內(nèi)。第二沖程17第二章船舶柴油機裝置二沖程與四沖程柴油機比較具有以下優(yōu)點：1.提高了柴油機的作功能力2.改善了柴油機的動力性3.簡化了柴油機的結(jié)構(gòu)除此之外，區(qū)別還有：1.凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速，二沖程中兩者相同；四沖程中兩者為1:22.二沖程下行為作功，上行靠外力驅(qū)動；四沖程中除燃燒沖程外，其它三個為耗功3.二沖程進排氣重疊角(80~100°)大于四沖程的(25~60°)。二沖程本身固有的缺點：1.換氣質(zhì)量差、熱效率低2.熱負荷較高★在相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下，二沖程柴油機的功率是四沖程柴油機的兩倍？18第二章船舶柴油機裝置2.3二沖程柴油機工作原理（1）氣孔式直流換氣（3）回流換氣（2）橫流換氣3、換氣型式19第二章船舶柴油機裝置2.4增壓柴油機的特點1.為什么要加裝增壓器提高柴油機功率的有效方法是增加進入氣缸的空氣量和燃料，增加燃料可通過設(shè)計燃油系統(tǒng)的主要部件更合理即可，而增加空氣量可由安裝增壓器來實現(xiàn)。2.增壓壓力3.增壓器柴油機的分類根據(jù)增壓器傳動方式不同：增壓柴油機可分為機械傳動的增壓器柴油機和廢氣渦輪增壓器柴油機。Pk=0.13MPa~0.25MPa

20第二章船舶柴油機裝置2.4增壓柴油機的特點增壓器葉輪1通過傳動齒輪由曲軸帶動?？諝鈴倪M口被吸入，經(jīng)過葉輪1增壓后，進入進氣管2的空氣壓力可達到0.15MPa以上。機械式增壓柴油機21第二章船舶柴油機裝置2