海船培訓(xùn)課件1.3

船舶動力裝置中華人民共和國海船船員適任考試培訓(xùn)教材左春寬孫永明張春來李世臣主編目錄一二第一章柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的性能評估第二章主柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的使用與管理三四第三章船舶主推進(jìn)動力裝置的工況配合及管理第四章電控噴射柴油機(jī)五第五章典型液壓系統(tǒng)六七第六章制冷與空調(diào)系統(tǒng)的操作和維護(hù)第七章

船用蒸汽鍋爐第一章柴油機(jī)及其附屬設(shè)備的性能評估4節(jié)柴油機(jī)的進(jìn)排氣性能評3節(jié)柴油機(jī)的燃油噴射與霧化性能評估2節(jié)柴油機(jī)的起動狀態(tài)評估1節(jié)柴油機(jī)的燃燒狀況分析與評估第四節(jié)柴油機(jī)的燃油噴射和霧化性能評估一、柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的類型、組成和特點(diǎn)在柴油機(jī)中，燃油必須在壓縮行程末期通過噴油器噴入氣缸，經(jīng)霧化、蒸發(fā)與空氣混合成可燃混合氣，才能發(fā)火燃燒。可燃混合氣的質(zhì)量是燃油燃燒的重要因素。1.對噴油設(shè)備的要求三定：定時、定質(zhì)、定量。⑴定時噴射要求噴有時間能夠使得循環(huán)的最大燃燒壓力在上止點(diǎn)后10°～15°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)達(dá)到。噴油提前角的大小應(yīng)根據(jù)機(jī)型和轉(zhuǎn)速不同而定。⑵定量噴射應(yīng)保證在一定的負(fù)荷下,精確的供給氣缸所需要的燃油量,并隨負(fù)荷的變化供油量能夠進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié),使柴油機(jī)發(fā)出的功率與負(fù)荷相平衡。多缸柴油機(jī)中,還應(yīng)保證各缸噴油量均勻,使各缸發(fā)出的功率相等,防止一些氣缸由于供油多而發(fā)生過熱和超負(fù)荷現(xiàn)象。

⑶定質(zhì)噴射燃油噴射系統(tǒng)必須提供足夠的供油壓力,以保證良好的霧化與燃燒，油束能與燃燒室匹配，與空氣混合均勻。噴油設(shè)備還應(yīng)無二次噴射和斷續(xù)噴射等不正常噴射現(xiàn)象、無泄漏。2、燃油噴射系統(tǒng)的要求柱塞泵式（Bosch）組成:高壓噴油泵、噴油器和高壓油管。噴油泵為高壓柱塞泵，可使燃油產(chǎn)生60～150MPa的高壓。柱塞下行時為吸油行程，柱塞上行時為泵油行程。噴油器屬于液壓啟閥式(又稱閉式)。

四、噴油泵結(jié)構(gòu)和工作原理

噴油泵是噴射系統(tǒng)的核心部件。它的作用除了產(chǎn)生噴射高壓外，還有對供油量的定時與定量。其定時供油由凸輪軸上的凸輪安裝位置控制；噴油泵的定量供油取決于柱塞上行時有效供油行程的大小?；赜涂资絿娪捅没窘Y(jié)構(gòu)圖1-柱塞；2-套筒；3-出油閥；R-齒條；S-齒圈；B-回油孔；a-直槽；b-斜槽；c-環(huán)形槽；d-橫銷

此種油量調(diào)節(jié)原理可有三種調(diào)節(jié)方案：始點(diǎn)調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)供油始點(diǎn)而終點(diǎn)不變）；終點(diǎn)調(diào)節(jié)（供油始點(diǎn)不變而供油終點(diǎn)可調(diào)）；始終點(diǎn)調(diào)節(jié)（始終點(diǎn)均可調(diào)節(jié)）。柱塞式噴油泵的基本組成部分有柱塞與套筒（柱塞偶件）、凸輪與滾輪、進(jìn)油閥和出油閥以及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。終點(diǎn)調(diào)節(jié)式始點(diǎn)調(diào)節(jié)式始終點(diǎn)調(diào)節(jié)式S泵-噴油器式噴射系統(tǒng)

噴油泵與噴油器為一體，無高壓油管，排除了高壓油管對噴射過程的不良影響;用于頂置式凸輪軸的小型高速柴油機(jī)中。主要特點(diǎn)：

使燃料的實(shí)際開始噴射時間更精確地符合理論開始噴射時間。

電控式噴射系統(tǒng)是一種蓄壓式噴射系統(tǒng)。利用多種電子傳感器監(jiān)測柴油機(jī)在各種工況下的運(yùn)行參數(shù),并把這些參數(shù)送入微處理機(jī)中，進(jìn)行分析后按最佳方案進(jìn)行噴油。優(yōu)點(diǎn):提高所有運(yùn)轉(zhuǎn)工況的經(jīng)濟(jì)性；改善柴油機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能；提高對不同燃油品質(zhì)的使用能力等。3、噴射過程（1）噴射過程的三個階段①噴射延遲階段I②主要噴射階段II③尾噴階段III①噴射延遲階段（幾何供油點(diǎn)Oh——噴油始點(diǎn)Ou）供油提前角：噴油泵開始供油時，對應(yīng)的曲柄離上死點(diǎn)的轉(zhuǎn)角；噴油提前角：噴油器開始噴油時，對應(yīng)的曲柄離上死點(diǎn)的轉(zhuǎn)角；（注：能夠檢查和調(diào)整的是供油提前角；對燃燒時刻產(chǎn)生影響的是噴油提前角）。產(chǎn)生噴射延遲的原因：

a.燃油具有可壓縮性；

b.高壓油管具有彈性；

c.高壓系統(tǒng)存在節(jié)流作用；②主要噴射階段起始點(diǎn)：從噴油始點(diǎn)開始→供油終點(diǎn)，即柱塞斜槽打開回油孔。特點(diǎn)：1）噴油器中的壓力較高，大部分燃油在此階段噴入氣缸；2）壓力在不斷增高下噴入氣缸，其霧化效果較理想。2）該階段的長短取決于柴油機(jī)的負(fù)荷，負(fù)荷愈大，此階段愈長。③尾噴階段起始點(diǎn)：

從供油終點(diǎn)到針閥落座，噴油終點(diǎn)。特征：噴油泵回油孔剛打開時，因回油孔的節(jié)流作用及燃油、高壓油管波的傳遞，使得噴油器中的壓力下降較為遲緩，針閥仍保持開啟。燃油在不斷下降的壓力作用下噴入氣缸，燃油霧化不良，甚至產(chǎn)生滴漏現(xiàn)象。要求：使針閥斷油迅速，將此階段縮短到最小限度。（2）噴射過程的壓力波產(chǎn)生原因：供油時，由于高壓油管內(nèi)瞬間高壓，燃油流動的慣性和高壓油管的彈性，造成高壓油管中出現(xiàn)壓力波。危害：可能引起噴油器的異常噴射；可能造成噴油元件損壞。4.供油規(guī)律和噴油規(guī)律（1）幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律燃油的噴射質(zhì)量通?？蓮娜加偷撵F化質(zhì)量及噴油規(guī)律兩個方面來評價，而噴油規(guī)律主要由供油規(guī)律來控制。供油規(guī)律概念：噴油泵單位凸輪轉(zhuǎn)角的供油量隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時間t）的變化規(guī)律。由柱塞直徑和凸輪型線的運(yùn)動規(guī)律決定。噴油規(guī)律概念：噴油器單位凸輪轉(zhuǎn)角的噴油量隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時間t）的變化規(guī)律。由噴油系統(tǒng)幾何參數(shù)和燃油液力特性決定。供油規(guī)律、噴油規(guī)律間關(guān)系：噴油規(guī)律受供油規(guī)律影響，噴油始點(diǎn)遲于供油始點(diǎn)，噴油持續(xù)時間大于供油持續(xù)時間，噴油速率的峰值小于供油速率的峰值噴油規(guī)律曲線作用：（1）分析判斷噴油始點(diǎn)、終點(diǎn)和噴油持續(xù)角是否合適；（2）分析判斷有無二次噴射、斷續(xù)噴射等不正常噴射現(xiàn)象；（3）分析判斷噴油規(guī)律是否符合理想的燃燒過程和放熱規(guī)律的要求（2）噴油規(guī)律影響因素1）凸輪形線和有效工作段2）柱塞的直徑D與噴孔直徑d3）高壓油管尺寸4）柴油機(jī)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速5）噴油定時1）凸輪形線和有效工作段凸輪外形越陡，油壓上升越快，供油速度越大，噴油延遲角和噴油持續(xù)角就越小。一般將凸輪的有效工作段選在柱塞運(yùn)動的高速部分，以減小噴油持續(xù)角，提高霧化質(zhì)量。2）柱塞的直徑D與噴孔直徑d在不改變柱塞行程時，增大柱塞直徑供油量大，供油速度增大，噴油延遲角和持續(xù)角均減小;當(dāng)噴油器的噴孔數(shù)不變而噴孔直徑減小（如堵塞）時，由于噴油阻力的增加使噴油持續(xù)角增大，而每度凸輪轉(zhuǎn)角的噴油量減小。此時，由于高壓油管中的壓力增高，容易產(chǎn)生重復(fù)噴射。3）高壓油管尺寸油管長度↑→壓縮體積↑→噴射延遲角↑→實(shí)際噴油提前角↓。若各缸高壓油管長度不同，則各缸噴油規(guī)律會不同。為使各缸噴油規(guī)律一致，應(yīng)盡可能使各缸的高壓油管長度相同。油管內(nèi)徑↓→燃油流動阻力↑→噴油延遲角↑→噴油提前角↓。4）柴油機(jī)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速及噴油定時不變時，若增大負(fù)荷，其噴油始點(diǎn)基本不變而噴油終點(diǎn)延后，并且增加了后半期的噴油量。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷及噴油定時不變時，隨著轉(zhuǎn)速增加，相應(yīng)每度凸輪轉(zhuǎn)角的時間縮短，故噴油延遲角和噴油持續(xù)角均加大，而每度凸輪轉(zhuǎn)角的噴油量減少。實(shí)際噴油提前角變小。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷不變時，改變噴油定時不改變噴油規(guī)律的形狀，只將噴油規(guī)律的曲線向前或向后推移。5）噴油定時5、異常噴射及其消除方法異常噴射的根本原因：高壓系統(tǒng)中的壓力波動現(xiàn)象。常見的異常噴射有：

1.二次噴射(重復(fù)噴射）

2.斷續(xù)噴射

3.不穩(wěn)定噴射和隔次噴射

4.滴漏噴油器的調(diào)整參數(shù)1）噴油器針閥開啟油壓力p0p0·π·（

dn2－ds2）/4≥F當(dāng)油壓力升至p0≥4F/π（

dn2－ds2）時閥開始上升。針閥抬起后油壓作用面積增大，升閥力為：p0·π·dn2/4﹥﹥F，閥迅速抬起。2）噴油器針閥關(guān)閉油壓力ps當(dāng)油壓力降至ps≤4F/π·

dn2時，閥開式下落。可知：p0﹥ps

。但關(guān)閉壓力過低會影響霧化質(zhì)量，關(guān)閉壓力ps應(yīng)盡可能接近較高p0。3）p0的大小決定噴霧質(zhì)量，由彈簧預(yù)緊力F的大小決定。1、重復(fù)噴射（二次噴射）

使噴油持續(xù)角變大，由于后期在低壓下噴油，霧化質(zhì)量降低，致使燃燒惡化、后燃嚴(yán)重、排溫升高、機(jī)件過熱、燃燒室結(jié)碳、排氣冒黑煙等，降低了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。1）定義供油結(jié)束噴油器針閥落座后又重新被抬起的噴射現(xiàn)象稱為～（二次噴射）。2）何時易發(fā)生？在柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷的工況下最易產(chǎn)生。3）原因：內(nèi)因：壓力波動過大，剩余壓力p0與啟閥壓力pφ過于接近；外因：噴油器噴孔部分堵塞，p0過高；排油閥卸載容積不足p0

過高；換用了內(nèi)徑和長度較大或剛性較小的高壓油管p0

過高，壓力波動過大；噴油器啟閥壓力較低。4）危害：2．?dāng)嗬m(xù)噴射（波動噴油）1）定義：在噴油泵的一次供油期間，噴油器針閥斷續(xù)啟閉（頻繁地起落），而且升起不足、噴射不力，這種現(xiàn)象稱為斷續(xù)噴射。2）何時易發(fā)生？此現(xiàn)象多發(fā)生在柴油機(jī)低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速工況。3）原因：噴油泵的供油量小于噴油器的噴油量。4）危害：針閥撞擊次數(shù)增多、磨損加大、壽命降低。3、不穩(wěn)定噴射和隔次噴射1）定義（原因）：指噴油泵雖能持續(xù)工作，但各循環(huán)噴油量在噴射時不斷變動的情況。其極端情況是隔次噴射，即噴油泵每供兩次油噴油器才噴一次油。2）何時發(fā)生？此現(xiàn)象多發(fā)生在柴油機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或噴油設(shè)備偶件過度磨損時發(fā)生。3）危害：轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或自動停車。4、滴漏1）原因：噴油器針閥關(guān)閉時，針閥彈簧力不足或高壓油管壓力下降過慢，使針閥落座關(guān)閉過慢造成。2）危害：燃油流出速度和壓力很低，霧化差，在噴孔處積炭，堵塞噴孔。最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1、定義：柴油機(jī)各缸能夠均勻發(fā)火的最低轉(zhuǎn)速；2、要求：低速機(jī)≯30%nb；中速機(jī)≯40％nb

；高速機(jī)≯45％nb

最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速低，表明各缸噴油量均勻，性能好。二、燃油的噴射和霧化狀況分析1）、油束的形成與特性（1）噴霧質(zhì)量的幾何參數(shù)a）油束的射程L：L應(yīng)與燃燒室相匹配。b）油束的錐角β：

β表示油束的緊密程度，β大霧化質(zhì)量好。2）評定霧化質(zhì)量的指標(biāo)a）油滴平均直徑d：d小，質(zhì)量好。b）霧化均勻度X0：最大直徑與平均直徑之差。X0小，質(zhì)量好。（2）影響油束特性的因素1）噴油壓力：壓力大，霧化細(xì)度小，L和β都增大。2）噴孔構(gòu)造：噴孔的直徑及噴孔孔數(shù)，直徑小，L小，β大，霧化細(xì)度小。應(yīng)與燃燒室配合好。使用時若噴孔磨損或堵塞不利。3）燃油的粘度和密度：粘度大，霧化質(zhì)量差，高粘度油需加熱。4）噴射背壓：背壓大，L小，β大，霧化細(xì)度小。

HC化合物燃料完全燃燒時,只產(chǎn)生CO2、H2O,沒有其它有害產(chǎn)物。由于可燃混合氣在燃燒前和燃燒中的極短時間完成的,混合氣不均勻程度較嚴(yán)重。在高溫富氧環(huán)境下易生成NOx，在高溫缺氧環(huán)境下不完全燃燒生成CO和炭煙粒子,

在低溫及混合氣過稀條件下易生成HC。燃油中的硫燃燒生成SO2

及SO3

。三、減少Sox和Nox排放的缸內(nèi)處理方法影響氮氧化物(NOx)生成的主要因素是柴油機(jī)氣缸中的燃燒過程。降低氮氧化物(NOx)排放的方法主要是機(jī)內(nèi)處理和機(jī)后凈化。機(jī)內(nèi)處理的關(guān)鍵是有效的控制燃燒過程；

機(jī)后處理不會影響柴油機(jī)的熱效率，但船舶初造價提高和船員維護(hù)管理工作增加。SOx排放物的多少主要是由燃油中的硫分所決定的，降低燃料含硫量是減少廢氣中氧化硫產(chǎn)物的唯一有效方法。脫硫處理后，燃料的價格也會上升，燃料費(fèi)用增加。另外一種除去廢氣中氧化硫的方法是水洗。在船上裝設(shè)龐大的氧化硫處理設(shè)備，不論從經(jīng)濟(jì)角度還是從環(huán)保角度都存在一定的問題。

柴油機(jī)排放物控制的重點(diǎn)：NOx與顆粒，其次是SOx。

研究表明，有效地控制柴油機(jī)有害物的排放，必須從柴油機(jī)的燃燒過程的改進(jìn)、排氣后處理以及改善燃油品質(zhì)入手。有害排放的控制措施：機(jī)內(nèi)處理機(jī)后處理機(jī)前處理催化轉(zhuǎn)化SCR廢氣再循環(huán)蒸汽噴射進(jìn)氣加濕直接噴水高壓噴射噴油器改進(jìn)稀薄燃燒推遲噴油燃油乳化LNG醇類燃料代用燃料改進(jìn)燃燒加水處理改進(jìn)循環(huán)1、燃燒過程的改進(jìn)1)高壓噴射噴射高壓和短噴油持續(xù)期,改善霧化質(zhì)量,加大噴油速率,卷入油束空氣量增加,燃油與空氣混合和燃燒速度加快,顆粒排放降低。2）推遲噴射增大噴油提前角，發(fā)火前噴入氣缸的燃油量多，爆燃嚴(yán)重，最高燃燒溫度較高，NOX的生成量較多；反之，NOX的生成量較少。因此，推遲噴射可減小缸內(nèi)NOX的生成量。3)電控噴射及引導(dǎo)噴射實(shí)現(xiàn)高壓噴射和引導(dǎo)噴射,根據(jù)工況變化對噴油規(guī)律最優(yōu)控制，既保證柴油機(jī)性能又抑制NOx與顆粒。4)噴油器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)不同的噴油器型式和結(jié)構(gòu)對NOx形成有著重大的影響?，F(xiàn)代柴油機(jī)平均有效壓力的提高要求增加噴油器的流通面積，導(dǎo)致噴油器壓力室的容積增加，噴油結(jié)束時殘存在壓力室中的燃油會滴入燃燒室不完全燃燒，則形成碳煙、HC、增大NOx排放并在燃燒室形成沉積。解決這一問題的措施是開發(fā)一種“小壓力室（mini-sac）”的噴油器，如MANB&W的“小壓力室”噴油器的壓力室只有正常壓力室的15%，而最新開發(fā)的滑動型噴油器則基本消除了壓力室，采用這種噴油器，可以減少NOX、CO、HC和碳煙并能大大減輕燃燒室的沉積。5)新型燃燒方式“兩階段燃燒系統(tǒng)”和“稀薄燃燒系統(tǒng)”等。尚未實(shí)用。6)排氣再循環(huán)(EGR)EGR是使部分排氣再次進(jìn)入氣缸進(jìn)行循環(huán)，一般可使約10%～20%的廢氣再次進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸。采用EGR后，由于進(jìn)氣中氧濃度降低和熱容量的增加，可獲得較低的燃燒速度從而降低Nox生成（降低30％～40％）。2．加水處理加水處理的原理是通過采取措施使一定量的水進(jìn)入氣缸，由于水的汽化潛熱很高，可以在燃燒過程吸收大量的熱量，從而降低最高燃燒溫度，減少NOx排放量。

（1）燃油乳化是將燃油摻水形成乳化油在柴油機(jī)中進(jìn)行燃燒，當(dāng)向柴油機(jī)噴入乳化油時，乳化油中的水被蒸發(fā)，使燃燒溫度峰值下降，能較大幅度地減少NOX排放。在一般情況下增加一個百分點(diǎn)的水將減少一個百分點(diǎn)的NOX，通常乳化油中含有10%的水，可使NOX下降6％～12％，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的發(fā)動機(jī)可以滿負(fù)荷時加入20%的水，此時燃油消耗率幾乎沒有變化。當(dāng)水含量再增加時，燃油消耗量會稍有增加。燃油乳化可降低NOX排放30～50％。使用乳化油還可以改善發(fā)動機(jī)的排煙，尤其在低負(fù)荷時更為明顯。加水的方式主要有以下幾種：（2）進(jìn)氣加濕是將水以高壓水霧的形式，在壓氣機(jī)后噴入增壓空氣中的。為防止水霧凝結(jié)，有時要通過加熱提高增壓空氣的溫度，加熱是利用空氣冷卻器來完成的。這種方法可使NOx排放減少50－60％而不會提高燃油消耗率。同時還可以降低主機(jī)的熱負(fù)荷并改善缸套清潔條件。進(jìn)氣加濕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低和不增加燃油消耗率；但對所噴水的質(zhì)量要求比較高。（3）直接噴水（DWI）

DWI技術(shù)采用雙噴嘴油頭，一個噴油，一個噴水。水在燃油噴射之前噴入缸，可以降低燃燒室溫度從而降低NOx。在噴水結(jié)束之后開始噴油，對燃油的著火和燃燒過程不會造成影響。油、水兩個系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。該方法可降低NOX排放50～60％。隨著