廣東海洋大學簡答題柴油機

第一章柴油機的基本知識4.試綜述現(xiàn)代船用柴油機的結構特點。答：現(xiàn)代船用大型柴油機的結構特點大致有：1）燃燒室采用鉆孔冷卻結構；2）旋轉排氣閥及液壓式氣閥傳動機構；3）可變噴油定時機構（VIT）式噴油泵；4）薄壁軸承（如十字頭軸承采用高錫鋁薄壁軸承）；5）氣缸潤滑隨負荷自動調整的自動控制系統(tǒng)，以改善氣缸潤滑；6）曲軸自由端裝設軸向減振器以消減曲軸的軸向振動；7）焊接曲軸，大大減輕曲軸的重量（減輕20%?30%）。5.試綜述提高船用柴油機經(jīng)濟性的措施。答：提高船用柴油機經(jīng)濟性的主要措施有：1）采用等壓渦輪增壓系統(tǒng)及高效率廢氣渦輪增壓器。［采用等壓增壓可明顯提高增壓器效率，使目前增壓器效率提高到68%—72%。］2）提高行程缸徑比S/D。［一方面可增加燃氣膨脹功，另一方面在保持活塞平均速度不變的情況下，顯著降低柴油機轉速以提高螺旋槳效率，目前已發(fā)展到S/D=4的超長行程柴油機。］3）提高最高爆發(fā)壓力pz,與平均有效壓力pe之比pz/pe。［理論研究并經(jīng)實踐證實，提高pz/pe可提高柴油機經(jīng)濟性，所以目前戶：已達15?18MPa。］4）增大壓縮比。［高增壓柴油機在過去曾一度采用低壓縮比，以保證柴油機足夠的機械強度，當前為提高經(jīng)濟性，仍然采取增大壓縮比的措施，如現(xiàn)代大型柴油機壓縮比已提高到16?19。］5）采用可變噴油正時機構（VIT）［可變噴油正時機構可以提高部分負荷運轉的經(jīng)濟性。］6）提高機械效率。［采用超短裙活塞并減少活塞環(huán)數(shù)目，改善氣缸潤滑，以提高機械效率。］7）軸帶負荷（如軸帶發(fā)電機）。［利用船舶推進軸系同時驅動一專用發(fā)電機，在正常運轉期間可供船舶全部用電。］8）余熱再利用。［開發(fā)與利用柴油機的余熱（如排氣、冷卻液所攜帶的熱量）。］9）改進噴射與燃燒技術。［如提高噴油壓力，增大噴油率，縮短噴油持續(xù)期及采用小噴孔噴油器等提高燃燒質量。］第二章柴油機結構及主要零部件4.柴油機活塞的冷卻方式有哪幾種？冷卻機構有哪幾種？答，活塞的冷卻方式主要有：（1）噴射冷卻：壓力滑油經(jīng)連桿桿身的內部油道自噴嘴噴出，冷卻活塞內壁后自由落人曲軸箱i（2）循環(huán)冷卻，壓力油均勻地在活塞頭部的油道中流動。通常在活塞頂內設置冷卻腔或蛇形管。（3）振蕩冷卻：在活塞頭中設置較大容積的冷卻空間，冷卻液在其中充滿40%?60%并以一定循環(huán)速度流過。由于活塞的變速運動使冷卻液在慣性力作用下在冷卻腔內上下振蕩?；钊睦鋮s機構是指冷卻液的輸送方式。在筒形活塞式柴油機中有兩種冷卻機構：其一是曲軸箱內設固定噴管，其二是在曲軸、連桿鉆孔，冷卻后滑油自由落回曲軸箱。在大型十字頭柴油機中則廣泛使用套管式或絞鏈管式兩種。第三章燃油噴射與燃燒3.試述燃油的噴射過程及其影響因數(shù)。答：從供油始點到噴油終點的噴射過程可分為三個階段：一噴射延遲階段1（從供油始點到噴油始點）由于燃油的可壓縮性、高壓油管的彈性以及高壓系統(tǒng)的節(jié)流等原因使得噴油器的噴油始點滯后于噴油泵的供油始點。由此，存在著供油提前角（在壓縮行程中噴油開始供油的瞬時到活塞上止點的曲軸轉角）和噴油提前角（在壓縮行程噴油器開始噴油的瞬時到活塞上止點的曲軸轉角）兩個提前角。影響噴射延遲階段的主要因素是：高壓油管特性參數(shù)、噴油器針閥的啟閥壓力、柴油機的工況以及噴油泵乞油閥和噴油器針閥的結構特點等。二主要噴射階段n（噴油始點到供油終點）本階段內由于瞬時供油量大于噴油量，所以噴油壓力繼續(xù)升高，燃油是在不斷升高的高壓下噴人氣缸，循環(huán)噴油量的大部分在本階段內噴入氣缸。顯然，本階段的長短主要取決于柴油機負荷，負荷愈大，本階段愈長。三尾噴階段m（供油終點到針閥落座點）當噴油泵停止供油時，由于壓縮燃油在低壓下膨脹，高壓油管在低壓下收縮以及系統(tǒng)的節(jié)流作用，使得噴射系統(tǒng)中的壓力下降得較為遲緩，針閥仍保持開啟。燃油是在不斷下降的壓力作用下噴人氣缸，使燃油霧化不良，甚至產(chǎn)生滴漏現(xiàn)象。影響尾噴階段的主要因素與噴射延遲階段相同。5.試述柴油機的燃燒過程及其特點。答：根據(jù)分段燃燒理論，整個燃燒過程可分為滯燃、速燃、緩燃和后燃四階段。.滯燃期的長短對柴油機的燃燒過程有重大（或決定性）影響。1）如滯燃期疝過短燃油噴注剛離開噴油器就立即燃燒，會使柴油機動力性降低并冒黑煙；2）如滯燃期過長滯燃期噴油量也越多，一旦發(fā)生燃燒，缸內壓力會急劇增高，使工作粗暴，嚴重時發(fā)生燃燒敲缸，并損壞機件。通常，滯燃期過長是引起燃燒過程惡化的通病，所以應盡可能縮短滯燃期，但并不是越短越好。.速燃期有以下特點：1）近似等容燃燒，缸內壓力上升至最高爆發(fā)壓力：2）是為不可控燃燒，即本階段燃燒速率很難直接用控制該燃燒期燃油與空氣混合速度的辦法來加以控制，但可用控制滯燃期長短來控制速燃期。3）速燃期的主要問題是由于燃燒速度過快，使平均壓力增長率dp/d過大，而產(chǎn)生燃燒敲缸現(xiàn)象（亦稱工作粗暴、爆燃）。.緩燃期的特點是：1)近似等壓燃燒；2)為可控燃燒(負荷大小)。在緩燃期內，缸內達最高燃燒溫度，燃燒速率逐漸降低。按放熱規(guī)律研究本階段亦稱擴散燃燒階段。3)緩燃期的主要矛盾是油氣得到氧分子的速度趕不上燃燒速度的需要而發(fā)生不完全燃燒。為了改善此階段的燃燒質量應設法加強燃燒室內空氣擾動以加速混合氣的形成。.后燃期是燃燒過程在膨脹中的繼續(xù)。后燃期的存在有以下危害：1)排煙溫度升高；2)熱負荷增加；3)熱效率下降；4)可靠性降低。所以后燃期越短越好，但柴油機的后燃不可避免。第四章 柴油機的換氣與增壓.四沖程柴油機換氣過程分為哪幾個階段，這幾個階段是如何劃分的？(1)自由排氣階段當排氣閥在下止點前打開時，氣缸壓力遠遠高于排氣管壓力，廢氣在很大的壓力差作用下排出氣缸。隨著排氣閥開度的增大，直到下止點后氣缸壓力接近排氣管壓力為止。這一階段為自由排氣階段。(2)強制排氣階段從自由排氣結束到排氣閥關閉這一階段活塞由下止點向上止點運動，排氣過程是由活塞的推擠造成的。這階段為強制排氣階段。(3)進氣階段由進氣閥開啟點開始，至進氣閥關閉點結束。這一階段為進氣階段。.二沖程柴油機換氣過程與四沖程柴油機相比有何特點？(1)二沖程柴油機換氣時間遠少于四沖程柴油機(2)二沖程柴油機的換氣主要是依靠進、排氣口之間的壓差，用新鮮空氣驅趕廢氣的掃氣方式，新氣的進入和廢氣的排除過程同時進行。(3)為實現(xiàn)掃氣所需的氣體壓力差較大，空氣的消耗量也較大，消耗的功較多。(4)二沖程柴油機的氣缸容積不能充分利用.氣閥機構的故障有哪幾種、其原因是什么？(1)閥面和閥座磨損和腐蝕。原因為由燃氣中的碳?；蚱渌s志沖刷或落在結合面上時閥與閥座撞擊造成；燃油中的硫、釩和鈉腐蝕造成。(2)閥面和閥座燒損。原因為閥座扭曲、偏移、傾斜和失圓會造成大面積燒損。閥盤關閉不嚴，氣閥閥桿卡阻、彎曲，閥面和座面因麻點、傷痕而發(fā)展到燒損。(3)閥桿卡緊。原因為氣閥導管間隙過小或過大，氣閥導管間隙過大或中心線不正。(4)閥桿和閥頭斷裂。原因為頻繁撞擊引起金屬疲勞以及高溫下金屬的機械強度降低造成。(5)氣閥彈簧斷裂。原因為振動，材質，熱處理不符合要求及保管中銹蝕所至。(6)閥殼產(chǎn)生裂痕。原因為安裝時將固定螺栓擰得太緊。.柴油機噴油規(guī)律與供油規(guī)律的主要差異？答：噴油規(guī)律與供油規(guī)律的主要差異是噴油始點晚于供油始點；噴油持續(xù)期長于供油持續(xù)期；最大噴油速率低于供油速率。.柴油機理想的放熱規(guī)律是什么？答：柴油機理想的放熱規(guī)律是滯燃期不滯、急燃期不急、緩燃期不緩、后燃期不后，即先緩后急。.二沖程柴油機的掃氣形式有哪幾種？哪種性能最好？答：二沖程柴油機的掃氣形式有直流掃氣、回流掃氣、橫流掃氣三種。直流掃氣的性能最好。三.論述題（20題）.柱塞式噴油泵的速度特性是什么？有何危害？如何解決？答：在油量調節(jié)機構位置一定時，供油量隨轉速的變化關系為柱塞式噴油泵的速度特性。當外界負荷突然減小時，發(fā)動機的轉速會突然上升，而此時本應減小供油量，但在油量調節(jié)機構位置一定時，供油量隨轉速的上升，供油量自動增大，更促使發(fā)動機的轉速升高以至于超速。導致發(fā)動機由于超速而出現(xiàn)排氣管冒黑煙及發(fā)動機過熱現(xiàn)象；同時往復運動件的慣性力增大，使某種機件過載，甚至于損壞。而當外界負荷突然增大時，轉速瞬間下降，本應要增大供油量，但在油量調節(jié)機構位置一定時，供油量隨轉速的下降，供油量會自動減小，在極端的情況下，會導致發(fā)動機停止運轉。采取的措施是，噴油泵內要有油量調節(jié)機構；所有柴油機必須裝有調速器，以限制發(fā)動機的最高轉速和穩(wěn)定怠速運行。.試述四沖程柴油機的工作原理及特點。答：四沖程柴油機在進氣行程中進入缸內的是空氣。由于壓縮比較高，在壓縮行程接近終了時，缸內的空氣壓力、溫度遠大于柴油自燃溫度。此時，柴油經(jīng)噴油器以很高的壓力噴入燃燒室，在極短的時間內，燃料與高溫、高壓空氣混合后自行發(fā)火燃燒。氣缸內壓力溫度急劇上升，燃料的化學能變?yōu)闊崮埽苿踊钊龉?，之后為排氣行程。特點：壓縮比較高；燃油消耗率較低；氣門重疊較大；充氣效率較高；為自燃式，無點火系統(tǒng)；缸內燃燒最高壓力較高，發(fā)動機的振動、噪聲相對汽油機較大；發(fā)動機的轉速相對于汽油機較低；有利于實現(xiàn)排氣渦輪增壓技術；有害排放物PM高，HC、CO較低；需要一套價格昂貴的供油系統(tǒng)（高壓油泵和噴油器）。7.說明柴油機燃燒四階段的劃分與特點，如何組織合理的燃燒？答：柴油機燃燒的四階段劃分為四階段：1）備燃期（自噴油開始至燃燒開始的曲軸轉角）為著火前的物理化學準備階段。2）速燃期（自燃燒開始至缸內最高壓力出現(xiàn)點的曲軸轉角）缸內壓力、溫度劇增，最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點后6?15度，放熱量約為每循環(huán)放熱量的30%。3）緩燃期（最高壓力點到最高溫度出現(xiàn)點的曲軸轉角）燃燒速度減小，最高溫度出現(xiàn)在上止點后20?35度，放熱量約為每循環(huán)放熱量的70%。4）后燃期（最高溫度出現(xiàn)點之后的曲軸轉角）燃燒速度很慢，柴油機易過熱，應減小和避免后燃現(xiàn)象。由于柴油機混合氣的形成和燃燒的時間極短、空間極小，從噴油開始到燃燒結束僅占50°曲軸轉角，因此應提高燃料的霧化程度，加強氣流的運動強度，改善燃燒后期的燃燒條件。即縮短備燃期、控制速燃期、加快緩燃期、避免后燃期。.敘述提高四沖程柴油機充氣效率的措施。答：提高充氣效率的主要措施有：增大氣門有效通流面積；采用多氣門機構；適當增大氣門升程；精心設計進排氣道、進排氣管、氣門與氣門座，提高其流量系數(shù)；減小空濾器的流阻損失；減小消聲器的流阻損失；適當提高壓縮比，減小缸內殘余廢氣量；增大冷卻液對燃燒室壁面四周的冷卻效應；采用高效率的增壓（中冷，進氣溫度455℃）技術。.柴油機對燃料噴射有什么要求？答：對柴油機燃料供給與調節(jié)系統(tǒng)的基本要求是：1）能產(chǎn)生足夠高的噴射壓力，以保證燃料良好的霧化混合和燃燒，且燃油油束需與內燃機燃燒室和氣流運動相匹配，保證油氣混合迅速、均勻；2）對每一個內燃機運行工況，精確控制每循環(huán)噴入氣缸的燃油量，且噴油量能隨工況變化而變化，在工況不變時，各循環(huán)供應量均勻，多缸機各缸的噴油量一致；3）在內燃機所運行的工況范圍內盡可能保持最佳的起噴時刻、噴油持續(xù)時間與噴油規(guī)律，以保證良好的燃燒并取得優(yōu)良的綜合性能。（定質、定量、定時）20.比較二沖程與四沖程柴油機的工作特點和性能。答：在發(fā)動機相同的排量、轉速下，二沖程機做功頻率增大1倍；二沖程換氣過程在下止點附近完成，換氣持續(xù)角小（約120［（°XCA）］）；回流式和橫流式掃氣型式的二沖程柴油機換氣質量差，缸內廢氣量多（四沖程機具有獨立的排、進氣過程）；二沖程機熱負荷大，耗氣量大；二沖程機存在失效行程；二沖程柴油機必須用羅茨鼓風機；低速機用十字頭連桿；二沖程機與四沖程機相比功率約提高1.6倍；二沖程柴油機主要用作低速船用主機；二沖程機結構簡單、運轉平穩(wěn)。四.簡答題（每題5分，共10分）.何為柴油機的增壓？何為增壓器的喘振及產(chǎn)生原因？.密封環(huán)、刮油環(huán)、減磨環(huán)各起什么作用？各用什么材料制造？.什么叫后燃？后燃有何危害？形成后燃的主要原因有哪些？.回油孔噴油泵的有哪幾種調節(jié)方式？供油定時有哪幾種調節(jié)方法？

H四、分析題（14分）H在圖中畫出柴油機允許持續(xù)運轉范圍，并分析每條限制線。P2261、（每小點+分析2分）⑴最大功率—一等轉矩限制線或等平均有效壓力線⑵最大熱負荷一一燃燒等過量空氣系數(shù)或等排氣溫度線⑶最小功率一一最低負荷速度特性線⑷最高轉速一一標定工況點的調速特性曲線⑸最低轉速 最低穩(wěn)定轉速2、畫圖（4分）每條線都應有文字說明，畫出允許持續(xù)運轉范圍⑹。四、分析題（14分）分析現(xiàn)代大型船用柴油機與螺旋槳的減功率匹配。P228、231⑴減功率匹配是指柴油機與螺旋槳的匹配點低于柴油機標定功率（或指匹配按輕槳原則），以備需要時柴油機能發(fā)出更大的功率來保證航行（或不會使柴油機與螺旋槳配得過重超負荷工作）。（共5分）⑵現(xiàn)代大型船用柴油機與螺旋槳需要減功率匹配的原因是：（每小點1分）①柴油機標定功率是在標定環(huán)境條件下由試驗確定的，而實際運轉中環(huán)境條件有許多不同；②柴油機在使用中由于船舶航行條件的變化會使船舶阻力增加，使柴油機有發(fā)生超負荷工作的傾向；③現(xiàn)代柴油機由于增壓度較高故超負荷的能力降低⑶螺旋槳與柴油機的減功率匹配方法（每小點1分）①按推進特性減功率②降低轉速減功率③按負荷特性減功率④按選定的匹配點調整pz⑷所以為了使柴油機能充分發(fā)揮作用，同時得到高的經(jīng)濟性、可靠性和較長的壽命，并在特殊航行條件下有較好的超負荷運轉能力，現(xiàn)代大型船用柴油機與螺旋槳要減功率匹配。（2分）問答題〔每小題5分，共30分） |L機械調速器的特”有哪些？0有差調色機械式調速楷必為有差調節(jié)；［即當負荷增加時其穩(wěn)定后轉速較原轉速稍仃降低,而當負荷減小時,其穩(wěn)定后轉速較原轉速稍有增加.］2）靈敏度和精度：機械式調速器的靈敏度和精度較差：3）結構和維修：結構簡單，鰥修方便；1）驅動力】機械式謫速器的邪動力較小，所以“川卜中小型柴油機。2一試述起動轉速的定義、影響因素及范因“答：?,起動轉速的定義柴油機起動所要求的最低轉速稱起動轉速；［起動轉速的高低是柴油機起動性能的重要標志a］二、起動轉速的影響因素通常,起動轉速的高低與柴油機的類型、環(huán)境條件、柴油機的技術狀態(tài)、燃油品質等有關.［如大型低速機由F其單位容積散熱而較小，戰(zhàn)兵起動轉速較低.環(huán)境溫度較低,柴油機氣缸密封件不好等均使起勁轉速增高（起動困難）,:起動轉速的范圍起動轉速的,般箍圍是：高速機~1501/ndn；口1速機審）?7Qr，min；低速機25Toi/min*3.柴油機滑油溫度且低、過高有什么危害？答？滑油溫度過低的危；門上滑油秸度增大，摩擦阻力增大，滑油泵耗功增加.滑油溫度過高的危害是：粘度降低，滑油的潤滑性變差.零部件磨損增大.同忖滑油易氧化變腦口4.簡述第油機的推進特性是如何測取的？答：柴油機內推進特性是根據(jù)Pfi”關系佐試驗臺上測定的.其測定方法如下：（D根據(jù)推進特性由，行計算出在選定的各測定轉速時的運轉功率.由選定的任?轉速if根據(jù)推進特性陛工n*計算相俄的:.推進特性）運轉功率氏一（￡）在試驗臺上起動柴油機，調已調速器轉速設定機構，使柴油機在選定的最低轉速口：F穩(wěn)定工作,按計算出相應運轉功率調節(jié)柴油機的外負荷（如水力惻功器的進水量機使柴油機在口與P日工況點穩(wěn)定工作,灘后測量并記錄有關性能參數(shù)與運轉參數(shù)值。（3）同理調寸柴油機在另?一個計算匚況（口工，P蝕）穩(wěn)定」:作，測量并記錄方關參數(shù).⑷以此類推可得其他選定工況點（n、P0）的有關參數(shù)值，另外,在船舶使用條件F分別測取1■:機在不同轉速時的有關性能參數(shù)和運轉參數(shù)，川「［接打出柴油機的推進特性口5,暖機的I1的是什么7試車的EI的是什么?曖機的目的是：減小起動后由于溫度突變產(chǎn)生的熱應力.改善起動性能和發(fā)火性能，就少氣缸內的低油腐蝕等.試車的目的是為了檢比起動系統(tǒng)、換向裝置、燃油噴射靠統(tǒng)、油量調節(jié)機構及調速舞工作是否正常。6,柴油機使用低質燃油時應采取咖畔管理技術措施？答：使川低陸燃油時,應注意加強以下管理技術；（1）對燃油的預處理，包括預熱，凈化、添加劑和乳化殍，其目的在」?提高低度燃油的貯存、胺運利使用性能.⑵運行管理.包括加強燃地管理,防」I?不同油品混艙而發(fā)生不相容舸淀勉h適當增大噴油提前角并提高噴抽器后閥壓內；使用造力堿性的氣缸油，并酌情增大氣缸注油量；調,冷卻水溫度.防I卜低涓腐蝕；增壓系統(tǒng)定期檢查與清洗，以）說進部件結構,提高表面工作性能,如缸套鍍帑，改進噴油器結構.加強其冷卻：改進活塞桿塊料函結構等.3柴油機氣閥間隙過大或過小有何危害？（6分）.液壓調速署反饋系統(tǒng)中的反饋指針與補償針閥過大或過小對調速器的工作有何影響？￡3分）.試述氣瓶穴飩機理及斌輕穴蝕的措施.調分）四一論述軀：（每超1。分，其I。分）1.一伸程柴油機與四沖幅柒油機的比血答；（I）:：沖樣柴油機由于換氣時間段（換氣角國世為M娜祥機的1凸）：新IH汽休步榜帝.所以：：沖程機捶氣質后較四沖程機差，耗氣量大.二沖程機曲軸轉一林就有一個匚作過程，因而在相同.「作條件下它的回林比四沖程機均勻，飛輪小.輸出功率較叫沖程機大:也由于I：作制那.林燒壺尚困郵件的拉負荷比西沖程機的高，并紿高拈壓帶來由疳-在相同功率條件下,二沖用機的尺，1r與里依比四外祚機小⑷對于需白氣缸兄寸及轉理相同的非增壓菜糊機,理誦上二修科的作功為四沖科機的2倍.但由于二沖相機