船舶柴油機(jī)的基本知識(shí)

課題一船舶柴油機(jī)的根本學(xué)問目的要求：了解船舶柴油機(jī)的根本概念及優(yōu)缺點(diǎn)。把握柴油機(jī)根本構(gòu)造和主要系統(tǒng)。把握柴油機(jī)主要構(gòu)造參數(shù)。把握四、二沖程柴油機(jī)的工作原理。比較四、二沖程柴油機(jī)工作原理與構(gòu)造上的差異。了解船舶柴油機(jī)的根本分類和型號(hào)。重點(diǎn)難點(diǎn)：柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)分。進(jìn)排氣重疊角、定時(shí)圖。教學(xué)時(shí)數(shù)：4教學(xué)方法：多媒體講授課外思考題：柴油機(jī)與汽油機(jī)有哪些區(qū)分？柴油機(jī)主要構(gòu)造組成和作用。3．壓縮比ε意義及對(duì)柴油機(jī)工作性能有什么影響？4．四沖程柴油機(jī)各工作過程特征及特點(diǎn)。5．二、四沖程換氣在工作上原理及構(gòu)造上有什么差異？6．四沖程柴油機(jī)進(jìn)、排氣為什么都要提前和滯后？氣閥重疊角有何作用？課題一船舶柴油機(jī)的根本學(xué)問第一節(jié)柴油機(jī)的概述及進(jìn)展趨勢(shì)一、柴油機(jī)的概述熱機(jī)機(jī)中較典型的機(jī)型。〔燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能發(fā)生在〔鍋爐〔水蒸氣〕傳遞，必定存在熱損失，所以它的熱效率不高，況且整個(gè)動(dòng)力裝置格外笨重。在能源問題格外突出的當(dāng)前，它無法與內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，因而已經(jīng)在船舶動(dòng)力裝置中消逝。內(nèi)燃機(jī)〔不同，但具有一樣的工作特點(diǎn)──都是燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)燃燒并直接利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫外，在尺寸和重量等方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，因而在與外燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)取得明顯的領(lǐng)先地位?！财团c空氣在氣缸外部進(jìn)氣管中的汽化器進(jìn)展混合燒為電點(diǎn)火式〔電火花塞點(diǎn)火。這種工作特點(diǎn)使汽油機(jī)不能承受高壓縮比，因而限制了汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性不能大幅度提高，而且也不允許作為船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用〔汽油的火災(zāi)危急性大。但它廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸車輛。柴油機(jī)柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它使用揮發(fā)性較差的柴油或劣質(zhì)燃料油做燃料?！踩加团c空氣的混合發(fā)生在氣缸內(nèi)部〔靠缸內(nèi)空氣壓縮形成的高溫自行發(fā)火。這種工作特點(diǎn)使柴油機(jī)在熱機(jī)領(lǐng)域內(nèi)具有最高的熱〔已到達(dá)5％左右泛。尤其在船用發(fā)動(dòng)機(jī)中，柴油機(jī)已經(jīng)取得了確定領(lǐng)先地位。依據(jù)英國(guó)勞氏船級(jí)社統(tǒng)計(jì)，1985年全世界制造的船舶中〔2023t以上〕以柴油機(jī)作為推動(dòng)99.891987100箱船，中、高速機(jī)適用作發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)通常具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性好。有效熱效率可達(dá)50％以上，可使用廉價(jià)的重油，燃油費(fèi)用低。功率范圍寬廣，單機(jī)功率從0.6kW～45600kW，適用的領(lǐng)域廣。尺寸小，重量輕，有利于船舶機(jī)艙布置。機(jī)動(dòng)性好。起動(dòng)便利，加速性能好，有較寬的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)整范圍，可直接反轉(zhuǎn)，能適應(yīng)船舶航行的各種工況要求。同時(shí)，柴油機(jī)也具有以下缺點(diǎn)：存在機(jī)身振動(dòng)、軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪音。某些部件的工作條件惡劣，承受高溫、高壓并具有沖擊性負(fù)荷。二、現(xiàn)代船用柴油機(jī)的進(jìn)展趨勢(shì)后，隨著生產(chǎn)力的進(jìn)展，將會(huì)對(duì)船用柴油機(jī)提出更高的要求，船舶柴油機(jī)也將連續(xù)進(jìn)展改進(jìn)。油機(jī)性能。依據(jù)此進(jìn)展目標(biāo)，今后的爭(zhēng)論趨勢(shì)大致為：提高經(jīng)濟(jì)性的爭(zhēng)論，包括燃燒、增壓、低磨損等的爭(zhēng)論；降低柴油機(jī)的排放的爭(zhēng)論，排放是現(xiàn)代柴油機(jī)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，隨著對(duì)船舶柴油機(jī)排放掌握的限制，使得經(jīng)濟(jì)性的提高更加困難，這也是船舶柴油機(jī)進(jìn)展中的課題；提高牢靠性與耐久性的爭(zhēng)論；電子掌握技術(shù)的爭(zhēng)論；代用燃料的爭(zhēng)論?，F(xiàn)代船用柴油機(jī)提高經(jīng)濟(jì)性的主要措施現(xiàn)代船用大型低速柴油機(jī)近十多年在提高經(jīng)濟(jì)性方面取得的成效超過了過去幾十年節(jié)能措施相繼消滅并日趨完善，這些措施主要有：承受定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器。增大行程缸徑比S／D。提高最高爆發(fā)壓力p與平均有效壓力p之比ppz e z e增大壓縮比ε。承受可變噴油定時(shí)〔VIT〕機(jī)構(gòu)。降低摩擦損失功提高機(jī)械效率η。m承受動(dòng)力渦輪系統(tǒng)TCS。軸帶發(fā)電機(jī)PT。柴油機(jī)廢熱再利用。改進(jìn)噴射與燃燒技術(shù)?，F(xiàn)代船用低速柴油機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)燃燒室部件普遍承受鉆孔冷卻構(gòu)造。承受旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。噴油泵承受可變噴油定時(shí)〔VIT〕機(jī)構(gòu)。承受薄壁軸承。承受獨(dú)立的氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)。曲軸上增設(shè)軸向減振器。焊接曲軸。其次節(jié)柴油機(jī)的根本構(gòu)造一、柴油機(jī)的根本工作原理柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)通過曲柄連桿對(duì)外做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。不斷重復(fù)進(jìn)展這些過程，使柴油機(jī)持續(xù)工作。二、柴油機(jī)的根本構(gòu)造〔教材圖1-1〕1-l柴油機(jī)的根本構(gòu)造組成氣缸蓋；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；1120-氣閥彈簧；21-排氣管固定部件主要由氣缸蓋、氣缸套、機(jī)體、機(jī)座、主軸承等構(gòu)成柴油機(jī)本體和運(yùn)動(dòng)件的支承，并和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件協(xié)作構(gòu)成柴油機(jī)的工作空間。運(yùn)動(dòng)部件主要由活塞、活塞銷、連桿，連桿螺栓、曲軸等組成。它們與固定部件協(xié)作完成空氣壓縮及熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。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、氣閥彈簧、搖臂、排氣系統(tǒng)主要由排氣閥、氣閥彈簧、搖臂、頂桿、凸輪軸和傳動(dòng)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。燃油系統(tǒng)泵、高壓油管和噴油器組成。其功用是供給柴油機(jī)燃燒作功所需的燃油。潤(rùn)滑系統(tǒng)機(jī)械效率。冷卻系統(tǒng)主要作用是維持柴油機(jī)受熱零部件在適宜的溫度狀態(tài)下工作。起動(dòng)系統(tǒng)柴油機(jī)本身無自行起動(dòng)力量。起動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)就是使柴油機(jī)從停車狀態(tài)發(fā)動(dòng)起來。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(dòng)轉(zhuǎn)變噴油泵的噴油量油機(jī)在選定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。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)作功力量。三、柴油機(jī)的根本構(gòu)造參數(shù)〔教材圖1-2〕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)TD位置。下止點(diǎn)BD位置。沖程S半徑R的兩倍S＝2?；钊苿?dòng)一個(gè)行程，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)18°〔曲軸轉(zhuǎn)角?！矇嚎s室容積Vc〔活塞頂、氣缸蓋底面與氣缸套外表之間所包圍的空間〕容積。余隙高度〔頂隙：上止點(diǎn)時(shí)活塞最高頂面與氣缸蓋底平面之垂直距離。氣缸工作容積h：活塞在氣缸中從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)所掃過的容積。氣缸總?cè)莘ea氣缸最大容積。Va＝Vc＋Vh壓縮比〔ε：氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積之比值，亦稱幾何壓縮比。εV／V＝1＋Vh／Vcl-2柴油機(jī)的主要幾何名稱壓縮比εε壓力、溫度愈高，柴油機(jī)易起動(dòng)，熱效率也高，ε過高使柴油機(jī)工作粗暴，機(jī)械負(fù)荷過大，磨損加劇，消耗壓縮功增大，機(jī)械效率降低，輸出功率減小。ε可通過轉(zhuǎn)變V來調(diào)整。柴油機(jī)c壓縮比約為12～22。中、高速機(jī)壓縮比高于低速機(jī)。低速機(jī)：13～15，中速機(jī)：14～17，高速機(jī)：15～22，增壓機(jī)：11～14〔低散熱少，增壓后PT相應(yīng)高。c c當(dāng)氣缸直徑與活塞沖程確定后，氣缸工作容積V也隨著確定了，所以假設(shè)要調(diào)整壓縮比，h可通過轉(zhuǎn)變壓縮容積V來實(shí)現(xiàn)。c第三節(jié)柴油機(jī)的工作原理一、四沖程柴油機(jī)工作原理〔教材圖1-3〕〔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)。第一沖程──進(jìn)氣沖程0.08～0.95Mpa30～70℃。這時(shí)，排氣閥和噴油器均關(guān)閉?！怖脩T性進(jìn)氣。整個(gè)進(jìn)氣過程所占的總角度約為220～250°CA。其次沖程──壓縮沖程止?；钊闲?，氣缸容積削減，缸內(nèi)氣體壓力和溫度隨之上升，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，壓力增高到3～6MP，溫度升至60700℃〔柴油的自燃溫度為27℃左右，通常壓縮終點(diǎn)的氣體壓力和溫度分別用Ptc c四沖程機(jī)壓縮過程所占的總角度約為140～160°CA。1-3四沖程柴油機(jī)工作原理第三沖程──燃燒和膨脹沖程1400～18005～8MPa13MPa高壓力稱最高爆發(fā)壓力，用pz表示，最高溫度tz表示。高溫高壓燃?xì)狻布垂べ|(zhì)〕膨脹推動(dòng)活pb0.25～0.45MPatb600～700℃。四沖程機(jī)燃燒膨脹過程所占的總角度約為130～160°CA。第四沖程──排氣沖程在略高于大氣壓力〔約1.0～1.1大氣壓，且在壓力根本不變的狀況下進(jìn)展的。排氣閥始終到排氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣延遲角。四沖程機(jī)排氣沖程所占的總角度約為210～240°CA。二、四沖程柴油機(jī)的定時(shí)〔教材圖1-4〕刻總稱為柴油機(jī)的定時(shí)〔正時(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。時(shí)。l-46350C穎氣充入后又可更好地將廢氣掃出，實(shí)行了所謂“燃燒室掃氣能起到冷卻作用。三、二沖程柴油機(jī)的工作原理〔教材圖1-5〕協(xié)作完成配氣，從而簡(jiǎn)化了柴油機(jī)構(gòu)造。第一沖程──掃氣及壓縮活塞由下止點(diǎn)向上移動(dòng)，活塞在遮住掃氣口之前，由掃氣泵供給儲(chǔ)存在掃氣箱內(nèi)的空氣，f掃出氣缸?；钊B續(xù)上燃油噴入氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點(diǎn)四周發(fā)火，自行著火燃燒。l-5二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖其次沖程──燃燒膨脹及排氣f翻開，膨脹作功完畢，氣缸內(nèi)大量廢氣靠自身壓力從排氣口排入到排氣管。當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力降至接近掃氣壓力時(shí)〔一般掃氣箱中的掃氣壓力為0.10～0.140MP，下行活塞把掃氣口翻開f程完畢，但掃氣過程始終連續(xù)到下一個(gè)沖程排氣口關(guān)閉為止。四、二沖程柴油機(jī)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)：提高了柴油機(jī)的作功力量掃氣泵也要消耗肯定的功率等因素，二沖程柴油機(jī)的功率只能增大60～80％。明顯，假設(shè)兩者功率一樣，則二沖程柴油機(jī)的尺寸較小，重量較輕。改善了柴油機(jī)的動(dòng)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。簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的構(gòu)造其維護(hù)保養(yǎng)就簡(jiǎn)潔便利得多。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)：換氣質(zhì)量差、熱效率低以換氣質(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。熱負(fù)荷較高機(jī)與氣缸內(nèi)高溫燃?xì)庀嘟佑|部件熱負(fù)荷比較高。二沖程；小型高速柴油機(jī)承受四沖程；中型中速機(jī)，四沖程、二沖程均有承受，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)：二沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速一樣；而四沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速1∶2。一個(gè)工作循環(huán)中，二沖程柴油機(jī)下行對(duì)外作功，上行則靠外力驅(qū)動(dòng)，而四沖程機(jī)除燃燒膨脹沖程對(duì)外作功外，其它三個(gè)沖程都是耗功沖程。二沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣重疊角大約為80～100°CA，四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角較小25～60°CA。第四節(jié)船舶柴油機(jī)的分類和型號(hào)一、船舶柴油機(jī)的分類是在不同的方面各有其特點(diǎn)而已。下面介紹一些常見的船舶柴油機(jī)分類型式：按工作循環(huán)特點(diǎn)分：四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。按柴油機(jī)進(jìn)氣方式分：增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)。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)速對(duì)或活塞平均速度Cm來表示。船舶柴油機(jī)可分為：低速機(jī)、中速機(jī)、高速機(jī)。低速機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好、轉(zhuǎn)速低、功率大，構(gòu)造簡(jiǎn)潔、工作牢靠、可燃用劣質(zhì)燃料的特點(diǎn)，主機(jī)。按構(gòu)造特點(diǎn)分：筒形活塞式柴油機(jī)和十字頭式柴油機(jī)。按氣缸排列分：直列型〔單列式〕柴油機(jī)和V型排列柴油機(jī)。按柴油機(jī)能否倒轉(zhuǎn)分：可倒轉(zhuǎn)式和不行倒轉(zhuǎn)式。按動(dòng)力裝置的布置分：左機(jī)和右機(jī)。二、船舶柴油機(jī)的型號(hào)解釋每種柴油機(jī)都有自己特定的代號(hào)，稱為柴油機(jī)的型號(hào)?！惨弧硣?guó)產(chǎn)船用柴油機(jī)型號(hào)中小型柴油機(jī)：如SE350ZDC柴油機(jī)；12VESDZ30／55B〔二〕幾種常