船舶用柴油发动机的结构与原理

230～260°CA
气阀定时和气阀重叠角
气阀定时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻 作用：提高换气质量；减少排气耗功
实现燃烧室扫气
气阀定时圆图
气阀重叠角： 同一气缸的进、排气阀 在上止点前后同时开启 的曲轴转角
二冲程柴油机工作原理
只有压缩和膨胀行 程，取消吸、排气 行程
二冲程柴油机的换气形式
– 柴油：粘度大、挥发性差、自燃性好 – 汽油：粘度小、挥发性好、燃点相对于柴油高
• 燃油供给系统：
– 柴油机：传统的为燃油喷射系统，又称为泵→管→嘴 系统。
• 柴油机的燃油喷射系统结构较汽油机复杂，高压油泵需要一套 驱动机构来驱动，并要带一套调速机构。
• 近代柴油机很多应用了高压共轨电控系统、单体泵电控系统。
当柴油机完成排气行程后， 在曲轴飞轮总成的惯性力作用 下，又重复上述工作循环过程， 使柴油机连续运转对外输出功 率。
四冲程柴油机工作原理
进气行程 220～２５０℃Ａ
压缩行程 燃烧和膨胀行程 排气行程
140°～160℃Ａ ｐz=5～8MPa
ｐｃ=3 ～6 MPa；
ｔz=1400～1800 ℃
ｔｃ= 600 ～700 ℃
柴油发动机
结构与原理
一、原动机
原动机的概述
热机
外燃机 内燃机
蒸汽机 蒸汽轮机 柴油机 汽油机 燃气轮机
原动机的概述
定义： 即带动机械设备运转的原始动力设备。
工作原理： 燃料通过燃烧，将化学能转为热
能以加工热工质，然后将这种具有热 能的工质导入发动机，把工质的热能 变为机械能。
二、柴油机工作原理及特点
根据转速分类
（活塞平均速度
Vm
Sn 30
）
低速柴油机
ｎ≤ 300r/min 中速柴油机
Vm＜６m/s
300＜ｎ≤1,000 r/min 高速柴油机
Vm＝６ m/s～９m/s
n＞1,000 r/min
Vm＞9 m/s
根据内部结构分类 筒形活塞式 十字头式
多缸机根据气缸排列分类
直列机
V型机
柴油机工作的基本原理
节温器 左
加机油口
进气管
柴油滤清器 起动机
柴油机外形
充电发 电机
喷油泵总成
飞轮壳 油底壳
减振器 风扇
起吊环 空压机
厂牌
柴油机外形
排气管
涡轮增 压器
放水阀
机油冷却器 机油滤清器
柴油机的基本构成
骨架
机体 气缸套 曲轴箱 气缸盖 油底壳
两大机构
五大系统
曲柄连杆机构 配气机构
进排气系统 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 起动系统
百度文库 曲柄连杆机构
功用 实现工作循环，完成能量转换。
组成 活塞连杆组和曲轴飞轮组。
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的 主要运动零件。它由活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。 在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动， 通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动 力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把 曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
活塞连杆总成
功用： (1)活塞顶部与气缸盖、气缸壁 等共同组成燃烧室； (2) 活塞承受气体压力，并将此 力传给连杆，以推动曲轴旋转。 工作环境：
高温、散热条件差；顶部工作温 度高且分布不均匀；高速，活塞 线速度，承受很大的惯性力。
气环
油环
活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦 连杆盖
活塞
• 根据柴油机的不同功率，选用不同结构材质的活塞 • 活塞顶部上有着活塞的种类和安装标记
• 多网纹小平台工艺使工件表面形成众多且 较密集的螺纹网络，造成许多诸油沟槽， 增强了蓄油能力。由于这些网纹沟槽相互 贯通及储油槽油压的作用，大大减少了油 膜中断的机率，从而明显改善了供油状况 和油膜分布状况；
• 小平台因网纹相互隔开，不可能形成连续 较大面积的干摩擦或边界摩擦区半干摩擦 区，大大降低熔着磨损扩大化的机率
隧道式
• 气缸体的结构通常有三种，以相对曲轴中心线（上图的红色虚 线表示）的高度来区别
– 平分式曲轴箱机体 该结构加工方便、拆装方便 – 龙门式曲轴箱机体 该结构抗弯曲、抗扭转刚度较好，拆装也方便 – 隧道式曲轴箱机体 该结构刚性最好，但拆装不太方便
机体-曲轴箱
YC4D机体
YC6A机体
YC6G机体
柴油机的优点
1 经济性好。 2 功率范围宽广 3 尺寸小，重量轻 4 机动性好 5 适应船舶航行的各种工况要求
柴油机的缺点
振动和噪音 工作条件恶劣
柴油机的主体结构
•柴油机总体结构一般由以下几大系统或机
构组成：
机体作功系统
燃油系统
进排气系统
冷却系统
润滑系统
电器操作系统
•由于汽缸数、汽缸排列和冷却方式等不同，
气缸体
油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
机体-曲轴箱
• 气缸体 – 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，一般用灰铸铁铸成， 气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱， 其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，挺柱腔、 冷却水套和润滑油道、水道等。
气缸体的结构分类
平分式
龙门式
YC6J机体
YC4E机体
YC4G机体
机体
YC6M气缸体 6M曲轴箱
YC6L气缸体
YC4E气缸体
YC6L机体加强板
机体的检查要点
1、机体各加工面的加工精度的检查 2、机体试漏试验：气压、水压 3、机体清洁：钢丝刷、捅条、磁力棒、清洗
液、压缩空气 4、机体各堵盖的试漏试验 5、冷却喷钩打靶试验
气缸套
• 机体上部气缸孔内镶嵌有气缸套。 • 目的：解决成本与寿命之间的矛盾。 • 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的
气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或 质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使 用寿命，又节省了好材料。
5）干缸套和湿缸套
名称
特点
干缸套
外壁不直接与冷却水接触。
1）壁厚较薄（1mm～ 3mm）； 2） 与刚体承孔过盈配合；
Vc
Vc
下止点
1
VS VC
柴油机的基本术语
上、下止点 缸径 行程 工作容积
排量 燃烧室容积 压缩比
柴油机的分类
1、低速、中速和高速柴油机 2、筒形活塞式和十字头式柴油机 3、直列式和V型柴油机 4、右旋和左旋柴油机 5、可逆转和不可逆转柴油机 6、增压柴油机和非增压柴油机
低速、中速和高速柴油机
曲轴飞轮总成
• 玉柴各种机型的曲轴均采用整体式全支承结构（即相邻两个曲拐 之间都设有主轴颈）。
• 小头端与正时齿轮有多种定位安装形式：键槽、销钉、过盈配合
曲轴的装配要点
• 曲轴的清洗： • 正时齿轮的安装： • 上下主轴瓦、止推片（瓦）的安装 • 曲轴轴向间隙的检查和调整 • 主轴承螺栓的拧紧力矩
燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。
柴油机的工作原理简述
●进气行程
起动机通电带 动曲轴旋转，曲轴 的转动使活塞自上 而下运动，这时， 排气门关闭，进气 门打开，新鲜空气 进入气缸和燃烧室。
柴油机的工作原理简述
●压缩行程
活塞从下止点向 上运动，这时，进气 门和排气门均关闭， 吸入气缸内的空气受 到活塞的压缩，压力 提高，温度也随之升 高。
柴油机的基本概念
柴油机是内燃机的一种，将柴油喷 射到汽缸内与空气混合，燃烧得到 热能转变为机械能的热力发动机， 即依靠燃料燃烧时的燃气膨胀推动 活塞作直线运动，通过曲柄连杆机 构使曲轴旋转，从而输出机械功。
柴油机的基本概念
柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。
• 使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油作燃料； • 采用内部混合法形成可燃混合气； • 缸内燃烧采用压缩式发火。
3） 不易漏水漏气。
4）安装方法
湿缸套
外壁直接与冷却水接触。
1）壁厚较厚（5mm～ 9mm）； 2） 散热效果好； 3）便于拆卸
强度和刚度 示意图 都较好，加
工复杂，拆 装不便，散 热不良。
散热良好、冷 却均匀、加工 容易。强度和 刚度不如干缸 套，易漏水、 生锈、穴蚀。
干式缸套
• YC6112干式缸套结构，缸套内壁加工有 网纹。采用珩磨工艺加工成沟槽与小平台 均匀相间的交叉网纹表面。同时对珩磨网 纹的表面网纹角度、沟槽深度和数量、轮 廓图形的偏斜度、轮廓支承长度率以及表 面层的加工质量等有一定的要求。此种结 构能提高缸孔的耐磨性、可靠性、延长使 用寿命。
气缸盖
作用：密封气缸的上平面，与活塞顶共同形成燃烧室 结构多样
YC4D
YC4E YC4G
YC6J
YC6A
YC6G
四气门结构的缸盖
气缸垫
气缸垫 1）.作用：保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气、窜油 。 2）.材料：有弹性、耐热性、耐压性 3）.安装时注意方向 4）.分类：
气缸盖组件装配要点
弯流 横流 回流 半回流
直流 排气阀—扫气口式 排气口—扫气口式
横流扫气
回流扫气
半回流扫气
直流扫气
四冲程与二冲程柴油机的比较
• 二冲程柴油机功率大，约为四冲程机的 1.6倍～1.8倍。
• 二冲程柴油机回转比四冲程机均匀 • 二冲程柴油机的换气机构较简单 • 二冲程柴油机的换气质量较四冲程机差 • 二冲程机的热负荷比四冲程机高
基础件
功用 发动机的机体，是发动机各系统、机构工作和装配的
基础，承受发动机的各种负荷，提供“功”输出环境。
组成 缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫。
柴油机的基本构成
• 机体是发动机的骨架，用于安装和支撑发动机各总成零部件，由缸 体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。
气缸盖
气缸垫
柴油机的工作原理简述
●做功行程
当活塞压缩到上止 点，喷油器向燃烧室喷 入雾状柴油，油雾与压 缩空气充分混合，形成 高温高压的燃气，并开 始自行着火燃烧，混合 汽膨胀做功，推动活塞 向下运动，从而推动曲 轴转动，对外输出功。
柴油机的工作原理简述
●排气行程
活塞从下止点往上运动， 这时，进气门关闭，排气门打 开，燃烧废气在活塞的推动下 排出燃烧室外，完成一个工作 行程，这时曲轴转动两周。
• 由于现在燃油价格一路飙升，汽油机的使用成本 越来越高，柴油的价格优势掀起了汽改柴的一代 潮流，随着柴油机设计水品和柴油机零部件生产 工艺的提高，柴油机原有噪声大、体积庞大、质 量沉重振动大，制造和维修费用高等问题都得到 了克服。
三、柴油零部件系统构成及 各系统工作原理
柴油机外形
张紧轮 右
油标尺 水泵 下
– 汽油机：汽油机主要采用化油器式燃料供给系统；近 代汽油机借鉴直喷柴油机的优点，更多的采用了电喷 系统（分进气道喷射和气缸内喷射两种）。
柴油机和汽油机区别
• 空燃比：
– 柴油机：柴油机空燃比只有一种情况：α＞1； 柴油机可实现高增压中冷技术，电控化较汽油 机易实现。因而具有升功率高、动力强劲、燃 烧更完全和经济性好、排放低等显著特点与优 点
总之：提高功率方面二冲程柴油机优越； 换气质量方面四冲程柴油机优越。
柴油机和汽油机区别
汽油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
电火花点燃混合气
有点火系
无喷油器
柴油机
进入气缸的是纯空气 高温气体加热柴油燃烧
无点火系 有喷油器
燃料的理化性能决定了汽油机是点燃，柴油机是压燃。
柴油机和汽油机区别
• 燃料特性：
因此各种机型结构上略有差异。
柴油机的基本术语
(1)上止点(TDC)
(2)下止点(BDC)
(3)行程(S) (4)缸径(D)
Vc
上止点
(5)气缸余隙容积(Vｃ)
Va
(6)余隙高度(顶隙)
Vs
s
(7)气缸工作容积（Ｖｓ）
(8)气缸总容积(Ｖａ）
(9)压缩比ε
气缸总容积与压缩室容积之比值
Va
Vc Vs
YC4112为干式过盈配合。YC4110机为干式间隙配合。 ·YC6112机分钢缸套与铸铁缸套，都属过盈配合的干式缸套。
湿式缸套
• 内部同样采用加工网纹 • 外部的工艺性好 • 4F、6A、6B、4D、6L、
6M均采用了湿式缸套
气缸套的安装要点
• 1、缸套突出高度的测量、调整、意义 • 2、封水圈的安装注意要求
• 气缸盖平面度 • 气门下沉量 • 喷油嘴凸出气缸盖底面高度 • 气缸盖螺栓拧紧力矩
油底壳
功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 构造： （1）用薄钢板冲压而成。 (2)储油、内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波 动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。
– 汽油机：汽油机空气燃料比有三种状态：α＞1 ； 或α＝1；或α＜1。汽油机动力和经济性相对较 低，废气排放控制技术要求更高、更难。
柴油机和汽油机区别
• 汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高， 质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油 机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都 比汽油机好，这些都是柴油机的显著优势。
内冷油道活塞截面图