船舶柴油机

船舶柴油机

第一章 柴油机基本工作原理

第一节 柴油机概述

1.柴油机的优点：

①热效率最高可达到55%

②功率范围广，从0.6kw至47000kw

③机动性好，起动方便，加速性能好，便于使用和管理

2.柴油机的缺点：

①存在振动和噪音

②工作环境恶劣，高温，高压

第二节 柴油机的基本结构和几何术语

一、柴油机的基本结构

1.固定部件

主要包括机座、机体、气缸盖、气缸套和主轴承等。

2.运动部件

主要包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件等。

3.主要系统

主要有配气系统、燃油系统、冷却系统、润滑系统以及起动、换向和调速等系统。

二、常用几何术语

⑴上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，即离曲轴中心线最远的位置。

⑵下止点：活塞在气缸中运动的最下端位置，即离曲轴中心线最近的位置。

⑶曲柄半径R：曲轴回转中心线到曲柄销中心线的距离。

⑷冲程S：活塞在上、下止点之间移动的距离。冲程又称行程，它等于曲轴曲柄半径R的两倍，即S=2R。

⑸缸径D：气缸套的内径。

⑹压缩室容积：活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖底面之间的气缸容积，又称燃烧室容积。

⑺气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所扫过的气缸容积。

⑻气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸容积，是压缩室容积与气缸工作容积之和。

⑼压缩比ε：气缸总容积与压缩室容积的比值亦称几何压缩比。

第三节 柴油机的工作原理

一、四冲程柴油机工作原理

⒈四冲程柴油机工作原理

第一冲程——进气冲程

这一冲程的任务是使气缸内充满新鲜空气。活塞由上止点下行，进气阀已打开，由于气缸容积不断增大，缸内压力下降，依靠气缸内外的气压差作用，新鲜空气通过进气阀被吸入气缸。由于受流阻等影响，在进气过程的大部分时间里，气缸内压力低于大气压力，到下止点时，缸内气压的为0.08～0.95Mpa，温度约为30～70℃。为了使柴油机作功更完善，必须在进气过程尽可能多吸入新鲜空气。进气阀开启始点至上上点的曲柄转角叫做进气提前角。下止点到进气阀关闭位置的曲柄转角叫做进气延迟角。

第二冲程——压缩冲程

这一冲程的任务是压缩第一冲程吸入的空气，提高空气的温度与压力，为柴油机燃烧及膨胀作功创造条件。活塞从下止点向上运动，自进气阀关闭开始压缩，一直到活塞到达上止点为止。活塞上行，气缸容积减少，缸内气体压力和温度随之升高，到达压缩终点时，压力增高到 3～6MPa，温度升至 600～700℃（柴油的自燃温度为270℃左右）。

第三冲程——燃烧和膨胀冲程

这一冲程的任务是完成两次能量转换。在活塞到达上止点前，燃油经喷油器以雾状喷入气缸的高温高压空气中，并与其混合，在上止点附近自燃，由于燃油强烈燃烧，使气缸内气体温度迅速上升到1400～1800℃或更高些，压力增加至5～8MPa，甚至15MPa以上。燃烧产生的最高压力称最高爆发压力，用p z表示，最高温度t z表示。高温高压燃气膨胀推动活塞下行作功。在上止点后的某一时刻燃烧基本结束，燃气继续膨胀，到排气阀下止点前开启时膨胀过程结束。

第四冲程——排气冲程

这一冲程的任务是将作功后的废气排出气缸外，为下一循环新鲜空气的进入提供条件。这一阶段，要求废气排得越干净越好，所以与进气阀启闭一样，排气阀也是提前开启，延迟关闭。排气阀开启时，活塞尚在下行，废气靠气缸内外压力差进行自由排气。从排气阀开启到下止点的曲柄转角叫做排气提前角。当活塞从下止点上行时，废气被活塞推出气缸，此时排气过程是在略高于大气压力（约1.05～1.1大气压），且在压力基本不变的情况下进行的。排气阀一直延迟到活塞到达上止点之后才关闭，这样可利用气流的惯性作用，继续排出一些废气。上止点到排气阀关闭位置的曲柄转角叫做排气延迟角。

总结：四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要转两转，每个

工作循环中只有膨胀冲程是做功的，其他三个冲程都是为膨胀冲程服务的，都消耗功。柴油机做成多缸的，这样进气、压缩、排气冲程消耗的能量可由正在做功的气缸供给，单缸柴油机就要由较大的飞轮供给能量。

⒉四冲程柴油机的定时及定时图

进、排气阀在上、下止点前后开启或关闭的时刻称为气阀定时。

气阀定时通常用与相应的上下止点间的曲柄转角来表示。这个用曲柄表示定时的圆图称为定时图。

气阀提前开启与延迟关闭是为了将废气排除的干净并增加空气的吸入量，以利于燃油的燃烧，另外还可以减小强制排气时活塞的背压。

进气阀与排气阀同时开启所对应的曲柄转角称为气阀重叠角。在气阀重叠开始期间，进气管、气缸、排气管连通，此时废气应流动惯性，可避免废气倒流入进气管内，同时还可以抽吸新鲜空气进入气缸。新鲜空气进气缸后又将废气排出，并可冷却燃烧室部件，实现燃烧室扫气。

二、二冲程柴油机工作原理

⒈二冲程柴油机工作原理

第一冲程──扫气及压缩

活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口f扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后，空气停止充入，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。

第二冲程──燃烧膨胀及排气

活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口f打开，膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0.105～0.140MPa），下行活塞把扫气口打开，扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口f赶出气缸。