1船舶柴油机概述解析

活塞运动过程： 从上止点下行至下止点。 压力及温度变化：
初期急升空气压力达6～8MPa， 温度高达1500～2000°c 压缩终了温度tb约600～700°c 空气压力pb约为0.3～0.6MPa。
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膨胀行程初期燃烧猛烈，在高温高压燃 气的推动下，活塞向下运动并带动曲轴 旋转作功。
直流扫气 弯流扫气
• 横流扫气 • 回流扫气
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四冲程与二冲程比较
理论上讲在气缸尺寸和转速相同的情况 下二冲程柴油机的功率应比四冲程柴油 机大一倍。 但由于二行程发动机换气过程中新鲜气 体损失较多，废气排赊也不彻底，且气 孔占据了一部分活塞行程，作功时能量 损失较大，经济性较差。 因此，实际上二行程发动机的功率并不 等于四行程发动机的两倍，而是1.5-1.6 倍左右。
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在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵 将油压提高到10MPa以上， 通过喷油器以雾化的状态喷入气缸内的 燃烧室； 油雾在很短时间内与压缩后的高温空气 混合，在气缸内部形成可燃混合气； 使柴油在很短的时间内自行着火燃烧。
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膨胀行程（作功行程）
进排气阀状态： 进排气阀均关闭。
为使气缸内废气排除的更干净， 并减少排气过程消耗的功，排 气门在上止点后才关闭。
排气延迟关闭角：排气阀延迟 在上止点后6关闭的曲轴角度。
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小结：
由上可知，四冲程柴油机要经历进气、 压缩、膨胀作功和排气四个冲程才能完 成一个工作循环，与此相适应的是曲轴 旋转两周即720°。 在一个工作循环中，只有一个冲程作功， 其余三个冲程都是为作功行程创造条件 的辅助行程，而消耗能量。 因此，单缸发动机工作不平稳，要采用 飞轮供给其余三个冲程所需的能量。
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本课程的学习
课堂教学 作业 专题讨论 课程论文 平时考查 考试
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本课程的安排
总学时100 第五学期1~9周54学时 第六学期46学时 柴油机拆装实习三周 全国船员适任证考试
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参考书：
船舶柴油机 柴油机 主推进动力装置
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现代柴油机都采用多缸发动机。 在多缸发动机中，所有气缸的作功行程 并不同时进行，而尽可能有一个均匀的 作功间隔。 例如六缸发动机，在完成一个工作循环 中，曲轴旋转两周即720°，曲轴转角每 隔120°就有一个气缸作功。 因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平 稳，并可获得足够大的功率。
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二行程发动机具有以下特点：
曲轴每转一周(360°)就有一个作功冲程， 因此，在理论上相同排量的二行程发动 机的功率，应等于四行程发动机的两倍。 和四行程发动机相比，由于作功频率较 快，因而运转比较均匀平稳。 结构简单，使用维护方便。
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二冲程柴油机的扫气形式
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蒸汽轮机是一种外燃机，靠锅炉产生高 压蒸汽推动机械作功。
是人类早期使用的船舶动力装置。
早期的船舶使用的是活塞往复式蒸汽机， 带动一个有桨叶的大转轮（明轮）推进， 这种推进装置也就是“轮机”和“轮船” 的由来。 现在是用叶轮式蒸汽轮机。
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我国使用蒸气动力的典型船舶是 海军51号军舰。
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排气行程
活塞运动过程： 从下止点上行至上止点。 进排气阀状态： 排气阀打开，进气阀关闭。 压力及温度变化： 空气压力pa略高于大气压， 温度ta约400~500 °c，
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由于排气阀继续开启，气缸内的废气可 被上行的活塞强行推挤出去，经排气管 等处排入大气。
当活塞下行到上止点后某一时 刻，燃烧基本结束，但高温高 压燃气继续膨胀作功推动活塞 下行， 压力温度很快下降。
当活塞到达下止点之前5排气阀开启。
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由于排气阀流通面积在开启过程中只能 是逐渐增大，因此排气阀提前于下止点 之前开启， 可以使活塞进入排气行程时排 气门已具有足够大的流通截面 积，实现充分排气， 而且可以减少排气所消耗的功。 排气提前开启角：排气阀提前 在下止点前5开启的曲轴角度。
二冲程柴油机的工作循环
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工作循环包含两个行程
第一行程 活塞自下止点向上移动，二个 气孔被关闭后，在活塞上方，已进入气 缸的空气被压缩； 第二行程 活塞压缩到上止点附近时，喷 油，高温高压的燃气膨胀，推动活塞下 移作功。 当活塞接近下止点时排气孔开启，废气 冲出；随后进气孔开启，进行换气过程。
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本课程的特点
内容丰富 理论性强 实践性强 综合性强
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本课程的任务
掌握柴油机的工作原理和零部件结构 的基本理论知识。 全面了解柴油机工作过程进行的情况 及其规律性。 懂得分析柴油机的主要参数对工作过 程基本规律的影响。 掌握柴油机科学管理的方法和途径。 具有管理柴油机工作的初步能力。
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1905年瑞士建成第一台可反转二冲程柴 油机。 1908年俄国制成1m缸径的预燃室柴油 机。 1912年丹麦B&W公司建造了第一台用 柴油机作为主机的远洋船。 柴油机为八缸四冲程机，缸径520mm， 转速140r/min，功率1486kw 。 以双机双桨方式装在雪兰迪亚号上远航 曼谷成功。
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橹
西汉时中国人发明了橹，因橹一直在水下划 水，不出水面，提高了摇橹的效率，有一橹 三桨之称。 直到目前在中国的江湖中摇橹船随处可见， 成为中国的家乡船。
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纤夫
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帆
公元9世纪世界上最早出现的三角帆帆 船，用风力作动力。
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帆
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内燃机动力装置的出现与发展
1887年汽油机驱动的轮船航行在江上。 1892年德国人Rudolf Diesel提出了柴 油机原理并获专利， 1897年底第一台柴油机诞生，其热效率 为16.6%， 1900年英国制成舰用柴油机。 1902年德国首先把柴油机用作商船动力， 又于1904年用于潜艇。
船舶柴油机
主讲: 梁榕辉副教授
绪
言
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柴油机
柴油机是以柴油作为燃料的内 燃机，是动力机械的一种。 可作为汽车、船舶、发电等工 程机械设备的动力。
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船舶动力的发展
人力 风力 畜力 机器动力 蒸汽轮机 柴油机 燃气轮机 核动力 ……
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浆
在木板船发展的初期均靠人划桨作为推 进的主动力。
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蒸汽轮机动力装置的优点
单机功率大 蒸汽轮机叶轮转速稳定，无周期性扰动 力，因此机组振动力小、噪声小。
磨损部件少，工作可靠性大。
可使用劣质燃料油，滑油消耗率也很低
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汽轮机有几个致命伤
装置的总重量大、尺寸大，主锅炉及辅 助机械和设备占去了船体许多空间和排 水量。 燃油消耗大，装置效率差，额定经济性 仅为柴油机的1/1.5～1/2，在相同的燃 料贮备下续航力降低。 机动性差，起动前准备时间约为30～ 35min，紧急情况下，缩短暖机过程后 也要15～20min。 变换工况的过渡时间较柴油机装置长 2～3倍。
为了减少吸气所消耗的功，并利用 进气流的惯性效应增加吸气量，进 气阀延迟于下止点后关闭。
进气延迟关闭角：进气阀延迟在下 止点后2关闭的曲轴角度。
进气阀延续开启的角度 约为220°~250°
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压缩行程
进排气阀状态： 进排气阀均关闭。 活塞运动过程： 从下止点上行至上止点。 压力及温度变化： 由于柴油机的压缩比高， 所以压缩终了时气缸内 空气压力pc约为3～6MPa， 温度tc高达500～700°c， 大大超过柴油的自燃温度。
建于1738年的瑞典东印度公司的一艘远洋货
船——世界最大的木帆船歌德堡三号。
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轮船
公元六世纪发明
轮船。
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蒸汽轮机动力装置
1807年美国人富尔顿把蒸汽机安装在克 列尔蒙特号内河木船上，首次作为船舶 推进动力装置。
谱写了人类使用机器动力作为船舶动力 的光辉历史。 开创了舰艇轮机动力装置的进程，揭开 了船舶动力管理发展史的第一页。
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此举为远洋舰艇装备柴油机的开端。 也为内燃机作为船舶动力装置典定了坚 实的基础。 20世纪60年代柴油机取代蒸汽轮机成为 船用主机的主力军，在各型民用船舶和 中小型舰艇推进装置中占主导地位。
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经过二百多年的发展，高集成、模块化、 网络结构、人工智能技术在船舶上的成 功应用，船舶动力装置的发展已进入了 一个全新的阶段。 而98%的船只仍然是以柴油机作为主动 力,并占船舶总功率的96%。
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柴油机的结构图
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单缸柴油机
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气缸头组件
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柴油机机座组件
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柴油机工作原理
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柴油机的基本概念
止点：活塞改变运动方向的瞬时位置 止点处的活塞瞬时运动速度为零。 上止点： 活塞运动最高位置， 活塞离曲轴最远点。 下止点： 活塞运动最低位置， 活塞离曲轴最近点。
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二冲程柴油机的基本工作原理
二冲程发动机的每个工作循环，是在曲 轴旋转一周即360°，活塞上下两个行 程内完成的。 气缸体上有二类孔:进气孔、 排气孔，这二类孔分别在一 定时刻由活塞关闭。 进气孔进入新鲜空气，而废 气则从排气孔排出。
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柴油机的基本工作原理
四冲程柴油机的基本工作原理 二冲程柴油机的基本工作原理 增压柴油机的基本工作原理
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四冲程柴油机的基本工作原理
四冲程柴油机在完成一个工作循环中， 曲轴旋转两周即720°。 每个工作循环经历进气、压缩、膨胀作 功和排气四个冲程（过程或行程）。 按四冲程循环工作的柴油机称四冲程柴 油机。
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用柴油机作动力装置的船舶
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用燃气轮机作动力装置的船舰
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用核动力装置的船舰
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本课程性质：专业技术课
本课程是以船舶动力中的柴油机为研 究对象的一门工程技术科学——应用 科学。 是研究柴油机的工作原理、工作过程 和管理维护方法的科学。
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第一章 船舶柴油机概述
本章内容
柴油机的基本工作原理 船舶柴油机的分类和总体构造 船舶柴油机的主要技术指标
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第一节 柴油机的基本工作原理
柴油机
柴油机是以柴油作为燃料的压缩式内燃 机， 即空气在气缸内被压缩而产生高温，使 喷入的柴油自行着火燃烧，并由燃烧气 体膨胀作功的内燃机。 其工作循环由进气、压缩、喷油着火燃 烧、膨胀作功和排气过程组成。
Vs 4 D S Va Vc
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压缩比ε： 气缸总容积Va与燃烧室容积Vc 的比值
Va Vs Vc Vs 1 Vc Vc Vc
即压缩前气缸中气体的最大容 积与压缩后的最小容积之比。 发动机总容积（发动机排量）： 各缸工作容积之和。
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活塞行程S：上、下止点之间的距离。 曲柄半径R：曲柄销中心与主轴颈中心 之间的距离。 曲柄半径的2 倍等于 活塞行程。 S=2R 连杆长度L：连杆大小端 中心间的距离。
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燃烧室容积Vc ：活塞位于上止点时活塞 顶与气缸盖之间的气缸容积。 即气缸的最小容积。 气缸总容积Va ：活塞位于下 止点时活塞顶与气缸盖之间 的气缸容积。气缸的最大容积。 气缸工作容积VS： 活塞从上、下止点间移动所扫过的容积 即气缸的最大容积与最小容积的差值。 2
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四冲程柴油机的工作循环
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进气行程
活塞运动过程： 从上止点下行至下止点。 进排气阀状态： 进气阀打开，排气阀关闭。 压力及温度变化： 由于进气阀的节流作用 气缸内压力略低于大气压力。
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为了减少气体流动阻力损失，增加吸入气缸 的新鲜空气量，进气阀在上止点前开启。 进气提前开启角：进气阀提前在上止点前1开 启的曲轴角度。