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1、第一次课内容 1、柴油机的根本工作原理思考与分析1、名词解释：柴油机、上止点、下止点、行程、冲程、工作容积Vs、燃烧室容积Vc 、上量余隙燃烧室高度、气缸总容积、压缩比、气缸直径、活塞平均速度 、 PV示功图、气阀正时、气阀正时定时圆图、气阀重叠角。2、分析柴油机工作循环的五个过程。3、柴油机具有哪些特点？4、分析气阀正时对柴油机工作的影响。5、气阀重叠角作用有哪些？柴油机.exe 船舶柴油机王寿德 制作 2005年8月 ?船舶柴油机? 课程简介课程编号121026中文名称 船舶柴油机英文名称 Marine Diesel Engine学分 5课内总学时学时 90机动课时 6讲课学时 84实验学
2、时 40开课学期 5适应专业 船舶轮机管理专业 课程类别 专业课 课程性质 必修 考核形式 闭卷章 节 内 容课时分配第一章 船舶柴油机概述7第二章 主要运动机件9第三章 主要固定定机件 6第四章 换气和增压 10第五章 燃油喷射与燃烧 10第六章 润滑和冷却8第七章 柴油机调速和操纵 10第八章 柴油机工作循环5第九章 柴油机特性5第十章 示功图测录与分析4第十一章 柴油机振动与平衡 6第十二章 运转时应急处理 4先修课程?工程热力学与传热学?、?流体力学?、?工程力学?、?轮机工程材料?、?机械设计根底?教 材孙培廷：船舶柴油机.大连海事大学出版社， 2002年2月。主要参考书1钱耀南：船
3、舶柴油机； 大连：大连海事大学出版社， 1999年1月。2杜荣铭：船舶柴油机轮机员培训教材. 大连：大连海事大学出版社，1999.11. 内容简介本课程是轮机工程专业的主干专业课，也是国家海事局适任证书统考课程。本课程以低、中速船舶柴油机为典型，系统地阐述柴油机的根本构造、根本原理以及根本特性。通过本课程的学习，使学生具备科学管理现代船舶柴油机的理论知识和技能，具备对现代船舶柴油机进行维护、保养、改进、分析和调整的能力。为今后从事船舶高级轮机管理工作打下根底，并具有从事一定的科学研究工作的能力。七、 本课程要求及考核方法本课程为考试课，平日100分，为期末总成绩30分。期末考试100分，为总成
4、绩70分。 平日成绩：上课认真听讲，不迟到，不早退，不旷课，按时完成课后作业；记100分。迟到、早退每次扣5分,上课听MP3、睡觉每次扣5分,旷课一次扣20分。不写作业按每次扣5分。扣分累计不超100分。考试成绩：以期末试卷为准。自学生：写有完整的读书笔记100分，占期末总成绩15%.；按章节完成课外习题100分，占期末总成绩15%；参加期末统一考试100分，占期末总成绩70%。 第一章 船舶柴油机概述第一节 柴油机根本工作原理第二节 船舶柴油机的分类和总体结构第三节 船舶柴油机的主要技术指标第一节 柴油机的根本工作原理 一、船舶柴油机概述 二、四冲程柴油机非增压的工作原理 三、二冲程柴油机的
5、根本工作原理 四、增压柴油机的根本工作原理 五、二冲程柴油机的换气形式 一、船舶柴油机概述机械设备可分为动力机械和工作机械两大类。1、动力机械：是将其他形式的能量，如热能、电能、风能等转化为机械能.2、工作机械：是利用机械能来完成所需的工作。3、热能动力装置：机械能热能4、热机：把燃料燃烧的化学能转变为热能再转变为机械能输出。热机在工作过程中需要完成两次能量转化过程。第一次能量转化过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能。第二次能量转化过程是将热能通过工质膨胀转化为机械能。燃烧的条件 ：可燃物、一定的温度、助燃物。热机分为：内燃机、外燃机。1内燃机：两次能量转化过程是在同一机械设备的内部完成的机
6、械。有汽油机、柴油机、燃气轮机。特点：机械能量损失小，具有较高的热效率。1柴油机：是以柴油为燃料的内部混合压燃式内燃机。2汽油机：是以汽油为燃料的外部混合点燃式内燃机。3燃气轮机：是以燃气为燃料点燃式内燃机。2外燃机：两次能量转化过程分别在两个不同的机械设备内部完成的机械。化学能转变成热能的过程(燃烧)发生在锅炉中，热能转变成机械能发生在汽缸内部。此种机械由于热能需经某中间工质(水蒸气)传递，必然存在热损失，所以它的热效率不高，整个动力装置也十分笨重。 蒸汽机、汽轮机。4、动力机械的运动机构根本上有两种运动形式。1往复式发动机：工质的膨胀作功是通过活塞的往复运动实现的；是间歇工作的，其工质的最
7、高温度较高。2回转式发动机：是利用高速流动的工质在工作叶轮内膨胀，推动叶轮转动而工作的。是连续工作的，由于受材料热强度的限制，其工质的最高温度不能太高，这就限制了其热效率的进一步提高。5船舶柴油机的开展1776年瓦特蒸汽机的创造；开始了产业革命，推动了生产力的开展。1876年，德国人奥托(NAOtto)第一次提出了四冲程循环(即进气、压缩、膨胀、排气)原理，并创造了电点火的四冲程煤气机。1880年一些工程师，如英国的D，Clerk和JRobson，以及德国人KBeta等成功地开发了二冲程内燃机。 1892年德国工程师RudoIf Diesel申请了压缩发火内燃机专利。1897年在MAN公司制成
8、第一台实际使用的柴油机(压燃式、空气喷射、定压燃烧)，其效率比煤气机有显著提高。1904年柴油机首次用于船舶推进装置(29 4kW，260rmin)。从此在船舶领域里开始了与蒸汽推进装置的竞争局面。1927年在柴油机上正式使用了由RBosch创造的喷油泵(回油孔式)喷油器喷射系统，代替了7MPa压缩空气喷油的空气喷射系统，实现了混合燃烧。1905年，瑞士人Alfred Buechi提出了涡轮增压的设想。1926年MAN公司制造了第一台船用废气涡轮增压柴油机，当时由于增压器制造水平的限制，此项技术未能迅速推广。第二次世界大战到20世纪50年代中后期，柴油机在此期间完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮
9、增压以及使用劣质燃油等四项重大技术成果，并逐步开展了船用低速柴油机系列。废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用是船用低速柴油机开展中的重要里程碑；是船用低速柴油机的第一次飞跃，在与蒸汽动力装置的竞争中柴油机逐渐取得了领先地位。 从20世纪60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时期，船用低速柴油机的性能参数大致范围为缸径D=6001050mm；行程S=1 0001800mm，单缸有效功率达3000kW，单机组达36000kW，耗油率为210g/kWh，有效热效为40。开展顺序是增大机组功率，提高可靠性，提高经济性。20世纪70年代的两次能源危机。石油产品价格大幅度上涨使船舶柴油机的燃
10、油费用支出一跃占总营运本钱的40%50%；降低柴油机的燃油支出费用、提高柴油机经济性已成为第一要求。 70年代末到80年代，各类柴油机均采用多种节能措施降低油耗率，努力提高柴油机的有效热效率； 目前，现代船用低速柴油机的油耗率巳降低到155160 gkWh，有效热效率可高达55。称为第二次飞跃。随着柴油机节能技术的开展，柴油机的可靠性也有了长足的开展。现代船用低速柴油机的吊缸周期巳从20世纪60年代的50006000h提高到8 00012 000h，甚至高达20000h。 现代船用柴油机开展中的第三个特点是控制与操纵自动化，即对船用柴油机及其附属设备进行自动控制及自动监视。20世纪60年代初曾
11、进行在控制室内对主机集中控制与集中监视，20世纪70年代电子技术开始在柴油机上使用。20世纪80年代柴油机的电子控制技术已有了很大开展，除可监视柴油机的运行工况外，还可保持柴油机各运行参数的最正确值，以求得柴油机功率、燃油消耗率和其他有关性能的最正确值，开展了对柴油机的故障诊断、未来趋势预报等技术，把柴油机的管理技术提高到一个崭新的水平。2000年，Wartsila瑞士公司成功地推出了全电子控制的智能型柴油。 大功率四冲程中速柴油机自20世纪50年代开始也得到了稳步开展，至今已经历了四代机型。它的最大优点是重量轻、尺寸小，可选用最正确的螺旋桨转速。在工作可靠性、使用寿命、经济性及对劣质燃油的适
12、应性方面均有明显改进，根本上到达与低速机相近的水平。近年建造的2 000总吨以上船舶中，使用中速机做主机者占25左右。.船用主机：经济性、可靠性和使用寿命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。因此，低速二冲程柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可燃用劣质油以及转速低(通常为100rmin左右，最低可达56rmin)等优点适于作船舶主机使用。大功率四冲程中速柴油机因其尺寸与重量小较适于作滚装船和集装箱船的主机。船舶发电柴油机因其发电机要求功率不大、转速较高以及结构简单，因而均采用中、高速四冲程简形活塞式柴油机。 柴油机的开展可以概括为：以节能为中心，充分兼顾到排放与可靠性的要求，全面提高柴油
13、机性能。根据此开展目标，今后的研究趋势大致为：提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等的研究。 降低柴油机排放的研究，排放是现代柴油机面临的严重挑战，随着对船舶柴油机排放的限制，使得经济性的提高更加困难，这也是船舶柴油机开展中的新课题。 提高可靠性与耐久性的研究。 电子控制技术的研究。代用燃料的研究。一柴油机工作原理将气体压缩，喷油燃烧给工质加热，气体膨胀对外作功；为使连续不断的作功，就得对工质进行更换。柴油机每工作循环分五个过程：进气、压缩、喷油、燃烧、膨胀、排气。完成这五个过程可由二冲程柴油机或四冲程柴油机.因此我们今天所用的柴油机分为这两种。二柴油机的柴油机根本概念如图一根本结
14、构图曲柄滑块机构、上止点、下止点死点。2、行程冲程S=2R。3、工作容积Vs：活塞在上，下止点间移动所扫过容积Vs=D2S/44、燃烧室容积Vc Vc=D2/4。5、上量余隙燃烧室高度。6、气缸总容积Va=Vs+Vc。 7、压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比;=Va/VC=VS+VC =1+VS/VC低=13-14中=14-16高=15-19 、四冲程柴油机：由四冲程个完成一个工作循环。、二冲程柴油机：两个冲程完成一个工作循环。10、气缸直径:气缸內圆直径，用D表示，单位毫米。11、活塞平均速度: Cm=sn/30m/s n为转速转/分12、 PV示功图:气缸内的工质压力随气缸容积的变化图形叫
15、PV示功图；又称压容图。三柴油机的特点1、优点(1)经济性好，有效热效率可达50以上，可使用价廉的重油，燃油费用低。 (2)功率范围宽广，单机功率为0668 000kW，适用的领域广。(3)尺寸小，重量轻，有利于船舶机舱的布置。(4)机动性好，起动方便，加速性能好，有较宽的转速和负荷调节范围并可直接反转，能适应船舶航行的各种工况要求。 (5)可靠性高，寿命长，维修方便。2、缺点： (1)存在机身振动、轴系扭转振动和噪声大。 (2)某些部件的工作条件恶劣，承受高温、高压并具有冲击性负荷。二、非增压四冲程柴油机的工作原理一四冲程柴油机：用四个行程曲轴回转两转完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。
16、1进气行程 活塞从上止点下行，进气阀翻开。由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。为了能充入更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启曲柄位于点1，在下止点后延迟关闭曲柄位于点2，气阀开启的延续角图中阴影线局部约为220250。2压缩行程活塞从下止点上行，进、排气阀均关闭，对缸内的空气进行压缩；使其温度和压力升高。压缩终点的压力pc约为36MPa温度tc约为500700燃油自燃温度远低于此值压缩压力pc(MPa)自燃温度t()0.1270-2902.82044.2195在上止点压缩终点附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。自燃温度随压缩压力而变.
17、例如轻柴油：3膨胀行程在此行程的初期，燃烧仍在猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达614MPa和15002000左右。在高温高压燃气的作用下，活塞向下运动作功，在上止点后某一时刻图中点4，燃烧根本结束，但高温高压燃气继续膨胀作功推动活塞下行。当活塞到达下止点前某一时刻图中点5，排气阀开启，排气过程开始。此时，气缸内的压力pb约为0.30.6MPa，温度tb约为600700。活塞那么继续下行到下止点。4排气行程 活塞由下止点向上运动，排气阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和减少排气过程中所消耗的功，排气阀不但在下止点前提前开启，而且要在排气
18、行程结束的上止点后才关闭图中点6。排气阀开启的延续角度5-6约为230260。二结论：、四冲程柴油机，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环。、曲轴回转两转，即720曲轴转角。、只有膨胀行程才作功，其余三个行程都要消耗功。、在单缸柴油机中，必须有一个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量。而在多缸柴油机中，那么借助于其它气缸膨胀作功过程来供给。、柴油机由停车状态进入工作状态，必须借助外源能量的驱动使其起动运转，直至喷入气缸的燃油自行发火燃烧，柴油机才能自行运转。三实际四冲程非增压柴油机工作过程 1 、四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上、下止点；而是在上、下止点前、后某
19、一时刻。2 、它们的开启持续角均大于180。3、 气阀正时：进、排气阀在上、下止点前、后启闭的时刻称为气阀正时定时；通常气阀正时用距相应止点的曲轴转角表示。1、 气阀正时定时圆图：用曲轴转角表示气阀正时的圆图称气阀正时定时圆图。4、排气提前角、排气滞后角：排气阀在下止点前点5开 启，在上止点后点6关闭，其 与相应止点的夹角3、4分别称排气提前角、排气滞后角。2、进气提前角：进气阀在上止点前点1开启，其与相应止点的夹角1。3、进气滞后角：进气阀在下止点后点2关闭，其与相应下止点的夹角 24 、排气阀提前开起过早、过晚对柴油机工作都不利。排气阀开启初期其通道截面积很小，气体流动阻力很大。如果排气阀
20、太接近下止点时才开启，提前开启的角度太小，废气排出不畅，会造成活塞上行推出废气消耗的功增大。剩余废气量增加。但排气阀提前开启角也不能太大，否那么会使气体膨胀功损失过大。5 排气阀滞后关：1使活塞到达上止点时，排气阀仍有足够通道截面，有利于废气的排出。2由于利用了排气流的惯性，可使废气排得更干净。6、 进气阀提前开：1使进气冲程开始时有较大的通道截面，以减少进气阻力，增加进气量。2形成进排气阀叠开，对燃烧室进行扫气，减少剩余废气量，增加进气。7、 进气阀滞后关：进气阀延迟在下止点后关闭。1使活塞在下止点附近时进气阀仍有足够开度。2可充分利用进气流的惯性而吸入更多空气。总之，气阀提前开启与延后关闭
21、是为了将废气排除干净并增加空气的吸入量，以利于燃油的燃烧，另外排气提前还可减少排气耗功。因此，各机型对应常用转速有一最正确正时。按此正时工作，柴油机充入新气最多，性能最好。机型不同，正时也不同。正时圆图在柴油机使用说明书中均有给出，不允许任意改变。经常要以它为依据检查调整气阀正时。燃油喷射也有正时要求，也可画在这个图上。8、 气阀重叠角：在上止点前后同一气缸的进、排气阀同时开启的曲轴转角称为气阀重叠角。1气阀重叠角作用：在气阀叠开期间，进气管、气缸、排气管连通，这样有助于废气的排出和新气的流入。1利用废气流动惯性的抽吸作用，除可防止废气倒冲入进气管外，尚可将新鲜空气吸进气缸。2利用此压力差用新
22、气将燃烧室内的废气扫出气缸，实现所谓燃烧室扫气。3不但可提高换气质量，还可利用进气冷却燃烧室零件的高温外表。因而，四冲程柴油机均有一定的气阀重叠角，而且增压柴油机的气阀重叠角均大于非增压柴油机。 2四冲程柴油机气阀重叠角非增压柴油机： 进气阀 、 上止点前1530开启 下止点后1030关闭 。排气阀、 下止点前3545开启 上止点后1020关闭。重叠角 、 2550 。增压柴油机： 进气阀 、上止点前4080开启 下止点后2040关闭 。排气阀、 下止点前4055开启 上止点后4050关闭。重叠角 80130 。四柴油机工作的五个过程：1、 进气过程 ： 是从进气门开启到进气门关闭的过程。为多
23、进气进气门在上止点前开启，下止点后关闭。开启角度约为曲柄转角220-260度。2 、压缩过程：是进气门关闭后到气缸内产生着火点。压缩终点的压力PC约为36MPa，温度TC约为500700度3、燃烧过程：向气缸内喷油开始到85%-90%燃料燃烧结束的过程。最高压力 PZ 低4-5MPa 中5-10MPa 高5-14MPa最高温度 Tz 低1500C0-1900C0 中1800C0-2000C0 高1900C0-2200C。 4、膨胀过程 ：在膨胀冲程从上止点开始到排气门开启的过程。5 、排气过程：从排气门翻开到关闭的过程。 开启角度一般在230-2600船舶柴油机(2)本次课内容1、二冲程柴油机
24、工作原理2、增压柴油机3、二冲程柴油机的换气形式4、船舶柴油机的分类思考与分析1、名词解释：额外排气阶段、额外进气阶段、机械增压、废气涡轮增压2、分析二冲程柴油机工作原理3、二冲程柴油机的几种换气形式？各有何特点？4、四冲程柴油机与二冲程柴油机的比较有何不同。5 、柴油机的标牌型号如何规定?同学们好三、 二冲程柴油机工作原理一二冲程柴油机是用两个行程曲轴回转一转完成一个工作循环的柴油机称二冲程柴油机。即活塞往复两次完成一个工作循环。二冲程柴油机与四冲程柴油机结构不同。1气缸上设有气口,图中气缸右侧为排气口，左侧为进气口。排气口比进气口略高，进排、气口的开关均由活塞控制。2二冲程柴油机设有扫气泵
25、。扫气泵预先将空气压缩并送入扫气箱中，扫气箱中的空气压力扫气压力要比大气压力高。1、换气压缩行程：活塞由下止点向上运动。在活塞遮住进气口之前，新鲜空气通过进气口不断充入气缸并将气缸内的废气经排气口驱除出去。当活塞上行到将进气口全部遮闭时点l，新鲜空气停止进入气缸。当排气口被活塞遮闭后点2，气缸内的空气就被上行的活塞压缩，压力和温度亦随之升高。在活塞到达上止点前的某一时刻点2，柴油经喷油器喷入气缸，并与高温高压空气混合后着火燃烧。 在这一行程中，进行了换气曲线0-1-2、压缩曲线2-3和喷油着火燃烧诸过程。2膨胀换气行程活塞由上止点向下运动。在此行程的初期，燃烧仍在猛烈地进行，到点4才根本结束。
26、高温高压的燃气膨胀推动活塞下行作功。当活塞下行将排气口翻开时点5，由于此时缸内的燃气的压力和温度仍较高，分别为0.250.6MPa和600800，因而气缸内燃气借助于气缸内外的压差经排气口高速排出，缸内的压力也随之下降。当缸内压力下降到接近扫气压力时，下行的活塞将进气口翻开点6，新鲜空气便通过进气口充入气缸，并对气缸内进行扫气，将气缸内的废气经排气口驱除出去。这个过程一直要延续到下一个循环活塞再次上行将进气口关闭时为止，称为扫气过程。二二柴油机工作的五个过程1、换气压缩冲程 ：活塞由下止点移到上止点。 2、膨胀换气冲程：活塞由下止点移动到上止点。1、压缩过程 ： 活塞遮闭排气口开始到燃料燃烧着
27、火点。2 、燃烧过程：从喷油燃烧到90%燃料燃烧结束3 、膨胀过程： 活塞从上止点到排气口翻开的过程 4 排气过程 排气口开到排气口关的过程 自由排气、扫气、额外排气或额外进气1自由排气阶段：从排气口开到扫气口开的阶段。2扫气阶段：从扫气口开到扫气口关的阶段。3额外排气阶段：从扫气口关到排气口关的阶段。4额外进气阶段：直流扫气柴油机，气缸盖上设有排气阀，由排气机构控制。从排气阀关闭到扫气口关的阶段。(5)进气过程 ：进气口开到进气口关。换气过程：把柴油机的进、排气过程称为换气过程。三四冲程柴油机与二冲程柴油机的比较1、每循环曲柄转角： 四冲机720度 ， 二冲机360度。2、作功能力：结构参数
28、缸直径、活塞行程、转速等相同时，理论上二冲程柴油机的作功能力是四冲程柴油机的两倍，实际上只有1.61.8倍。3、热负荷：二冲程柴油机热负荷大于四冲程柴油机的热负荷。4、 四冲机换气彻底，燃烧好即经济性好。5、 四冲机结构复杂。四、 增压柴油机1 、增压：提高柴油机的进气压力，可使进气的密度增加，从而到达在同样的气缸容积中充进更多的空气量。增加喷油量，增大作功能力。这种用提高进气压力来提高柴油机功率的方法称为“增压。3、机械增压：由柴油机的曲轴通过齿轮等机械驱动压气机的方式，这种增压方式称机械增压。4、 废气涡轮增压：用柴油机气缸排出的废气的能量在涡轮机中膨胀作功，由涡轮机来驱动压气机的方式，称
29、废气涡轮增压。5、废气涡轮增压四冲程柴油机的工作简图。废气涡轮增压器由废气涡轮机8和与其同轴的离心式压气机2等组成。柴油机气缸排出的废气经排气管6进入涡轮机8，在其中膨胀作功推动涡轮机转动，并带动压气机2工作。被压缩后的新鲜空气经进气管3送往柴油机的各个气缸。1、3-进气管；2-压气机；4-进气阀；5-排气阀；6、9-排气管；7、8-涡轮机6、二冲程与四冲程废气涡轮增压柴油机工作原理的不同点：在二冲程柴油机中，增压空气是供入扫气箱中，然后经扫气口进入气缸；由于废气涡轮和压气机需能量平衡的原因，【老式】二冲程柴油机的废气涡轮增压系统中往往设有辅助压气机。目前，船舶柴油机已全部采用了废气涡轮增压。
30、在四冲程柴油机中，增压空气是供入到进气道经进气阀进入气缸。 五、二冲程柴油机的换气形式在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量有重要影响。根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。每一大类中又有不同的换气形式，即：弯流扫气 横流扫气 简单横流扫气 扫气口装有单向阀 流扫气 简单回流： 扫气扫气有阀控制 排气口有阀控制(MAN低速机 半回流扫气(Sulzer低速机 直流扫气 排气阀扫气口式 排气口扫气口式1、弯流扫气:扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。(1)简单横流扫气： 进、排气口位于气缸中心线的两侧，空气从进气口一侧沿气缸中
31、心线向上，然后在靠近燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿着气缸中心线向下，把废气从排气口清扫出气缸。横流扫气已淘汰多年。 图中ADFEA所包围的面积即为排气口的角度一面积值扩弧线BC与横坐标p(“)所包围面积为扫气口角度一面积值。其中A为排气口开启时的相应曲轴转角，B为扫气口开启、C为扫气口关闭、E为排气口关闭时的相应曲轴转角。 2)回流扫气MAN公司大型柴油机的传统形式。进、排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的上方。扫气口向下倾斜，进气流先向下沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖再转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。气流在缸内作“回线流动。如补图1-3所示。这种扫气形
32、式有利于凹顶活塞的扫气，其代价是扫气流动路线更长，转弯更多，流动阻力更大。由此在相同条件下，要求有更高的扫气压力。在船用大型柴油机中，MAN KZ型柴油机即为回流扫气形式。现存已不多了。 1)半回流新横流扫气Sulzer公司大型柴油机的传统形式。进气口布置在排气口同侧的下方及两侧。如补图1-2所示。其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。扫气口在纵向与气缸轴向成角度和横向与气缸径向成角度两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。活塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。这样可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减少新、废气掺混，提高换气效率；防止死角，减少残留废气，提高换
33、气质量。某些早期的半回流扫气机型RD型柴油机，在排气管中装有回转控制阀。可在活塞上行活塞裙开启排气口前关闭排气管，防止新鲜空气经排气口流失。RND型柴油机不再用回转控制阀，改用长裙活塞，当活塞上行至上止点时，活塞裙仍能挡住排气口。Sulzer公司大型柴油机开展至RTA型才放弃半回流扫气形式，改用直流扫气形式。132排气阀扫气口式直流扫气B&W、三菱公司大型柴油机的结构形式,气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀1个或多个。h空气从气缸下部扫气口进入气缸，沿气缸中心线上行，驱赶废气从气缸盖上的排气阀排出，气流在缸内的流动方向是自下而上的直线流动。如下图。进气口在纵向和横向两个方向均有倾斜角，
34、使扫气空气进入气缸后向上和绕气缸轴线旋转。这一旋转的气流形成“界面，使空气与废气不易掺混，扫气效率较高。下止点下止点3直流与弯流扫气的比较(1)换气质量 弯流扫气 ：气流在缸内流动路线长，约为直流的两倍，且需要转向，流动阻力大，要求扫气压力高。新气与废气掺混较严重，存在死角与气流短路现象，因而换气效率较低，新气消耗量较大，换气需要消耗较多的能量，导致柴油机燃油消耗率较高；残留废气较多，换气质量较直流差。 直流扫气：新气与废气掺混少，新气损失少，扫气彻底，新气充入量多，换气效率高，质量好。(2)对“长冲程化的适应性所谓“低转速长冲程化，就是73年至80年代初，能源危机爆发，石油价格飞涨，海运本钱
35、中的燃油费用猛增，船主越来越重视降低燃油消耗率。柴油机公司在剧烈的竞争中，花费巨大的财力、人力，想尽方法降低燃油消耗率。 可见【二冲程】柴油机的正时圆图有两种类型。直流扫气存在额外进气 。 排气阀的启闭由排气凸轮控制，不受活塞运动的限制，所以直流扫气排气阀启闭定时可不以下死点为对称，而各自设计在最正确点，如图1-5所示。这样可使柴油机性能更优。现代船用低速柴油机MAN/B&W MC、Sulzer RTA以及三菱UEC-LS均为排气阀扫气口直流扫气式柴油机。ESDZ43/82B柴油机的正时圆图低速机均直接带螺旋桨，输出功率一定时，转速越低，那么采用直径越大的螺旋桨，推进效率就越高。也就是说，在不
36、降低发动机功率单缸功率的情况下，降低转速就意味着提高推进效率。柴油机转速n每降低1%，推进效率p可提高0.25-0.30%。B&W公司首先77年开展“低转速长冲程化，即降低柴油机设计转速，同时加长冲程，活塞平均速度保持不变。这样不仅提高了p，而且柴油机自身的效率也提高了。节油的收效非常显著。受到海运界热烈欢送。销售量越来越大，超过了Sulzer，至今仍处于领先地位。仅三年，“低转速长冲程化扩大到所有低速机后来中速机也采用了，各公司低速机转速n越来越低，有的机型达55-60转；冲程缸径比S/D越来越大，直流扫气：2.02.53.03.253.463.824.2；弯流扫气那么从1.82.1，就开展
37、不下去了。弯流扫气：不适应长冲程化。气缸加长，弯流扫气流程增加很多，阻力大了很多，扫气压力得提高很多，新、废气掺混更厉害，换气质量、换气效率更差。S/D只能到达2.1。直流扫气：适宜长冲程化。气缸加长，扫气流程增加不多，阻力增加不多，新、废气掺混进一步减少，换气效率更高，换气质量更好。消耗新气少，燃烧更完全更及时。而且，“低转速长冲程化后，如燃烧时间根本不变，那么燃烧对应的曲柄转角减小，燃气能更充分膨胀，热效率提高；长冲程化，如压缩比不变，那么燃烧室高度增大，有利于燃油的雾化混合燃烧；这些均使柴油机燃油消耗率降低。(3)气缸套变形情况弯流扫气缸套下部布置了扫、排气口，温差很大，容易产生变形。直
38、流扫气缸套下部只有扫气口，不易因受热不均匀而变形。(4)排气启闭定时直流扫气：排气阀开启定时与关闭定时由排气凸轮控制，可以设计成不以下死点为对称，而各自设计在最正确点，使性能进一步优化。弯流扫气：扫、排气口启闭定时由活塞控制，必然以下死点对称。由于以上原因，Sulzer公司的低速机81年底宣布放弃传统的半回流扫气形式，改为采用直流扫气形式，设计了RTA型柴油机84年生产第一台。MAN公司81年合并B&W公司后也放弃开展低速机，弯流扫气已被淘汰。但我们在工作中还会用到这类旧机型。弯流扫气由于没有排气阀，结构简单、可靠，维修简便。因而曾深受航运界欢送，70年代Sulzer公司的低速机一直处于领先地
39、位，多年销售量均在50以上。后来燃油价格不断上涨，经济性越发重要，原来优点突出逐渐变成缺点突出，主要矛盾转化了。 第二节 船舶柴油机的分类和总体结构一、柴油机的类型二、柴油机的型号三、几种常用机型简介一、柴油机的类型1、按工作循环分类：有四冲程柴油机和二冲程柴油机。2、按进气方式分类：有增压和非增压柴油机。 在柴油机中，用增加进气压力来提高功率的方法称为柴油机的增压。 非增庄柴油机是在大气压力下进气的。 为了实现柴油机的增压，必须在柴油机上装设一台压气泵。 机械增压：压气泵由柴油机带动。如果把废气的能量充分利用起来， 废气涡轮增压：将柴油机排出的废气送人涡轮机中，使涡轮机高速回转来带动一离心式
40、压气机，从而提高进入柴油机的空气压力以实现增压。 使用废气涡轮增压器既可使柴油机的功率增加，又可提高柴油机的经济性。3、按曲轴转速分： 高速柴油机 中速柴油机 低速柴油机。柴油机的速度可以用曲轴转速n(rrain)或活塞平均速度m (ms)表示。活塞的平均速度为m=Sn/30 (m/s) 按此指标分类一般为： 低速柴油机n 300 rrain m 6ms 中速柴油机3001 000 rmin m 9ms 图12(a)为筒形活塞式柴油机的示意图，它的活塞通过活塞销直接与连杆相连。这种结构的优点是结构简单、紧凑、轻便，发动机高度小。它的缺点是由于运动时有侧推力，活塞与气缸之间的磨损较大。中高速柴油
41、机一般都采用此结构。 图12(b)所示为十字头式柴油机。它的活塞设有活塞杆，通过十字头与连杆相连接，并在气缸下部设中隔板将气缸与曲轴箱隔开。十字头式柴油机工作可靠，寿命长。它的缺点是重量和高度增大，结构复杂。大型低速二冲程柴油机都采用这种结构。量和高度增大，结构复杂。大型低速二冲程柴油机都采用这种结构。4按活塞结构分类筒形活塞式柴油机和十字头式柴油机5、按气缸数量分类：单缸柴油机和多缸柴油机。6、按柴机转向分类：左转机、右转机由飞轮向自由端看,正车时顺时针方向为右转机。7、按可否逆转分类： 不可逆转 、 可逆转。 可由操纵机构改变自身转向的柴油机称为可逆转柴油机。曲轴仅能按同一方向旋转的柴油机
42、称为不可逆转柴油机。 在船舶上凡直接带动定螺距螺旋桨的柴油机均为可逆转柴油机；凡带有倒顺车离合器、倒顺车齿轮箱或可变螺距螺旋浆的柴油机以及船舶发电柴油机均为不可逆转柴油机。 8、按柴油排气管位置(操作位置)有左、右单列机。 (由飞轮向自由端看,排气管位右倒称右单例机)某些船舶的推进装置(如客船)采用双机双桨推进装置。在这种船舶上，由船尾向船首看，布置在机舱右舷的柴油机为右旋柴油机，亦称右机；布置在机舱左舷的柴油机为左旋柴油机，亦称左机。在这种动力装置中，为便于操纵管理，右机的操纵侧即凸轮轴侧布置在柴油机左侧(即内侧)，而排气侧布置在右侧；左机的操纵侧在柴油机的右侧(即内侧)。单台布置船舶主柴油
43、机通常为右旋柴油机。9、按气缸位置分类 ： 立式、 卧式。10按气缸排列分类：直列 、V型 、 星型、 多轴机。船用柴油机通常均为多缸机。这样可以增大柴油机单机功率，同时可满足船舶机动性、可靠性的要求。 多缸柴油机的气缸排列可以有直列式、V形、W形等。船用柴油机均为直列式与V形两种。直列式柴油机的气缸数一般不超过12缸。当缸数超过12缸时通常采用V形柴油机。V形机的气缸数可达18甚至24，气缸夹角通常为90度、60度或45度。V形机具有较高的单机功率和较小的比重量(柴油机净重量与标定功率的比值)，在中、高速柴油机中用得较多。二、柴油机的型号一标牌型号的规定柴油机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母和
44、气缸布置所规定的形象字符号组成。柴油机型号依次包括以下四局部：1首部：产品特征代号。由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需经行业标准化归口核准、备案。产品特征代号可包括产品的系列代号、换代符号和地方、企业代号。产品的换代符号是指产品缸径不变，但其技术参数及结构与原产品有很大差异的产品标志符号。地方、企业代号是标志产品具有本地方或本企业特点的代号，每种符号一般用一个或二个字母表示。2中部：由缸数、气缸布置形式符号、冲程符号和缸径组成。其中气缸数用数字表示；缸径用数字表示，单位为毫米；冲程符号用E表示二冲程，四冲程不标注符号；气缸布置形式符号按表规定。表气缸布置形式符号符号含义无符号多缸直列及单缸
45、型平卧形后部：结构特性符号和用途特征符号，分别按表、表规定。必要时，其它结构及用途符号允许制造厂自选，但不得与表、表规定的字母重复。结构特征符号可重叠使用，但应按表中规定的字母次序，顺次重叠表示。符号结构特征无符号水冷风冷凝汽冷却十字头式增压L增压中冷可倒转表结构特征符号符号用途无符号通用型及固定动力拖拉机摩托车工程机械Q汽车铁路机车发电机组船用主机、右机基本型船用主机、左机基本型农用运输车林业机械表用途特征符号尾部：同系列产品需要区分时，可选用适当符号表示。后部与尾部亦可用“分隔。柴油机的型号应简明，中部、后部规定的符号必须表示，但首部及尾部符号根 具体牌号表示方法如以下图所示：系列代号换代
46、符号地方、企业代号缸数符号气缸布置形式符号缸径符号（以气缸直径的毫米数表示）结构特征符号冲程符号（表示二冲程,四冲程不标符号）区分符号用途特征符号首部 中部 后部 尾部注：气缸直径的毫米数取整数27根据具体情况允许不表示，同一产品的型号应一致，不得随意更改。由国外引进的柴油机产品，假设保持原结构性能不变，允许保存原产品型号。二国产柴油机型号例如： 单缸、四冲程、缸径、风冷、通用型柴油机。增压、缸直列、四冲程、缸径 水冷，通用型柴油机。Z缸直列、四冲程、缸径、水冷，通用型柴油机。 新型的、缸直列、四冲程、缸径、增压船用柴油机。 缸直列、四冲程、缸径、增压可倒转船用主机、右机根本型为产品系列代号。
47、 缸、二冲程、缸径、船用柴油机。28同学们好第三次课内容1、船舶柴油机的分类和总体结构2、船舶柴油机的主要技术指标思考与分析1、名词解释：指示功率Ni、平均指示压力pi 、指示指标、有效指标、指示热效率i、指示油耗率gi、有效功率Ne、机械效率m、平均有效压力pe、有效燃油消耗率ge、有效热效率e。2、柴油机总体结构由哪几大部件几大系统组成？3、柴油机的主要性能指标有哪些？各有何用途？4、分析指示指标与有效指标之间有何关系？三柴油机转向及气缸编号：1、柴油机转向1柴油机转向是指功率输出轴的转向。2确定转向时，应由功率输出端向自由端看，但凡输出轴顺时针方向旋转的称为“右转；但凡输出轴逆时针方向旋
48、转的称“左转。对于可以正、反车的柴油机应以柴油机的正转方向为准。2、柴油机气缸编号1无论左转机或右转机均应从功率输出端向自由端依次进行气缸编号。旧规定相反(2)多列内燃机的气缸编号应先确定列次然后再进行气缸编号，各列气缸号要相互衔接。(3)气缸列次确实定方法：由功率输出端朝自由端看，以垂直于输出轴中心线的水平线为基准。从该水平线的右端沿逆时针方向依次计数，最先遇到的一列气缸是第1列，依次是第2列，第3列，列等四船舶柴油机当前使用情况和技术水平 、船用低速柴油机当前使用情况和技术水平 船用低速柴油机目前主要由MAN B&W 、 Wartsila瑞士公司和日本三菱三家公司生产，据1998年世界各国
49、造船造机结果统计，MANB&W公司占市场份额的6454， Wartsila瑞士公司占市场份额的276，日本三菱缺乏8。MANB&W和Wartsila瑞士公司近年主要机型的工作参数如下。 . 机型 RTA48T RTA58T RTA68T s46MC-C S50MC-C s60MC,-C 缸径(mm 480 580 680 460 500 600 行程(mm) 2 000 2416 2 720 l 932 2 000 2400 行程缸径比$D 417 417 40 42 40 4 0 转速(rmin) 124 103 92 129 127 105活塞平均速度(ms) 83 83 83 83 85
50、 84 平均有效压力(bar) 182 182 182 19 19 19 最高燃烧压力(Mpa) 142 142 14 2 145 150 单缸功率(kW) l 360 2000 2 750 1 310 l 580 2 255燃油消耗率(gkWh) 17l 170 169 174 171 170表11 船用低速柴油机的主要参数从上述参数可以看出，目前新型船用低速柴油机的SD值已到达40以上，活塞平均速度在8385ms左右，平均有效压力高达19 bar，最高燃烧压力在14MPa以上，而燃油消耗率那么下降到169glWh，其动力性和经济性已经到达了相当高的水平。 2、船用中速柴油机当前使用情况和技
51、术水平 船用中速柴油机目前虽然生产厂家较多，但主要集中于几家公司，据1998年世界各国造船造机结果统计， Wartsila 公司占市场份额的40， MANB&W 公司占市场份额的224，Mak占市场份额的112，其余公司占264。Wartsila和MANB&W 公司近年主要机型的工作数机型 MANB&W L27/38Wartsila L32Wartsila L64缸径（mm） 270 320 640行程（mm） 380 400 900行程缸径比S/D 1.4:1 1.25:1 1.4:1压缩比 16.5：1 16:1 活塞平均速度（m/s） 10.1 10.0 9.8平均有效压力（bar） 2
52、3.5 23.3 25.5最高燃烧压力（MPa） 20 19 20燃油消耗率（g/kwh）185.3 182 171燃油喷射压力（MPa）160200燃油质量（cSt/50度）700730730功率范围（kw）20403060270082801005018090. .三、几种常用机型简介1低速机 B&W公司：81年MAN公司购并了B&W公司，低速机由MAN-B&W公司哥本哈根丹麦分公司设计试制。L-MC还开展了S-MC、K-MC，其字母L表示长冲程，S表示超长冲程，K表示一般冲程。70年代中后期，B&W低速机装船千瓦数占世界总数比例在1/41/3左右。80年接到订货单开始超过Sulzer公司，
53、到目前到达6%。机型研制成功时间VT2BF60K-EF68K-GF73L-GF76L-GFC78L-GFCA79L-GB/GBE81/82L-MC/MCE832) Sulzer公司：机型研制成功时间RD57RND68RND-M75RLA77RLB79RTA（直流扫气）8370年代中后期，Sulzer低速机装船千瓦数占世界总数百分比在50以上60左右。后来逐渐降至1/3左右。机型研制成功时间UEC-H79UEC-HA82UEC-L83UEC-LA UEC-LS 三菱重工业公司低速机装船千瓦数占世界总数百分比一直在10左右。机型研制成功时间KZ-E64KSZ70KSZ-A73KSZ-B76KSZ-
54、BL77KSZ-C/CL793) 三菱重工业4) MAN公司：70年代中后期，MAN公司低速机装船千瓦数占世界总数百分比曾保持在10左右，后来就更少了。81年合并B&W公司后就放弃开展低速机了。2、中速机：中速机的厂家相当多,著名的几家。 1)S.E.M.T.法国热机研究学会 PC2-5PC2-6PC2-6B缸径D=400 PC4PC4-2PC4-2B缸径D=5702)MAN公司。 3)Sulzer公司。 4)大发公司。 5)MaK公司。6) Wartsila公司。3、国产厂家：1)大连船用柴油机厂。 2宜昌船用柴油机厂3中国船舶集团耗资30亿上海建船用柴油机生产 基地.四、柴油机总体结构简介
55、为保证正常工作，一台柴油机应具备必需的机件、部件和系统。根据其各组成部件的根本作用，可将它分成以下几个组成局部： 1 四大运动机件 它们是把气缸内燃烧气体所作的功，转换成以曲轴回转形式输出的机构。主要有：活塞组、十字头组、连杆组和曲轴飞轮组等。2 四大固定机件 它们是柴油机的骨架和支承。主要有：机座、机架及气缸体、扫气箱和气缸盖等。 3、五大系统1换气和增压系统。它们实现对新鲜空气的增压，并按柴油机工作循环的要求，保证换气过程的正常进行。主要部件有：增压器、空冷器、气阀机构、凸轮轴组和进排气管等。2燃油喷射系统。它们按工作循环的要求，定时、定量地向气缸内喷射燃油。主要的部件有：喷油泵、凸轮轴组
56、、喷油器等。3润滑系统。它向柴油机各摩擦副供给润滑油，以减少摩擦阻力和机件的磨损并带走局部热量。主要的部件有：润滑油泵、滑油冷却器、滤器等。4冷却系统。它将柴油机受热部件的热量传出，以保证受热部件处于正常的工作温度范围内。5操纵系统。由起动装置使柴油机从停车状态进入工作状态、调速装置控制和调节柴油机的转速、换向装置实现柴油机的正、反转以及操纵机构等组成。 第三节 船舶柴油机的主要技术指标一 、 动力性和经济性指标二、其它动力性和经济性指标三、重量和外形尺寸指标四、排气污染指标 一、动力性和经济性指标柴油机的主要性能指标包括动力性和经济性两个方面的指标。它们既是反映柴油机工作循环完善程度的参数，
57、更是评估柴油机性能的主要依据。 动力性和经济性指标分别从量和质两个方面来评价柴油机的性能。它们又可以分成指示指标和有效指标两类。指示指标有效指标动力性pi平均指示压力pe平均有效压力Ni指示功率Ne有效功率经济性i指示热效率e有效热效率gi指示燃油消耗率ge有效燃油消耗率1、指示指标：是表征柴油机气缸内部工作情况。是以实测的示功图所表示的一个循环所作的功，以指示功为根底的从示功图求出来的，其优劣取决于气缸内部实际工作循环进行的完善程度包括不完全燃烧、燃烧延迟、气体泄漏、气缸壁传热损失等。2、有效指标：是以在柴油机输出轴上所得到的有效功为根底的，它扣除了柴油机内的一切损失，其优劣取决于工作循环进
58、行的完善程度外，还得取决于机械损失的大小，它是评定柴油机工作性能的最终指标。1平均指示压力pi：如果我们已测得示功图如下图，燃烧膨胀过程曲线与压缩过程曲线所包围的面积即表示指示功Li。泵气功泵气损失示功图上测不出，指示指标不考虑，放在有效指标考虑。1平均指示压力pi：是假想作用在活塞上数值不变的一个压力，推动活塞一个行程所作的功与一个工作循环的指示功Li相等这个不变的压力称平均指示压力。如补图8-4。即： Li = Pi F S Nm或J Pi= Li/ VSN/m2或Pa8-1式中：pi平均指示压力，Pa； F活塞面积，m2； S活塞行程，m； VS气缸工作容积，m3。 i一指示指标2平均指
59、示压力pi的作用 pi可以看成单位气缸工作容积每一工作循环的指示功。它消去了柴油机气缸工作容积的因素，所以它的数值与气缸工作容积的大小无关。1可以用pi 来比较不同气缸尺寸和不同类型的柴油机的做功能力。2pi 值大，说明其单位气缸工作容积的做功能力大，柴油机气缸工作容积利用程度大。即强化程度大。 3喷入的燃油量相同时，pi 值大说明其工作循环进行得比较完善。 pi 是评定柴油机工作循环动力性的重要指标。 pi 由实测的p-V示功图求得，方法如下：1用面积仪测示功图面积求Pi值测得示功图面积为fmm2，示功图长度为Lmm，示功图平均高度hi=f/Lmm，那么平均指示压力 Pi=hi/M MPa
60、8-2式中：M示功弹簧比例即p-V示功图纵坐标比例，示功器弹簧上有标明，mm/MPa。 2作图法求得pi 如下图。 将测得示功图长度L分为10等份，量出各等分点上的示功图高度y1、y2、y3y9mm，在上、下止点附近距上、下止点L/40处再附加两个示功图高度y0和y10，示功图的平均高度：hi mm这样求得的hi精度已够。在标定工况下船用柴油机的平均指示压力pi的数值范围pi、pe值统计表 表8-4 2、指示功率Ni：是指柴油机气缸内的工质在单位时间内推动活 塞 所作的指示功。 柴油机的每个气缸每个工作循环工质所作的指示功为 J 柴油机一个气缸的指示功率Ni1为 Nm/s 于是，整台柴油机指示
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