二冲程柴油机剖析

1、一、概 述在本次实习的船舶为散货船， 在甲板上分别有锚机， 绞缆机，救生艇等机械。 在机舱中则有主机，锅炉，油水分离器，发电机，应急发电机，分油机，空气压 缩机，造水机等重要机器，当然还有各种泵，如离心泵，往复泵，齿轮泵等。对 于各种重要机器，我们可以在机舱集控式对各机器的压力等参数进行控制检查。 当然我们还有舵机房等，当在机舱集控室不能使用时我们可以进行各种手动操 作。实习对于轮机工程专业技术的学生来说很重要的一个教学环节， 将书本上的 理论联系到实际中去。机舱是船舶的动力输出中心，但柴油机却是机舱的心脏， 它负责船舶的大部分动力输出设备，为其提供能源，使其能正常运行。所以，机 舱值班不仅仅

2、能使船舶能正常的航行， 也是船舶安全航行的重要保障， 尤其柴油 机的正常运行更是其中的重点。 在机舱中， 大型的船舶设备很重要， 但也不能忽 视小型设备，如滤器，它能过滤燃油中的杂质，使设备能更好的运转。虽说实习 生很累，但实习这段期间却是我们能更好的掌握各种设备各种技术各种理论使其 能更好的融合在一起的黄金时光， 这也是我们以后的基础。 初次上船， 我们对所 有机器都不熟悉， 一个机器里能有很多设备， 一个设备里又有各种功能， 不过我 们应该去了解他们， 学习它们的作用， 坚持不放过每一次的学习机会， 使我们能 掌握更多的知识。船舶柴油机是船舶中一种不可缺少的设备， 它分有五大系统： 燃油系

3、统， 滑 油系统，空气系统，淡水冷却系统， 海水冷却系统。 它有单杠，多缸柴油机之分。 同时又有二冲程， 四冲程柴油机， 其中，二冲程柴油机换气质量不如四冲程柴油 机，但二冲程柴油机功率比四冲程柴油机大。、主机柴油机（一）二冲程柴油机通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完 成一个工作循环曲轴只转一圈，二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同， 主 要差异在配气机构方面。二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是 在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构。并专门设置一个由 运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配 气，从而简

4、化了柴油机结，在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个工作 循环，其中两个冲程（进气和排气），活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴 油机中，曲轴每转一转，即活塞每两个冲程就完成一个工作循环， 而进气和排气 过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴油机的活塞没有空 气泵的作用，为了排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上 安装专用的扫气泵（增压器）。（二）二冲程柴油机工作原理 二冲程柴油机的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的。即实现进气、压缩、 这种柴油机的压缩和膨 而进气和排气则是在膨 后进气，并有进排气重膨胀和排气这四个步骤是在360。曲轴转角内完成的。 胀

5、是一个比较完整的活塞行程，所以称为二冲程柴油机。 胀过程结束和压缩过程开始前的很短的时间内（先排气、叠）完成的。（1）扫气及压缩冲程：排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前点时，喷油器将 燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，自行着火燃烧。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 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（此时曲柄在 点位置，空气停止充人，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时（此时曲柄在点位置，气缸中的空气就开始被压缩。当压

6、缩至上止点前点时，喷油器将燃油喷人气缸，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。本冲程结束，并与前一冲程形成一个完整的工作循环。（2）燃烧膨胀及排气冲程：燃油在燃烧室内着火燃烧，生成高温高压燃气。活塞在燃气的推动下，由上止点 向下运动，对外作功。（此时曲柄在点位置，此时燃气膨胀作功结束，气缸内大 量废气靠自身高压自由排气，从排气口排人到排气管。）活塞下行直至排气口打 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，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赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束。（

7、三）二冲程柴油机的示功图其中ak线为扫气过程,k点为扫气终点，它取决于进气孔和排气阀关闭时刻。有的机型是排气阀和进气孔同时关闭。 有的排气阀提前关闭。k-c线为压缩过程，其中c点为开始向气缸喷油的时刻。在第二冲程中，c-m线为膨胀过程，其中c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶 段，z点为最高燃烧压力点，m点为排气阀开始打开的时刻。这时燃烧产物便从 气缸经排气阀、排气管排入大气，压力迅速下降，如 m-n线所示，当气缸内的压 力大约等于贮气置室的压力时，进气孔才被打开 （n点），这时新鲜空气应入气缸 进行扫气过程，如n-a线所示。从二冲程柴油机的工作原理可知， 在扫气过程中，活塞不做有效功，相对这

8、部分 活塞行程容积Vn称为损失容积，而活塞的实际工作容积为：而实际压缩比为:几何压缩比与四冲程柴油机一样为:扫气过程容积损失的多少通常用损失容积 Vn对几何工作容积Vh的 比值表示：在二冲程柴油机中，y=1038%。现代四冲程和二冲程发动机都成功的使用在各个领域，他们都有各自的特点，一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机，而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多。正相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发功机的功率理应比四冲程发动机增加一 倍，但实际上，由于扫气容积的损失，充气时间较短，废气清除困难以及驱动扫 气须要消耗一部分功率等原因，使二冲程发动机的功率只增加6070%左右。二冲程发动机叫另一优

9、点是扭矩的均匀性比四冲程发动机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。扫气过程时间短是二冲程发动机的一大缺点，此外，二冲程 发动机的活塞、气缸盖、气缸，气阀的温度都比四冲程发动机高。(四) 二冲程柴油机的主要零部件：(1) 主要固定件：柴油机的主要固定件由机座、 机架、气缸和气缸盖等组成，它们构成了柴油机的骨架，支撑运动件和辅助系统。气缸盖是燃烧室的上盖。除和 气缸套、活塞共同组成燃烧室外，在它上面还要安装各种阀件。这些阀件有喷油 器、气缸起动阀、示功阀、安全阀、排气阀 （气阀-气口式二冲程柴油机）等。另 外，对于设置进、排气阀的气缸盖上还要布置进、排气道和气阀摇臂机构。（2）主要运动件：柴油机

10、的主要运动件由活塞、连杆组件2曲轴组成，还有十字头组 件。活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室， 保证柴油机工作过程的进行，同时通过连 杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动， 使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回 转的方式向外输出。十字头组件是船用二冲程十字头式柴油机的特有部件。它的主要作用是将活塞组件和连杆组件连接起来，把活塞的气体力和惯性力传给连 杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。 主要包括十字头本体，十字头滑 块和十字头轴承（连杆小端轴承）等。（五）换气方式：直流换气结构：它的换气是由上下的进、排气儿完成的，故称气孔式直流换气的二冲程柴油机。进、排气孔的开启和关闭分别由上、下活塞控制。工作时

11、，两个活塞在气缸内作相对运动，燃烧室 位于中部，两个活塞通过连杆与上、下曲轴连接，两曲轴通过 齿轮轮连接，从一处对外输出有效功。（六）二冲程柴油机的应用范围：现在二冲程柴油机基本用作大型船机， 其它行业已很少使用。船用柴油机已是民 用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。（七）优缺点：1.优点（1）动力比四冲程柴油机好，因为它的压缩比比四冲程柴油机高而且废气排放 要好。（2）二冲程机因为比四冲程机减少了 2个冲程，所以效率要比四冲程机高。（3）二冲程机多采用十字头结构，因为活塞行程长，同样功率所需要的爆炸压 力更低，对燃烧室部件机械要求降低。（4）活塞行程长，冲击减小，震动减少。（5）扭矩的均

12、匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。6） 回转较均匀7） 结构较简单 2. 缺点（1）二冲程柴油机油耗大，因为它的燃油利用率要低些，有相当一部分的油气 没有燃烧或燃烧不充分就被排放出去， 所以尾气中的碳氢化合物比四冲程的高好 几倍。（2）二冲程机器启动所需要的缸数多。（3）扫气过程时间短，扫气不如四冲程机完全，造成对增压器的依赖。（4）二冲程柴油机的活塞、气缸盖、气缸、气阀的温度都比四冲程柴油机高许 多。（ 5）换气质量差、热效率低（6）热负荷较高三、柴油机系统1、燃油系统 ：日用油柜、输油泵、高压油泵、高压油管、喷油器以及连接 管路、燃油粗细滤器、阀件等；2、润滑系统 ：

13、滑油循环油柜、滑油泵、滑油粗细滤器、滑油冷却器、温度 调节阀、液流阀、安全阀、连接管路及内部管道、阀件等；3、冷却系统 ：膨胀水柜、淡水泵、海水泵、海淡水滤器、淡水冷却器、温 度调节阀、连接管路及冷却水腔、阀件等；4、启动系统 ：空压机、空气瓶、手动控制阀、主启动法、缸头启动阀、空 气分配器、分配器凸轮、连接管路、阀件等； （ 电动启动：充电发电机、蓄电瓶、 启动马达、等 ）5、增压系统 ：增压器、中冷器等；6、控制系统 ：低压电原、控制屏、声光报警器、压力继电器、压力接触器、 温度继电器、温度接触器、温度感温泡、控制开关等；7、换向系统 ：四冲程柴油机采用拖动式双凸轮(有顶升式和过度式)，组

14、 成：空气瓶、截止阀、减压阀、操纵阀、换向油缸、换向油缸、换向拉杆、凸轮 轴及正倒车凸轮；8、调速系统 ：调速器分为机械调速器、电子调速器、液压调速器(双反馈 全制式液压调速器和表盘式调速器)四、柴油机的故障及处理一、燃油路密封不严检查方法(1) 低压油路密封不严： 当松开喷油泵放气螺钉，用手油泵泵油，油中混有 气泡，如果持续泵油气泡能排尽，说明输油泵出口到喷油泵之间某处密封不严。 这段油路内油压高于大气压， 其密封不严处在柴油机工作时只会漏油， 不会进气。 应查出漏油处， 给予修理。 当手油泵泵油， 而喷油泵放气螺钉松开后没有油流出 或油中气泡排不尽， 说明油路内吸人了空气， 而空气是从油箱

15、至输油泵进口这段 油路内密封不严处吸入的。 这段油路内其压力低于大气压力， 空气极容易从不严 处进入，引起柴油机自行灭火。可查出密封不严处，给予排除。柴油机工作无力甚至熄火， 而且熄火后往往不好启动。 经以上方法检查油路 正常，这有可能是输油泵密封不良而引起泵油不良或不泵油， 可对输油泵进行检 查。方法是拧松喷油泵放气螺钉， 并按下柴油机起动按钮， 若放油螺钉处向外喷 油，说明输油泵工作正常；若喷油不畅或不喷油，说明输油泵有故障，应予以检 查排除。(2) 高压油路密封不严： 某缸高压油路中有气体。气体是从柴油机气缸内沿 喷油器开启时， 经高压油管和出油阀进入喷油泵以及到低压油路。 这种进气过程

16、 缓慢，一般柴油机工作一段时间才会灭火。 再次排除油路空气后， 工作一段时间 又会灭火。 造成这种故障的原因有两个， 一是出油阀密封不良； 二是喷油器密封 破坏。具体用下列方法逐一判断检查：出油阀偶件密封性的检查 ：首先拆下喷油泵高压油管接头， 将油门放在停 车位置，用手油泵泵油， 观察是否从出油阀紧座往外溢油， 若有溢油说明出油阀 密封不严；若没有柴油溢出，则说明出 悯密封良好。喷油器密封性检查 ：拆下高压油管喷油泵一端接头螺母， 将高压油管接头 插入盛有柴油的容器中， 然后用起动机带动柴油机运转， 若高压油管接头处有气 泡排出，则说明喷油器密封不严，反之则说明喷油器密封良好。二、单缸柴油机

17、气门漏气的车上检查方法 气门漏气会造成气缸压力不足，燃烧不良，冒黑烟，柴油机功率下降，烧坏 气门。检查气门漏气的方法是：（1）排气门漏气的检查方法： 摇转曲轴， 同时注意观察进气门的运转情况， 在发现进气门将开启时， 用手掌盖严排气管口， 继续摇转曲轴直到进气门关闭为 止，可反复几次，在此过程中， 如手心有吸气感觉， 说明排气门关闭不严而漏气， 应进行修理。（ 2）进气门漏气的检查方法 ：先拆下空气滤清器，摇转曲轴，当发现排气门 开启时，用手按严进气管口到排气门将要关闭为止， 也可反复进行多次， 在此过 程中，若手掌心有排气感觉，说明进气门关闭不严而漏气，应该进行修理。三、水温过高 （即开锅

18、） 故障检查方法（1） 可能产生的原因 ：冷却系统水量不足；风扇皮带过松或损坏；冷却系统 中水垢过多，引起散热不良；水泵损坏；散热器上有油污；负荷过重；供油时间 过晚；节温器失灵，冷却水不能进行大循环。（2） 查找故障原因的方法和步骤 ：根据柴油机故障诊断原则，先由简单、表 面的原因人手，检查冷却系统是否缺水、风扇带松不松、散热器上有无污物、负 荷是否过重。这些项目检查、调整后故障若没有排除，则可调整供油时间。拆下 节温器后，若故障仍然存在，则进一步检查水泵，先打开水箱盖观察，若水箱内 有翻动现象， 说明水泵没有损坏， 最后再用清洗液清洗冷却系统， 使故障最终彻 底排除。这样根据故障诊断原则，

19、一步一步地查找，可避免。五、船舶柴油机的开车和完车操作一、启动前的准备：1、检查主柴油机油底壳油位是否正常，不足时予以补充；2、检查调速器和透平油位，不足时予以补充；3、检查主机膨胀水柜水位，不足时予以补充；4 、确认盘车机在脱开状态，否则不能启动主机；5、检查启动空气管路压力应在 18bar 以上，并排放启动系统中的冷凝水；6、开启主机淡水预加热器， 并启动循环泵， 使高温冷却水进行预热循环保持淡水温度在60 C以上；7、本机型特别要求在启动主机前， 所有的盖板和保护罩必须安装固定在机器 上，否则不能启动机器；、机旁手动启动 ：1、控制方式转为机旁操作； ;2、检查主机燃油、滑油、高低温淡水

20、、海水管路及发电机淡水冷却系统的相 关阀门是否打开，并启动发电机淡水冷却泵，及主机海水泵；3、启动主机预润滑泵，检查工作压力为 3.0Bar 。4、打开主机启动空气系统的进口阀，同时检查主机各系统有无漏泄；5、检查机旁仪表显示屏情况，应显示主机 stand by 状态；6、将燃油停车手柄置于停车位置，打开缸头示功阀进行冲车检查缸内情况， 冲车后关闭示功考克；7将然油停车手柄置于正常工作位置， 按下启动按钮启动主机。（初次启动时， 应手动控制停车手柄逐步加速，直至达到正常转速。然后将手柄置于工作位 置）；8. 仔细检查主机运转情况，并观察机旁仪表指示是否正常，有无报警。 当确认工作状态正常可通知电机员进行配电操作， 并关闭启动空气进口阀；三、完车操作 ：1、将车钟放置完车位置，检查并确认主机燃油操纵杆已在停车位置。2、关掉启动空气系统、空气阀、主启动系统供气阀及管路中间截止阀（锁定 主启动阀，关闭操纵系统空气及泄放管内残气） 。3、停燃油系统低压燃油输送泵。4、停主机海水泵、关闭主机海水泵进中、出口控制阀。5、接上转车