柴油机工作原理(简单版)

1、2021年6月23日15时41分1 柴油机 Marine diesel engine 2021年6月23日15时41分2 第一节 柴油机的工作原理 一、柴油机的基本概念 二、柴油机基本结构参数 三、柴油机工作原理 四、二冲程柴油机的换气形式 五、增压柴油机 六、柴油机的分类 2021年6月23日15时41分3 热机 外燃机 内燃机 蒸汽轮机 蒸汽机 柴油机 汽油机 燃气轮机 一、柴油机的基本概念 工作原理 工作原理 (Thermal /heat Engine) (Internal combustion engine) (External combustion engine) (Steam en

2、gine) (Steam turbine engine) (Gasoline engine) (Gas turbine engine) (Diesel engine) 2021年6月23日15时41分4 第一章 柴油机的基本知识 第一节 柴油机工作原理 第二节 柴油机热力循环 第三节 柴油机性能指标 第四节 提高有效功率和经济性的途径 2021年6月23日15时41分5 主推进装置主推进装置 v主推进装置由船舶主机主推进装置由船舶主机,轴系和螺旋桨组成轴系和螺旋桨组成 v船舶主推进装置通常由主机的类型分类船舶主推进装置通常由主机的类型分类 柴油机动力装置柴油机动力装置 蒸汽动力装置蒸汽动力装置

3、 主 柴 油 机 传动轴系 螺旋桨 舵 2021年6月23日15时41分6 功率：功率： 70000KW L：25M H：13M B：7M 2021年6月23日15时41分7 2021年6月23日15时41分8 燃气轮机工作原理 vgas turbine engine 2021年6月23日15时41分9 蒸汽轮机工作原理 vSteam turbine engine 2021年6月23日15时41分10 柴油机的定义 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； (工质？) 缸内燃烧采用压缩式发火。 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、4 机动性好，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 柴油机是一种的往复式内燃机。 (Compression ignition) 2021年6月23日15时41分11 柴油机汽油机 燃料柴油或劣质燃油汽油 进气方式新鲜空气混合气（油+气） 混合气形成方式气缸内混合气缸外混合（雾化器） 点火方式压缩自行燃烧电火花塞点燃 有效热效率0.300.550.150.40 供油系统有喷油器无喷油器 压缩比1222610 2021年6月23日15时41分12 大型低速船舶柴油机 2021年6月23日15时41分13 2021年6月23日15时41分14 v1 气缸直径(Bore

5、):汽缸内径，简称缸径D。 v2 曲柄半径(Crank Radius) v3 上止点(TDC)：活塞在气缸中运动到最上端，即离曲轴中心线 最远时的位置。 v4 下止点(BDC)：活塞在气缸中运动到最下端，即离曲轴中心线 最近时的位置。 v5 冲程(Stroke)：又称行程。活塞在上、下止点间的运行距离。 它等于曲柄回转半径的两倍，即S2R。 v6 压缩室容积Vc：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。 v7 气缸工作容积Vs：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。 v8 气缸总容积Va：活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸 容积，它是压缩室容积和工作容积之和。

6、 v9 压缩比：气缸总容积与压缩室容积的比值。常以表示。 C S c sc c a V V V VV V V 1 Compression ratio 2021年6月23日15时41分15 压缩比 (Compression ratio) 小型高速机大型低速机 非增压增压 四冲程二冲程 柴油机汽油机 1.经济性：经济性： 经济性提高，经济性提高， 12 对经济性影响对经济性影响 2.机械负荷：机械负荷： 的增加的增加-压缩压力压缩压力 Pz 机械负荷机械负荷 磨损加剧，磨损加剧， 限制其限制其上限上限。当代船用柴油机提。当代船用柴油机提 高到高到22。 3.燃烧和起动：保证冷车起动，不能太低，限制

7、其燃烧和起动：保证冷车起动，不能太低，限制其下限下限。 2021年6月23日15时41分16 25期 1 柴油机下止点是指_。 A气缸的最低位置 B活塞离曲轴中心线的最远位置 C工作空间的最低位置 D活塞离曲轴中心线的最近位置 27期 1 柴油机下止点是指 。 A气缸的最低位置 B曲柄处于最低位置 C工作空间的最低位置D活塞离曲轴中心线的最近位置 28期 3活塞在气缸内从上止点到下止点所扫过的容积称为 。 A燃烧室容积B气缸总容积C气缸工作容积D存气容积 29期 1 在内燃机中柴油机的本质特征是： A 用柴油做燃 B外部混合 C内部燃烧D压缩发火 30期 1.不同机型压缩比的大小,一般地说：

8、A. 增压度越高,压缩比越大 B. 小型高速机的压缩比较低速机的小 C. 现代新型低速柴油机的压缩比越来越大 D. 二冲程柴油机比四冲程机压缩比大 32期 1.柴油机压缩比不能过低，其下限应能保证： A 压缩终了时气缸内空气温度应高于柴油的自燃点 B冷车起动可靠与低负荷运转稳定 C最高爆发压力正常 D燃烧室有足够的油气混合空间 34期 1. 通常,高速柴油机的压缩比一般比低速机的大些,其主要原因是 A. 经济性要求 B. 起动性能要求 C. 结构特点 D. A+B 2021年6月23日15时41分17 36期 1. 柴油机与汽油机同属内燃机,它们在工作中的不同主要是： I.使用燃料不同 II.

9、发火方式不同 III.内部燃烧不同 IV.燃油与空气混合方式不同 V.供油系统不同 VI.低温起动性不同 A. II+III+IV+VI B. I+II+IV+V C. II+IV+V+VI D. I+III+V+VI 37期 1. 在下列装置中,属于内燃机的是： I.燃气轮机 II. 蒸汽轮机 III.煤气机 IV.汽油机 V.柴油机 VI.蒸汽机 A. II+III+IV+VI B. I+III+IV+V C. II+IV+V+VI D. I+III+V+VI 38期 1. 大型低速柴油机曾采取限制或降低压缩比的目的是： A. 限制机械负荷 B. 限制曲轴最大扭矩 C. 限制往复惯性力 D

10、. 限制离心惯性力 40期 1. 在内燃机中柴油机的本质特征是： A. 内部燃烧 B. 压缩发火 C. 使用柴油做燃料 D. 用途不同 43期 1. 柴油机下止点是指_。 A. 气缸的最低位置B. 工作空间的最低位置 C. 曲柄处于最低位置D. 活塞离曲轴中心线的最近位置 44期 1、当活塞将扫、排气口全部关闭时的气缸总容积与压缩容积之比称为: A、名义压缩比 B、几何压缩比 C、有效压缩比 D、行程失效系数 45期 1.关于活塞行程的错误认识是_. A.活塞在上下止点间的运行距离 B.等于曲柄半径的两倍 C.等于主轴颈中心线到曲柄销中心线距离的两倍 D.等于主轴颈中心线到曲柄销中心线间距离

11、2021年6月23日15时41分18 气缸盖气缸盖 气缸套气缸套 活活 塞塞 活塞杆活塞杆 十字头十字头 导导 板板 连连 杆杆 曲曲 轴轴 机机 座座 机机 体体 曲轴箱曲轴箱 扫气箱扫气箱 废气涡轮废气涡轮 增压器增压器 排气阀排气阀 排气管排气管 喷油器喷油器 2021年6月23日15时41分19 2021年6月23日15时41分20 2021年6月23日15时41分21 三、柴油机工作原理三、柴油机工作原理 1、基本工作原理 2、四冲程柴油机及工作原理 3、二冲程柴油机及工作原理 2021年6月23日15时41分22 1、基本工作原理 进气 2021年6月23日15时41分23 2、

12、四冲程柴油机 定义定义：用活塞的四个行程完成一个工作循 环的柴油机。 四冲程柴油机完成一个工作循环，活塞上 下运动四次，曲轴转2圈，凸轮轴转1圈。 2021年6月23日15时41分24 四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理 v1)进气行程：进气阀上止点之前开，下止点之后关。 曲轴转角220-250 v2）压缩行程：压力到达3-6MPa，温度600-700. 曲轴转角140-160压缩终点的压力和温度用pc和tc v3）燃烧和膨胀行程：由于猛烈燃烧压力达到5- 8MPa，甚至13MPa以上，温度1400-1800。这 个时候产生最大的压力和温度用pz和tz表示 v4)排气行程：靠汽缸内外

13、压力差排出，曲轴转角 230-260. 2021年6月23日15时41分25 四冲程柴油机的工作原理示意图 轮机英语的轮机英语的 英语表述？英语表述？ 2021年6月23日15时41分26 2021年6月23日15时41分27 气阀定时和气阀重叠角气阀定时和气阀重叠角 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.增压（80-130） 大于非增压（25-50） 见课本表1-3 作用：提高换气质量，减少 排气耗功，实现燃烧室扫 气 气阀定时园图：用曲柄转角来表示进、排气阀在上、 下止点前后启闭的时刻，绘制在一个园图上。 进气提前角，进气滞后角，排气提前角，排气滞后角。 2

14、021年6月23日15时41分28 合适太小太大 1进气及时进气少废气倒灌 2多进气 （惯性） 惯性气少新气损失 3排气及时 耗功小 排气慢 耗功多 有用功损失 4多排气 （惯性） 排气少废气倒流 2021年6月23日15时41分29 2021年6月23日15时41分30 3、二冲程柴油机 定义：若柴油机工作循环的四个过程是通过活塞的二个行程 来实现，这种柴油机叫做二冲程柴油机 。 曲轴转360度，活塞上下运动2次，曲轴转1圈，凸轮轴 转1圈。 1。换气-压缩行程，活塞由下止点向上止点运动。在上止点 之前喷油。 2.膨胀-换气行程。由上向下。当排气口打开时压力0.5- 0.6MPa温度600-

15、800. 燃烧和膨胀行程曲轴转角90-120，换气过程占130-150， 压缩行程占120 2021年6月23日15时41分31 二冲程柴油机工作原理图 2021年6月23日15时41分32 特点：只有压缩和膨胀行程，取消吸、排气行程 气缸盖 喷油器 气缸 排气总管 曲轴箱 活塞 连杆 扫气箱 扫气泵 扫气口 排气口 2021年6月23日15时41分33 c h s c hsc e V V V VV )1 (1 )1 ( s: 行程失效系数行程失效系数 s=气口高度气口高度/行程行程 2021年6月23日15时41分34 4、四冲程与二冲程柴油机的比较 1、二冲程柴油机的换气机构较简单，T短，

16、掺混，二冲程 柴油机的换气质量较四冲程机差,耗气量大。 2、二冲程柴油机回转比四冲程机均匀，飞轮小，功率大， 二冲程机的热负荷比四冲程机高 3、相同功率条件下，二冲程的尺寸与重量比四冲程小 4、二冲程柴油机功率大，约为四冲程机的1.6倍1.7倍 5、同转速下，二冲程机凸轮转速高，喷油泵柱塞速度快， 喷油嘴热负荷高，易喷孔堵塞。 2021年6月23日15时41分35 二冲程机与四冲程机的比较：二冲程机与四冲程机的比较： 四冲程机四冲程机 二冲程机二冲程机 一个循环一个循环 四个行程四个行程 二个行程二个行程 一个循环一个循环 720CA 360CA 功率功率 1 1.6倍倍1.7倍倍 回转均匀性

17、回转均匀性 差差 好好 换气机构换气机构 复杂复杂 简单简单 换气质量换气质量 好好 差差 换气过程换气过程 进、排气分开进、排气分开 进、排气同时进、排气同时 换气时间换气时间 长（长（450-510） 短（短（130-150） 换气流速换气流速 慢（压差小）慢（压差小） 快（压差大）快（压差大） 热负荷热负荷 低低 高高 11自吸能力自吸能力 有有 无无 12机械负荷机械负荷 高高 低低 13噪音噪音 大大 小小 2021年6月23日15时41分36 四、 二冲程柴油机的换气形式 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 (loop) (uniflow) 2021年6

18、月23日15时41分37 横流扫气横流扫气 扫气口与排气口布置在气缸扫气口与排气口布置在气缸 下部圆周的下部圆周的两侧两侧，排气口高，排气口高 于扫气口。于扫气口。 特点：扫气口与排气口水平特点：扫气口与排气口水平 和垂直方向均有倾斜角控制和垂直方向均有倾斜角控制 气流方向。气流方向。 2021年6月23日15时41分38 回流扫气回流扫气 排气口与扫气口均处排气口与扫气口均处 于气缸的于气缸的同一侧同一侧，排，排 气口在扫气口的上方，气口在扫气口的上方， 其气口开启。其气口开启。 2021年6月23日15时41分39 半回流扫气半回流扫气 扫气口布置在排气口的下方及两侧扫气口布置在排气口的下

19、方及两侧 兼具两者特点兼具两者特点 2021年6月23日15时41分40 直流扫气直流扫气(uniflow) 排气阀-扫气口（现代 船舶大型柴 油机的主要形式） 进气口在纵向和横向都 有倾斜角 ，保证气流形成气垫 排气阀的启闭由凸轮控制 2021年6月23日15时41分41 扫气口-排气口式二冲程柴油机 v两个连杆 v两个曲轴 v进气和排气能力大 v高度大，成本高 v结构复杂 v燃烧室在气缸套中部， 热负荷高。 2021年6月23日15时41分42 2021年6月23日15时41分43 2021年6月23日15时41分44 弯流与直流的比较 弯流扫气直流扫气 换气质量 弯流换气质量差 2S 直

20、流换气质量好 1S 气缸受热 受热不均匀，易产生变形受热均匀，不易变 形 可维修性 结构简单，维修方便结构复杂，维修较 困难 2021年6月23日15时41分45 五、增压柴油机(原理) 机械增压式机械增压式 2021年6月23日15时41分46四冲程废气涡轮增压式四冲程废气涡轮增压式 2021年6月23日15时41分47 a-进气口(Scavenge port) b-排气阀(Exhaust valve) c-喷油器(Fuel injector) d-涡轮机(Turbine) e-压气机(Compressor) f-进气道(Air inlet) g-出气管(Air pipe) h-扫气管(Sc

21、avenge air manifold) i-扫气箱(Scavenge air box) j-排气管(Exhaust manifold) k-空冷器(Air cooler) 教材无标示 k 2021年6月23日15时41分48 六、船舶柴油机的分类 按工作循环特点分：按工作循环特点分： v四冲程柴油机（用活塞的四个行程完成一 个工作循环。高速小功率）和二冲程柴油 机。（用活塞的两个行程完成一个工作循 环。大功率） 2021年6月23日15时41分49 六、船舶柴油机的分类 按柴油机进气方式分：按柴油机进气方式分： v增压柴油机和非增压柴油机。 vPk0.17 MPa 低增压柴油机。 vPk0.

22、170.25 中增压柴油机。 vPk=0.25 0.35 高增压柴油机。 vPk0.35 超高增压柴油机。 2021年6月23日15时41分50 六、船舶柴油机的分类 按柴油机转速和活塞平均速度分：按柴油机转速和活塞平均速度分： v低速机、中速机、高速机。 2021年6月23日15时41分51 六、船舶柴油机的分类 低速机低速机 v低速机:n300rmin，Cm 6 ms； v低速机具有经济性好、转速低、功率大，结 构简单、工作可靠、可燃用劣质燃料的特点， 广泛用于大型海轮主机。 2021年6月23日15时41分52 六、船舶柴油机的分类 中速机中速机 v中速机:3001000r/min，Cm

23、9 m/s。 v高速柴油机在船上常用作应急发电机、应急 救火泵、救生艇等的原动机，或作为河船、 机帆船等小型船舶的主机。 2021年6月23日15时41分54 六、船舶柴油机的分类 按结构特点分：按结构特点分： v筒形活塞式柴油机（靠活塞下部的 筒形裙来导向。适用高速及中速） 和十字头式柴油机。（十字头导向， 没有侧推力。适用大型低速二冲程 柴油机） 2021年6月23日15时41分55 2021年6月23日15时41分56 2021年6月23日15时41分57 六、船舶柴油机的分类 按气缸排列分：按气缸排列分： v直列型（单列式）柴油机和V型排列柴油机（常用于多缸 数，功率小的中高速柴油机）

24、。 2021年6月23日15时41分58 2021年6月23日15时41分59 2021年6月23日15时41分60 六、船舶柴油机的分类 按柴油机能否倒转分： v可倒转式和不可倒转式。 2021年6月23日15时41分61 六、船舶柴油机的分类 按曲轴转向分：按曲轴转向分： v左旋柴油机机和右旋柴油机机。从船尾向 船首（从功率输出端向自由端）看如果是 顺时针为右旋，反之为左旋。 2021年6月23日15时41分62 六、船舶柴油机的分类 (8) 按行程缸径比按行程缸径比S/D S/D 2.5 短行程柴油机 2.5S/D 3.0 长行程柴油机 S/D 3.0 超长行程柴油机 2021年6月23

25、日15时41分63 1.气缸采用长行程或超长行程 v 2. 燃烧室部件采用钻孔冷却 v 3采用旋转式排气阀和液压式气阀传动结构 v 4.可变喷油定时（Variable Injection Timing） v 5.采用薄壁轴承 v 6.采用气缸独立润滑方法 v 7.设轴向减震器（传统只设径向减震器） v 8.焊接曲轴(减轻20-30%的重量) （传统方法：小机器铸造，铸造加工 大机器，红套 ） 七、现代船用低速机的结构特点七、现代船用低速机的结构特点 2021年6月23日15时41分64 64 曼/曼恩 B&W 苏尔寿 瓦锡兰 卡特彼勒 YANMAR（洋马） 三菱重工 八、柴油机的品牌与型号八、柴油机的品牌与型号 2021年6月23日15时41分65 生产厂家生产厂家机型及标号含义机型及标号含义技术特征技术特征 国产船用国产船用 柴油机柴油机 6ESDZ43/86ES