项目一柴油机认识与性能分析讲义

1、项目一项目一 柴油机认识与性能分析柴油机认识与性能分析本项目是以船舶柴油机的基本知识为基础。按照学生应具备的知识和职业能力要求，应能够熟练识别柴油机的类型，了解四冲程和二冲程柴油机的基本工作原理，会计算柴油机的功率和耗油率，并能分析影响柴油机动力性和经济性的因素，会采取提高柴油机功率和经济性的相应的有效措施。项目描述：项目描述： 本项目主要包括： 模块1 柴油机的认识； 模块2 柴油机性能指标计算； 模块3 柴油机动力性和经济性分析模块模块1 柴油机的认识柴油机的认识12RT-flex96C 本模块应掌握的内容 柴油机是以柴油或劣质燃油为燃料，压缩发火的往复式内燃机。 本模块是船舶柴油机拆装和

2、维修的基础知识。学生通过对柴油机的学习认识: 了解柴油机的基本概念，熟悉柴油机的基本结构; 掌握四冲程和二冲程柴油机的工作原理; 能够熟练识别柴油机的类型，画出柴油机的定时圆图; 描述柴油机进气、压缩、燃烧、膨胀和排气各个工作过程，能比较四冲程和二冲程柴油机的优缺点和特点。11考纲在本模块的考点一、DE的基本概念蒸汽轮机蒸汽轮机 热机：把热能热能转换成机械能的动力机械。热能从何而来？热机燃料机械能热机中发生了什么？为什么可以把燃料转化为机械能？燃料的化学能通过燃烧热能通过工质膨胀机械能第一次能量转换第二次能量转换滴滴能量转化为澎湃动力！我们的目标燃气轮机工作原理蒸汽轮机工作原理Steam tu

3、rbine燃气轮机与蒸汽轮机燃气轮机与蒸汽轮机22 柴油机与汽油机的区别柴油机柴油机与汽油机的区别汽油机1.2 柴油机与汽油机的区别二、基本结构参数三、柴油机的分类1、 四冲程柴油机和二冲程柴油机 按工作循环可分为四冲程柴油机和二冲程柴油机两类。柴油机的一个工作循环包括进气、压缩、燃烧、膨胀、排气5个过程，这5个过程紧密相连，缺一不可。四冲程柴油机是曲轴转两圈（活塞运动四个行程）完成一个工作循环，而二冲程柴油机是曲轴转一圈（活塞运动两个行程）完成一个工作循环。2 、低速、中速和高速柴油机 柴油机的速度可以用曲轴转速n（r/min）或活塞平均速度vm（m/s）表示。 曲轴转一圈活塞运动上下两个冲

4、程，故： 2S= vmn/60 即vm=Sn/30 （m/s）按转速分： 低速柴油机：n300 r/min vm 6 m/s 中速柴油机：300 n 1000 r/min vm= 69 m/s 高速柴油机：n1000 r/min vm 9 m/s3 筒形活塞式和十字头式柴油机 前者优点是结构简单，体积小重量轻；缺点是运动时有侧推力，活塞与缸套间磨损较大，一般用于中高速机。后者活塞不承受侧推力，可使用劣质燃油，工作可靠寿命长，但是重量高度增大，结构复杂，一般用于大型低速二冲程机 4直列式和V形柴油机 船用柴油机通常均为多缸机。直列式柴油机的气缸数因曲轴刚度和安装上的限制一般不超过12缸，当缸数超

5、过12缸时通常采用V形柴油机，它具有两列气缸，其中心线夹角呈V形，并共用一根曲轴输出功率。V形机的气缸数可达18甚至24，气缸夹角通常为90、60或45。V形机具有较高的单机功率和较小的比重量，主要用于中高速柴油机中。 直列式柴油机 V形柴油机5右旋和左旋柴油机 观察者由柴油机功率输出端向自由端看，正车时按顺时针方向旋转的柴油机称右旋柴油机，反之则左旋柴油机。单台布置的船舶主机通常为右旋。双击双桨推进装置的船舶（客轮），由船尾向船首看，布置在右舷的右旋柴油机，排气侧在右侧，操纵侧即凸轮轴侧在左侧（内侧），右舷的则相反。6可逆转和不可逆转柴油机 可由操纵机构改变自身转向的柴油机称为可逆转柴油机。

6、在船舶上凡直接带动定距螺旋桨的柴油机均为可逆转柴油机；凡带有倒正车离合器、倒正车齿轮箱或可变螺距浆的柴油机以及船舶发电机均为不可逆转柴油机。7 增压柴油机和非增压柴油机 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。增压柴油机和非增压柴油机的主要区别在于进气压力不同，增压柴油机的进气压力较高，而非增压柴油机的进气压力是大气压力。生产厂家机型及标号含义技术特征国产船用柴油机6ESDZ43/82A6气缸数ESDZ技术特征43/82气缸直径（cm）/活塞行程（cm）A改进型号E二冲程S十字头D可逆转Z增压MAN-B&W公司6L60MC/MCE6气缸数L冲程形式（L：长冲程，S：

7、超长冲程）60气缸直径（cm）MC/MCE技术特征MC船用等压增压E经济型SULZER公司12RND90M12气缸数R、D技术特征90气缸直径（cm）N改进代号（N：新型，M：改进型，A：变型）R焊接结构、二冲程、十字头D直接反转，有推力轴承L长冲程T直流扫气三菱重工公司6UEC85/160C6气缸数UEC技术特征85/160气缸直径（cm）/活塞行程（cm）C改进型号U二冲程、直流扫气E废气涡轮增压C十字头式四、船用柴油机标号五、 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 进气 压缩 膨胀 排气3.1 ?什么叫做四冲程柴油机什么叫做四冲程柴油机若柴油机工作循环的五个过程是通过进气、压缩、膨胀

8、和排气四个行程（曲轴转720度）来实现，这种柴油机叫做四冲程柴油机 。四冲程柴油机的工作原理示意图第一行程 进气行程 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a己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，缸内气压约为0.08MPa-0.095MPa，温度约为30-70。 第一行程 进气行程 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。为此，整个进气过程是超过曲柄转角180的，曲柄位于点1时进气阀己打开，曲柄位于点2时进气阀才关

9、闭。进气阀开启始点至上止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。整个进气过程所占的总角度也叫进气持续角(阴影线所示的角度)约为220-250曲柄转角。进气热力过程变化见图中1-2曲线。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，为柴油饥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a关闭(曲柄到达点2)开始压缩，一直到活塞到达上止点(曲柄到达点3)为止。活塞上行，气缸容积减少，缸内气体压力相温度随之升高，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250 左右)通常压缩终了

10、的气体压力和温度分别用pc和tc表示。四冲得机压缩过程所占的总角度约为140-160曲柄转角，压缩热力过程变化如图2-3曲线。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C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 或更高些压力增加干5MPa一8MPa，其至15MPa以上。燃烧产生的最高压力称最高爆发压力，用Pz表小，最高温度用Tz表示。高温高压燃气(即工质)膨胀推动活塞下行作功。在上止点后的某一时刻(曲柄位于点4)燃烧基本结束燃气继续膨胀，到排气阀b在下止点前点5

11、开启时膨胀过程结束。膨胀终了时气缸内气体压力约为0.25MPa0.45MPa，温度约为600700 ， 四冲程机燃烧膨胀过程所占的总角度约为130-160曲柄转角。热力过程变化如图3-4-5曲线。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b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

12、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(曲柄位于点6)才关闭，这样可利用气流的惯性作用，继续排出废气。上止点到排气阀关闭位置的曲柄转角叫做排气延迟角。四冲程机排气冲程所占的总角度约为230-260曲柄转角。其热力过程变化如图5-6曲线。四冲程柴油机的工作原理示意图3070 2202500.080.095MPa600700 14016036MPa14001800/600-700 1301605-8(15) /0.25-0.45MPa2302601.05-1.1MPa四冲程柴油机定时圆图 四冲程柴油机的进、排气阀的开启和关闭都不在上、下止点，而是在上、下止点前后的某一时刻，它们的开

13、启持续角均大于180 A。进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻称为气阀定时。通常气阀定时用距相应止点的曲柄转角A来表示。用曲柄转角表示气阀定时的圆图称为定时圆图。它表示了各工作过程的次序与规律。四冲程柴油机定时圆图气阀重叠角 由图可以看出，在上止点前后，进气阀和排气阀同时开启着，同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启所对应的曲柄转角称为气阀重叠角。 在气阀叠开期间，进气管、气缸、排气管连通，此时利用废气的流动惯性，除可避免废气倒冲进气管外，尚可抽吸新鲜空气进入气缸，并利用新气赶出废气，实现燃烧室扫气。此时不但可以提高换气质量，还可以利用进气冷却燃烧室周围部件。因而，四冲程柴油机均匀一定的气阀

14、重叠角，而且增压柴油机的气阀重叠角均大于非增压机。增压和非增压柴油机气阀重叠角的比较增压和非增压柴油机气阀重叠角的比较名称非增压柴油机增压柴油机开启关闭开启关闭进气阀上止点前15-30下止点后10-30上止点前40-80下止点后20-40排气阀下止点前35-45上止点后10-20下止点前40-55上止点后40-50重叠角25-5080-1301）经历“进气压缩 膨胀 排气”四个行程，完成一个工作循环。2）完成一个工作循环，气缸内完成了换气（排气+进气）、压缩、喷油、燃烧、膨胀五个过程。3）柴油机工作性能与各工作过程运行质量和起始、终止点关系密切。4）四冲程柴油机完成一个工作循环，曲轴回转两转，

15、即720；而完成一个工作循环，进、排气阀和喷油泵只需动作一次，配气凸轮和喷油凸轮在一个循环中只转一转（360曲轴转角）。曲轴与凸轮轴的转速比为2 ：1。5）四个行程中，只有膨胀行程才对外作功，其余三个行程都要消耗功。在单缸柴油机中，需有较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，则借助于其他气缸膨胀作功过程来供给，飞轮可小些。6）柴油机由停车状态进入工作状态，必须借助外力驱动使其起动运转，直至达到一定转速，使压缩终点压力和温度达到一定值后，喷入气缸的燃油才能发火燃烧，柴油机才能自行运转。四冲程柴油机工作原理总结四冲程柴油机工作原理总结特别要求： 1、理解四个行程的工作过程 2、会看

16、懂气阀正时圆图； 3、理解气阀重叠角和燃烧室扫气 的意义； 4、知道增压柴油机和非增压柴油机气阀重叠角的比较。 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理6、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机的工作原理什么叫做二冲程柴油机若柴油机工作循环的五个过程是通过二个行程（曲轴转360度）来实现，这种柴油机叫做二冲程柴油机 1、换气压缩行程换气：d-h-a(0-3-4)压缩：a-c(4-c)喷油着火2、膨胀换气行程膨胀燃烧：c-z-b（c-z-1）换气：b-f-d（ 1-2-0）废气涡轮增压式柴油机废气涡轮增压式柴油机 二冲程柴油机的定时圆图二冲程柴油机的定时圆图总结：总结：二冲程柴油机每个工作循环曲轴转一

17、转；二冲程柴油机每个工作循环曲轴转一转；换气过程在下止点附近完成，压缩过程换气过程在下止点附近完成，压缩过程90-18090-1800 0（CA)CA)，膨胀过程小于，膨胀过程小于1801800 0（CA) CA) ，换气过程一般为换气过程一般为130-150130-1500 0（CA) CA) ；进气过程包含在排气过程中，进气的同时进气过程包含在排气过程中，进气的同时还可帮助排气，此称为扫气。因此，换气还可帮助排气，此称为扫气。因此，换气过程也称为扫气过程。过程也称为扫气过程。二冲程柴油机的换气形式弯流扫气(loop)横流扫气式回流扫气式半回流扫气式直流扫气(uniflow)气阀-气口式气口

18、-气口式气口-气阀式直流二冲程柴油机气口-气口式直流二冲程柴油机 两个连杆 两个曲轴 进气和排气能力大 高度大，成本高 结构复杂 燃烧室在气缸套中部，热负荷高。图1-11 直流扫气示意图 图1-11 直流扫气示意图 CD截面CD截面AB截面AB截面A AB BC CD DA AB BC CD DAB截面AB截面CD截面CD截面图1-13 横流、回流、半回流扫气示意图图1-13 横流、回流、半回流扫气示意图(a)(a)(b)(b)(c)(c)二冲程柴油机的换气形式换气形式换气形式特点特点横流扫气横流扫气进排气口为与气缸中心线的两侧进排气口为与气缸中心线的两侧回流式扫气回流式扫气进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的上方的上方半回流扫气半回流扫气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气缸内兼有横流与回流的特点缸内兼有横流与回流的特点直流式扫气直流式扫气气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀阀弯流与直流扫气的比较弯流与直流扫气的比较弯流扫气弯流扫气直流扫气直流扫气换气质量换气质量弯流换气质量差弯流换气质量差直流换气质量好直流换气质量好气缸受热气缸受热受热不均匀，易产生变形受热不均匀，易产生变形受热均