柴油机基本知识
柴油机基本知识
根据英国劳氏船级社统计，1985年全世界制造的船舶中（2000t以上）以柴油机作为推进装置者占99.89％，而到1987年100％为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点：
进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。
排气系统主要由排气阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和传动机构以及排气管、排气消音器等组成。用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。
（1）经济性好。有效热效率可达50％以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。
（2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW～45600kW，适用的领域广。
（3）尺寸小，重量轻，有利于船舶机舱布置。
（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，可直机作功更完善，必须在进气过程尽可能多吸入新鲜空气。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（利用惯性进气）。整个进气过程所占的总角度约为220～250°CA。
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，为柴油机燃烧及膨胀作功创造条件。活塞从下止点向上运动，自进气阀关闭开始压缩，一直到活塞到达上止点为止。活塞上行，气缸容积减少，缸内气体压力和温度随之升高，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270℃左右），通常压缩终点的气体压力和温度分别用Pc和tc表示。
柴油机必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能完成了一个工作循环。然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。
柴油机知识
什么是柴油机：以柴油为燃料，利用空气在气缸内被压缩产生的高温高压，使喷入气缸的柴油自燃，并且膨胀作功的内燃机。
常用术语•上止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最远的位置。
•下止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最近的位置。
•活塞行程：活塞由一个止点到另一个止点所移动的距离，常用S表示，S=2R。
•气缸的工作容积：在一个气缸里活塞从上止点到下止点所扫过的容积。
•燃烧室：活塞处于上止点时，活塞顶面与气缸盖底面和气缸套壁所围成的空间。
•燃烧室容积：活塞处于上止点时，活塞顶部以上的空间叫做燃烧室容积。
•气缸总容积：活塞处于下止点时，活塞顶部以上的全部空间，也就是气缸的工作容积与燃烧室容积之和。
活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。
一般用Va表示。
显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即：Va＝Vc＋Vh• 压缩比：气缸的总容积与燃烧室容积的比值。
压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度。
它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。
一般用ε表示。
式中：Va －气缸总容积；Vh －气缸工作容积；Vc －燃烧室容积。
• 排量：指发动机全部气缸工作容积的总和。
所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量，记作VL 。
式中：Vh－气缸工作容积；i －气缸数目。
排放：发动机排出废气中有害物质的含量指标。
目前主要限制一氧化碳（CO）、各种碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、以及除水以外的任何液体或固体微粒。
噪音：对人的健康造成不良影响及对学习、工作和休息等正常活动发生干扰的声音。
额定功率（标定转速）：发动机长期稳定运转时所能发出的最大功率。
额定转速：发动机发出额定功率时的转速。
怠速：发动机飞轮不对外输出功率时，所能维持的最低稳定转速。
工况：发动机负荷、转速的大小。
升功率：单位发动机排量所能发出的最大功率。
燃油消耗率：发动机每发出1kw.h的功，所消耗的燃油量。
柴油机的基础知识
柴油发动机基础知识
2、上、下止点
活塞顶面离 曲轴回转中心最 远处为上止点； 活塞顶面离曲轴 回转中心最近处 为下止点。在上、 下止点处，活塞 的运动速度为零。
图1-11
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3、活塞行程
上、下止点 间的距离S称为 活塞行程。曲轴 的回转半径R称 为曲轴半径。对 于气缸中心线通 过曲轴回转中心 的内燃机，其 S=2R。
图1-17
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第三节：柴油机的工作原理
柴油发动机基础知识
一、四冲程柴油机工作原理
• 四冲程柴油机是曲轴旋转两周（即转720度）完成 一个工作循环，它的工作过程可表述为：活塞下行时， 气缸内吸入新鲜空气，以提供燃料燃烧时所需的氧气。 然后活塞上行，对空气压缩，使之压力温度升到柴油 燃点以上，此时喷入气缸的柴油立即着火燃烧产生热 能，高温高压气体推动活塞下行而作功，并通过连杆 曲轴转换为机械能从飞轮输出。最后活塞上行将燃烧 后的废气排出气缸。这样周而复始重复进行上述过程 就形成柴油机连续旋转。因此，柴油机的实际工作过 程是由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气五个过程组成 的。如果联系到活塞运动规律，可划分为：进气、压 缩、作功、排气四个冲程。
图1-12
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4、气缸工作容积
上、下止点间所 包容的气缸容积 称为气缸工作容 积。 一般用Vh表示：
式中： D－气缸直径 S－活塞行程 单位：mm
图1-13
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5、排量
多缸柴油机所有 气缸工作容积的总和 称为柴油机排量。多 缸柴油机各气缸工作 容积的总和，称为柴 油机排量。一般用VL 表示：VL＝Vh×i，式 中：Vh－气缸工作容 积；i － 气缸数目。
柴油发动机基础知识
柴油机的基本知识课件
检查和调整气门间隙 定期检查和调整气门间隙，确保气门正常工作。
柴油机常见故障及排除方法
启动困难
检查油路、电路、气路等是否正常，更换磨 损的零件如启动马达、火花塞等。
功率不足
检查是否有异物落入机器内部，各部件是否 正常，紧固松动部件。
缸内燃烧控制技术
通过缸内直喷、稀薄燃烧等技术，改善燃烧过程，降低污染物排放。
低摩擦技术
优化发动机内部的摩擦副设计，降低机械损失和摩擦阻力，减少燃 油消耗和排放。
新材料、新工艺的应用与发展
高强度轻质材料
采用钛合金、镁铝合金等高强度轻质材料，减轻发动机重量，提 高动力性能和燃油经济性。
表面涂层技术
利用陶瓷涂层、金属涂层等表面涂层技术，提高零部件的耐磨、 耐热和抗氧化性能，延长使用寿命。
异常响声
检查供油系统、增压系统、气门间隙等是否 正常，更换磨损的零件如活塞环、气缸套等。
冒烟异常
检查供油时间、喷油器雾化情况等是否正常， 更换磨损的零件如喷油器、活塞环等。
05
柴油机的发展趋势与未来展望
高效节能技术的研发与应用
高效涡轮增压技术
01
通过提高进气压力，增加发动机的功率和扭矩，从而提高燃油
03
燃油消耗率
衡量柴油机燃油经济性的指标， 单位为克每千瓦小时（g/kW·h）。
04
03
Hale Waihona Puke 柴油机的结构组成柴油机的机体组件
曲轴箱
曲轴箱是柴油机的主要支撑和承重部件，用 于安装和固定曲轴、连杆等运动部件。
气缸盖
气缸盖是柴油机的燃烧室盖板，用于封闭气 缸，并安装进气、排气和喷油器等部件。
柴油机基本知识
WD615T4柴油机万有特性
等燃油消耗率曲线的形状与位置对内 燃机的实际使用经济性能有重要的影响。 ----如果该曲线的形状在横向上较长，则表 示内燃机在负荷变化不大而转速变化较大 的情况下工作时，燃油消耗率变化较小。 ----如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃 机在负荷变化较大而转速变化不大的情况 下工作时，油耗率变化较小。
以上指标是发动机在台架试验中测量考 核的指标，与用户的实际情况存在差异， 影响的因素也较复杂。
四、四冲程柴油机基本工作原理
柴油机一个工作循环由四个工 作冲程组成，即： ◇进气冲程 ◇压缩冲程 ◇做功冲程 ◇排气冲程 柴油机的连续运转是由无限个 工作循环构成。
在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程 对外做功，其他三个冲程消耗能量。
WD615柴油机配气机构（一）
凸轮轴齿轮
喷油泵齿轮 中间齿轮 曲轴齿轮
机油泵齿轮
WD615柴油机配气机构（二）
凸轮轴
挺柱
挺杆
WD615柴油机配气机构（三）
排气门
进气门摇臂
排气门摇臂
进气门 挺柱 气门调解螺钉
（四）燃油供给系统 【功能】按照柴油机工作循环所规定的时 间及柴油机负荷情况，向柴油机气缸内 喷入适量的柴油。 【组成】柴油箱、低压油管、输油泵、滤 清器、高压油泵、高压油管及喷油器等 零部件。
动力性能指标是满足用户的配套需求。
经济性 能指标
有效热效率
燃油消耗率
机油消耗率
经济性能指标表征柴油机 的工作使用成本。
◇有效热效率：燃料燃烧所产生的热量转换成有 效功的百分数。 ◇燃油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消 耗的燃油量，单位为g/(kW·h)。 ◇机油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消 耗的机油量，单位为g/(kW·h)。
柴油机基本知识
第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的基本结构一、柴油机的基本工作原理柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。
它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。
柴油机中燃油的化学能要经过燃烧才能转变成热能。
要燃烧就必须有空气。
为此，在喷入燃油之前必须先使空气进入气缸。
但光有空气和燃油若无点火源（热源）还是不能燃烧。
柴油机是压缩发火的，为此，要将从大气中吸入柴油机气缸内的室温空气，先依靠活塞上行压缩，使之达到足够高的温度和压力。
此时再将燃油以雾化状态喷入，即可在高温高压的空气中自然。
燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸内膨胀，推动活塞作功。
膨胀终了时，气体失去了作功能力，变成废气，排出气缸，以便新气再次进入。
综上所述，柴油机每作一次功，必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实行，进行了这五个过程就完成了一个工作循环。
然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。
二、柴油机的基本结构柴油机的基本结构如图l-1所示，柴油机要按前述工作原理工作，必须包括以下部件、系统和装置。
（一）固定部件主要由气缸盖1、气缸套3、机体10、机座8、主轴承9等构成柴油机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。
（二）运动部件主要由活塞2、活塞销4、连杆5、连杆螺栓6、曲轴7等组成。
它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。
（三）配气系统它包括进气系统和排气系统。
进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀16、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。
排气系统主要由排气阀19、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和传动机构以及排气管、排气消音器等组成。
用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。
柴油机知识重点
柴油机知识重点1、什么是柴油机：以柴油为燃料，利用空气在气缸内被压缩产生的高温高压，使喷入气缸的柴油自燃，并且膨胀作功的内燃机。
2、柴油机的工作过程？就是按照一定的规律，不断地将柴油和空气送入气缸，柴油在气缸着火燃烧，放出热能，高温高压的燃气推动着活塞做功，将热能转化为机械能。
3、上止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最远的位置。
4、下止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最近的位置。
5、活塞行程：活塞由一个止点到另一个止点所移动的距离，常用S表示，S=2R。
6、气缸的工作容积：在一个气缸里活塞从上止点到下止点所扫过的容积。
Vh = л/4 D2 S×10-6 ( L )式中：D－气缸直径mm；S－活塞行程mm。
7、压缩比：气缸的总容积与燃烧室容积的比值8、排量：指发动机全部气缸工作容积的总和。
9、排放：发动机排出废气中有害物质的含量指标10、四冲程柴油机的一个工作循环。
进气冲程：活塞由上止点向下止点移动，进气门打开，排起门关闭。
压缩冲程:活塞由下死点向上死点移动，进、排气门全部关闭做功冲程：活塞由上止点向下止点移动，进、排气门全部关闭排气冲程：活塞由下死点向上死点移动，进气门关闭，排起门打开。
11四冲程柴油机完成一个工作循环凸轮轴需要转一周，（360º）。
12、完成一个工作循环曲轴需要转两周（720º）的柴油机叫做四冲程柴油机完成一个工作循环曲轴需要转一周（360º）的柴油机叫做二冲程柴油机。
（一个工作循环也经过进气、压缩、作功、排气四个过程）13、机体组件（固定件）包括：机体、气缸盖、曲轴箱（机座、框架）、油底壳、气缸套、气缸垫等。
机体组件的作用：这些零件构成了柴油机的骨架，所有运动件和辅助系统都支承在它上面。
14、曲柄连杆机构是内燃机主要运动件：活塞连杆组和曲轴飞轮组。
活塞连杆组：活塞、活塞销、活塞环、连杆、连杆螺栓等。
曲轴飞轮组：曲轴、飞轮曲柄连杆机构的作用是：A、将作用在活塞上的燃气压力转变成扭矩，通过曲轴输送出去。
柴油机基本知识
柴油机基础知识第一章柴油机基础知识第一节柴油机概述内燃机是一种复杂的能量转换机器。
随着技术水平的不断提高，各种类型内燃机的构造及其布置也就各有差异。
往复活塞式内燃机的基本构造，都由下列二个机构和五个系统所组成。
以柴油作燃料,当空气在气缸内受压缩而产生高温，使喷入的柴油自然，燃气膨胀而作功的内燃机，称为柴油机。
我国现生产柴油机的功率覆盖面为2.2—47280KW，柴油机的气缸直径65—900mm，转速5.6—4400r/min。
特点：易于起动、操作维护方便、结构紧凑、体积小、重量轻、便于运输安装、经济性好、使用范围广，是较理想的动力机械，广泛用作发电、船舶、排灌、汽车、拖拉机和工程机械等动力。
第二节柴油机分类按照工作循环分类：二冲程柴油机和四冲程柴油机；按照气缸数量分类：单缸柴油机和多缸柴油机；按照汽缸排列方式分类：立式、卧式、直列式、斜置式、V形、X形、W形、对置汽缸、对置活塞等；按照冷却方式分类：水冷柴油机和风冷柴油机；按照进气方式分类：自然吸气式和增压式；增压式可分为：低增压、中增压、高增压和超高增压等；按照曲轴转速分类：高速机、中速机、低速机；按照用途分类：固定式、移动式；第三节柴油机工作原理按照一定规律，不断地将柴油和空气送入气缸，柴油在气缸内着火燃烧，放出热能，高温高压的燃气推动活塞作功，将热能转化成机械能。
四冲程柴油机的正常运转通过以下四个工作过程来完成;进气过程: 活塞由上止点移动到下止点，即曲轴的曲柄内0°转到180°(活塞位于第一冲程上止点时，曲轴的曲柄位置定为0°)。
在这个冲程中，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。
压缩过程: 活塞由下止点移动到上止点，即曲柄由180°转到360°。
在这个冲程中，气缸内的气体被压缩;燃烧膨胀过程（工作过程）: 活塞再由上止点移动到下止点，即曲柄由360°转到540°。
在这个冲程中燃气膨胀做功，所以又称为工作冲程或做功冲程。
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第二节 柴油机热力循环和工作原理
一、柴油机理论循环和实际循环 二、四冲程柴油机工作原理 三、二冲程柴油机工作原理 四、 二冲程柴油机的换气形式
第二节 柴油机热力循环和工作原理
柴油机理论循 环和实际循环
1、柴油机理论循环
定容加热循环
定压加热循环
混合加热循环 （现代柴油机循环）
第二节 柴油机热力循环和工作原理
船舶柴油机
第一章 柴油机基本知识
功率： 70000KW L：25M H：13M B：7M
第一节 柴油机总论
一、柴油机的基本概念 二、柴油机的类型
三、船用柴油机的标号 四、柴油机在船舶动力装置中的应用
轮机概论
第一节 柴油机总论
[4]
柴油机的
基本概念
热机 (Thermal Engine)：将热能转换为机械能的动力机械。
继续膨胀循环
第二节 柴油机热力循环和工作原理
理论循环的热效率ηｔ
1 k 1
t
k11k 1
式中： ε ——压缩比 λ ——压力升高比 ρ ——初期膨胀比 ｋ——工质绝热指数
第二节 柴油机热力循环和工作原理
2、柴油机实际循环
1、工质的影响
工质的成分变化；工质比热的变化； 工质的高温分解；工质分子数的变化
2、气缸壁的传热损失 3、换气损失
4、燃烧损失 5、泄漏损失 6、其他损失
第二节 柴油机热力循环和工作原理
柴油机工 作原理
基本工作原理：采用压缩发火使燃料在气缸内燃烧，产生高温、 高压的燃气工质在气缸中膨胀推动活塞作往复运动，再通过活 塞—连杆曲柄机构将往复运动转变为曲轴的回转运动，从而对 外界做功。
Vm＞9 m/s
第一节 柴油机总论
筒形活塞式 十字头式 直列机
V型机
船用柴 油机的 标号
第一节 柴油机总论
国产柴油机 低速柴油机 6ESDZ43/82B
国外柴油机 SULZER（NSD）---- RD，RND，RLA，RTA MAN--B&W-------MC, L-MC/MCE, S-MC-C 三菱---UEC
燃烧室组件 往复回转 辅助装置
气缸盖 (Cylinder cover) 气缸 (Cylinder) 活塞 (Piston) 活塞 (Piston) 连杆 (Connecting rod) 曲轴 (Crankshaft) 启动系统 (Starting sys.) 燃油系统 (F.O sys) 滑油系统 (L.O sys) 冷却系统 (Cooling sys.) 操纵机构、换向机构
柴油机在船舶 动力装置中的
应用
第一节 柴油机总论
在船舶动力装置中占绝对的主导地位，目前占
98%以上的份额
ห้องสมุดไป่ตู้
主要造机公司：低速机
MAN B&W公司 Wärtsilä瑞士公司 三菱公司（日本）
中速机 Wärtsilä瑞士公司 MAN B&W公司 德国的Mak公司
目前技术发展方向：经济性
可靠性
电子技术
排放控制
第二节 柴油机热力循环和工作原理
柴油机
第一节 柴油机总论
柴油机：是一种压缩发火的往复式内燃机。使用柴 油或劣质油做燃料，在气缸内与空气混合形成可燃
混合气，缸内燃烧采用压燃式发火(Compression ignition)。柴油机在热机中具有最高的热效率。
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 机动性好,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
VS
Vc
Vc
VC
(7)气缸工作容积（Ｖｓ）
(8)气缸总容积(Ｖａ） (9)压缩比ε
柴油机的 类型
第一节 柴油机总论
1、四冲程柴油机和二冲程柴油机（按工作循环分）
2、低速、中速和高速柴油机（按柴油机的转速分） 3、筒形活塞式和十字头式柴油机（按柴油机的结构特 点分） 4、直列式和V型柴油机（按柴油机汽缸的排列分）
柴油机工作过程 (Working process)：燃油在柴油机气缸中燃烧 必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程的全部热力 循环过程。
二冲程柴油机 (Two-stroke diesel engine)：用活塞的两个行程完 成柴油机的一个工作循环的柴油机。
四冲程柴油机 (Four-stroke diesel engine)：用活塞的四个行程 完成柴油机的一个工作循环的柴油机。
热机
内燃机 (Internal combustion engine) 汽油机 (Gasoline engine) 柴油机 (Diesel engine) 燃气轮机 (Gas turbine engine)
外燃机 (External combustion engine) 蒸汽机 (Steam engine) 蒸汽轮机 (Steam turbine engine)
5、右旋和左旋柴油机
6、可逆转和不可逆转柴油机
7、增压柴油机和非增压柴油机
第一节 柴油机总论
直列四冲程柴油机
V型四冲程柴油机
第一节 柴油机总论
二冲程柴油机
第一节 柴油机总论
低速柴油机 ｎ≤ 300r/min
Vm＜６m/s
中速柴油机
300＜ｎ≤1,000 r/min m/s～９m/s
Vm＝６
高速柴油机 n＞1,000 r/min
行程 (Stroke)：活塞从上止点移动到下止点 的距离。行程等于曲轴曲柄半径的2倍。活 塞移动一个行程，曲轴转180。
上止点
s
下止点
柴油机的 基本结构
参数
第一节 柴油机总论
(4)缸径(D)
气缸总容积与压缩室容积之比值:
1 (5)气缸余隙容积(Vｃ)
(6)余隙高度(顶隙)
Va Vc Vs
柴油机的 基本结构
参数
第一节 柴油机总论
Vc 上止点 (Top Dead Center, TDC)：活塞在气
缸中运动到最上端位置，也就是活塞离曲 轴中心线最远的位置。
Va Vs
下止点 (Bottom Dead Center, BDC)：活塞 在气缸中运动到最下端位置，也就是活塞 离曲轴中心线最近的位置。
柴油机的缺点：
振动和噪音 工作条件恶劣
第一节 柴油机总论
[6]
柴油机的基
本组成
固定部件 (Fixed parts) 气缸盖 气缸体、汽缸套 机架 机座等
运动部件 (Moving parts) 活塞组件 连杆 曲轴
柴油机的基本结构
柴油机的基 本组成
第二章 船舶柴油机动力装置
第一节 柴油机总论
[7]