船舶主机教程---柴油机的类型和工作原理
武理工船舶柴油机讲义第1章 柴油机基本工作原理
船舶柴油机讲义第一章船舶柴油机概述第一节柴油机的基本工作原理柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。
工作时，空气在气缸内被压缩而产生高温，使喷入的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，将热能转变为机械功。
柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀作功和排气等过程组成。
这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。
一、四冲程柴油机（非增压）的工作原理图1-1所示是四冲程柴油机的基本结构图。
工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。
活塞改变运动方向瞬时的位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。
离曲轴中心最远时的止点称上止点（T.D.C.），最近时的止点称下止点（B.D.C.）。
曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R。
连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L。
上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S。
活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S=2R。
活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积V S 。
S D V S ⨯π=24（1-1） 式中，D 为气缸直径（缸径）。
活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积、余隙容积）V C 。
气缸总容积V a 与燃烧室容积之比称压缩比ε。
cs c c s c a V V V V V V V +=+==ε1 （1-2） 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。
图1-2是四冲程柴油机的工作原理简图。
图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。
图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V 示功图。
图1-2 四冲程柴油机工作原理图1．进气行程活塞从上止点下行，进气阀打开。
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（图中阴影线部分）约为220˚～250˚CA。
船舶柴油机的基本知识讲解
船舶柴油机的基本知识讲解
语言文字流畅，逻辑清晰
柴油机是船舶常用的动力主机，它是一种具有较高效率的内燃机，可
以将液态燃料的化学能转换为机械能。
柴油机拥有结构简单、可靠性高、
机械效率高、使用方便等优点，所以成为船舶的重要动力部件。
柴油机的基本构造主要由燃烧室、活塞和连杆、曲轴箱、机头部组成。
柴油机的工作原理是：活塞在曲轴箱中来回运动，每次运动吸入空气，在
燃烧室内经过燃料混合、点火燃烧、压缩排气等一系列动作，形成一个动
力周期。
柴油机的效率也很重要，它主要取决于气缸静压比、燃烧室容积、气
缸衬套和活塞等部件的设计参数。
柴油机的效率也受到气缸内的压力和温
度以及室外空气温度、湿度和气压的影响。
柴油机运转时，活塞机械能转换成热能，要升温，柴油机要冷却，这
时候就需要冷却系统，而柴油机的冷却系统主要分为水冷和气冷两种。
水
冷冷却系统的冷却效率高，但维护和保养费用也大，另外夏季水温较高时
也可能出现冷却效果未达到要求的情况；气冷冷却系统的解决方案比较简单，不仅维护费用低，而且不易受外界环境的影响，但效率较低。
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机是一种常见的船舶动力装置，它利用柴油燃烧产生的热能驱动活塞
运动，从而产生动力。
下面将详细介绍船用柴油机的工作原理过程。
1. 进气过程：
船用柴油机的进气过程是指在活塞下行过程中，气缸内的燃油混合物进入气缸。
进气过程主要包括进气门开启、活塞下行、进气门关闭等步骤。
当进气门开启时，活塞下行，气缸内的气体通过进气道进入气缸。
进气门关闭后，进气道与气缸之间形成密封，防止气体泄漏。
2. 压缩过程：
压缩过程是指活塞上行过程中，气缸内的燃油混合物被压缩。
压缩过程主要包
括活塞上行、进气门关闭、压缩燃油等步骤。
当活塞上行时，进气门关闭，气缸内的燃油混合物被压缩，使其温度和压力升高。
3. 燃烧过程：
燃烧过程是指燃料在高温高压环境下燃烧释放能量的过程。
燃烧过程主要包括
喷油、点火、燃烧等步骤。
在燃烧室中，燃料通过喷油器喷入燃烧室，同时点火系统点燃燃料。
燃料与空气混合后，在高温高压环境下燃烧，产生高温高压气体。
4. 排气过程：
排气过程是指活塞下行过程中，将燃烧后的废气排出气缸。
排气过程主要包括
排气门开启、活塞下行、排气门关闭等步骤。
当排气门开启时，活塞下行，将燃烧后的废气排出气缸。
排气门关闭后，排气道与气缸之间形成密封，防止废气泄漏。
以上就是船用柴油机的工作原理过程。
通过进气、压缩、燃烧和排气四个过程，船用柴油机能够将燃料的化学能转化为机械能，从而驱动船舶行驶。
船用柴油机具有结构简单、运行稳定、可靠性高等优点，因此被广泛应用于船舶领域。
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机的工作原理过程船用柴油机是一种常见的船舶动力装置，它通过将燃油转化为机械能来驱动船舶前进。
下面将详细介绍船用柴油机的工作原理过程。
1. 进气过程：船用柴油机的进气过程是指空气进入柴油机内部的过程。
在柴油机中，进气是通过进气门完成的。
当活塞下行时，进气门会打开，使得外部空气通过进气道进入气缸内。
同时，进气门关闭，防止废气逆流。
2. 压缩过程：压缩过程是指活塞上升时将进入气缸内的空气压缩的过程。
在这个过程中，进入气缸内的空气被压缩，使得气体的温度和压力升高。
这种高压高温的气体有助于燃油的燃烧。
3. 燃烧过程：燃烧过程是指燃料在高压高温的环境下与空气混合并燃烧的过程。
在柴油机中，燃料是通过喷油器喷入气缸内的。
当活塞上升到顶点时，喷油器会喷出一定量的燃油，燃油与高温高压的空气混合后发生自燃。
这种自燃的过程产生的高温高压气体会推动活塞向下运动，从而驱动曲轴旋转。
4. 排气过程：排气过程是指燃烧后产生的废气从气缸排出的过程。
当活塞下行时，废气门打开，废气通过排气道排出气缸。
同时，进气门关闭，防止废气逆流。
5. 动力输出过程：动力输出过程是指柴油机将燃烧产生的能量转化为机械能的过程。
在柴油机中，活塞的运动通过连杆与曲轴相连，当活塞向下运动时，连杆将活塞的线性运动转化为曲轴的旋转运动。
曲轴的旋转运动通过传动装置传递给船舶的推进器，从而驱动船舶前进。
总结：船用柴油机的工作原理过程包括进气过程、压缩过程、燃烧过程、排气过程和动力输出过程。
在进气过程中，空气通过进气门进入气缸；在压缩过程中，进入气缸的空气被压缩；在燃烧过程中，燃料与空气混合并燃烧；在排气过程中，燃烧后产生的废气排出气缸；在动力输出过程中，柴油机将燃烧产生的能量转化为机械能，驱动船舶前进。
船用柴油机的工作原理过程是一个连续的循环，通过不断重复这些过程来实现船舶的动力输出。
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机的工作原理过程船用柴油机是船舶上常见的动力装置，它通过燃烧柴油燃料产生的能量来驱动船舶的推进系统。
它的工作原理过程可以分为四个主要阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气阶段：船用柴油机的进气阶段是指将空气引入燃烧室的过程。
在工作过程中，柴油机的进气门打开，活塞向下移动，使气缸内的空气通过进气道进入气缸。
进气道通常通过一个空气滤清器来过滤空气中的杂质，以保证进入气缸的空气质量。
2. 压缩阶段：在进气阶段结束后，进气门关闭，活塞开始向上移动，将进入气缸的空气压缩。
这个阶段的目的是将空气压缩到足够高的压力和温度，以便在燃烧阶段能够产生足够的能量。
为了增加压缩比，柴油机通常采用缸内直喷燃油系统，即将柴油直接喷射到气缸内。
3. 燃烧阶段：当活塞达到最高点时，柴油燃料通过喷油器喷射到高温高压的气缸内。
由于气缸内的空气已经被压缩到高压状态，柴油燃料会迅速燃烧，产生大量的热能。
这个燃烧过程会产生高温高压的气体，推动活塞向下运动。
柴油燃烧的特点是在高压环境下自燃，并且燃烧速度较快，能够产生较高的功率。
4. 排气阶段：当活塞再次达到最低点时，排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。
废气中含有大量的热能，可以通过废气涡轮增压器回收利用，提高柴油机的燃烧效率。
排气阶段结束后，进入下一个工作循环，循环过程将持续进行。
总结：船用柴油机的工作原理过程可以简单概括为进气、压缩、燃烧和排气四个阶段。
在进气阶段，空气经过滤清器进入气缸；在压缩阶段，空气被压缩到高压状态；在燃烧阶段，柴油燃料被喷射到气缸内燃烧，产生大量的热能；在排气阶段，燃烧后的废气被排出气缸。
这个工作原理过程使船用柴油机能够提供足够的动力，驱动船舶在水中行驶。
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机的工作原理过程船用柴油机是一种常见的船舶动力装置，它通过燃烧柴油燃料来产生动力，推动船舶前进。
下面将详细介绍船用柴油机的工作原理过程。
1. 进气过程：船用柴油机的进气过程是指空气进入燃烧室的过程。
在柴油机中，进气是通过进气门完成的。
当活塞下行时，活塞下面的气缸容积扩大，此时进气门打开，外界空气通过进气道进入气缸。
进气门关闭后，活塞开始上行。
2. 压缩过程：压缩过程是指活塞上行时将进入气缸的空气压缩至高压的过程。
在柴油机中，压缩比较高，通常在15:1到22:1之间。
当活塞上行时，气缸容积减小，空气被压缩，温度和压力逐渐升高。
3. 燃烧过程：燃烧过程是指柴油燃料在高压和高温条件下燃烧释放能量的过程。
当活塞上行到达顶点时，柴油燃料通过喷油器喷入气缸，与高温高压的空气混合。
由于高温和高压的作用，柴油燃料迅速燃烧，释放出大量的热能。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞下行。
4. 排气过程：排气过程是指燃烧产生的废气从气缸排出的过程。
当活塞下行时，气缸容积扩大，废气通过排气门排出气缸。
排气门关闭后，活塞开始上行，进入新的工作循环。
船用柴油机的工作原理过程可以总结为四个基本过程：进气、压缩、燃烧和排气。
通过这些过程，柴油机将燃料的化学能转化为机械能，推动船舶前进。
柴油机的工作原理过程中，需要注意以下几点：1. 空气的进入和排出必须保持畅通，以确保燃烧过程的正常进行。
2. 燃烧过程需要适当的燃油供应和喷射，以保证燃烧效率和动力输出。
3. 柴油机的压缩比较高，需要具备良好的密封性能，以避免压缩漏气和功率损失。
4. 废气的排出需要及时，以免影响下一个工作循环的正常进行。
船用柴油机的工作原理过程是船舶动力系统中的重要环节，它直接影响着船舶的性能和效率。
因此，在船舶设计和运营中，对船用柴油机的工作原理过程需要深入了解和合理控制，以提高船舶的经济性和环保性能。
船舶主机教程---柴油机的类型和工作原理
(7)气缸工作容积（Ｖｓ）
(8)气缸总容积(Ｖａ） (9)压缩比ε
气缸总容积与压缩室容积之比值
1 Va
Vc Vs
VS
Vc
Vc
VC
6
二、柴油机的分类
1、低速、中速和高速柴油机 2 筒形活塞式和十字头式柴油机 3 直列式和V型柴油机 4 右旋和左旋柴油机 5 可逆转和不可逆转柴油机 6 增压柴油机和非增压柴油机
压缩行程 燃烧和膨胀行程 排气行程
140°～160℃Ａ ｐz=5～8MPa
ｐｃ=3 ～6 MPa；
ｔz=1400～1800 ℃
ｔｃ= 600 ～700 ℃
230～260°CA
气阀定时和气阀重叠角
气阀定时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻 作用：提高换气质量；减少排气耗功
实现燃烧室扫气 气阀定时圆图
低速、中速和高速柴油机
低速柴油机
ｎ≤ 300r/min 中速柴油机
Vm＜６m/s
（活塞平均速度
Vm
Sn 30
）
300＜ｎ≤1,000 r/min Vm＝６ m/s～９m/s
高速柴油机
n＞1,000 r/min
Vm＞9 m/s
10
筒形活塞式 十字头式
直列机
V型机
10
船舶柴油机的型号
国产柴油机 1）低速柴油机 6ESDZ43/82B 2）中小型柴油机 6300ZC
15
三、 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— 排气口—扫气口式
横流扫气
回流扫气
半回流扫气
直流扫气
气阀重叠角： 同一气缸的进、排气阀 在上止点前后同时缩和膨胀行程，取消吸、排气行程
船用柴油机的工作原理过程
船用柴油机的工作原理过程引言概述：船用柴油机是船舶上常用的动力装置，它通过燃烧柴油来产生动力，驱动船舶航行。
本文将详细介绍船用柴油机的工作原理过程，包括燃油喷射、压缩、燃烧、排气等五个部分。
一、燃油喷射1.1 燃油供给系统：船用柴油机的燃油供给系统包括燃油箱、燃油滤清器、燃油泵等组成。
燃油从燃油箱中经过滤清器过滤后，由燃油泵提供压力，送入喷油器。
1.2 喷油器：喷油器是船用柴油机中的关键部件，它通过控制喷油器的喷油量和喷油时间来实现燃油的喷射。
喷油器内部有喷孔，当燃油经过喷孔时，形成细小的燃油雾化，便于燃烧。
1.3 燃油喷射过程：当喷油器接收到来自燃油泵的高压燃油后，喷油器会根据控制信号控制喷油量和喷油时间，将燃油以一定的速率喷入燃烧室，与空气混合。
二、压缩2.1 活塞运动：船用柴油机中的活塞通过连杆与曲轴相连，当曲轴转动时，活塞上下运动。
活塞在上行过程中将空气吸入气缸，然后在下行过程中将空气压缩。
2.2 压缩比：压缩比是指活塞上行过程中压缩空气的程度，它与发动机的性能和燃烧效率有关。
船用柴油机通常具有较高的压缩比，以提高燃烧效率。
2.3 压缩过程：在活塞上行过程中，气缸内的空气被压缩，空气的温度和压力逐渐增加，形成高压高温的压缩空气。
三、燃烧3.1 点火：燃烧过程开始前，柴油机中的喷油器会在压缩空气中喷入一定量的燃油。
当压缩空气达到一定温度和压力时，燃油会自燃，引发燃烧过程。
3.2 燃烧过程：燃烧过程是指燃油与压缩空气混合后的自燃过程。
在燃烧过程中，燃油会迅速燃烧，释放出大量的热能，将热能转化为机械能，推动活塞运动。
3.3 燃烧产物：燃烧过程中，燃油和空气混合后产生的燃烧产物主要有二氧化碳、水蒸气和氮氧化物等。
四、排气4.1 排气阀门：船用柴油机中的排气阀门负责控制燃烧产物的排出。
当活塞下行时，排气阀门打开，将燃烧产物排出气缸。
4.2 排气过程：排气过程是指燃烧产物从气缸中排出的过程。
排气过程需要保证足够的排气时间，以确保燃烧产物充分排出，为下一个工作循环做准备。
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柴油机的缺点
振动和噪音 工作条件恶劣
经济性好。 功率范围宽广 尺寸小，重量轻 机动性好 适应船舶航行的各种工况要求
常用术语
(1)上止点(TDC) (2)下止点(BDC) (3)行程(S) (4)缸径(D) (5)气缸余隙容积(Vｃ) (6)余隙高度(顶隙)
Va
Vc
上止点
Vs
s
下止点
(7)气缸工作容积（Ｖｓ） (8)气缸总容积(Ｖａ） (9)压缩比ε 气缸总容积与压缩室容积之比值 Va Vc Vs Vc Vc
1
VS VC
6
二、柴油机的分类
1、低速、中速和高速柴油机 2筒形活塞式和十字头式柴油机
3直列式和V型柴油机
4右旋和左旋柴油机 5可逆转和不可逆转柴油机 6 增压柴油机和非增压柴油机
低速、中速和高速柴油机
低速柴油机 ｎ≤ 300r/min
Vm＜６m/s
（活塞平均速度 V Sn ） m
30
中速柴油机 300＜ｎ≤1,000 r/min 高速柴油机
Vm＝６ m/s～９m/s
n＞1,000 r/min
Vm＞9 m/s
10
筒形活塞式
十字头式
直列机
V型机
10
船舶柴油机的型号
国产柴油机 1）低速柴油机 6ESDZ43/82B 2）中小型柴油机 6300ZC 国外柴油机 SULZER（NSD）---- RD，RND，RLA，RTA MAN--B&W-------MC, L-MC/MCE, S-MC-C 三菱---UEC
第一章 柴油机的类型和工作原理
第一节 柴油机的类型 第二节 柴油工作原理
第一节 柴油机的类型
一、柴油机的基本概念 二、柴油机的分类
一、柴油机的基本概念
蒸汽机
外燃机 热机 柴油机 蒸汽轮机
内燃机
汽油机
燃气轮机
柴油机
柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。 –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； –缸内燃烧采用压缩式发火。 柴油机的优点
气阀定时和气阀重叠角
气阀定时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻
作用：提高换气质量；减少排气耗功 实现燃烧室扫气 气阀定时圆图
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
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二、二冲程柴油机工作原理
只有压缩和膨胀行程，取消吸、排气行程
15
四冲程与二冲程柴油机的比较
• 二冲程柴油机功率大，约为四冲程机的 1.6倍～1.8倍。 • 二冲程柴油机回转比四冲程机均匀 • 二冲程柴油机的换气机构较简单 • 二冲程柴油机的换气质量较四冲程机差 • 二冲程机的热负荷比四冲程机高
6
第二节 柴油机工作原理
一、四冲程柴油机工作原理 二、二冲程柴油机工作原理
三、 二冲程柴油机的换气形式
一、、四冲程柴油机工作原理
进气行程
220～２５０℃Ａ
压缩行程 140°～160℃Ａ
ｐｃ=3 ～6 MPa；
ｔｃ= 600 ～700 ℃
燃烧和膨胀行程 排气行程 ｐz=5～8MPa 230～260°CA ｔz=1400～1800 ℃
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三、 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Байду номын сангаас式
横流扫气
回流扫气
半回流扫气
直流扫气