第一章 柴油机的基本知识
柴油机基本知识
柴油机基本知识第⼀章柴油机基本知识第⼀节柴油机总论⼀、柴油机及其在船舶动⼒装置中的地位1．柴油机与动⼒机械机械设备通常可分为动⼒机械和⼯作机械两⼤类。
动⼒机械是将其它形式的能量，如热能、电能、风能等转化为机械能，⽽⼯作机械则是利⽤机械能来完成所需的⼯作。
把热能转换成机械能的动⼒机械称之为热机。
热机是最重要的动⼒机械，蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等都是热机中较典型的机型。
热机在⼯作过程中需要完成两次能量转化过程。
第⼀次能量转化过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能，第⼆次能量转化过程是将热能通过⼯质膨胀转化为机械能。
如果两次能量转化过程是在同⼀机械设备的内部完成的，则称之为内燃机，汽油机、柴油机以及燃⽓轮机都属于内燃机。
由于在内燃机中，两次能量转换均发⽣在⽓缸内部，从能量转换观点，此类机械能量损失⼩，具有较⾼的热效率。
另外，在尺⼨和重量等⽅⾯也具有明显优势(例如，燃⽓轮机在热机中的单位重量功率最⼤)。
如果两次能量转化过程分别在两个不同的机械设备内部完成，则称之为外燃机。
在该类机械中，化学能转变成热能的过程（燃烧）发⽣在锅炉中，热能转变成机械能发⽣在汽缸内部。
此种机械由于热能需经某中间⼯质(⽔蒸⽓)传递，必然存在热损失，所以它的热效率不⾼，整个动⼒装置也⼗分笨重。
内燃机在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。
动⼒机械的运动机构基本上有两种运动形式，⼀种为往复式，⼀种为回转式。
在往复式发动机中，⼯质的膨胀作功是通过活塞的往复运动实现的；⽽回转式发动机则是利⽤⾼速流动的⼯质在⼯作叶轮内膨胀，推动叶轮转动⽽⼯作的。
往复式发动机是间歇⼯作的，其⼯质的最⾼温度较⾼，⽽回转式发动机是连续⼯作的，由于受材料热强度的限制，其⼯质的最⾼温度不能太⾼，这就限制了其热效率的进⼀步提⾼。
柴油机和汽油机同属往复式内燃机，但⼜都具有各⾃的⼯作特点。
汽油机使⽤挥发性好的汽油做燃料，采⽤外部混合法(汽油与空⽓在⽓缸外部进⽓管中的汽化器进⾏混合)形成可燃混合⽓。
第一章柴油机基本知识第一节
燃烧室 容积
hc
B
Vs (Vh )
Va
S S=2R D
α=180°
Va Vh Vc V 1 h Vc Vc Vc
ε=12~22
Vh
B’
4
D2S
R
O
Va=Vh+Vc
O
R
S/D
A’ A’
压缩比 （Va/Vc）：
气缸内新鲜空气被活塞压缩的程度（pc、Tc）
四冲程柴油机：几何压缩比或理论压缩比
第一章 柴油机的基本知识
第一节 柴油机的工作原理
一、基本概念
热机 所谓热机是指把热能转换成机械能的动力机械。 在热机中发生了两次能量转换， 即：化学能转换为热能，热能转换为机械能。 柴油机、汽油机、煤气机、燃气轮机
蒸汽轮机以及蒸汽机。
外燃机 ：蒸汽机（如往复式蒸汽机、蒸汽轮机等） 热机 内燃机 ：柴油机、汽油机、煤气机、燃气轮机等 1.外燃机：燃料在气缸外的锅炉中燃烧，热能通过中间介质 （水蒸气）传 递，再在气缸内转变成机械能。
热效率低，装置笨重
2.内燃机： 在气缸内燃烧并利用燃烧产物对外作功的动力机械 热效率高（内部燃烧）、尺寸小、重量轻。
柴油机与汽油机的比较
柴油机
燃料（燃烧工质） 点火方式 柴油或劣质燃油 压缩发火
汽油机
汽油 电火花塞点燃 气缸外混合 6～10 15～40
混合气形成方式（供油系统） 气缸内混合 压缩比 有效热效率 12～22 30～55
柴油机的特点：
优点： 1.经济性好
2. 功率范围广
3. 尺寸小、重量轻
4.机动性好 缺点： 1.存在振动和噪音 2.燃烧室部件工作条件差
4、柴油机的组成：固定件、运动件、辅助机构和
第一章柴油机的基础知识
第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的工作原理在各种动力机械中柴油机由于热效率最高，功率范围宽广，起动迅速，维修方便，运行安全，使用寿命长，因而得到广泛应用，在国民经济和国防建设中处于重要地位。
特别在船舶方面，柴油机作为主机和辅机更是占统治地位。
柴油机是目前世界上船舶使用最为普遍的动力装置，在一般大中型民用船舶中，有90%以上使用柴油机作为主推进装置，只有在一些军用船、特种船舶和个别货船（比如一些液化汽船和运煤船等）使用燃气轮机、蒸汽机等。
一、柴油机的基本概念1．热机热机是把热能转换成机械能的动力机械，它的基本工作原理是：燃料在一个特设的装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工质，然后将这种具有热能的工质导入发动机，把工质的热能转变为机械能。
显然在热机的工作过程中进行着两次的能量转换，即将燃料的化学能转变为热能再将热能转变为机械能。
根据燃料燃烧场所的不同，热机又可分为外燃机和内燃机两大类。
柴油机、汽油机、蒸汽轮机及蒸汽机是热机中较典型的机型。
2．外燃机与内燃机在外燃机中（如蒸汽机），燃料的燃烧发生在机器外部特设的锅炉中，燃料燃烧时产生的化学能转变为燃烧产物的热能，并将此热能通过锅炉壁传给水，使水变成蒸汽，再将蒸汽引入蒸汽机内，膨胀作功，使水蒸汽的热能转变为机械能推动机械运动。
在蒸汽机中推动机械做功的工质为水蒸汽，在燃气和水的热传递过程中存在着较大能量损失，因此外燃机的热效率相对较低。
往复式蒸汽机和蒸汽轮机属于外燃机。
在内燃机中燃料的燃烧是在机器内部进行的，燃烧产生的化学能转变为燃烧产物的热能，燃烧产物膨胀直接推动机械运动做功，燃烧产物（燃气）就是做功的工质。
显然在内燃机中两次能量的转换过程均发生在机器内部。
由于采用内部燃烧，从能量转换角度看，内燃机能量损失小，具有较高的热效率，另外，由于内燃机不需要庞大的外围锅炉设备，在尺寸和重量等方面比外燃机具有优越性，因而在与外燃机的竞争中处于有利地位。
内燃机按运转方式和使用燃料的不同可分为柴油机、汽油机、煤气机和燃气轮机等。
柴油机的物理知识点总结
柴油机的物理知识点总结一、柴油机的工作原理柴油机的工作原理主要包括四个基本过程：进气、压缩、燃烧和排气。
这些过程也称为柴油机的四冲程，分别对应柴油机的一次循环。
下面我们来逐一介绍这四个过程。
1. 进气：首先是进气过程。
柴油机进气门打开，活塞向下运动，气缸内的压力降低，空气被吸入气缸内。
这时燃油喷射器喷射一定量的柴油，与进入气缸内的空气混合。
2. 压缩：接着是压缩过程。
活塞向上运动，将混合气体压缩至高压。
在高压下，混合气体的温度也会升高，使混合气体更容易燃烧。
3. 燃烧：压缩结束后，喷油嘴向气缸内喷射高压柴油，柴油遇到高温高压气体瞬间着火，产生爆炸。
爆炸产生的高压气体推动活塞向下运动，驱动曲轴旋转，从而传递动力。
4. 排气：最后是排气过程。
气缸内的废气通过排气门排出，为下一个循环的进气过程做准备。
以上四个过程构成了柴油机的一个完整工作循环，也称为柴油机的四冲程。
二、柴油机的原理结构柴油机包括外部部分和内部部分。
外部部分包括机壳、缸盖、气门、进气管、排气管等，主要起到保护和连接的作用。
内部部分主要包括曲轴、连杆、活塞、气缸、燃油喷射器等。
以下我们逐一介绍柴油机的主要部件。
1. 气缸：气缸是柴油机中存放燃气的空间，根据气缸数量不同，柴油机可以分为单缸、多缸等类型。
气缸通常由高强度金属材料制成，具有耐高温、耐磨损的特点。
2. 活塞：活塞是气缸内的活动部件，负责压缩混合气体和转换爆炸能量。
活塞通常由铝合金或铸铁制成，具有良好的导热性能和耐磨损性能。
3. 曲轴：曲轴是柴油机的主要旋转部件，是由几节连杆构成的转轴。
曲轴可将活塞的上下往复运动转换为旋转运动，驱动柴油机的输出轴。
4. 连杆：连杆连接活塞和曲轴，起到传递动力的作用。
连杆承受着来自活塞的冲击力和扭矩，需要具有足够的强度和刚度。
5. 燃油喷射器：燃油喷射器是柴油机的关键部件，负责在适当的时机将高压柴油喷射到气缸内与空气混合。
燃油喷射器的喷油量和喷油时间由电控系统控制，从而控制燃烧的时机和效果。
第一章第1节 柴油机的工作原理
缺点：
汽油机：245~350g/KWh
1）振动及噪音较大；2）部件工作条件恶劣，燃烧室 部件承受较大热负荷和曲柄连杆机构承受较大的机 械负荷等缺点。
7
1.2柴油机的基本结构参数
压缩发火的往复式内燃 机
五个过程：进气、压缩、 燃烧、膨胀和排气。
四个行程：进气﹑压缩 ﹑燃烧和膨胀﹑排气行 程。
特点：活塞上下运动四 次，曲轴转两转，凸轮 轴转一转。
热负荷
二冲程柴油机较高(作功频繁),喷油嘴喷孔易因热
负荷过高而引起结炭堵塞。
各自优越性
提高功率方面，二冲程机优越；
换气质量方面，四冲程机优越。
42
1.增压的目的与定义
目的：提高柴油机的单缸功率。
定义：提高柴油机的进气压力，增加进气密度，从而达到 在同样的气缸容积中充进更多的空气量，以便喷入更多的燃 油，提高柴油机的平均指示压力和平均有效压力。
二冲程柴油机的工作过程包括第一行程(压 缩行程)、第二行程(膨胀冲程)和换气过程 (进、排气过程)。压缩行程指活塞从下止点上 行遮住排气口开始(图中点4)，当活塞到达上 止点时，压缩过程结束(图中的点C)。膨胀行 程是指从上止点燃油发火燃烧开始到活塞下行打 开排气口结束(图中的点1)，z点表示缸内的最 大爆发压力点，d2点表示工作循环的最高温度 点，在此过程中燃气膨胀推动活塞下移向外输出 有效功。换气过程是指从膨胀行程终止后开始， 随着活塞的移动，活塞依次打开排气口(点1) 、 打开扫气口(点2)、到达下止点(点0)、关闭扫气 口(点3)、关闭排气口(点4)，到压缩行程开 始前结束。废气排出气缸，新鲜空气进入气缸进 行清扫的过程，不占有单独的行程，因而又称为 “扫气过程”。
汽油机(点燃式)
燃气轮机 蒸汽轮机
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
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。
柴油机知识点总结
柴油机知识点总结一、柴油机的基本原理柴油机是一种内燃机，利用柴油作为燃料，通过压缩空气使柴油自燃来产生动力。
其工作原理主要包括进气、压缩、喷油、燃烧和排气等步骤。
1. 进气：气缸活塞向下运动，使气缸容积增大，在此时进气门打开，使空气进入气缸中。
2. 压缩：气缸活塞向上运动，使得进入气缸中的空气被压缩，温度和压力随之升高。
3. 喷油：在压缩阶段，喷油泵将高压柴油喷射到气缸中，形成细小的柴油雾滴。
4. 燃烧：柴油雾滴在高压和高温的条件下，迅速燃烧，产生大量热能，推动活塞向下运动。
5. 排气：活塞运动到底死点时，排气门打开，排出燃烧后的废气。
二、柴油机的分类根据燃料供给方式、气缸排列方式和冷却方式等不同，柴油机主要可以分为以下几类：1. 柴油机根据燃料供给方式可分为常凸轴燃油喷射机、共轨式直喷柴油机等。
2. 根据气缸排列方式，可以分为直列式、V型柴油机等。
3. 根据冷却方式，可以分为水冷式和空冷式柴油机。
另外，根据用途的不同，柴油机还可以分为工业柴油机、船用柴油机和汽车柴油机等。
三、柴油机的结构和工作原理1. 柴油机的结构柴油机主要由气缸、活塞、进气系统、喷油系统、燃烧室、排气系统、曲轴连杆机构和冷却系统等部件组成。
2. 进气系统进气系统的主要作用是将外界空气引入气缸内进行压缩。
其主要部件包括进气管、进气门、进气歧管、增压器等。
3. 喷油系统喷油系统主要由高压油泵、喷油器和喷油管路等部件组成，其作用是对柴油进行高压喷射。
4. 燃烧室燃烧室是喷油器喷射柴油并燃烧产生动力的地方，其结构和燃烧室形式会影响到柴油发动机燃烧工作的效率和性能。
5. 排气系统排气系统主要由排气管、排气门、涡轮增压器等部件组成，其作用是将燃烧后的废气排出气缸。
6. 曲轴连杆机构曲轴连杆机构将气缸活塞的来回直线运动转换成曲轴的旋转运动，最终驱动车辆或机械设备。
7. 冷却系统冷却系统通过流体循环将柴油发动机产生的热量散发出去，以维持发动机正常工作温度。
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1。第一冲程——压缩。活塞上行，先将遮闭进
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），进气阀开启的延续角度φ1-2（图中阴影 线部分）约为220°～250°。 （1）减少进气阻力，加大气阀通流面积，进气阀提前打开，提前角：20°~30° （2）减少排气阻力，加大气阀通流面积，进排阀延迟关闭，延迟角：20°~40° 2。压缩行程。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 缩一直到活寒到达上止点（曲柄到这点3）为止。
缺点： （1）存在机身振动、扭振和噪声； （2） 某些部件的工作条件恶劣。
HD-MAN-B&W 6L50MCE 第二节 柴油机的工作原理 一、柴油机的基本构造 1。柴油机的基本组成 固定件，运动件，辅助机构，辅助系统四部分。 （1） 固定件：气缸盖、气缸、机身（机架）、机座、轴承。 燃烧室的构成：气缸被气缸盖、活塞和缸套封闭为一个密封的空 间，空气、燃料的混合、燃烧、膨胀、作功在这个空间内完成。 （2） 运动件：活塞组、连杆、曲轴。它们组成一个“曲柄-连杆”机构，将活塞 在气缸内的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 （3）辅助机构：进气阀、排气阀、凸轮轴及传动机构、中间齿轮。 （4）辅助系统：燃油系统：喷油泵、喷油器等； 冷却系统：防止燃烧室周围部件烧坏； 润滑系统：对相对运动部件润滑，减少摩擦和热量； 操纵系统：启动、停车、换向、调速、报警等。 2。基本术语
1. 上止点（TDC）：活塞在气缸中运动的最上端位 置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。
2. 下止点（BDC）：活塞在气缸中运动的最下端位 置，也就是活塞离曲轴中心线最近的位置。
3. 活塞行程（S）：指活塞从上止点运行到下止点 间的直线距离，简称行程。S=2R
4. 气缸直径（D）：气缸的内径，简称缸径。 5. 压缩容积（Vc）：活塞在气缸内位于上止点时
第一章 柴油机的基本知识
第一节 柴油机的基本概念 一、热机的基本概念
热力发动机（热机）：它是利用燃料的燃烧的燃烧热能、原子能作为有效能 源，把热能转换成机械能的动力机械。
基本工作原理：燃料在一个特设的装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工质， 然后把工质的热能转变为机械能，这种具有两次能量转换的机械称为热机。
如柴油机、汽油机、燃气轮机等。 3. 内燃机优点：
内燃机中，两次能量转换都发生在气缸内部，由于采用内部燃烧，从能量转 换观点看，内燃机能量损失小，具有较高的热效率。另外，在尺寸和重量等方面 也均具有优越性，因而在与外燃机的竞争中处于有利地位。
4。柴油机与汽油机比较 汽油机以汽油为燃料，缸内燃烧为电火花塞点火式，外部混合方式。 柴油机以柴油为燃料，采用压燃式燃烧，内部混合方式。
比值，亦称几何压缩比。
Va=Vs+Vc
ε=Va/Vc=（Vc+Vs）/Vc=1+Vs/Vc
9。活塞平均速度Cm：单位时间内活塞的平均速度
采用压缩发火方式，使燃料在气缸内部燃烧，以高温、高压的燃气工质在气
缸内膨胀作功。燃油在柴油机气缸中燃烧作功必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀 和排气五个过程。包括上述五个过程的周而复始的循环叫工作循环。
，在活塞顶上方的全部空间容积。
S/D<3.0
短冲程机
3.0 < S/D < 3.5
长冲程机
S/D>3.5
超长冲程机ຫໍສະໝຸດ 6. 气缸工作容积（Vs）：活塞在气缸中从上止点
运行到下止点时所扫过的容积。
7. 气缸总容积（Va）：活塞在气缸内位于下止点时
，活塞顶以上的气缸全部容积。
8. 压缩比（ε）：气缸总容积Va 与压缩容积Vc 之
一个工作循环在四个冲程完成
四冲程柴油机。
一个工作循环在二个冲程完成
二冲程柴油机。
二、四冲程柴油机的工作原理
燃油在柴油机气缸中燃烧作功必须通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个
过程。每一工作循环按活塞冲程分为四个阶段：
1。进气行程。活塞从上止点下行，进气阀a已打开。由于活塞下行的抽吸作用， 新鲜空气充人气缸。
4。排气行程。活塞由下止点上行时，废气靠气缸内外压力差经排气阀排出。 在上一行程未，排气阀提前开启，提前提前角：35°~45°
排气阀一直延迟到活塞到达上止点后（曲柄位于点6）才关闭，延迟角： 10°~20°
排气过程用曲轴转角约为230°～260°。 5。定时圆图
将四冲程柴油机的工作过程按曲柄所在位置及 旋转角度，依次画在一个圆图上，它反映柴油机各 工作过程的次序和规律。 6。进排气重叠角
根据能量转换场所的不同，可分为两大类： 1.外燃机：
燃料的燃烧是在机器外部特设的锅炉中进行的，燃料燃烧时放出的热能加热 水，使水变成蒸汽，再将蒸汽引入蒸汽机内膨胀作功，推动机械运动。
如往复式蒸汽机、蒸汽轮机等。 2. 内燃机:
燃油的燃烧是在机器内部进行，直接加热空气和燃烧产物（即燃气），燃气 被加热后压力和温度急剧上升具有了作功的能力，从而推动机械运动。
5。 船舶柴油机动力装置 A。 汽油机特点：
工作柔和平稳，噪音低，比容积小，比重量轻，所以在轿车和轻型车上占优 势。但是： （1） 外部混合，压缩比不能太高，使经济性不能提高很大； （2） 汽油闪点低，储运过程中危险性大。 B。柴油机特点： （1）经济性好，热效率最高； （2）机动性好，启动方便； （3）功率范围广，单机功率1.1~45600kW,适用范围广；
燃油的自燃温度为210～270℃，使压缩终点时的压力3～6MPa，温度升至 600～700℃。
它需要外界输入较大的能量，消耗有用功。
3。燃烧和膨胀行程。压缩行程快结束之前，提前喷油，喷油提前角：20°~30° 活塞在上止点附近，由于燃油猛烈燃烧，使气缸内的压力和温度急剧升高，
压力约达5～8MPa，甚至13MPa以上，温度约为1400～1800℃或更高些。 它对外作功。