《船舶柴油机一》第一学期期末考试大题

第一章柴油机的基本知识

2.试综述热机的分类。

答：按照热机二次能量转换(化学能——热能——机械能)的特点，热机又可分为外燃机和内燃机。

一．外燃机，

1）往复式：蒸汽机

2）回转式：蒸汽轮机

二．内燃机，

1）往复式：

ａ）汽油机：

ｂ）柴油机：

2）回转式

ａ）燃气轮机：

2.试综述内燃机的理论循环。

答：

三．内燃机有三种理论循环：

1）等容加热循环(亦称奥托循环)；

2）等压加热循环(亦称狄塞尔循环)；

3）合加热循环(亦称萨巴特循环)。

四．理论循环的应用

1）柴油机基本按等容加热循环工作；

2）早期柴油机(空气喷射式)按等压加热循环工作；

3）现代柴油机(机械喷射式)基本按混合加热循环工作；

4）现代高增压船用新型柴油机(采用限制最高爆发压力工作)有向等压加热循环过渡的趋势；

5）而废气涡轮增压柴油机的理论循环是继续膨胀混合加热循环。

3.试综述柴油机实际循环与理论循环的差异。a

答：柴油机的实际循环存在着许多不可避免的损失，使它不可能达到理论循环的热效率ηt和

平均压力pt。一般地说，两者之间的差异如下：

一．工质的影响

理论循环中的工质是理想气体，而实际循环中的工质是空气和燃烧产物，所以产生如下影

响：

1)工质成分的变化。[燃烧前的工质是新鲜空气和上一循环残留在压缩容积里的燃烧气体的混合物；燃烧后，工质成为燃烧产物。 ]

2)工质比热的变化。[工质的比热随温度的升高而增大。]

3)工质的高温分解。[高温分解需要吸收热量，使燃烧阶段的压力、温度增加较少，也使实际循环的热效率和作功能力下降。]

4)工质分子数的变化。[燃油在气缸中燃烧后使工质的分子数增加，这对提高柴油机的效率是有利的，但影响极小。]

二．气缸壁的传热损失

实际过程的热量交换总趋势是缸内工质向缸壁散热。因此，压缩终点压力低于绝热压缩终点压力。

三．换气损失

而实际循环必须排出废气和吸人新鲜空气。

1) 膨胀损失功: [在排气过程中，为了减少排气消耗的功，其排气阀总是提前开启，让废气在下止点前某点就开始逸出，由此减少了一部分有用功，称膨胀损失功。]

2) 泵气功: [实际循环的进气过程与排气过程均消耗轴功，称泵气功。]

3) 换气损失: [膨胀损失功与泵气功之和即为实际循环的换气损失。]

四．燃烧损失

燃烧损失是指后燃和不完全燃烧所引起的损失。

五，泄漏损失

气阀处的泄漏可以完全防止，但活塞环处的泄漏却无法避免。

六．其他损失

如工质的涡动损失以及活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的

时间损失等。

4.试综述现代船用柴油机的结构特点。

答：现代船用大型柴油机的结构特点大致有：

1)燃烧室采用钻孔冷却结构；

2)旋转排气阀及液压式气阀传动机构；

3)可变喷油定时机构(VIT)式喷油泵；

4)薄壁轴承(如十字头轴承采用高锡铝薄壁轴承)；

5)气缸润滑随负荷自动调整的自动控制系统，以改善气缸润滑；

6)曲轴自由端装设轴向减振器以消减曲轴的轴向振动；

7)焊接曲轴，大大减轻曲轴的重量(减轻20％～30％)。

5.试综述提高船用柴油机经济性的措施。

答：提高船用柴油机经济性的主要措施有：

1)采用等压涡轮增压系统及高效率废气涡轮增压器。

2)提高行程缸径比S／D。

3)提高最高爆发压力pz，与平均有效压力pe之比pz／pe。

4)增大压缩比。

5)采用可变喷油正时机构(VIT)

6)提高机械效率。

7)轴带负荷(如轴带发电机)。

8)余热再利用

9)改进喷射与燃烧技术。

第二章柴油机结构及主要零部件

1.什么叫柴油机的机械负荷？它有哪些特点？

答：机械负荷是指柴油机部件承受最高燃烧压力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。

由此，柴油机的机械负荷主要来自气体力、惯性力、装配预紧力，以及由振动、变形引起的附加应力。其中以气体力与惯性力为主。

柴油机的机械负荷有以下两个特点：(1)周期交变(以工作循环为交变周期)；(2)冲击性。

2.什么叫柴油机的热负荷？热负荷有哪几种表示方法？

答：热负荷是措柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量与热应力的强烈程度。

通常，热负荷的表示方法有以下几种：(1)热流密度。 (2)热应力。由壁面温差形成的应力：(3)温度场。受热部件的温度分布图。另外还可用比活塞功率(单位活塞面积上的有效功率)来表示。（4）排气温度。

3.试述活塞的作用是什么？对它有哪些要求？

答：活塞的作用有：(1)组成燃烧室，(2)传递动力，将气体力经连杆传给曲轴：(3)在筒形活塞式柴油机中，活塞承受侧推力，起着滑块(导向)作用；(4)在二冲程机中启闭气口控制换气。由此，活塞是柴油机的关键性部件。

对活塞的要求有：强度高、刚度大、密封性好、散热性好、冷却效果好、摩擦损失小，耐磨

损，中、高速机还要求活塞重量轻。

4.柴油机活塞的冷却方式有哪几种？冷却机构有哪几种？

答，活塞的冷却方式主要有：(1)喷射冷却： (2)蛇管式 (3)振荡冷却：

在大型十字头柴油机中则广泛使用套管式或绞链管式两种。

5.为什么十字头轴承是柴油机中工作条件最差的轴承？改善其可靠性的措施有哪些？

(1)轴承比压大 (2)难以形成足够的润滑油膜

(3)单向受力

(4)受力分布不均

提高十字头轴承可靠性的措施：

1) 减小轴承比压

(1)限制柴油机最高爆发压力，使其不过高。

(2)加大十字头销直径，以增大承压面积並提高刚度；加大轴颈与轴瓦的接触包角。

(3)采用全支承式轴承，以增大承压面积。

2) 使轴承负荷分布均匀

(1)采用弹性结构

(2)采用刚性结构

(3)采用反变形法拂刮轴瓦，

(4) 增大承压面的贴合面积，使轴承与销间的贴合包角在90°～120°之间，避免局部比压过高。

3) 良好的润滑和冷却

(1)保证润滑油压滑油压力达1.6～2.3 MPa，实现液体静力润滑。

(2)合理开设油槽。

(3)合适的轴承间隙。

(4)缩短连杆长度，改善轴承的润滑条件。

4) 采用薄壁轴瓦提高抗疲劳强度。

5)提高十字头销表面光洁程度。

6.曲轴的作用是什么？曲轴的工作条比较苛刻主要表现在哪些方面？

答：曲轴的作用是：(1)把活塞的往复运动变为回转运动；（2）汇集各缸动力并以回转形式输出；(3)带动柴油机的附属设备，如喷油泵、进排气阀、起动空气分配器等。

曲轴工作条件比较苛刻主要表现在以下四个方面：

(1)受力复杂 (2)应力集中严重 (3)附加应力大 (4)轴颈遭受磨损

燃油的喷射与燃烧

1.试述燃油硫分和矾、钠含量对柴油机使用的影响。

答：燃油中的硫分和钒、钠含量是燃油重要的理化性能指标。它们产生的腐蚀条件是不同的：

一低温腐蚀或冷腐蚀：

硫分的腐蚀产生的条件是缸壁温度低于硫的氧化产物和水蒸气的露点时，在缸壁表面形成强酸(硫酸)，故亦称低温腐蚀或冷腐蚀。

二高温腐蚀：

而钠钒的燃烧产物是一种多成分的低熔点混合物，当燃烧室部件温度(如：排气阀)高于这种低熔点混