1 1 2 2 4增壓柴油機的特點2 5多缸柴油機的工作次序2 6柴油機的分類2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 本節(jié)主要內(nèi)容 2 1柴油機基本結(jié)構(gòu) 固 運 氣 油 輔 2 2四沖程柴油機工作原理 示功圖 2 3二沖程柴油機工作原理 示功圖 上節(jié)主要內(nèi)容 3 第二章船舶柴油機裝置 2 2四沖程柴油機工作原理 四沖程汽油機示功圖ra段曲線 進氣行程ac段曲線 壓縮行程czb段曲線 作功行程br段曲線 排氣行程 4 第二章船舶柴油機裝置 2 3二沖程柴油機工作原理 a k線為掃氣過程 k點為掃氣終點 它取決于進氣孔與排氣閥關(guān)閉時刻 k c線為壓縮過程 c 點為噴油時刻 其中c m線為膨脹線 c z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段 z點為最高壓力點 m點為排氣閥開始打開的時刻 m n線為燃燒產(chǎn)物從氣缸排入大氣 壓力迅速下降 n時進氣孔打開 此時氣缸內(nèi)壓力約等于貯氣室的壓力 n a線為掃氣過程 新鮮空氣進入氣缸內(nèi) 5 第二章船舶柴油機裝置 二沖程與四沖程柴油機比較具有以下優(yōu)點 1 提高了柴油機的作功能力2 改善了柴油機的動力性3 簡化了柴油機的結(jié)構(gòu) 除此之外 區(qū)別還有 1 凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速 二沖程中兩者相同 四沖程中兩者為1 22 二沖程下行為作功 上行靠外力驅(qū)動 四沖程中除燃燒沖程外 其它三個為耗功3 二沖程進排氣重疊角 80 100 大于四沖程的 25 60 在相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下 二沖程柴油機的功率是四沖程柴油機的兩倍 6 第二章船舶柴油機裝置 2 4增壓柴油機的特點 1 為什么要加裝增壓器 提高柴油機功率的有效方法是增加進入氣缸的空氣量和燃料 增加燃料可通過設計燃油系統(tǒng)的主要部件更合理即可 而增加空氣量可由安裝增壓器來實現(xiàn) 2 增壓壓力 3 增壓器柴油機的分類 根據(jù)增壓器傳動方式不同 增壓柴油機可分為機械傳動的增壓器柴油機和廢氣渦輪增壓器柴油機 Pk 0 13MPa 0 25MPa 7 第二章船舶柴油機裝置 2 4增壓柴油機的特點 增壓器葉輪1通過傳動齒輪由曲軸帶動 空氣從進口被吸入 經(jīng)過葉輪1增壓后 進入進氣管2的空氣壓力可達到0 15MPa以上 機械式增壓柴油機 8 第二章船舶柴油機裝置 2 4增壓柴油機的特點 廢氣渦輪增壓柴油機 增壓葉輪5直接由廢氣渦輪來驅(qū)動 增壓器和曲軸沒有機械關(guān)系 柴油機排出的廢氣沿排氣管1 經(jīng)過導向器2進入廢氣渦輪的葉片3 并推動其旋轉(zhuǎn) 此時就帶動了和它同軸的增壓器葉輪5轉(zhuǎn)動 空氣經(jīng)過進氣管6被吸入 增壓后的空氣經(jīng)蝸殼8沿進氣管9進入柴油機氣缸 9 第二章船舶柴油機裝置 2 4增壓柴油機的特點 10 第二章船舶柴油機裝置 2 5多缸柴油機的工作次序 1 四沖程柴油機中 只有燃燒膨脹沖程才做功 其他三沖程為耗功 因此造成轉(zhuǎn)速不均勻 有時加速 有時減速 2 提高柴油機運轉(zhuǎn)均勻性 通常采用在曲軸上安裝飛輪和采用多缸結(jié)構(gòu)形式 3 若多缸柴油機有i個氣缸 則發(fā)火間隔角應為 720 i 11 第二章船舶柴油機裝置 2 5多缸柴油機的工作次序 12 第二章船舶柴油機裝置 2 5多缸柴油機的工作次序 13 第二章船舶柴油機裝置 2 5多缸柴油機的工作次序 直列六缸發(fā)動機工作循環(huán)發(fā)火間隔角為 720 6 120 工作順序為 1 5 3 6 2 4或1 4 2 6 3 5 14 第二章船舶柴油機裝置 2 5多缸柴油機的工作次序 3 V8發(fā)動機工作循環(huán)發(fā)火間隔角為 720 8 90 工作順序為 R1 L1 R4 L4 L2 R3 L3 R2或L1 R4 L4 L2 R3 R2 L3 R1 15 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 1 按結(jié)構(gòu)特點可分為筒型活塞柴油機和十字頭活塞柴油機 1 筒形活塞柴油機缺點 活塞裙部起向?qū)ё饔?在側(cè)推力的作用下 活塞與缸套磨損較大 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 輕便用途 高速柴油機 2 十字頭活塞柴油機優(yōu)點 活塞與缸套間無側(cè)推力 因為由十字頭導向 故磨損較小 不易擦傷和卡死 可在氣缸下部設橫隔板 以免氣缸內(nèi)的臟油 煙灰 燃氣等漏入曲軸箱 污損曲軸箱底部的滑油 缺點 使柴油機高度和重量增大 結(jié)構(gòu)復雜 用途 船用大型低速柴油機 16 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 2 按缸數(shù)分 單缸機和多缸機多缸機分布形式氣缸數(shù)在8 10個以下時 氣缸布置成直列式 氣缸數(shù)超過10個時可布置兩列V型 此外還有W型 X型 星型布置 3 按工作原理 四沖程和二沖程 17 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 5 按用途 固定式和移動式 6 按標定轉(zhuǎn)速 1 高速機n 1000r min2 中速機300 n 1000r min3 低速機 n 300r min 7 按曲軸轉(zhuǎn)向 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 可逆轉(zhuǎn)和不可逆轉(zhuǎn) 從飛輪端看 4 按進氣方式 增壓和非增壓 18 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 19 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 尾部 區(qū)分符號 同一系列產(chǎn)品因改進等原因需要區(qū)分時 由制造廠選用適當符號表示 首部 產(chǎn)品特征代號 由制造廠根據(jù)需要自選相應字母表示 但需經(jīng)行業(yè)標準化歸口單位核準 備案 中部 由缸數(shù)符號 氣缸布置形式符號 沖程符號和缸徑符號組成 后部 結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號 分別按上表規(guī)定 20 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 6缸 二沖程 缸徑430mm 水冷 可倒轉(zhuǎn) 船用主機 左機基本型 6E430DzCz 12V135ZG 12缸 V型 四沖程 缸徑135mm 水冷增壓 工程機械用 21 第二章船舶柴油機裝置 2 6柴油機的分類 22 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 1 1平均有效壓力假定一個在活塞行程內(nèi)不變的壓力 它在一個行程內(nèi)所作的功與實際循環(huán)所作的正功相等 Pi Li Vh Pa 四沖程 增壓0 9 3MPa 非增壓0 65 1 05MPa二沖程 增壓0 9 2MPa 非增壓0 62 0 9MPa 一 動力性指標 動力性指標 內(nèi)燃機對外作功能力的指標 主要有 平均有效壓力 功率 轉(zhuǎn)速和活塞平均速度 23 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 1 2有效功率有效功率 指示功率 損失功率Ni Pi Vs n 60 m W n為轉(zhuǎn)速 m為沖程系數(shù) 1 3標定功率15min功率 1h功率 12h功率 持續(xù)功率 1 4轉(zhuǎn)速和活塞平均速度轉(zhuǎn)速 高速機n 1000r min中速機300 n 1000r min低速機 n 300r min 活塞平均速度 Cm 2Sn 60 Sn 30 m s 高速機 Cm 10m s中速機 6 5 Cm 10m s低速機 Cm 6 5m s 24 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 二 經(jīng)濟性指標 經(jīng)濟性指標一般指內(nèi)燃機的燃油消耗率和滑油消耗率 2 1燃油消耗率高速機 204 250 中速機 203 225 低速機 160 185g kWh2 2滑油消耗率一般為0 5 4g kWh 3 1重量指標高速機 1 4 3 7 中速機 10 19 低速機 20 35kg kW3 2外形尺寸指標 三 重量和外形尺寸指標 重量指標和外形尺寸指標用于評價內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的緊湊性和金屬材料的利用率 25 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 排氣污染指標 1 一氧化碳 CO 一氧化碳是無色無味的氣體 空氣中含量超過0 1 就會中毒 CO含量 取決于過量空氣系數(shù) 2 碳氫化合物 HC 成分復雜 對人體有麻痹 致癌作用 是造成煙霧的因素之一 HC 與燃燒的緩慢甚至停止有關(guān) 惰轉(zhuǎn)和減速時生成 3 氮氧化和物 NOx 有強烈的刺激味 對心臟和肺造成損壞 是大氣形成臭氧的主要因素 NOx 取決于火焰溫度 火焰前鋒中是否富氧以及高溫持續(xù)時間 廢氣污染 26 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 此外 二氧化硫 SO2 有強烈的刺激味 與灰塵一起危害更大 微粒 PT Particle 微粒的主要成分是碳 大多小于0 3微米 微粒碳核子吸附其他有毒物質(zhì)被吸入肺葉對人體造成損害 27 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 排放 歐洲指標 28 第二章船舶柴油機裝置 2 7柴油機的主要技術(shù)指標與特性 汽油機與柴油機排放物比較 29 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 運動機件主要是指曲柄連桿機構(gòu) 它由活塞組 連桿組和曲軸等部件組成 曲柄連桿機構(gòu)的功能是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功 30 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 分解S為T K切向力T對曲軸中心的力矩 M T R法向力K引起曲軸彎曲 主要受力有 1 氣缸內(nèi)的氣體壓力P 2 運動機件的慣性力P 將合力分解得 垂直于氣缸中心線的側(cè)推力N作用 側(cè)推力N產(chǎn)生摩擦沿連桿中心線的連桿力S作用 連桿力S使連桿壓縮或拉伸 根據(jù)牛頓第三定律 側(cè)推力N對曲軸中心的力距等于旋轉(zhuǎn)力矩M 作用在機體上 與M相反 并且企圖使柴油機傾倒 所以稱為傾覆力矩 P P P 31 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 活塞組由活塞 活塞銷 活塞環(huán) 襯套和活塞銷蓋 一 活塞組的組成 二 活塞組的作用1 與氣缸 氣缸蓋共同構(gòu)成發(fā)動機的密閉的工作空間防止燃氣漏入曲軸箱 阻止過多的潤滑油竄入氣缸內(nèi) 2 承受燃氣壓力 并將其傳給連桿和曲軸 3 承受側(cè)推力 起到了導向作用 4 二沖程發(fā)動機中還有控制氣口的作用 32 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 要求 活塞的質(zhì)量要小 可以減小慣性力 熱膨脹系數(shù)要小 減小受熱時的變形 導熱性好 防止活塞過熱 發(fā)生損壞 耐磨性好 防止在往復運動中大量磨損 一 活塞 32 33 活塞的結(jié)構(gòu)形式從有無冷卻的角度可分為 非冷卻活塞和冷卻式活塞整體鋁活塞 整體油冷活塞 組合式油冷塞 組合式水冷活塞 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 33 34 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 1 整體鋁活塞 1 活塞的基本結(jié)構(gòu)包括 頂部 環(huán)槽 活塞銷座和裙部 活塞頂部 氣缸蓋和氣缸壁組成燃燒室 2 活塞頭部 從活塞頂至活塞銷座以上最末一道環(huán)槽之間的部分稱為活塞頭部 開有數(shù)道環(huán)槽 2 3道氣環(huán)槽 1 2道油環(huán)槽 高速機較少 低速機較多 34 35 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 2 整體油冷活塞 為了適應柴油機的熱負荷和機械負荷不斷增加的需要 保證活塞頂?shù)淖銐驈姸扔质沟谝坏拉h(huán)的溫度不至太高 在中 高速柴油機中普遍采用了整體油冷活塞即在整體活塞頂部及環(huán)槽部開有冷卻液流道或冷卻腔 用潤滑系統(tǒng)中冷卻油作為冷卻介質(zhì) 對活塞頂部及環(huán)槽區(qū)進行強制冷卻 主要可分為 蛇形油管冷卻活塞 冷卻油腔活塞 35 36 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 蛇形油管冷卻活塞 蛇形油管冷卻活塞 采用螺旋形銅管或鋼管鑄入活塞本體 使冷卻油流經(jīng)蛇型管 在潤滑油壓力作用下進行循環(huán)冷卻 為了增強冷卻效果 也有鑄成后再用酸蝕掉銅管 冷卻油腔活塞 活塞頭內(nèi)部設置冷卻油腔 冷卻油不充滿整個油腔 一般只充30 50 由于活塞往復運動的慣性 冷卻油在油腔中震蕩沖刷 冷卻油與油腔面相對運動速度較大 容易形成紊流 冷卻效果較好 冷卻油腔活塞 36 37 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 采用組合式的原因a 強化強度提高 活塞頭部的熱負荷增加 一般的鋁合金不能滿足要求 b 出于減小往復慣性力的考慮 減輕重量 3 組合式油冷活塞 37 38 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 采用十字頭式活塞的原因 這種形式?jīng)]有活塞銷座和活塞銷 連桿的側(cè)推力由十字頭來承擔 由于船用大型低速柴油機氣缸直徑大 側(cè)推力大 不能靠活塞裙來承擔 因此一般都采用十字頭式活塞 十字頭式活塞 38 39 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 二 活塞環(huán) 1 活塞環(huán)分為氣環(huán)和油環(huán)兩種 a 氣環(huán)一般高速機有2 3道氣環(huán) 中速機有3 4道氣環(huán) 低速機有5 6道氣環(huán) 目前的趨向是減少環(huán)數(shù) 強化第一道環(huán) 柴油機所消耗的摩擦功中約有50 是活塞環(huán)和活塞裙與缸套間的摩擦引起的 b 油環(huán)油環(huán)一般是1 2道 2 活塞環(huán)的功用 密封氣缸 防止燃氣漏入曲軸箱 防止滑油漏入氣缸 導熱 燃燒的熱量經(jīng)環(huán)傳到氣缸壁 調(diào)節(jié)潤滑油量 刮油和布油由油環(huán)承擔 支承活塞活塞銷 39 40 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 應保證較高的密封性 便于磨合 耐磨損 對潤滑有調(diào)節(jié)作用 3 氣環(huán)的結(jié)構(gòu) e桶形環(huán) a矩形環(huán) b錐面環(huán) c內(nèi)倒角扭曲環(huán) d梯形環(huán) 40 41 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 3 斜切口 性能介于上述兩者之間 4 活塞環(huán)的開口形狀 1 直切口 結(jié)構(gòu)簡單 加工容易 但密封性稍差 2 搭切口 密封性好 但制造困難 多用于大型低速柴油機中 41 42 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 1 氣環(huán)的泵油現(xiàn)象如圖當活塞向下運動時 環(huán)壓在環(huán)槽的上端面被氣環(huán)刮下的滑油充滿環(huán)與環(huán)槽之間的空間 當活塞向上運動時 環(huán)壓在環(huán)槽的下端面 而滑油被擠入上部的環(huán)槽間隙中 5 油環(huán) 42 43 第二章船舶柴油機裝置 2 8運動機件 2 采用原因由于某些氣環(huán)不但沒有刮油的作用 而且還能把潤滑油泵吸到燃燒室中去 所以必須在活塞上安裝專門的刮去氣缸上多于潤滑油的刮油的環(huán) 由于泵油會增加滑油的消耗量 并引起結(jié)焦造成氣環(huán)卡死 產(chǎn)生嚴重漏氣 使功率下降 4 安裝位置一般油環(huán)多部置于滑油較多的活塞末道氣環(huán)以下 3 結(jié)構(gòu)形式油環(huán)制成有利于刮油和布油的形狀 并在環(huán)槽中或槽下方開油孔 將刮下的滑油引入曲軸箱 為了提高油環(huán)的徑向壓力和刮油效果 還采用彈簧脹圈油環(huán)以及鋼片組合油環(huán)