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1 1 2 2 4增壓柴油機(jī)的特點2 5多缸柴油機(jī)的工作次序2 6柴油機(jī)的分類2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 本節(jié)主要內(nèi)容 2 1柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu) 固 運(yùn) 氣 油 輔 2 2四沖程柴油機(jī)工作原理 示功圖 2 3二沖程柴油機(jī)工作原理 示功圖 上節(jié)主要內(nèi)容 3 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 2四沖程柴油機(jī)工作原理 四沖程汽油機(jī)示功圖ra段曲線 進(jìn)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(jī)裝置 2 3二沖程柴油機(jī)工作原理 a k線為掃氣過程 k點為掃氣終點 它取決于進(jìn)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(jìn)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(jìn)入氣缸內(nèi) 5 第二章船舶柴油機(jī)裝置 二沖程與四沖程柴油機(jī)比較具有以下優(yōu)點 1 提高了柴油機(jī)的作功能力2 改善了柴油機(jī)的動力性3 簡化了柴油機(jī)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(jìn)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(jī)的功率是四沖程柴油機(jī)的兩倍 6 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 4增壓柴油機(jī)的特點 1 為什么要加裝增壓器 提高柴油機(jī)功率的有效方法是增加進(jìn)入氣缸的空氣量和燃料 增加燃料可通過設(shè)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(jī)的分類 根據(jù)增壓器傳動方式不同 增壓柴油機(jī)可分為機(jī)械傳動的增壓器柴油機(jī)和廢氣渦輪增壓器柴油機(jī) Pk 0 13MPa 0 25MPa 7 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 4增壓柴油機(jī)的特點 增壓器葉輪1通過傳動齒輪由曲軸帶動 空氣從進(jìn)口被吸入 經(jīng)過葉輪1增壓后 進(jìn)入進(jìn)氣管2的空氣壓力可達(dá)到0 15MPa以上 機(jī)械式增壓柴油機(jī) 8 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 4增壓柴油機(jī)的特點 廢氣渦輪增壓柴油機(jī) 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(jī)械關(guān)系 柴油機(jī)排出的廢氣沿排氣管1 經(jīng)過導(dǎo)向器2進(jìn)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(jìn)氣管6被吸入 增壓后的空氣經(jīng)蝸殼8沿進(jìn)氣管9進(jìn)入柴油機(jī)氣缸 9 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 4增壓柴油機(jī)的特點 10 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 5多缸柴油機(jī)的工作次序 1 四沖程柴油機(jī)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(jī)運(yùn)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(jī)有i個氣缸 則發(fā)火間隔角應(yīng)為 720 i 11 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 5多缸柴油機(jī)的工作次序 12 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 5多缸柴油機(jī)的工作次序 13 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 5多缸柴油機(jī)的工作次序 直列六缸發(fā)動機(jī)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(jī)裝置 2 5多缸柴油機(jī)的工作次序 3 V8發(fā)動機(jī)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(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 1 按結(jié)構(gòu)特點可分為筒型活塞柴油機(jī)和十字頭活塞柴油機(jī) 1 筒形活塞柴油機(jī)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(jī) 2 十字頭活塞柴油機(jī)優(yōu)點 活塞與缸套間無側(cè)推力 因為由十字頭導(dǎo)向 故磨損較小 不易擦傷和卡死 可在氣缸下部設(shè)橫隔板 以免氣缸內(nèi)的臟油 煙灰 燃?xì)獾嚷┤肭S箱 污損曲軸箱底部的滑油 缺點 使柴油機(jī)高度和重量增大 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 用途 船用大型低速柴油機(jī) 16 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 2 按缸數(shù)分 單缸機(jī)和多缸機(jī)多缸機(jī)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(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 5 按用途 固定式和移動式 6 按標(biāo)定轉(zhuǎn)速 1 高速機(jī)n 1000r min2 中速機(jī)300 n 1000r min3 低速機(jī) 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(jìn)氣方式 增壓和非增壓 18 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 19 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 尾部 區(qū)分符號 同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時 由制造廠選用適當(dāng)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(yīng)字母表示 但需經(jīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化歸口單位核準(zhǔn) 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(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 6缸 二沖程 缸徑430mm 水冷 可倒轉(zhuǎn) 船用主機(jī) 左機(jī)基本型 6E430DzCz 12V135ZG 12缸 V型 四沖程 缸徑135mm 水冷增壓 工程機(jī)械用 21 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 6柴油機(jī)的分類 22 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)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(biāo) 動力性指標(biāo) 內(nèi)燃機(jī)對外作功能力的指標(biāo) 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(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)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(biāo)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(jī)n 1000r min中速機(jī)300 n 1000r min低速機(jī) n 300r min 活塞平均速度 Cm 2Sn 60 Sn 30 m s 高速機(jī) Cm 10m s中速機(jī) 6 5 Cm 10m s低速機(jī) Cm 6 5m s 24 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 二 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般指內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗率和滑油消耗率 2 1燃油消耗率高速機(jī) 204 250 中速機(jī) 203 225 低速機(jī) 160 185g kWh2 2滑油消耗率一般為0 5 4g kWh 3 1重量指標(biāo)高速機(jī) 1 4 3 7 中速機(jī) 10 19 低速機(jī) 20 35kg kW3 2外形尺寸指標(biāo) 三 重量和外形尺寸指標(biāo) 重量指標(biāo)和外形尺寸指標(biāo)用于評價內(nèi)燃機(jī)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(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 排氣污染指標(biāo) 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?xì)浠衔?HC 成分復(fù)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(qiáng)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(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 此外 二氧化硫 SO2 有強(qiáng)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(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 排放 歐洲指標(biāo) 28 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 7柴油機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)與特性 汽油機(jī)與柴油機(jī)排放物比較 29 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 運(yùn)動機(jī)件主要是指曲柄連桿機(jī)構(gòu) 它由活塞組 連桿組和曲軸等部件組成 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功能是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功 30 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(yùn)動機(jī)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(jī)體上 與M相反 并且企圖使柴油機(jī)傾倒 所以稱為傾覆力矩 P P P 31 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(jī)的密閉的工作空間防止燃?xì)饴┤肭S箱 阻止過多的潤滑油竄入氣缸內(nèi) 2 承受燃?xì)鈮毫?并將其傳給連桿和曲軸 3 承受側(cè)推力 起到了導(dǎo)向作用 4 二沖程發(fā)動機(jī)中還有控制氣口的作用 32 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(dǎo)熱性好 防止活塞過熱 發(fā)生損壞 耐磨性好 防止在往復(fù)運(yùn)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 33 34 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(jī)較少 低速機(jī)較多 34 35 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 2 整體油冷活塞 為了適應(yīng)柴油機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷不斷增加的需要 保證活塞頂?shù)淖銐驈?qiáng)度又使第一道環(huán)的溫度不至太高 在中 高速柴油機(jī)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(jìn)行強(qiáng)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(jìn)行循環(huán)冷卻 為了增強(qiáng)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(shè)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(fù)運(yùn)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(yùn)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 采用組合式的原因a 強(qiáng)化強(qiáng)度提高 活塞頭部的熱負(fù)荷增加 一般的鋁合金不能滿足要求 b 出于減小往復(fù)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(dān) 由于船用大型低速柴油機(jī)氣缸直徑大 側(cè)推力大 不能靠活塞裙來承擔(dān) 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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(jī)有2 3道氣環(huán) 中速機(jī)有3 4道氣環(huán) 低速機(jī)有5 6道氣環(huán) 目前的趨向是減少環(huán)數(shù) 強(qiáng)化第一道環(huán) 柴油機(jī)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?xì)饴┤肭S箱 防止滑油漏入氣缸 導(dǎo)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(dān) 支承活塞活塞銷 39 40 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 應(yīng)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(jī)中 41 42 第二章船舶柴油機(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)件 1 氣環(huán)的泵油現(xiàn)象如圖當(dāng)活塞向下運(yùn)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(dāng)活塞向上運(yùn)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(jī)裝置 2 8運(yùn)動機(jī)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(yán)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)