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船舶动力系统 第二章 柴油机（1） 柴油机是一种“内燃机” 能量转换： 化学能?热能?机械能 绝大多数舰船上都以柴油机作为主机和发电机的原动机 柴油机的分类 按工作循环分 四冲程柴油机 二冲程柴油机 按转速分 低速机：300 r/min （活塞平均速度v=Sn/30 6m/s） 中速机：300~1000 r/min （活塞平均速度v=6-9m/s） 高速机：1000 r/min （活塞平均速度v9m/s） 按结构特点分类 筒形活塞柴油机 缺点：活塞裙部起向导作用，在侧推力的作用下，活塞与缸套磨损较大。 优点：结构简单，紧凑，轻便 用于中，高速柴油机 十字头活塞柴油机 优点：活塞与缸套间无侧推力，侧推力由十字头滑块和导板承受，活塞和缸套磨损较小，不易擦伤和老死 缺点：柴油机高度和重量大，结构复杂?需在汽缸下部设横隔板，以免汽缸内的脏油，烟灰，燃气等漏入曲轴箱，污损曲轴箱底部的滑油 用途：船用大型低速柴油机 按照气缸数目 单缸机 多缸机 按照气缸排列方式分类 直列 V形 活塞—连杆机构 上止点：e，活塞距离曲轴中心最远的位置 下止点：c，活塞距离曲轴中心最近的位置 活塞冲程（行程，S ）：活塞上止点和下止点间的距离，S=2R 压缩室容积（Vc）：活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积 汽缸工作容积（Vh）：活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积 汽缸的最大容积（Va）：活塞在下止点时，气缸的容积，即气缸工作容积与压缩容积的之和： Va=Vh+Vc 汽缸的总容积V，总排量：室内燃机所有汽缸工作容积的总和 V=Vh*i 式中 i——气缸数 压缩比：汽缸最大容积/压缩室容积=1+Vh/VC 机构参数，柴油机一般=11-20，过大or过小，柴油机的经济性均下降【汽油机8-12，点火】 压缩比愈大，压缩终点的压力和温度愈高，易于着火起动；but过大，最高燃烧压力提高，机件受力增大，影响工作可靠性和使用寿命，压缩室容积减小，混合气形成和燃烧带来困难，机械效率降低 压缩比愈小，压缩终点的压力和温度下降，燃油不易自燃、燃烧耗油量增加，功率下降，起动困难 非增压高，增压小 燃烧室烧蚀，压缩比减小； 轴承磨损，压缩比减小 调整方法： 1）缸盖垫片厚度：减薄，压缩比增大。 2）船用连杆大端垫片厚度：减薄，压缩比减小 3）…… 船用连杆的杆身于大端分开，用螺栓联接。 δ1船用连杆大端垫片 改变垫片厚度，相当于改变连杆长度，达到调整压缩比的目的（可用于使柴油机各缸压比一致，或改变压比） 增加连杆长度，压缩室容积减小，压比增加 四冲程柴油机工作原理 柴油机的一个工作循环：由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气5个过程完成 四冲程柴油机： 活塞走完4个行程才完成一个工作循环的柴油机 第一行程：进气 使气缸中充入新鲜空气 p=0.085-0.095MPa ，压力大致保持不变 第二行程：压缩 气缸容积↘，温度↗ ?近上止点时， p＝3～4MPa， ｔ＝600～700℃ ?喷入柴油 ?柴油在高温下自行发火 第三行程：工作行程，燃烧膨胀 燃油剧烈燃烧 ?ｐ，ｔ急剧↗ ，p＝6～8Mpa，ｔ＝1400～1800℃ ?膨胀作功，容积↗?p,ｔ↘?p＝0.25～0.45Mpa，ｔ＝600～700℃ 第四行程：排气 燃气排出气缸，为下次循环做准备 只有一个冲程作功, 其他三个冲程靠惯性完成 ?发动机的输出端加飞轮，增加惯性，运行平稳性增加 ?单缸发动机飞轮转动惯量大 进气行程，进气阀提前打开、延后关闭 1a：进气准备。原因，气阀不能瞬时全开，初始时气流流通面积小 ab：活塞从上止点～下止点，p大气压力 b2：补充进气。利用内外压差，多进气，且气阀不能瞬时全关 喷油提前角：由于柴油存在发火延迟期（0.001~0.005秒）?在上止点前10~35度曲柄转角时开始将雾化的的燃料喷入汽缸 排气行程，排气阀提前打开、延后关闭 5c，为减小排气上行的时的缸内压力，提前开启排气阀 ca：活塞上行，强制排气 a6：排气流有惯性，利用惯性，尽可能排气 正时（定时）：以曲柄上下止点为基准，用曲柄转角表示的进排气阀、喷油器、起动阀刚刚开启和完全关闭的时刻 正时圆周（定时图）：将柴油机的各种正时，以曲柄上下止点为基准，按一定的转向，用曲柄转角位置来表示在同一个圆上的图形。 气阀重叠角：进、排气阀同时开启，这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重叠角 排气快终了时，废气流有惯性，且惯性流在燃烧室内造成一定的低压，帮助抽吸新鲜空气充入气缸?气阀重叠角不会引起废气倒灌 气阀重叠角?有利于提高换气质量、降低热负荷 四冲程