船舶动力装置概论第四次.pptVIP

1 1 2 2.4 增压柴油机的特点 2.5 多缸柴油机的工作次序 2.6 柴油机的分类 2.7 柴油机的主要技术指标与特性 本节主要内容 2.1 柴油机基本结构（固、运、气、油、辅 ） 2.2 四冲程柴油机工作原理（示功图） 2.3 二冲程柴油机工作原理（示功图） 上节主要内容 3 第二章 船舶柴油机装置 2.2四冲程柴油机工作原理 四冲程汽油机示功图 ra段曲线： 进气行程 ac段曲线： 压缩行程 czb段曲线：作功行程 br段曲线： 排气行程 4 第二章 船舶柴油机装置 2.3二冲程柴油机工作原理 a-k线为扫气过程，k点为扫气终点( 它取决于进气孔与排气阀关闭时刻)，k-c 线为压缩过程，c点为喷油时刻。 其中c-m线为膨胀线，c-z线为燃料剧 烈燃烧压力急剧上升阶段,z点为最高压力 点，m点为排气阀开始打开的时刻,m-n线 为燃烧产物从气缸排入大气，压力迅速 下降,n时进气孔打开，此时气缸内压力约 等于贮气室的压力,n-a线为扫气过程，新 鲜空气进入气缸内。 5 第二章 船舶柴油机装置 二冲程与四冲程柴油机比较具有以下优点： 1.提高了柴油机的作功能力 2.改善了柴油机的动力性 3.简化了柴油机的结构 除此之外，区别还有： 1.凸轮轴转速与曲轴转速，二冲程中两者相同；四冲程中两者为1:2 2.二冲程下行为作功，上行靠外力驱动；四冲程中除燃烧冲程外， 其它三个为耗功 3.二冲程进排气重叠角(80100)大于四冲程的(2560)。 在相同的气缸尺寸和转速下，在相同的气缸尺寸和转速下， 二冲程柴油机的功率是四冲程柴油机二冲程柴油机的功率是四冲程柴油机 的两倍？的两倍？ 6 第二章 船舶柴油机装置 2.4增压柴油机的特点 1. 为为什么要加装增压压器 提高柴油机功率的有效方法是增加进进入气缸的空气量和燃料，增加燃料可通 过设计过设计 燃油系统统的主要部件更合理即可，而增加空气量可由安装增压压器来实现实现 。 2. 增压压力 3. 增压器柴油机的分类 根据增压器传动方式不同：增压柴油机可分为机械传动的增压器柴油机和废 气涡轮增压器柴油机。 Pk=0.13MPa0.25MPa 7 第二章 船舶柴油机装置 2.4增压柴油机的特点 增压器叶轮1通过传动齿轮 由曲轴带动。空气从进口被吸 入，经过叶轮1增压后，进入进 气管2的空气压力可达到 0.15MPa以上。 机械式增压柴油机 8 第二章 船舶柴油机装置 2.4增压柴油机的特点 废气涡轮增压柴油机 增压叶轮5直接由废气涡轮来驱 动，增压器和曲轴没有机械关系。 柴油机排出的废气沿排气管1， 经过导向器2进入废气涡轮的叶片3 ，并推动其旋转，此时就带动了和 它同轴的增压器叶轮5转动。空气经 过进气管6被吸入，增压后的空气经 蜗壳8沿进气管9进入柴油机气缸。 9 第二章 船舶柴油机装置 2.4增压柴油机的特点 10 第二章 船舶柴油机装置 2.5多缸柴油机的工作次序 1. 四冲程柴油机中，只有燃烧烧膨 胀胀冲程才做功，其他三冲程为为耗功。 因此造成转转速不均匀，有时时加速，有 时时减速。 2. 提高柴油机运转转均匀性，通常 采用在曲轴轴上安装飞轮飞轮 和采用多缸结结 构形式。 3. 若多缸柴油机有i个气缸， 则发则发 火间间隔角应为应为 ：=720/ i。 11 第二章 船舶柴油机装置 2.5多缸柴油机的工作次序 曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸 0-180作功排气压缩进气 180-360排气进气作功压缩 360-540进气压缩排气作功 540-720压缩作功进气排气 12 第二章 船舶柴油机装置 2.5多缸柴油机的工作次序 13 第二章 船舶柴油机装置 2.5多缸柴油机的工作次序 直列六缸发动机工作循环 发火间隔角为：720/6120 工作顺序为：153624 或142635 14 第二章 船舶柴油机装置 2.5多缸柴油机的工作次序 （3）V8发动机工作循环 发火间隔角为：720/890 工作顺序为： R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2 或 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1 15 第二章 船舶柴油机装置 2.6柴油机的分类 1.按结结构特点可分为为筒型活塞柴油机和十字头头活塞柴油机； （1）筒形活塞柴油机 缺点；活塞裙部起向导导作用，在侧侧推 力的作用下，活塞与缸套磨损较损较 大。 优优点：结结构简单简单 ，紧紧凑，轻轻便 用途：高速柴油机 （2）十字头头活塞柴油机 优优点：活塞与缸套间间无侧侧推力， 因为为由十字头导头导 向，故磨损较损较 小， 不易擦伤伤和卡死。 可在气缸下部设设横隔板，以免 气缸内的脏脏油，烟灰，燃气等漏入曲 轴轴箱。污损污损 曲轴轴箱底部的滑油。 缺点：使柴油机高度和重量增 大，结结构复杂杂。 用途：船用大型低速柴油机 16 第二章 船舶柴油机装置 2.6柴油机的分类 2.按缸数分：单单缸机和多缸机 多缸机分布形式 气缸数在810个以下时，气缸布置成直列式， 气缸数超过10个时可布置两列V型，此外还有W 型，X型， 星型布置。 3.按工作原理：四冲程和二冲程 17 第二章 船舶柴油机装置 2.6柴油机的分类 5.按用途：固定式和移动动式 6.按标标定转转速：1.高速机n1000r/min 2.中速机3001000r/min 中速机300n1000r/min 低速机：n300r/min 活塞平均速度: Cm=2Sn/60=Sn/30 (m/s) 高速机： Cm10m/s 中速机：6.5Cm10m/s 低速机：Cm6.5m/s 24 第二章 船舶柴油机装置 2.7柴油机的主要技术指标与特性 二、经济经济 性指标标 经济经济 性指标标一般指内燃机的燃油消耗率和滑油消耗率。 2.1 燃油消耗率 高速机:204-250;中速机:203-225 ;低速机:160-185g/kWh 2.2 滑油消耗率 一般为为0.5-4g/kWh 3.1重量指标标 高速机:1.4-3.7;中速机:10-19 ;低速机:20-35kg/kW 3.2外形尺寸指标标 三、重量和外形尺寸指标标 重量指标标和外形尺寸指标标用于评评价内燃机结结构的紧紧凑性和金属材 料的利用率。 25 第二章 船舶柴油机装置 2.7柴油机的主要技术指标与特性 排气污染指标 1、一氧化碳（CO）：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超过 0.1%就会中毒。 CO含量：取决于过量空气系数 2、碳氢化合物（HC）：成分复杂，对人体有麻痹、致癌作用，是造 成烟雾的因素之一。 HC：与燃烧的缓慢甚至停止有关，惰转和减速时生成。 3、氮氧化和物（NOx）：有强烈的刺激味，对心脏和肺造成损坏，是 大气形成臭氧的主要因素。 NOx：取决于火焰温度。火焰前锋中是否富氧以及高温持续时间。 废气污染 26 第二章 船舶柴油机装置 2.7柴油机的主要技术指标与特性 此外： 二氧化硫（SO2）：有强烈的刺激味，与灰尘一起危害更大。 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质被吸入肺叶对人体造成损害。 27 第二章 船舶柴油机装置 2.7柴油机的主要技术指标与特性 排放欧洲指标 排放标准执行年份NOx(g/kwh ) PT(g/kwh) 欧199290.4/0.61 欧199670.15 欧200050.1 欧20053.50.02 欧200820.02 28 第二章 船舶柴油机装置 2.7柴油机的主要技术指标与特性 NO含量 ppm HC含量 ppm CO含量 ppm 微量物质 g/m 汽油机2000-40001000100.01 柴油机1000-400030000.010.5 汽油机与柴油机排放物比较 29 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 运动机件主 要是指曲柄连杆 机构， 它由活塞 组，连杆组和曲 轴等部件组成。 曲柄连杆机构的 功能是将热能转 变为机械功。 30 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 分解S为T，K 切向力T对曲轴中心的力矩：M=T R 法向力K引起曲轴弯曲 主要受力有： 1）气缸内的气体压力P 2）运动机件的惯性力P 将合力分解得： 垂直于气缸中心线的侧推力N 作用：侧推力N产生摩擦 沿连杆中心线的连杆力S 作用：连杆力S使连杆压缩或拉伸 根据牛顿第三定律，侧推力N对曲轴中心的力距等 于旋转力矩M, 作用在机体上，与M相反。并且企 图使柴油机倾倒， 所以称为倾覆力矩。 P=P+P 31 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 活塞组组由活塞、活塞销销、活塞环环、 衬衬套和活塞销销盖。 一活塞组组的组组成 二活塞组组的作用 1.与气缸，气缸盖共同构成发动发动 机的密闭闭的 工作空间间防止燃气漏入曲轴轴箱，阻止过过多的 润润滑油窜窜入气缸内。 2.承受燃气压压力，并将其传给连传给连 杆和曲轴轴。 3.承受侧侧推力，起到了导导向作用。 4.二冲程发动发动 机中还还有控制气口的作用。 32 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小， 减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨 性好，防止在往复运动中大量磨损。 一、活塞 32 33 活塞的结结构形式 从有无冷却的角度可分为为：非冷却活塞和冷却式活塞 整体铝铝活塞，整体油冷活塞，组组合式油冷塞，组组合式水冷活塞。 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 33 34 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 1、整体铝铝活塞 (1)活塞的基本结结构包括：顶顶部、环环槽、活塞 销销座和裙部。活塞顶顶部、气缸盖和气缸壁组组成 燃烧烧室。 (2)活塞头头部：从活塞顶顶至活塞销销座以上最末一道 环环槽之间间的部分称为为活塞头头部。开有数道环环槽 ，2-3道气环环槽，1-2道油环环槽。高速机较较少 ，低 速机较较多 。 34 35 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 2、整体油冷活塞 为为了适应应柴油机的热负热负 荷和机械负负荷不断增加的需要，保证证活塞 顶顶的足够够强度又使第一道环环的温度不至太高，在中、高速柴油机中普 遍采用了整体油冷活塞即在整体活塞顶顶部及环环槽部开有冷却液流道或 冷却腔，用润润滑系统统中冷却油作为为冷却介质质，对对活塞顶顶部及环环槽区进进 行强制冷却。 主要可分为：蛇形油管冷却活塞，冷却油腔活塞 35 36 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 蛇形油管冷却活塞 蛇形油管冷却活塞：采用螺旋形铜管或钢管 铸入活塞本体，使冷却油流经蛇型管，在润滑油 压力作用下进行循环冷却。为了增强冷却效果， 也有铸成后再用酸蚀掉铜管。 冷却油腔活塞：活塞头内部设置冷却油腔，冷却 油不充满整个油腔，一般只充30-50%，由于活塞往 复运动的惯性，冷却油在油腔中震荡冲刷，冷却油 与油腔面相对运动速度较大，容易形成紊流，冷却 效果较好。 冷却油腔活塞 36 37 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 采用组组合式的原因 a.强化强度提高，活塞头头部的 热负热负 荷增加。一般的铝铝合金不能 满满足要求。 b.出于减小往复惯惯性力的考虑虑 ，减轻轻重量。 3、组组合式油冷活塞 37 38 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 采用十字头头式活塞的原因： 这这种形式没有活塞销销座和活塞销销 ，连连杆的侧侧推力由十字头头来承担。由 于船用大型低速柴油机气缸直径大， 侧推力大，不能靠活塞裙来承担，因 此一般都采用十字头头式活塞， 十字头头式活塞 38 39 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 二、活塞环 1、活塞环环分为为气环环和油环环两种 a.气环环 一般高速机有2-3道气环环，中速机有 3-4道气环环，低速机有5-6道气环环。目 前的趋趋向是减少环环数，强化第一道环环 。柴油机所消耗的摩擦功中约约有50% 是活塞环环和活塞裙与缸套间间的摩擦引 起的。 b.油环环 油环环一般是1-2道。 2、活塞环的功用： 密封气缸，防止燃气漏入曲轴箱，防止滑油漏 入气缸； 导热，燃烧的热量经环传到气缸壁； 调节润滑油量，刮油和布油由油环承担； 支承活塞活塞销。 39 40 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 应应保证较证较 高的密封性，便于磨合，耐磨损损，对润对润 滑有调节调节 作用。 3、气环环的结结构 e桶形环环 a矩形环环 b锥锥面环环 c内倒角扭曲环环 d梯形环环 40 41 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 (3)斜切口，性能介 于上述两者之间间。 4.活塞环环的开口形状 (1)直切口，结结构 简单简单 ，加工容易， 但密封性稍差。 (2)搭切口，密封性 好，但制造困难难， 多用于大型低速柴 油机中。 41 42 第二章 船舶柴油机装置 2.8运动机件 (1)气环环的泵泵油现现象 如图图 当活塞向下运动时动时 ，环压环压 在环环 槽的上端面被气环环刮下的滑油充 满环满环 与环环槽之间间的空间间。当活塞 向上运动时动时 ，环压环压 在环环槽的下端 面，而滑油被挤挤入上部的环环槽间间 隙中。 5油环环 42 43