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第二章 船舶柴油机概述（样章）【学习目标】掌握船舶柴油机的概念、基本组成、常用名词、基本工作原理、定时图、分类及型号。第一节 柴油机基本概念及应用一、柴油机的基本概念将热能转变为机械能的动力机械称为热力发动机，简称热机。热机中的热能是通过燃料燃烧获得的，若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器外部的热机，称为外燃机，汽轮机、蒸汽机属于内燃机；若燃料燃烧产生的热能发生在转变机械能的机器内部的热机，称为内燃机，柴油机、汽油机和煤气机属于内燃机。柴油机是一种以柴油为燃料的压燃式往复运动内燃机。柴油机是靠压缩发火的，这是区别于其他内燃机的本质特征。柴油机如图1-1所示。图1-1 柴油机二、柴油机的优缺点1、柴油机的优点（1）经济性好，燃油费用低；（2）功率范围大，适用领域广；（3）启动迅速、加速性能好、操作简便；（4）结构紧凑、尺寸小、重量轻；（5）可靠性好、寿命长、维修方便。2、柴油机的缺点（1）机身振动大；（2）噪声较大；（3）某些部件承受高温、高压作用。三、柴油机在船舶上的应用1、柴油机用作船舶主机利用柴油机输出的机械能驱动螺旋桨旋转，使螺旋桨产生推力，推进船舶航行。对于中、高速柴油机，必须通过齿轮箱来减速和换向（螺旋桨正反转）。2、柴油机用作船舶副机在有些内河船舶上，柴油机还可用作副机，如利用小型柴油机作为发电原动机，驱动发电机发电，为船舶辅助供电，如图1-2所示。图1-2 柴油机用作发电原动机第二节 柴油机基本组成及常用名词一、柴油机的基本组成柴油机由主要固定部件、主要运动部件和主要工作系统三大部分组成，如图1-3所示。主要固定部件包括气缸盖、机体、气缸套、机座（油底壳）、主轴承等；主要运动部件包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件；主要工作系统包括配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统和操纵系统（起动、调速和换向）。图1-3 柴油机基本组成二、柴油机常用名词柴油机常用名词如图1-4所示。图1-4 柴油机常用名词柴油机常用名词的含义见表1-1。表1-1 柴油机常用名词名 词含 义备 注气缸直径（D）气缸套的名义内径单位为mm上止点活塞在气缸中运动的最上端位置活塞离曲轴旋转中心最远位置下止点活塞在气缸中运动的最上端位置活塞离曲轴旋转中心最近位置曲柄半径（R)曲轴的曲柄销轴线与主轴颈轴线之间的距离单位为mm冲程（S）上、下止点之间的距离又称活塞行程，单位为mm，S2R燃烧室容积（Vc）活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖底面之间的气缸空间又称为压缩容积气缸工作客积（Vh）活塞从上止点到下止点所经过的气缸空间又称活塞排量或冲程容积气缸总容积（Va） 活塞在下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的气缸空间燃烧室容积与气缸工作容积之和压缩比（）气缸总容积与燃烧室容积的比值气缸内空气被活塞压缩的程度第三节 柴油机基本工作原理一、四冲程柴油机的工作原理1、柴油机能量转换过程在柴油机中，燃油从燃烧到输出机械能，在气缸内完成了两次能量转换，如图1-5所示。柴油机工作时，喷入燃烧室的柴油与空气混合燃烧，将柴油的化学能转变为热能，高温高压燃气膨胀推动活塞，从而输出机械能。燃烧膨胀曲轴机械能燃气热能柴油化学能图1-5 柴油机能量转换2、四冲程柴油机的工作循环由进气、压缩、膨胀和排气四个行程（曲轴回转两周）完成一个工作循环的柴油机，称为四冲程柴油机。四冲程柴油机的工作循环见表1-2。表1-2 四冲程柴油机的工作循环进气行程压缩行程膨胀行程排气行程进气行程是空气进入气缸时相应活塞行程。曲轴旋转时带动活塞从上止点向下止点运动，进气阀开启，排气阀关闭，新鲜空气经过进气阀充入气缸，为混合气的形成提供新鲜空气压缩行程是空气在气缸内被压缩时相应活塞行程。曲轴旋转时带动活塞从下止点向上止点运动，进、排气阀均关闭，活塞对气缸内空气进行压缩，空气的压力和温度升高膨胀行程是燃油在气缸中燃烧、燃气膨胀时相应活塞行程。进、排气阀关闭，接近压缩终点时，燃油喷入燃烧室与空气混合，自行发火燃烧，高温高压燃气膨胀推动活塞下行，带动曲轴转动排气行程是燃烧后的废气从气缸中排出时相应的活塞行程。活塞到达下止点前某一时刻，排气阀开启，废气经排气阀排出，废气压力迅速下降，活塞由下止点上行时，废气被活塞强行推挤出气缸3、四冲程柴油机的工作特点（1）四冲程柴油机每完成一个工作循环，活塞运行了四个行程，此时曲轴回转了2转(720)。当活塞继续运动时，下一个循环按同样顺序重复进行。（2）在四个行程中，只有膨胀行程才对外做功，另外三个行程都在消耗功，需要飞轮来为这三个行程提供所需的能量。（3）四冲程柴油机完成一个工作循环，进、排气阀和喷油泵只需动作一次，配气凸轮和喷油凸轮在一个循环中只转1转(360)，曲轴与凸轮轴的转速比为2:1。（4）四冲程柴油机由停车状态进入工作状态，必须借助外力起动后，才能自行运转。二、四冲程柴油机气阀定时图及应用在四冲程柴油机的进气行程和排气行程中，进、排气阀的开启和关闭都不在上、下止点，而是在上、下止点前后某个时刻。进气阀一般在活塞到达上止点之前提前开启，到下止点后延迟关闭，有利于充入更多的空气。排气阀一般在活塞到达下止点前开启，到上止点后延迟关闭，有利于减小排气阻力和彻底排出废气。将气阀开启、关闭时曲柄所在的位置对应的曲柄转角依次绘在一个圆图上，该圆图即为气阀定时图，也称配气相位图。柴油机气阀定时图如图1-6所示。图1-4 气阀定时图气阀定时图可以直观、明了地表示四冲程柴油机柴油机进、排气开始和结束时刻，四冲程柴油机使用保养说明书中提供了气阀定时图，可以参照该图来检查气阀定时是否正常。第四节 柴油机分类及型号一、柴油机的分类柴油机的种类很多，根据柴油机的工作方式及特点进行分类，见表1-3。表1-3 柴油机的分类分类方式种 类说 明工作循环四冲程柴油机活塞运动四个冲程（曲轴转两周）完成一个工作循环二冲程柴油机活塞运动二个冲程（曲轴转一周）完成一个工作循环曲轴转速低速柴油机曲轴转速在300转/分钟以下中速柴油机曲轴转速在3001000转/分钟之间高速柴油机曲轴转速在1000转/分钟以上结构形式筒形活塞式柴油机活塞通过活塞销直接与连杆相连，在中高速柴油机上采用十字头式柴油机活塞和活塞杆通过十字头与连杆连接，在大型低速二冲程柴油机上采用进气方式非增压柴油机在大气压状态下自然进气增压柴油机用增加进气压力的方法进气，通常采用废气涡轮增压器对进气增压气缸排列直列式柴油机柴油机的气缸排成一列V形柴油机柴油机的气缸排成两列，且两列气缸的中心线通常成一定夹角，主要用于中高速柴油机柴油机转向右旋机从飞轮端向自由端看，顺时针旋转左旋机从飞轮端向自由端看，逆时针旋转可逆转柴油机曲轴直接可逆转，作为船舶主机使用时，可以实现螺旋桨直接换向不可逆转柴油机曲轴不能逆转，作为船舶主机使用时，需配置换向装置实现螺旋桨间接换向二、国产柴油机的型号柴油机都有特定的代号，称为柴油机的型号。国产船用柴油机型号一般由四部分组成，用字母和数字表示，即首部（产品系列符号和换代标志符号）、中部（缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号）、后部（结构特征和用途特征符号）和尾部（区分符号），如图1-7所示。图1-7 国产船用柴油机型号组成例如，国产柴油机的型号：（1）6135Z表示6缸、直列式、气缸直径为135mm、四冲程、增压、船用右旋柴油机；（2）12V135ZC表示12缸、V形、气缸直径为135mm、四冲程、增压、船用右旋柴油机。 本章小结内河船舶主要以四冲程柴油机作为主机和副机。柴油机是以柴油为燃料的压燃式往复运动内燃机，由主要固定部件、主要运动部件和主要工作系统三大部分组成，进气、压缩、膨胀和排气四个行程（曲轴回转2转）完成一个工作循环，可用气阀定时图（配气相位图）反映气阀开启、关闭时刻。国产柴油机有特定的代号，其型号一般由四部分组成，用字母和数字表示。 考试样题解析例题1、以下热力发动机不属于内燃机的是（ ）。A.煤气机 B.汽轮机 C.柴油机 D.汽油机解析：答案为B。汽轮机是将蒸汽热能转变为机械能的热力发动机，而蒸汽是由机器外部的蒸汽装置燃烧燃料产生的，汽轮机属于外燃机。例题2、四冲程柴油机完成一个工作循环，曲轴转（ ）转。A.1 B.2 C.3 D.4解析：答案为B。活塞运动一个行程（从上止点运动到下至点，或从下止点运动到上止点），曲轴转半转（180），四冲程柴油机完成一个工作循环，活塞要运动四个行程，曲轴转2转。例题3、四冲程柴油机活塞运行到排气上止点时