船舶动力装置概论

1、1 12上节主要内容1.4 典型动力装置柴油机柴油机、汽轮机、燃气轮机、联合动力、核能、汽轮机、燃气轮机、联合动力、核能（优缺点及相互比较）（优缺点及相互比较）喷水推进喷水推进本节主要内容2.1 柴油机基本结构柴油机基本结构2.2 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理2.3 二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理3第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.1.1柴油机的基本结构柴油机的基本结构MTU80004(5) 辅助机件辅助机件：5进气管，进气管，12排气管等排气管等。第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.1.1柴油机的基本结构柴油机的基本结构(3) 配气机构配气机构：1

2、4凸轮轴，凸轮轴，15顶杆，顶杆，16摇臂，摇臂， 17进气阀，进气阀，18排气阀，排气阀，19弹簧弹簧。(2) 运动机件运动机件：主要指曲柄连杆机构，主要指曲柄连杆机构， 8活塞，活塞，9活塞销，活塞销， 10连杆，连杆，11连杆螺栓，连杆螺栓，13 曲轴等曲轴等。(1) 固定机件固定机件：1机座，机座，4机体，机体，3主轴承，主轴承，6气缸套，气缸套，7气缸盖气缸盖。(4) 燃油系统燃油系统：20喷油泵，喷油泵，21高压油管，高压油管，2喷油器等喷油器等。5第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.1.2主要名词主要名词（1）上止点：活塞距曲轴中心最）上止点：活塞距曲轴中心最远的位置称

3、为活塞的上止点；远的位置称为活塞的上止点；（4）压缩室容积：当活塞位于上止点位置时）压缩室容积：当活塞位于上止点位置时，活塞上面的容积称为压缩室容活塞上面的容积称为压缩室容积积。 由于燃料柴油在这里燃烧由于燃料柴油在这里燃烧，所以又称为燃烧室容积所以又称为燃烧室容积Vc；（2）下止点：活塞距曲轴中心最）下止点：活塞距曲轴中心最近的位置称为活塞的下止点；近的位置称为活塞的下止点；（3）活塞冲程：活塞上止点与下止点之间的距离称为活塞的冲程）活塞冲程：活塞上止点与下止点之间的距离称为活塞的冲程(或行程或行程)。活塞走活塞走一个冲程曲轴就旋转一个冲程曲轴就旋转180度度， 活塞冲程活塞冲程S等于曲柄半

4、径等于曲柄半径R的两倍的两倍，即即S=2R；（5）气缸工作容积：活塞上下止点之间的容积称为一个气缸的工作容积）气缸工作容积：活塞上下止点之间的容积称为一个气缸的工作容积， 可表示为可表示为： Vh=D2S*0.001/4 (升升) 6第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.1.2主要名词主要名词（8）压缩比）压缩比()： 气缸最大容积与压缩室容积的比值称为压缩比气缸最大容积与压缩室容积的比值称为压缩比。 =Va/Vc=(Vh+ Vc)/Vc=1+Vh/Vc（7）柴油机的总容积：是各气缸工作容积的总和。）柴油机的总容积：是各气缸工作容积的总和。 等于气缸数与工作容积数的乘积。等于气缸数与工

5、作容积数的乘积。V=Vhi (L)（6）气缸最大容积）气缸最大容积(Va) ：活塞在下止点时气缸的容积活塞在下止点时气缸的容积, 即气即气缸工作容积与压缩室容积之和缸工作容积与压缩室容积之和: Va= Vh+Vc 压缩比说明了活塞由下止点移动到上止点过程中，压缩比说明了活塞由下止点移动到上止点过程中， 气缸内空气缸内空气被压缩的程度气被压缩的程度， 柴油机的压缩比一般大于柴油机的压缩比一般大于12。7第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理8第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理（1） 进气行程进

6、气行程指由进气门开启到进气门关闭。指由进气门开启到进气门关闭。进气提前角：进气门打开时刻与活塞位于上止点进气提前角：进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为了获得较多的充气量，活塞到达之间的曲轴转角（为了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）。上止点前就开始开启）。进气晚关角：活塞到达下止点时刻与进气门关闭进气晚关角：活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角（利用空气流动的惯性及气体的时刻之间的曲轴转角（利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气缸）。动量，使更多的空气充入气缸）。进气终了时刻：进气终了时刻：气缸压力气缸压力 p：0.080.09MPa大气压大气

7、压气缸温度气缸温度 T：320380K 一、进气冲程一、进气冲程9第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理（2）压缩行程）压缩行程指由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩指由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩上止点）为止。上止点）为止。进排气门都关闭。进排气门都关闭。活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高。都升高。压缩终了时刻：压缩终了时刻：气缸压缩压力气缸压缩压力p：48MPa气缸温度气缸温度T： 750950K二、压缩冲程二、压缩冲程10第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴

8、油机工作原理四冲程柴油机工作原理（3）作功行程（燃烧及膨胀行程）作功行程（燃烧及膨胀行程）在压缩上止点前在压缩上止点前1015，压燃可燃混合气，压燃可燃混合气，形成火焰中心。形成火焰中心。高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。进排气门都关闭。进排气门都关闭。Z点为最高压力和温度点：点为最高压力和温度点：燃气最大压力燃气最大压力 p：615MPa最高温度最高温度T： 18002200K三、作功冲程三、作功冲程11第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理（4）排气行程）排气行程从排气门开启到排气门关闭的时刻。从排气门

9、开启到排气门关闭的时刻。排气提前角排气提前角;排气晚关角：排气晚关角：在活塞到达下止点之前在活塞到达下止点之前3080，膨胀行程还没，膨胀行程还没有结束的时刻就将排气门打开。有结束的时刻就将排气门打开。气门重叠角：在排气门关闭之前，进气门就已气门重叠角：在排气门关闭之前，进气门就已打开，进排气门同时开启时期所对应的曲轴转角。打开，进排气门同时开启时期所对应的曲轴转角。排气终了时：排气终了时：气缸压力气缸压力p：0.1050.12MPa气缸温度气缸温度T：9001100K四、排气冲程四、排气冲程12第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理四冲程汽油

10、机示功图四冲程汽油机示功图ra段曲线：段曲线： 进气行程进气行程ac段曲线：段曲线： 压缩行程压缩行程czb段曲线：作功行程段曲线：作功行程br段曲线：段曲线： 排气行程排气行程13第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 3、在四冲程柴油机的四个冲程中，在四冲程柴油机的四个冲程中， 只有第三冲程即工作冲程才只有第三冲程即工作冲程才产生动力对外做功，产生动力对外做功， 而其余的三个冲程都是消耗功的准备过程。为此而其余的三个冲程都是消耗功的准备过程。为此在进油一个气缸的单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯量，在进油一个气缸的单缸柴油机上必须安

11、装飞轮，利用飞轮的转动惯量， 使曲轴在四个冲程中连续而均匀的运转。使曲轴在四个冲程中连续而均匀的运转。 1、由于进排气阀都是早开晚关的，由于进排气阀都是早开晚关的， 所以在排气冲程之末和进气冲程之初，所以在排气冲程之末和进气冲程之初， 活塞处于上止点附近时，活塞处于上止点附近时， 有一段时间进排气阀门同时处于开启状态。有一段时间进排气阀门同时处于开启状态。 这段时间用这段时间用曲轴转角表示，曲轴转角表示， 称为气阀重叠角。称为气阀重叠角。 2、排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，排气冲程结束之后，又开始了进气冲程， 于是整个工作循环就依照上述于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油

12、机的工作循环由四个活塞冲程及曲轴旋转两圈完成过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程及曲轴旋转两圈完成的。的。 故称为四冲程柴油机。故称为四冲程柴油机。14第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.3二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理必须有扫气泵，进气孔布置在气缸下部，其高度为活塞行程的必须有扫气泵，进气孔布置在气缸下部，其高度为活塞行程的10-20%左右，进气孔的打开和关闭由汽缸内运动的活塞控制；左右，进气孔的打开和关闭由汽缸内运动的活塞控制；排气阀布置在汽缸盖上，由凸轮轴驱动，保证在曲轴转一转时气阀打排气阀布置在汽缸盖上，由凸轮轴驱动，保证在曲轴转一转时气阀打开一次开

13、一次 扫气泵用于清除气缸内的废气和填充新鲜空气。扫气泵用于清除气缸内的废气和填充新鲜空气。特点特点15第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.3二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理第一冲程活塞从下止点向上止点运第一冲程活塞从下止点向上止点运动（动（a-k-c线）。活塞在下止点时排气阀线）。活塞在下止点时排气阀和进气孔已经打开，储气室中的压缩空和进气孔已经打开，储气室中的压缩空气进入气缸，并冲向排气阀，具有清除气进入气缸，并冲向排气阀，具有清除废气的功能。活塞向上运动时关闭进气废气的功能。活塞向上运动时关闭进气口，同时排气阀也关闭。空气在缸内受口，同时排气阀也关闭。空气在缸内受到压缩。

14、这就是进气压缩过程。到压缩。这就是进气压缩过程。a-k线为扫气过程，线为扫气过程，k点为扫气终点点为扫气终点(它取决于进气孔与排气阀关闭时刻它取决于进气孔与排气阀关闭时刻)，k-c线为压缩过程，线为压缩过程，c点为喷油时刻。点为喷油时刻。第一冲程第一冲程16第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.3二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理第二冲程活塞从上止点向下止点运动。完第二冲程活塞从上止点向下止点运动。完成燃烧膨胀。从示工图上可以看到压缩，喷油，成燃烧膨胀。从示工图上可以看到压缩，喷油，最高压力，排气，进气等各个关键的时刻。最高压力，排气，进气等各个关键的时刻。其中其中c-m线为膨胀

15、线，线为膨胀线，c-z线为燃料剧烈燃线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段烧压力急剧上升阶段,z点为最高压力点，点为最高压力点，m点点为排气阀开始打开的时刻为排气阀开始打开的时刻,m-n线为燃烧产物从线为燃烧产物从气缸排入大气，压力迅速下降气缸排入大气，压力迅速下降,n时进气孔打开，时进气孔打开，此时气缸内压力约等于贮气室的压力此时气缸内压力约等于贮气室的压力,n-a线为线为扫气过程，新鲜空气进入气缸内。扫气过程，新鲜空气进入气缸内。第二冲程第二冲程17第二章第二章 船舶柴油机装置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：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提高

16、了柴油机的作功能力2.改善了柴油机的动力性改善了柴油机的动力性3.简化了柴油机的结构简化了柴油机的结构除此之外，区别还有：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1:22.二冲程下行为作功，上行靠外力驱动；四冲程中除燃烧冲程外，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，其它三个为耗功其它三个为耗功3.二冲程进排气重叠角二冲程进排气重叠角(80100)大于四冲程的大于四冲程的(2560)。二冲程本身固有的缺点：二冲程本身固有的缺点：1.换气质量差、热效率低换气质量差、热效率低2.热负荷较高热

17、负荷较高18第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.3二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理（1）气孔式直流换气）气孔式直流换气（3）回流换气）回流换气（2）横流换气）横流换气3 3、换气型式换气型式19第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点增压柴油机的特点1. 1. 为什么要加装增压器为什么要加装增压器提高柴油机功率的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料，增加燃料可通提高柴油机功率的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料，增加燃料可通过设计燃油系统的主要部件更合理即可，而增加空气量可由安装增压器来实现。过设计燃油系统的主要部件更合理即可，而增加空气量可由安装增

18、压器来实现。2. 增压压力增压压力3. 增压器柴油机的分类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。气涡轮增压器柴油机。Pk=0.13MPa0.25MPa 20第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点增压柴油机的特点增压器叶轮增压器叶轮1通过传动齿轮通过传动齿轮由曲轴带动。空气从进口被吸由曲轴带动。空气从进口被吸入，经过叶轮入，经过叶轮1增压后，进入增压后，进入进气管进气管2的空气压力可达到的空气压力可达到0.15MPa以上。以上。机械式增压柴油机机械式增压柴油机21第二章第二章 船舶柴油机装置船舶柴油机装置2.4增压柴油机的特点增压柴油机的特点废气涡轮增压柴