青船院船舶柴油机课件01柴油机基本知识

《船舶柴油机》课程《船舶柴油机》是一门专业必修课，其在轮机工程／轮机管理专业中的地位是非常重要的，是船员考证必考科目；本课程一学期学完，共108学时，其中约有1／3在实训室现场授课；本课程的考试属于课外考试，由教务处统一命题，任课教师不参与；本课程是一门系统性很强的课程，从头至尾都是关于柴油机，在学习上开好头很关键。第一章柴油机基本知识

Chapter1thebasictechnologyofD.E本章内容包括：柴油机总论柴油机热力循环（thermodynamiccycle)和工作原理(workingprinciple)柴油机的性能指标(performanceindex)和工作参数(workingparameter)第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E一、柴油机及其在船舶动力装置中的地位1.柴油机与动力机械内燃机动力机械热机外燃机蒸汽机汽油机柴油机燃气轮机第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E热机:把热能转换为机械能的动力机械，一般经过两次能量转变：1化学能转换为热能；2热能转换机械能；内燃机：两次能量转换过程在同一机械设备中完成；外燃机：两次能量转换过程分别在不同机械设备中完成；动力机械运动形式：往复式；回转式第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E柴油机与汽油机比较柴油机汽油机燃料柴油或劣质燃油汽油点火方式压缩自行燃烧电火花塞点燃混合气形成方式气缸内混合气缸外混合压缩比12－226－10有效热效率0.30－0.550.15－0.40第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E2.柴油机的优缺点优点缺点经济性好振动和噪音大功率范围广某些部件工作条件相当恶劣机动性好可靠性高第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E3.柴油机基本结构参数上止点（TDC）下止点（BDC)行程（S）缸径（D）气缸余隙容积（压缩室容积）（Vs）余隙高度（顶隙）气缸工作容积（Vs)第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E气缸总容积（Va）压缩比（）第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E二、柴油机的类型按工作循环分四冲程和二冲程柴油机按是否增压分增压和非增压柴油机按转速分低速、中速和高速柴油机按活塞形式分筒型活塞和十字头式柴油机按气缸排列分直列式和V型柴油机按机器转向分右旋和左旋柴油机按是否逆转分可逆转和不可逆转柴油机第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E三、柴油机的型号生产厂家机型及标号含义技术特征国产船用柴油机6ESDZ43/82A6——气缸数ESDZ——技术特征43/82——气缸直径（cm）/活塞行程（cm）A——改进型号E——二冲程S——十字头D——可逆转Z——增压MAN-B&W公司6L60MC/MCE6——气缸数L——冲程形式（L：长冲程，S：超长冲程）60——气缸直径（cm）MC/MCE——技术特征

MC——船用等压增压E——经济型

第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E三、柴油机的型号生产厂家机型及标号含义技术特征SULZER公司12RND90MC12——气缸数R、D——技术特征90——气缸直径（cm）N——改进代号（N：新型，M：改进型，A：变型）R——焊接结构、二冲程、十字头D——直接反转，有推力轴承L——长冲程T——直流扫气三菱重工公司6UEC85/160C6——气缸数UEC——技术特征85/160——气缸直径（cm）/活塞行程（cm）

C——改进型号

U——二冲程、直流扫气E——废气涡轮增压C——十字头式第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E四.柴油机在船舶动力装置中的地位第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E1.船舶低速二冲程柴油机当前使用情况第一节柴油机总论

section1thepandectofD.E2.船舶四冲程柴油机当前使用情况第二节柴油机热力循环和工作原理

section2thermodynamiccycle&workingprincipleofD.E一、柴油机理论循环和实际循环二、四冲程柴油机工作原理三、二冲程柴油机工作原理四、二冲程柴油机换气形式一、柴油机理论循环和实际循环1.理论循环的描述2.研究的意义：--用公式说明各参数的关系，以明确提高理论循环热效率和平均压力的有效途径。--确定循环热效率的理论极限，以判断柴油机循环的完善程度。--利于比较各热力循环的经济性和动力性。柴油机热力循环和工作原理3.内燃机理论循环的三种基本形式--定容加热循环Otto，见图a。--定压加热循环Diesel，见图b。--混合加热循环Sabathe，见图c。4.理论循环热效率

t的影响因素：--压缩比

=Va/Vc--压力升高比

=pz/pc--初期膨胀比

=Vz/Vc柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理--工质绝热指数k结论：热效率随压缩比ε、压力升高比λ、工质绝热指数k的增加而提高,随初期膨胀比ρ的增加而降低

。5.理论循环平均压力pt的影响因素有：--pa压缩始点压力--ql单位工质吸入热量--Ta压缩始点温度--

t=1-(λρκ-1)/εk-1[λ-1+kλ(ρ-1)]结论：平均压力随压缩始点压力、单位工质吸入热量、及热效率的提高和压缩始点温度的降低而增加.柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理6.三种理论循环热效率比较:--若最高爆发压力和吸热量相同,则定压加热循环热效率最高,混合次之;--若压缩比和吸热量相同,则定容加热循环热效率最高,混合次之.柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理实际循环比理想循环热效率低、平均压力低,是因为它存在许多不可避免的损失:传热损失时间损失换气损失燃烧损失漏泄损失工质变化其他损失柴油机热力循环和工作原理二、四冲程柴油机工作原理进气行程压缩行程燃烧和膨胀行程排气行程进气阀一般在活塞到达上止点前打开，下止点后延迟关闭，进气持续角220－2500（CA)自排气阀在膨胀行程末提前打开，到上止点后关闭为止，持续约230－1600（CA)自上止点附近开始燃烧，只到活塞到下止点前结束，压力最高升到15MPa，温度最高升到1800℃自进气阀关闭开始压缩，到上止点为止，压力增高到3－6MPa，温度升高到600－700℃，持续140－1600（CA)柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理总结：四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要回转两转，每个工作循环中只有膨胀行程是对外做功的；四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，而是在上、下止点前后某一时刻，开启持续角都大于1800（CA）；提前开启和滞后关闭都是为了排气干净并增加空气吸气量，减少排气耗功；在上止点附近，进气阀和排气阀同时开启，叫做气阀重叠角。柴油机热力循环和工作原理特别要求：会看懂气阀正时圆图；理解气阀重叠角和燃烧室扫气的意义；知道增压柴油机和非增压柴油机气阀重叠角的比较。

柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理三、二冲程柴油机工作原理（二冲程柴油机都采用废气涡轮增压的方法提高进气压力）排、扫气过程压缩和燃烧膨胀过程活塞下行，排气口打开，一段时间后，进气口打开，直到活塞到BDC后又上行，之后进气口先关闭，排气口再关闭。自排气口关闭后直到上止点为压缩过程，上止点附近燃烧完毕。燃烧后直到活塞下行至排气阀打开为膨胀过程。柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理总结：二冲程柴油机每个工作循环曲轴转一转；进气过程在下死点附近完成，压缩行程小于1800（CA)，膨胀过程小于900（CA)，排气过程大于90小于1800（CA)；进气过程包含在排气过程中，进气的同时还可帮助排气，此称为扫气。柴油机热力循环和工作原理特别要求：一定要理解为什么二冲程柴油机一个工作循环，曲轴转一转；会分析二冲程柴油机的定时圆图；思考二冲程柴油机的压缩比与四冲程柴油机有何不同？柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较功率比较相同尺寸和转速时，二冲程功率为四冲程1.6－1.8倍；回转均匀性二冲程柴油机较均匀均匀维修保养二冲程柴油机较简单换气质量二冲程柴油机较差热负荷二冲程柴油机较高各自优越性提高功率方面，二冲程机优越；提高强化程度方面，四冲程机优越柴油机热力循环和工作原理四、二冲程柴油机的换气形式换气形式特点简单横流扫气进排气口为与气缸中心线的两侧回流式扫气进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的上方半回流扫气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气缸内兼有横流与回流的特点直流式扫气气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀柴油机热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理弯流与直流扫气的比较弯流扫气直流扫气换气质量弯流换气质量差直流换气质量好气缸受热受热不均匀，易产生变形受热均匀，不易变形可维修性结构简单，维修方便结构复杂，维修较困难柴油机热力循环和工作原理第三节柴油机的性能指标和工作参数

section3performanceindex&workingparameterofD.E

一、指示（indicative)指标

二、有效(effective)指标三、柴油机的工作参数第三节柴油机的性能指标和工作参数

section3performanceindex&workingparameterofD.E一、指示指标平均指示压力pi指示功率Pi指示热效率

I指示油耗率gi指示压力定义公式意义假定的一个不变的压力作用于活塞上,膨胀行程所做的功与一个循环的指示功相同pi=Li/(F*S)=Li/Vs

即是一个工作循环每单位气缸工作容积的指示功反应单位气缸工作容积的做功能力及工作的完善程度，评定柴油机工作循环动力性影响因素循环供油量（负荷的大小）燃烧质量指示功率定义公式柴油机汽缸内的工质单位时间内所做的指示功（1）单缸：Pi=piVs*(nm/60)=piVsnm/60(w)=piVs*nm/6000(kw)；（2）整机：Pi=piVs*nmi/6000(kw)；若负荷不均，则各缸的相加即得。指示热效率定义公式意义指示功的热当量与相应消耗的燃料热量之比值

i=3600Pi/BHu评定柴油机实际工作循环经济性的重要指标指示油耗率定义公式意义一千瓦指示功每小时消耗的燃油量bi=B/Pi评定柴油机实际工作循环经济性的重要指标第三节柴油机的性能指标和工作参数

section3performanceindex&workingparameterofD.E一、有效指标平均有效压力pe有效功率Pe有效热效率

e有效油耗率ge平均有效压力定义公式意义每一工作循环每单位气缸工作容积所作的有效功pe=Pe／Cni衡量柴油机作功能力的重要参数影响因素取决于工作循环进行的完善程度和机械损失的大小有效功率定义公式从柴油机曲轴飞轮端传出的功率Pe=Pi-Pm=Me·n/9550影响因素机械损失功率：摩擦损失功率拖动损失功率泵气损失功率有效热效率定义公式意义指曲轴有效功与所消耗的热量之比

e=i•

m评定柴油机经济性的重要指标有效油耗率定义公式意义每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油量be=B/Pe=bi/

m评定柴油机经济性的重要指标补充概念－

m定义公式意义有效功率与指示功率之比值

m

=Pe／Pi衡量柴油机机械损失功率大小影响因素取决于设计和制造质量负荷、转速、滑油温度与冷却水温度第三节柴油机的性能指标和工作参数

section3performanceindex&workingparameterofD.E三、柴油机工作参数最高燃烧压力排气温度活塞平均速度行程缸径比强化系数压缩比最高燃烧压力pz过大，使结构尺寸增大，柴油机笨重pz过大，使螺栓预紧力增大，结合面比压大pz过大，破坏润滑油膜，磨损加剧pz过大，冲击振动和噪声增大pz大些，对提高柴油机热效率降低油耗有利排气温度非增压柴油机：排气管内废气平均温度增压柴油机：气缸盖排气道出口处废气平均温度排气温度高低反映了缸内负荷的大小和燃烧质量的好坏通常排气温度最高不超过550℃活塞平均速度Vm=Sn/30影响柴油机机械负荷、热负荷和寿命为维持较长的寿命和适当的Vm值，采用长行程，以降低n，提高螺旋桨效率行程缸径比影响柴油机的尺寸和重量影响机械负荷影响热负荷影响混合气形成影响扫气效果影响曲轴刚度影响轴系的振动性能强化系数表示柴油机所受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度高速机大于低速机；四冲程机大于二冲程机压缩比影响经济性：

大则经济性好，但

超过12后，经济性则降低

影响机械负荷：

大则机械负荷大，此为上限限制影响燃烧和起动性能：冷车起动时，

越小，起动和燃烧时需要的转速就越高，此为下限限制课堂练习在转速、构造及功率相同下，二冲程机热效率比四冲程机A、高B、低C、相等D、随机型而异表征柴油机强化程度的参数是A、柴油机的输出功率B、柴油机的增压压力C、柴油机的转速D、活塞平均速度与平均有效压力的乘积第四节船用柴油机的发展

section4thedevelopmentofM.D.E.一、船舶柴油机的发展1776年瓦特蒸汽机1876年奥托四冲程煤气机1880年D.Clerk／J.Robson／K.Benz二冲程内燃机1892年RudolfDiesel压缩发火内燃机1897年MAN公司首次使用柴油机1904年柴油机首次用于船舶推进装置1927年在柴油机上正式使用Bosch喷油泵1927年MAN公司制造了废气涡轮增压器20世纪50年代中后期四项重大技术：大缸径、焊接结构、透平技术、劣质燃油20世纪60、70年代子控制技术的使用2000年以后智能型柴油机的使用三、现代船用大型低速柴油机的结构特点采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器增大行程缸径比S/D提高最高燃烧压力pz与平均有效压力pe之比增大压缩比ε采用可变喷油定时（VIT)机构（variationalignitiontiming)燃烧室部件普遍采用钻孔冷却结构

第四节船用柴油机的发展

section4thedevelopmentofM.D.E采用旋转式排气阀及液压式气阀传动机构采用薄壁轴承曲轴上增设轴向减振器焊接曲轴轴带发电机（PTO）（PowerTakeOff)第四节船用柴油机的发展

section4thedevelopmentofM.D.E三.船舶柴油机的现状和发展趋势

船用低速柴油机的主要参数机型RTA48TRTA58TRTA68TRT-FLEX60CS50MC-CS60MC-CS70MC-CS60ME-C

缸径（mm）480580680600500600700600

行程（mm）20002416272022502000240028002400

行程缸径比S/D4.174.174.03.754.04.04.04.0

转速（r／min）1241039211412710591105

活塞平均速度（m/s）8.38.38.38.558.58.48.58.4

平均有效压力（bar）18.218.218.219.519191919.0

最高燃烧压力（Mpa）14.214.214.215