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船舶柴油机讲义第一章船舶柴油机概述第一节柴油机的基本工作原理柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。
工作时，空气在气缸内被压缩而产生高温，使喷入的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，将热能转变为机械功。
柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀作功和排气等过程组成。
这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。
一、四冲程柴油机（非增压）的工作原理图1-1所示是四冲程柴油机的基本结构图。
工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。
活塞改变运动方向瞬时的位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。
离曲轴中心最远时的止点称上止点（T.D.C.），最近时的止点称下止点（B.D.C.）。
曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R。
连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L。
上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S。
活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S=2R。
活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积V S 。
S D V S ⨯π=24（1-1） 式中，D 为气缸直径（缸径）。
活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积、余隙容积）V C 。
气缸总容积V a 与燃烧室容积之比称压缩比ε。
cs c c s c a V V V V V V V +=+==ε1 （1-2） 用四个行程（曲轴回转两转）完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。
图1-2是四冲程柴油机的工作原理简图。
图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。
图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V 示功图。
图1-2 四冲程柴油机工作原理图1．进气行程活塞从上止点下行，进气阀打开。
由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。
为了能充入更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），气阀开启的延续角（图中阴影线部分）约为220˚～250˚CA。
第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的工作原理在各种动力机械中柴油机由于热效率最高，功率范围宽广，起动迅速，维修方便，运行安全，使用寿命长，因而得到广泛应用，在国民经济和国防建设中处于重要地位。
特别在船舶方面，柴油机作为主机和辅机更是占统治地位。
柴油机是目前世界上船舶使用最为普遍的动力装置，在一般大中型民用船舶中，有90%以上使用柴油机作为主推进装置，只有在一些军用船、特种船舶和个别货船（比如一些液化汽船和运煤船等）使用燃气轮机、蒸汽机等。
一、柴油机的基本概念1．热机热机是把热能转换成机械能的动力机械，它的基本工作原理是：燃料在一个特设的装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工质，然后将这种具有热能的工质导入发动机，把工质的热能转变为机械能。
显然在热机的工作过程中进行着两次的能量转换，即将燃料的化学能转变为热能再将热能转变为机械能。
根据燃料燃烧场所的不同，热机又可分为外燃机和内燃机两大类。
柴油机、汽油机、蒸汽轮机及蒸汽机是热机中较典型的机型。
2．外燃机与内燃机在外燃机中（如蒸汽机），燃料的燃烧发生在机器外部特设的锅炉中，燃料燃烧时产生的化学能转变为燃烧产物的热能，并将此热能通过锅炉壁传给水，使水变成蒸汽，再将蒸汽引入蒸汽机内，膨胀作功，使水蒸汽的热能转变为机械能推动机械运动。
在蒸汽机中推动机械做功的工质为水蒸汽，在燃气和水的热传递过程中存在着较大能量损失，因此外燃机的热效率相对较低。
往复式蒸汽机和蒸汽轮机属于外燃机。
在内燃机中燃料的燃烧是在机器内部进行的，燃烧产生的化学能转变为燃烧产物的热能，燃烧产物膨胀直接推动机械运动做功，燃烧产物（燃气）就是做功的工质。
显然在内燃机中两次能量的转换过程均发生在机器内部。
由于采用内部燃烧，从能量转换角度看，内燃机能量损失小，具有较高的热效率，另外，由于内燃机不需要庞大的外围锅炉设备，在尺寸和重量等方面比外燃机具有优越性，因而在与外燃机的竞争中处于有利地位。
内燃机按运转方式和使用燃料的不同可分为柴油机、汽油机、煤气机和燃气轮机等。
柴油机的定义与分类定义柴油机是一种内燃机，通过压缩空气使其温度升高，再喷入柴油进行自燃，从而驱动活塞运动产生动力。
分类根据工作循环、气缸排列、冷却方式等不同特点，柴油机可分为二冲程和四冲程、单缸和多缸、水冷和风冷等多种类型。
0319世纪末至20世纪初，柴油机诞生并初步应用于船舶和固定动力领域。
初期阶段20世纪中期，随着技术进步和工业化进程的加速，柴油机逐渐应用于汽车、工程机械等领域。
发展阶段20世纪末至今，随着电子控制、高压共轨等技术的应用，柴油机性能得到显著提升，应用领域不断拓展。
现代化阶段柴油机的发展历程柴油机是重型卡车、客车、船舶等交通工具的主要动力来源。
交通运输在建筑、采矿、农业等领域，柴油机为挖掘机、装载机、拖拉机等设备提供动力。
工程机械作为发电机组的动力源，柴油机在备用电源、移动电源以及分布式能源等领域发挥重要作用。
发电领域在坦克、装甲车、舰艇等军事装备中，柴油机是重要的动力来源。
军事装备柴油机的应用领域01机体组气缸体、气缸盖、气缸垫、油底壳02活塞连杆组活塞、活塞环、活塞销、连杆03曲轴飞轮组曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴曲柄连杆机构0102气门、气门座、气门导管、气门弹簧凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴气门组气门传动组配气机构燃油箱燃油滤清器输油泵喷油泵燃油供给系统储存燃油将燃油从油箱输送到喷油泵过滤燃油中的杂质将燃油压力提高，并按照发动机的工作顺序和负荷大小，定时、定量地向喷油器输送高压燃油将机油从油底壳吸出，并加压后输送到各个需要润滑的部件机油泵降低机油温度，保证机油的润滑性能机油冷却器过滤机油中的杂质和金属磨屑，保持机油的清洁机油滤清器调节主油道的机油压力，保证各部件得到良好的润滑油压调节阀润滑系统水泵驱动冷却液循环流动，保证发动机得到良好的冷却散热器将冷却液中的热量散发到大气中，降低冷却液温度风扇提高散热器的散热效率，保证发动机得到良好的冷却效果节温器控制冷却液的循环路线，使发动机在适宜的温度下工作冷却系统01020304活塞下行，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。
发动机知识培训讲义(五) 柴油发动机1.柴油机工作原理柴油发动机是一种压燃式发动机,压燃式发动机吸入气缸的是纯净的空气,并被压缩到很高的温度,柴油经喷射装置以高压喷入气缸并与高温空气混合着火燃烧,对外作功，从而将化学能转变为机械能。
柴油发动机的优点是：燃油消耗低，较低的有害废气排放。
柴油发动机有四冲程也有二冲程的，汽车使用的柴油机多为四冲程。
柴油机工作循环（四冲程）第一冲程活塞由上死点向下运动，将空气经打开的进气门吸入气缸，故而称之为进气冲程。
第二冲程活塞由下死点向上运动，进、排气门关闭，气缸内的空气以14:1-24:1的压缩比被压缩，空气升温至800℃，在压缩行程结束时，喷油器以接近1500巴的压力将柴油喷入气缸。
该冲程称之为压缩冲程。
第三冲程在一定的发火延迟后，雾化的燃油与空气混合自行发火燃烧，气缸内空气压力迅速升高，推动活塞下行对外作功。
该冲程称之为作功冲程。
第四冲程活塞向上运动，排气门打开，燃烧的废气被排出气缸。
该冲程称之为排气冲程。
然后，新鲜的空气再次被吸入，一个新的工作循环由开始了。
2.柴油发动机的总体构造柴油机由许多机构和装置组成,其机构型式很多,不同机型每一种机构的机构不一定相同,但这些机构的共同的目的是使发动机能很好的进行工作循环,将燃烧产生的热能转变为机械能,保证发动机长期正常工作。
发动机由下列机构和系统组成：1．机体机体构成发动机的骨架，所有的运动件都装在它上面，而且其本身的许多部分又分别为曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系的组成部分。
汽缸盖和汽缸壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温与高压的机件。
2．曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机的主要运动件，它们的作用是将活塞在气缸中往复运动转变为曲轴的旋转运动，在膨胀行程中气缸内气体对活塞顶的压力通过曲柄连杆机构的传递变成扭矩输出，因此它是往复式发动机传递动力的机构。
3．配气机构配气机构的作用是使新鲜空气及时冲入气缸并从气缸及时排出废气。
柴油机讲义一、基本术语1、上止点—活塞离曲轴回转中心最远处，通常及活塞的最高位置；2、下止点—活塞离曲轴回转中心最近处，通常及活塞的最低位置；3、活塞行程（S）—上下两止点间的距离；4、冲程—活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程；5、气缸工作容积—上下止点之间的容积；6、排量—发动机所有气缸工作容积之和；7、压缩比—气缸总容积与燃烧室容积之比；二、发动机的工作原理定义：发动机的功能是将燃料在气缸内燃烧使其热能转换成机械能，从而输出动力。
能量的转换是通过不断地依次反复进行“进气—压缩—做功—排气”四个连续过程来实现的，每进行这样一个连续过程就叫做一个工作循环。
1、进气冲程—活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启。
活塞移动的过程中，气缸内的容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经过虑芯的空气通过进气门进入气缸。
直至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。
2、压缩冲程—进气冲程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，气缸容积逐渐减小，由于进排气门均关闭，气体被压缩，气缸内温度上升，直至活塞到达上止点时，压缩结束。
3、做功冲程—在压缩冲程末，高压油嘴喷出高压燃油与空气混合，在高温、高压下混合气体迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动做功，至活塞到下止点时，做功结束。
4、排气冲程—在做功冲程结束时，排气门被打开，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，被排出气缸，直至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。
排气冲程终了时由于燃烧室容积存在，气缸内还存少量废气，气体压力也因排气门和排气管的阻力而仍高于大气压。
三、动机的总体构造柴油机由两大机构四大系统组成。
1、曲柄连杆机构—曲柄连杆机构主要由构成气缸的机体、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。
由发动机的工作循环可知，混合气在气缸内燃烧产生的高压是通过活塞、连杆、曲轴而变为有用的机械能输出的；反之，工作循环的准备过程也是由曲轴通过连杆通过活塞作往复运动来实现的。
可见，曲柄连杆机构是发动机维持工作循环，实现能量转换的核心。
2、配气机构—为使发动机的工作循环能够连续进行，必须定时地开闭气门，以便向气缸内充入新鲜气体和排出废气。
它主要由气门和控制气门开闭的凸轮轴及其他传动件等组成。
3、燃料供给系—从发动机的工作循环可知，柴油机要向气缸内提供纯空气并在规定时刻向气缸内喷入燃油。
另外，需要将燃烧完的废气按规定的管路导出。
柴油机的燃料供给系主要由燃油箱、喷油泵、喷油器、进、排气管、虑清器等组成。
4、润滑系—发动机内部有很多高速运动的摩擦表面，为了减小摩擦阻力和减缓磨损，需要向这些摩擦表面提供润滑油。
润滑系主要由油底壳、机油泵、油道、虑清器等组成。
5、冷却系—发动机工作时，气缸内气体燃烧的热量在使气体膨胀做功的同时，不可避免地将会加热与它相接触的机件，为了保持正常的工作温度，需将机件的多余热量散发出去。
冷却系有水冷和风冷两种，水冷主要由散热器、风扇、水泵、水套等组成；风冷主要由风扇、散热片等组成。
6、启动系—发动机开始运转的第一个工作循环的准备过程，必须有外部动力带动曲轴旋转，启动系主要由起动机及其附属装置等组成。
四、四冲程发动机的工作循环1、进气冲程2、压缩冲程3、做功冲程4、排气冲程五、配气相位1、概念对于一个四冲程发动机来说，它的一个工作循环使曲轴旋转两周，即720度。
为了方便，我们把进、排气过程都看作是在活塞的一个冲程内完成即曲轴旋转180度，也就是气门开关时刻是在活塞的上下止点处。
而实际情况是，发动机转速极高，一个冲程的时间极短，如一个四冲程发动机转速为2300r/min,一个冲程的时间只有0.013S，再加上凸轮驱动气门开启需要一个过程，气门全开的时间就更短了，这样短的时间是很难做到进气充分，排气干净的。
为了改善换气过程，提高发动机的性能，实际上气门的开启和关闭并不恰好在活塞的上下止点，而是适当的提前和滞后，以延长进排气时间。
用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。
配气相位的各个角度可用配气相位图表示。
2、进气门的配气相位2.1进气提前角——在排气冲程接近终了，活塞达到上止点之前，进气门便开始开启。
从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，用α表示。
进气门早开，使活塞到达上止点开始向下移动时，进气门已有一定的开度，可以较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。
2.2进气滞后角——在进气冲程下止点过后，活塞有上行一段，进气门才关闭。
从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气滞后角，用β表示。
进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。
3、排气门的配气相位3.1排气提前角——在做功冲程的后期，活塞到达下止点之前，排气门便开始开启。
从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角，用γ表示。
恰当的排气门早开，气缸内的压力很低，做功的作用已经不大，但利用此压力可使气缸内的废气迅速地自由排出，使排气冲程所消耗的功率大为减小。
此外，高温废气的早排，还可防止发动机过热。
3.2排气滞后角——在活塞越过上止点后，排气门才关闭。
从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气滞后角，用δ表示。
由于活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，且废气流有一定的惯性，排气门适当的晚关可以使废气排得较干净。
六、气门间隙调整1、气门调整的原则挺杆（或摇臂）必须落在凸轮的基圆上才可调整。
由于气门开始开启和开始关闭时挺杆（或摇臂）是在凸轮的缓冲段内的某点上，而且配气相位往往产生一定的偏差，所以不仅气门开启过程不能调，而且将要开启和刚关不久的一段时间内也不能调，即：正在进气、将要进气、进气刚完的进气门不能调；正在排气、将要排气、排气刚完的排气门不能调。
2、用配气相位图分析可调气门2.1画出该机的配气相位图，并依次标出1缸压缩终了时，各缸曲拐相对于其上止点的位置。
2.2标法：在配气相位图上，根据发动机的工作顺序和做功间隔角，按曲轴旋转相反的方向，从上止点开始依次标注。
如DEUTZ柴油机的工作顺序为1、5、3、6、2、4，各缸工作间隔角为720/6＝120度，按反时钟方向（即凸轮轴）旋转方向，将各缸曲拐位置标注在其配气相位图上。
2.3第一缸压缩终了时，各缸所处的工作过程：第5缸压缩、第3缸进气、第6缸排气终了、第2缸排气、第4缸做功。
观察各缸所处的位置与配气相位各角度的距离，根据可调与不可调的原则，可分析哪些气门可调：1缸,压缩终了，双门关闭，均可调；5缸，压缩过程，进气门刚关闭不可调，排气门离“排开”和“排关”很远，可调；3缸，进气过程，进气门不可调，排气门距“排关”很远，可调；6缸，排气终了，双门叠开，均不可调；2缸，正在排气，排气门不可调，，进气门距“进开”很远，可调；4缸，做功过程，排气门距“排开”很近，将要排气，排气门不可调，进气门距“进开”和“进关”很远，均可调。
列举DEUTZ发动机说明。
8V100型内燃机工作顺序为1－8－4－3－6－5－7－2。
太拖ⅢV型柴油机的工作顺序为1－8－5－10－3－7－6－11－2－9－4－12，间隔角为45度和75度。
十二缸以上的发动机，与一缸前后相邻的两缸因距“进关”“排开”都较远，所以双门也都可调。
2.4规律●无论几缸发动机，图的左面（活塞上行），里圈均为压缩，外圈均为排气；右面（活塞下行），里圈均为进气，外圈均为作功。
●1缸做功开始时，除第一缸双门可调外，其后第一圈内顺序做功的各缸（里圈）排气门可调，第二圈内顺序做功的各缸（外圈）进气门可调。
3、双排不进调整法如将发动机的工作顺序排成如图5所示的环形图，则1缸做功开始时，在配气相位图中第一周和第二周做功的缸号，便分别排在环形图的上方（可调排气门）和下方（可调进气门），分四段来判别气门的可调性。
七、单体泵的更换1.垫片的更换（1）我们一般采取选用单体泵上的A值相近的原则来操作。
如旧单体泵上的A=58，那么我在选新的单体泵时一般选与58相近A值，一般新旧单体泵A值的误差控制在5以内。
（2）若新单体泵当中没有与旧单体泵A值相近的单体泵，那么我们采用重新计垫片厚度方法进行调整。
Z1 +A1/100=Z2+A2/100（3）单体泵的拆卸。
将压板螺栓松开，转动曲轴，当该缸的B轮转到凸圆位置处，单体泵会自动弹出。
注意：如果同时拆多个缸的单体泵时，要注意将每个缸的单体泵和垫片做上相应的标识，不要混淆。
（4）单体泵的安装A.将调整齿条放到停车位置B.将凸轮轴转到基圆位置，将合适的垫片放入挺柱槽中，同时将控制油门的齿条拨到最小的供油位置。
C.将单体泵的油量调节拨叉拨至油量最少位置（靠近黑色螺钉端），且在O形圈四周涂上些润滑油，将拨叉对准齿条槽，压入单体泵（注意：一定要保证拨叉落槽）。
D.如条件允许，可采取扭力扳手先逆时针后顺时针方法消除间隙，如无，则直接将压板压紧即可，拧紧力矩为7Nm,10Nm,30Nm。
（误操作的案例，如旋的角度过大，可能导致柴油机无法熄火）。
八、风扇皮带轮的拆卸风扇皮带轮螺栓是采用正丝扣，长时间使用后，螺栓会相当紧。
拆卸前我们首先用煤油浸泡数小时（因为煤油的渗透能力特别强），再用E20（内六花）的套筒拆卸。
如果工地条件有限，也可采用高强的16mm的重型套筒拆卸。
九、活塞连杆组的装配1.活塞销采用全浮式，不需对活塞进行加热；2.活塞顶部有记号的一端应朝向飞轮端；3.连杆的有定位销的一侧也应朝向飞轮端；4.活塞环第一道为锥面环，第二道为梯形环，第三道为油环，内切口朝向上安装；5.连杆瓦盖螺栓拧紧力矩为30N·m+60。
+60。
十、缸盖螺栓的拧紧1.从中间向两边对称地交替拧紧；2.拧紧力矩为50 N·m+130 N·m+90。
，拧紧90。
时是在缸盖及螺栓；3.缸盖及螺栓上做垂直90。
的记号。
十一、主轴承螺栓的拧紧1、从中间一道开始预紧2、分三步50Nm+60º+60º十二、气缸工作情况的检查3、声音判断：可一用一金属棒接触缸盖喷油器位置听声音，正常为清脆而均匀的金属敲击声，若某缸声音底沉或不连续，4、说明该缸供油少或燃烧不良；若声音粗暴则说明供油量偏大或供油时间过早；若进气门漏气，则在空气滤清器处会听到“拍拍”声，同时该缸的进排气管的温度都比其它缸的温度要高些；若排气门漏气，则可燃气体会从排气管窜出，在该缸的排气管处会听到“扑扑”声；若排气管“放炮”声，是供油时间过迟、供油过多、喷油器滴油所致，夜间还回看到排气管冒火现象；气门间隙过大，在怠速时会有明现有规律的“的哒”声。
