第二章第三节柴油机的工作系统

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。

柴油机基础知识第一章柴油机基础知识第一节柴油机概述内燃机是一种复杂的能量转换机器。

随着技术水平的不断提高，各种类型内燃机的构造及其布置也就各有差异。

往复活塞式内燃机的基本构造，都由下列二个机构和五个系统所组成。

以柴油作燃料,当空气在气缸内受压缩而产生高温，使喷入的柴油自然，燃气膨胀而作功的内燃机，称为柴油机。

我国现生产柴油机的功率覆盖面为2.2—47280KW，柴油机的气缸直径65—900mm，转速5.6—4400r/min。

特点：易于起动、操作维护方便、结构紧凑、体积小、重量轻、便于运输安装、经济性好、使用范围广，是较理想的动力机械，广泛用作发电、船舶、排灌、汽车、拖拉机和工程机械等动力。

第二节柴油机分类按照工作循环分类：二冲程柴油机和四冲程柴油机；按照气缸数量分类：单缸柴油机和多缸柴油机；按照汽缸排列方式分类：立式、卧式、直列式、斜置式、V形、X形、W形、对置汽缸、对置活塞等；按照冷却方式分类：水冷柴油机和风冷柴油机；按照进气方式分类：自然吸气式和增压式；增压式可分为：低增压、中增压、高增压和超高增压等；按照曲轴转速分类：高速机、中速机、低速机；按照用途分类：固定式、移动式；第三节柴油机工作原理按照一定规律，不断地将柴油和空气送入气缸，柴油在气缸内着火燃烧，放出热能，高温高压的燃气推动活塞作功，将热能转化成机械能。

四冲程柴油机的正常运转通过以下四个工作过程来完成;进气过程: 活塞由上止点移动到下止点，即曲轴的曲柄内0°转到180°(活塞位于第一冲程上止点时，曲轴的曲柄位置定为0°)。

在这个冲程中，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。

压缩过程: 活塞由下止点移动到上止点，即曲柄由180°转到360°。

在这个冲程中，气缸内的气体被压缩;燃烧膨胀过程（工作过程）: 活塞再由上止点移动到下止点，即曲柄由360°转到540°。

在这个冲程中燃气膨胀做功，所以又称为工作冲程或做功冲程。

柴油机概述一,定义:柴油机是用柴油作燃料的内燃机。

柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。

柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。

然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。

燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功二:历史法国出生的德裔工程师鲁道夫,狄塞尔，在1897年研制成功可供实用的四冲程柴油机。

1)1905年制成第一台船用二冲程柴油机。

2)1922年，德国的博世发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。

3)二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。

4)二十世纪50年代，柴油机进入了专业化大量生产阶段。

特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。

三,分类柴油机种类繁多。

1! 按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。

②按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。

③按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。

④按转速可分为高速(大于1000转／分)、中速（300～1000转／分）和低速（小于300转／分）柴油机。

⑤按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。

⑥按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。

⑦按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。

⑧按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机、发电用柴油机、固定动力用柴油机。

⑨按供油方式可分为机械高压油泵供油和高压共轨电子控制喷射供油。

⑩按气缸排列方式可分为直列式和V形排列,水平对置排列,W型排列,星型排列等.11 按功率大少可分为小型（200）中型（200-1000）大型（1000-3000）特大（3000以上）四,世界最大柴油机瓦锡兰苏尔寿Wartsila-sulzer 14RT-flex96-C 配4台ABB TPL85增压器两冲程4涡轮增压14缸柴油共轨电喷发动机单缸排气量1820升单杠功率7780马力总功率108920 马力整机重1300吨最佳工况每小时耗油6400升柴油机基本理论1 无论结构简单还是复杂的柴油机，主要都是由下列机构和系统组成的:1、曲柄连杆机构（包括：气缸体、曲轴、连杆、活塞、缸套、缸盖等零部件）。

第二章柴油机电子控制系统第一节柴油机电子控制系统的组成及工作原理一、柴油机电子控制系统的组成柴油机电子控制系统由信号输入装置、电子控制单元ECU和执行器三部分组成。

1、信号输入装置（1）加速踏板位置传感器用来检测加速踏板的位置，此信号输入ECU后与转速信号共同决定柴油机的喷油量及喷油提前角，是柴油机电子控制系统的主要控制信号。

（2）转速传感器，曲轴位置传感器用来检测发动机转速或曲轴位置，与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角，是柴油机电控系统的主要控制信号。

（3）泵角传感器：检测喷油泵凸轮轴转角，与曲轴位置传感器配合共同控制喷油量，并保证在喷油正时改变时不影响喷油量。

（4）着火正时传感器：检测燃烧室开始燃烧的时刻，修正喷油正时。

（5）冷却液温度传感器检测发动机水温修正喷油量及喷油正时。

（6）进气温度传感器：检测进气温度，修正喷油量及喷油正时。

（7）进气压力传感器：检测进气压力，以修正喷油量及喷油正时。

（8）溢流环位置传感器：检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环的位置。

（9）正时活塞位置传感器：检测电子控制正时器正时活塞的位置，将喷油正时提前量信号输入ECU。

（10）控制杆位置传感器：检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆的位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给电脑。

（11）控制套筒位置传感器：检测电子控制分配式喷油泵调速器中控制套筒位置，将燃油喷射量的增减信号反馈给ECU。

（12）E/G开关：发动机点火开关信号，向ECU输入发动机工作状态信号。

（13）A/C开关向ECU输入空调工作信号，是怠速控制信号之一。

（14）动力转向油压开关：检测动力转向管路油压的变化，是怠速控制信号之一。

（15）空档起动开关：向ECU输入自动变速器是否处于空档位置信号，是怠速控制信号之一。

2、电子控制单元ECU是一个综合控制装置，具有如下功能：（16）接受传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考基准电压：2V 、5V、9V、12V。

第二章 柴油机的总体结构及主要零部件因柴油机是一种往复式压缩发火的内燃机，所以其总体结构及主要零部件都是围绕完成此功能而设置的。

柴油机是推动船舶前进的根本动力设备，了解其结构组成及功能，做好维护管理工作是极其重要的。

统计表明，船用柴油机主要零部件发生的故障占柴油机故障总数的90％左右，而其中近一半的故障又集中发生在燃烧室部件上。

这些故障直接影响柴油机的技术性能指标，与航行安全密切相关。

第一节 柴油机的总体结构概述一、总体结构示意图，如图2-1所示。

二、柴油机的基本组成船用柴油机结构比较复杂，它由许多零件、机构和系统组成。

尽管各柴油机厂商制造的柴油机结构、型号各不相同，但他们在工作原理和总体结构上有很多共同之处。

柴油机主要由以下部件和系统组成：1．主要固定件柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸体和气缸盖等组成。

中小型柴油机常将气缸空冷器机座曲轴 机架 十字头 缸套 活塞 活塞杆连杆大端轴承 图2-1 船用柴油机总体结构示意图体和机架做成一体称为机体，并用轻便的油底壳代替机座。

它们构成了柴油机的骨架，支撑着运动件和辅助系统。

2．主要运动件柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，对于大型低速柴油机还有十字头组件。

活塞的顶部、气缸套的内壁以及气缸盖的底部共同组成了燃烧室空间，既保证了柴油机工作过程的顺利进行，又将活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的回转运动，从而将燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外传递。

3．动力和辅助系统（1）起动系统起动系统是借助于外力带动曲轴回转，并使其达到一定的转速，由活塞压缩气缸内气体使其具有足够的温度和压力，以实现柴油机的第一次发火燃烧，由静止转入工作状态。

柴油机起动的方式大致有两种：一种是借助于外力矩使曲轴转动起来，如人力手摇起动、电机起动和气马达起动等；另一种是借助于加在活塞上的外力推动活塞使曲轴旋转起来，如压缩空气起动。

目前远洋船舶上的柴油机起动系统普遍采用压缩空气起动系统，它由空气压缩机、主空气瓶、主起动阀、空气分配器、起动控制阀和气缸起动阀组成。

柴油机的工作原理柴油机是一种内燃机，其工作原理是通过将柴油燃料与空气混合后，在高温高压的环境下进行自燃，从而产生动力。

下面将详细介绍柴油机的工作原理。

1. 压缩冲程：柴油机的工作循环分为四个冲程，即进气、压缩、燃烧和排气冲程。

首先是压缩冲程，在这个冲程中，活塞向上运动，将进入气缸的空气压缩，使其温度升高。

2. 燃油喷射：在压缩冲程的末端，柴油燃料通过喷油器喷入气缸中，喷油器会将燃油雾化成微小的颗粒，使其更容易与空气混合。

3. 自燃燃烧：当柴油燃料喷入气缸后，由于高温高压的环境，燃油会迅速蒸发并混合气缸内的空气。

随着活塞继续向上运动，燃油与空气混合物会达到自燃温度，引发自燃燃烧。

4. 排气冲程：在燃烧冲程完成后，活塞再次向下运动，将燃烧产生的废气排出气缸，同时准备进行下一次的进气冲程。

5. 燃油供给系统：柴油机的燃油供给系统包括燃油箱、燃油泵、喷油器等部件。

燃油泵负责将柴油从燃油箱中抽取，并提供足够的压力将燃油送入喷油器。

6. 空气供给系统：柴油机的空气供给系统包括进气道、进气滤清器、增压器等部件。

进气滤清器用于过滤进入气缸的空气，保证其干净无杂质。

7. 点火系统：柴油机的点火系统与汽油发动机不同，柴油机采用的是压燃式点火，即通过高温高压的环境使燃料自燃。

因此，柴油机无需点火器件。

8. 冷却系统：柴油机工作时会产生大量的热量，为了保持发动机的工作温度在合适的范围内，柴油机配备了冷却系统，通过冷却液循环来吸收和散发热量。

9. 润滑系统：柴油机的润滑系统用于减少摩擦，降低零部件的磨损。

润滑油通过油泵供给到发动机各个部件，并在工作过程中形成一层润滑膜，减少金属间的直接接触。

总结：柴油机的工作原理是通过压缩冲程、燃油喷射、自燃燃烧和排气冲程等步骤完成的。

它的燃油供给系统、空气供给系统、点火系统、冷却系统和润滑系统等配套设备保证了柴油机的正常运行。

了解柴油机的工作原理有助于我们更好地理解其性能特点和维护保养。

柴油机燃料供给系统柴油发动机是以柴油为燃料的发动机.本章重点研究的是柴油发动机的燃料供给系统，将对系统的组成、工作原理、主要零部件构造,常见故障诊断与排除、电控系统简介等几方面加以介绍。

第一节柴油机燃料供给系统的组成和工作原理学习目标1。

了解柴油机的功用和组成2。

掌握燃烧室的结构和特点一、柴油机燃料供给系统的组成1。

功用⑴完成燃料的储存、滤清和输送工作；⑵根据不同工况的要求以一定压力及喷油质量，将燃油定时定量的喷入燃烧室,与空气迅速形成良好的混合气并燃烧；⑶根据柴油机的负荷变化自动调节循环供油量,以保证柴油机的稳定运转,尤其是稳定怠速，限制超速；⑷将燃烧后的废气从气缸中导出并排入大气中。

2.组成如图7-1所示，柴油机燃料供给系由空气供给装置、燃油供给装置、混合气形成装置、废弃排出装置四部分组成.⑴空气供给装置：由空气滤清器、进气管道等组成，有的还有增压器；⑵燃油供给装置:由喷油泵、喷油器、调速器、柴油箱、输油泵、油水分离器、柴油滤清器、喷油提前器高、低压油管等辅助装置；⑶混合气形成装置：燃烧室；⑷废气排出装置：由排气管道及排气消声器组成。

图7-1柴油机燃料供给系统1一低压油管；2一柴油滤清器;3一喷油泵；4一输油泵;5一柴油箱；6一回油管;7一喷油器；8一高压油管当柴油机工作时，输油泵从燃油箱吸出柴油，经油水分离器除去柴油中的水分，再经柴油滤清器滤除柴油中的杂质，然后输入喷油泵。

在喷油泵内，柴油经过增压和计量之后，经高压油管供入喷油器，最后通过喷油器将柴油喷入燃烧室。

喷油泵前端装有喷油提前器，后端与调速器组成一体。

输油泵供给的多余柴油及喷油器顶部的回油均经回油管返回燃油箱。

3.燃烧室（1)定义:当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。

（2)分类:分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。

统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。

燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配,以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。