船舶柴油机的基本知识讲解

模块三燃油喷射与燃烧重点：喷油设备的工作原理、结构组成、检查调整、主要故障及管理。

难点：供油规律、喷油规律及影响因素，回油阀调节式喷油泵的检查与调整，燃烧过程、影响因素及控制措施。

对柴油机燃烧的要求可概括为及时（在上止点前后发火并燃烧完毕）、完全、平稳（燃烧过程柔和无敲缸现象）和空气利用率高。

影响燃烧的因素有：燃油品质及喷射、空气（数量与涡动）和压缩温度。

单元一燃油一、燃油的成分及组成碳燃油大量来自石油产品。

石油故称为烃类化合物氢提炼燃油工艺：蒸馏、裂化、催化裂化、加氢裂化。

常压蒸馏：（360-370°）可分离汽油、煤油、轻柴油、重柴油。

蒸馏减压蒸馏：（410°）分离出重柴油和润滑油。

脂肪烃自燃温度低，自燃性能好，易燃烧。

烃环烷烃自燃温度较脂肪烃高，自燃性能也比脂肪烃差。

芳香烃自燃温度最高，自燃性能差，易结碳，不宜作为燃料。

二、燃油的理化性能指标及其影响因素影响燃油燃烧性能指标（十六烷值、柴油指数、馏程、发热值、密度和粘度）；燃油的质量指标影响燃烧产物构成指标（硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠的含量）；影响燃油管理工作指标（粘度、密度、闪点、凝点、浊点、倾点、水分、机械杂质）。

1．十六烷值表示自燃性能的指标。

十六烷值越高，其自燃性能越好，但应适当。

十六烷值过低，会使燃烧过程粗暴，甚至在起动或低速运转时难以发火；十六烷值过高，易产生高温分解而生成游离碳，致使柴油机的排气冒黑烟。

通常高速柴油机使用的燃油十六烷值在40～60之间，中速机在35～50之间，低速机十六烷值应不低于25。

2．柴油指数3．馏程馏程就是在某一温度下燃油所能蒸发掉的百分数，它表明了燃油的蒸发性，也表明燃油轻重馏分的组成。

轻馏分的蒸发速度比重馏分快，能与空气较快混合，滞燃时间短，燃烧较快。

4．粘度粘度表示流体的内摩擦，即燃油流动时分子间阻力的大小。

燃油的粘度通常以动力粘度、运动粘度、条件粘度等表示。

接绝对粘度：动力粘度和运动粘度粘度恩氏粘度相对粘度雷氏粘度塞氏粘度燃油的粘度对于燃油的输送、过滤、雾化和燃烧有很大影响。

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。

船舶柴油机的工作原理引言概述：船舶柴油机是船舶主要的动力装置，它以柴油为燃料，通过内燃机原理将化学能转化为机械能。

本文将详细介绍船舶柴油机的工作原理，包括燃料供给系统、压缩系统、燃烧系统和排气系统。

一、燃料供给系统：1.1 燃油系统：船舶柴油机的燃油系统由燃油箱、燃油管路和燃油喷射装置组成。

燃油箱储存柴油，通过燃油泵将柴油送至燃油管路，再由喷射装置喷入燃烧室。

燃油系统需要保证燃油的供应稳定、压力适宜，以保证柴油机的正常运行。

1.2 空气供给系统：船舶柴油机的空气供给系统包括进气道、进气阀和增压器。

进气道将外部空气引入柴油机，进气阀控制空气的进出，增压器能够提高进气道中的空气压力，提高柴油机的效率。

空气供给系统需要保证足够的空气流动，以支持柴油机的燃烧过程。

1.3 冷却系统：船舶柴油机的冷却系统用于降低柴油机的温度，以保证其正常运行。

冷却系统包括水泵、散热器和冷却液。

水泵将冷却液循环输送至柴油机各个部件，散热器通过散热将冷却液中的热量散发出去。

冷却系统需要保持冷却液的循环流动，以保持柴油机的工作温度。

二、压缩系统：2.1 活塞与缸体：船舶柴油机的压缩系统由活塞和缸体组成。

活塞在缸体内往复运动，通过气门控制进入和排出缸体的气体。

活塞在上行过程中将空气压缩，增加其压力和温度。

2.2 气门系统：船舶柴油机的气门系统包括进气气门和排气气门。

进气气门控制空气的进入，排气气门控制燃烧产物的排出。

气门系统需要保证气门的开闭准确，以确保压缩系统的正常工作。

2.3 压缩比：船舶柴油机的压缩比是指活塞在下行过程中与上行过程中缸体容积的比值。

压缩比越高，压缩系统的效率越高，燃烧效果越好。

压缩比的选择需要综合考虑柴油机的功率需求和燃烧特性。

三、燃烧系统：3.1 喷油器：船舶柴油机的燃烧系统中的关键部件是喷油器。

喷油器将高压柴油喷射到燃烧室中，形成可燃混合物。

喷油器需要保证喷油的压力和喷油量准确，以保证燃烧的效果。

3.2 燃烧室：船舶柴油机的燃烧室是燃烧过程发生的地方。

船用柴油机船用柴油机是一种广泛使用于船只的内燃机，能够为船只提供动力。

本文将介绍船用柴油机的工作原理、特点、应用领域以及相关发展趋势。

一、船用柴油机的工作原理船用柴油机是一种内燃机，通过将柴油燃料与空气混合后，经过压缩和点火，从而产生高温高压的气体，驱动活塞运动，最终转化为机械能，提供船只的动力。

船用柴油机的工作原理可以概括为四个过程：进气、压缩、燃烧和排气。

在进气过程中，气缸内的活塞向下运动，使气缸内的空气通过气门进入气缸；在压缩过程中，活塞向上运动，将气缸内空气压缩；在燃烧过程中，燃油喷入气缸并点火，使燃油燃烧产生高温高压气体，驱动活塞运动；在排气过程中，废气通过排气门排出气缸。

这样循环不断重复，实现了发动机的连续工作。

二、船用柴油机的特点1. 高效：船用柴油机具有较高的热效率和机械效率，能将燃料的能量转化为动力输出，使船只拥有更好的性能和经济性。

2. 节能环保：船用柴油机燃烧过程中产生的废气相对较少，废气排放比较洁净，对环境污染较小；同时，船用柴油机的燃油消耗相对较低，能够实现节能目标。

3. 动力强劲：船用柴油机具有较高的功率和扭矩输出，能够满足船只在各种航行工况下的动力需求。

4. 可靠性好：船用柴油机具有结构简单、故障率低、使用寿命长等特点，能够在极端的船舶环境下稳定工作。

三、船用柴油机的应用领域船用柴油机广泛应用于各类船只，包括商船、客船、客货混合船、渔船、海洋工程船、军舰等。

根据船只的规模和用途不同，船用柴油机的功率、尺寸和性能也有所差异。

在商船领域，船用柴油机主要应用于集装箱船、散货船等，为船只提供稳定可靠的动力；在客船领域，船用柴油机被广泛应用于邮轮、客运船等，为乘客提供舒适的航行体验；在海洋工程领域，船用柴油机被用于海洋勘探、海上钻探等项目，为工作船只提供强大动力支持。

四、船用柴油机的发展趋势随着船舶行业的发展和环保意识的增强，船用柴油机也在不断发展和创新。

以下是船用柴油机的一些发展趋势：1. 清洁能源：为了减少船舶对环境的污染，船用柴油机逐渐向清洁能源过渡，采用LNG（液化天然气）等低碳燃料代替传统柴油，减少污染物排放。

第三章燃油喷射与燃烧柴油机的燃油喷射系统是柴油机最重要的系统之一，其主要功能是为柴油机缸内混合气的形成与燃烧提供所需的燃料。

它对柴油机的燃烧以及柴油机的动力性、经济性、可靠性、排放特性和起动性能等一系列性能指针具有直接的影响。

自柴油机诞生以来，柴油机的燃油喷射与燃烧一直受到人们的密切关注，对此进行了大量的研究。

现代测试技术与测试手段的发展与使用，把柴油机的燃油喷射与燃烧研究提高到一个崭新的阶段，使人们对柴油机燃烧过程有了更深刻的了解，推动了柴油机开发与制造技术的发展。

船舶柴油机目前使用的燃料主要有轻柴油、重柴油、重油及渣油等四类。

要使它们在缸内着火并燃烧并不困难，但要使其燃烧过程与活塞运动密切配合并获得较高的柴油机动力性及经济性却不是一件容易的事。

对柴油机燃烧的要求可大致概括为及时（在上止点前发火并迅速燃烧）、完全、平稳（燃烧过程柔和，无燃烧敲缸现象）和空气利用率高。

由于柴油机燃烧过程的进行时间极为短暂，通常为毫秒量级，而且燃油在燃烧之前必须经历燃油喷射、雾化并与空气混合成可燃混合气等一系列复杂的准备过程，才能最后以气态形式发火燃烧，这就要求燃油雾化、空气运动及燃烧室三者之间的合理匹配才能完成。

根据柴油机的压缩发火特点，欲完成一次缸内燃烧必须在压缩行程末期把燃油高压喷入气缸并与缸内的新鲜空气混合成可燃混合气（内部混合），然后在足够高的压缩温度下发火并燃烧。

由此可见，影响柴油机燃烧的基本因素有：燃油品质和喷射质量、缸内空气数量和运动状态以及压缩温度。

在柴油机设计与管理中为保证柴油机具有良好的燃烧质量，均应保证上述因素最佳匹配。

第一节燃油柴油机的燃油大多来自石油产品。

天然石油提炼燃油的工艺主要是蒸馏，其次是热裂化、催化裂化和加氢裂化。

蒸馏法是根据石油的不同组分有不同的沸点而在不同的温度下分馏出不同的油品。

常压蒸馏(称直馏)在360 ℃～370℃下进行，先后分馏出汽油、煤油、轻柴油和重柴油。

剩下的重油（馏分在350℃以上）再送入410℃下减压蒸馏，并先后分馏出重柴油和润滑油。

船舶柴油机使⽤及维护重点（船舶动⼒专业）模块⼀柴油机的基本知识1.柴油机的定义；柴油机是⼀种压缩发⽕的往复式内燃机。

柴油机使⽤挥发性较差的柴油或劣质燃油作燃料，采⽤内部混合法（燃油与空⽓的混合发⽣在⽓缸内部）形成可燃混合⽓，缸内燃烧靠缸内空⽓被压缩后形成的⾼温燃⽓⾃⾏发⽕。

通常柴油机具有⼀下突出优点：①具有较⾼的压缩⽐，因此热效率最⾼，可达55%，可燃⽤廉价的重油，经济性好；②功率范围⼴，从0.6kw ⾄47000kw ，可以适应不同动⼒设备的需要；③尺⼨⼩，⽐质量（kg/kw ）轻，便于机舱布置；④机动性好，启动⽅便，加速性能好，能直接反转，便于使⽤和管理；同时，柴油机也存在某些缺点：①存在着较强的机⾝振动、轴系扭转振动及噪声；②某些零部件的⼯作条件恶劣，⾼温、⾼压并有冲击性载荷。

2.压缩⽐的定义及意义，压缩⽐的计算；⽓缸总容积与压缩室容积的⽐值，也叫做⼏何压缩⽐。

其计算式为c h c h c c a V V V V V V V +=+==1ε。

压缩⽐是柴油机的主要性能参数之⼀，他表明压缩过程中进⼊缸内的空⽓被压缩的程度。

压缩⽐ε越⼤压缩终点的温度和压⼒就越⾼，对燃油的发⽕、柴油机的启动有利，⽽且热效率越⾼。

但压缩⽐过⾼会使柴油机⼯作粗暴，机件机械负荷增加，磨损加剧，因此柴油机要有合适的压缩⽐。

3.四冲程的柴油机进排⽓为什么都要提前和滞后，⽓阀重叠⾓有何作⽤？答：原因：四冲程柴油机进排⽓⽓阀提前开启与滞后关闭是为了将废⽓排出得⼲净并增加空⽓的吸⼊量，以利于燃油的充分燃烧，另外还可减少强制排⽓时活塞的背压。

作⽤：当⽓阀重叠开启期间，进⽓管、⽓缸、排⽓管连通，此时废⽓因流动惯性，可避免废⽓到流⼊进⽓管内，同时还可抽吸新鲜空⽓进⼊⽓缸。

新鲜空⽓进⼊⽓缸后⼜将废⽓扫出，实现所谓燃烧室扫⽓，还可冷却燃烧室部件。

4.⼆冲程柴油机的两种换⽓形式及特点；形式：直流扫⽓和弯流扫⽓。

特点：直流扫⽓，扫⽓效果较好，⽽且排⽓阀与进⽓⼝可以同时关闭，也可提前关闭；应⽤⼴泛。

上止点（T.D.C）是活塞在气缸中运动的最上端位置。

下止点（B.D.C）同上理。

行程（S）指活塞上止点到下止点的直线距离，是曲轴曲柄半径的两倍。

缸径（D）气缸内径。

气缸余隙容积（Vc）、气缸工作容积（Vs），气缸总容积（Va）、余隙高度（顶隙）。

柴油机理论循环（混合加热循环）：绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。

混合加热循环理论热效率的相关因素：压缩比&、压力升高比入、绝热指数k（正相关）、初期膨胀比P（负相关）。

实际循环的差异：工质的影响（成分、比热、分子数变化，高温分解）、汽缸壁的传热损失、换气损失（膨胀损失功、泵气功）、燃烧损失（后燃和不完全燃烧）、泄漏损失（0.2%,气阀处可以防止，活塞环处无法避免）、其他损失。

活塞的四个行程:进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。

柴油机工作过程：进气、压缩、混合气形成、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。

四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，开启持续角均大于180°CA（曲轴转角）。

气阀定时：进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。

进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。

气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。

（四冲程一定有，增压大于非增压）机械增压：压气泵由柴油机带动。

废气涡轮增压：废气送入涡轮机中，使涡轮机带动离心式压气机工作。

二冲程柴油机的换气形式：弯流（下到上，再上到下）、直流（直线下而上）。

弯流可分：横流、回流、半回流。

直流：排气阀、排气口。

横流：进排气口两侧分布。

回流：进排气口同侧，排气口在进气口上面。

半回流：进排气的分布没变，排气管中装有回转控制阀。

排气阀直流扫气：排气阀的启闭不受活塞运动限制，扫气效果较好。

弯流扫气的气流在缸内的流动路线长（通常大于2S），新废气掺混且存在死角和气流短路现象，因而换气质量较差。

横流扫气中，进排气口两侧受热不同，容易变形。

但弯流扫气结构简单，方便维修。

第二章船舶柴油机概述（样章）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。

柴油机发电机图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）。

柴油机常用名词的含义见表1-1。

表1-1柴油机常用名词二、柴油机常用名词柴油机常用名词如图1-4所示。

进气阀 气缸套曲轴喷油器气缸需排气管排气阀图1-3柴油机基本组成第三节 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。

船舶柴油机的工作原理引言概述：船舶柴油机是船舶上常用的主要动力装置，它通过燃烧柴油来产生动力，驱动船舶前进。

了解船舶柴油机的工作原理对于船舶工程师和船员来说至关重要。

本文将详细介绍船舶柴油机的工作原理。

一、柴油机的工作循环1.1 压缩阶段：柴油机的工作循环始于压缩阶段，活塞向上运动，将气缸内的空气压缩至极限压力。

1.2 进气阶段：活塞下行时，进气门打开，新鲜空气通过进气门进入气缸。

1.3 压缩点火阶段：进气阀关闭后，柴油喷射器喷射燃油到气缸内，燃油与高温高压的空气混合并点燃，推动活塞向下运动。

二、燃油喷射系统2.1 燃油供应：柴油机的燃油系统通过燃油泵将燃油从燃油箱送至喷油器。

2.2 压力喷射：在压缩点火阶段，喷油器对燃油进行高压喷射，确保燃油与空气充分混合。

2.3 定时喷射：喷油器能够根据活塞位置和转速来精确控制燃油的喷射时间，确保燃烧效率。

三、点火系统3.1 点火装置：柴油机通常采用高压电弧点火系统，通过点燃燃油与空气混合物来产生爆炸推动活塞运动。

3.2 点火控制：点火系统能够根据活塞位置和转速来控制点火时机，确保燃烧效率和动力输出。

3.3 点火传感器：点火系统还配备有传感器，监测燃烧过程，确保点火正常。

四、冷却系统4.1 散热器：柴油机需要通过冷却系统来散热，通常采用水冷系统，通过循环水来吸收和散发热量。

4.2 冷却风扇：柴油机还配备有冷却风扇，通过风扇的转动来增加散热效果。

4.3 温度控制：冷却系统还配备有温度传感器和控制阀，能够自动调节冷却水的流量和温度，确保柴油机正常运行。

五、排气系统5.1 排气管道：柴油机的排气系统通过排气管道将燃烧后的废气排出船舶。

5.2 排气涡轮增压：某些大型船舶柴油机还配备有排气涡轮增压器，通过废气的动能来增加进气压力，提高发动机效率。

5.3 排气净化：为了减少废气对环境的污染，柴油机的排气系统还配备有排气净化设备，如颗粒捕集器和氮氧化物还原装置。

结论：船舶柴油机的工作原理是一个复杂的系统工程，涉及到压缩、燃烧、点火、冷却和排气等多个方面。