柴油机的基本概念

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。

第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的基本结构一、柴油机的基本工作原理柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。

它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。

柴油机中燃油的化学能要经过燃烧才能转变成热能。

要燃烧就必须有空气。

为此，在喷入燃油之前必须先使空气进入气缸。

但光有空气和燃油若无点火源（热源）还是不能燃烧。

柴油机是压缩发火的，为此，要将从大气中吸入柴油机气缸内的室温空气，先依靠活塞上行压缩，使之达到足够高的温度和压力。

此时再将燃油以雾化状态喷入，即可在高温高压的空气中自然。

燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸内膨胀，推动活塞作功。

膨胀终了时，气体失去了作功能力，变成废气，排出气缸，以便新气再次进入。

综上所述，柴油机每作一次功，必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实行，进行了这五个过程就完成了一个工作循环。

然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。

二、柴油机的基本结构柴油机的基本结构如图l-1所示，柴油机要按前述工作原理工作，必须包括以下部件、系统和装置。

（一）固定部件主要由气缸盖1、气缸套3、机体10、机座8、主轴承9等构成柴油机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。

（二）运动部件主要由活塞2、活塞销4、连杆5、连杆螺栓6、曲轴7等组成。

它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。

（三）配气系统它包括进气系统和排气系统。

进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀16、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。

排气系统主要由排气阀19、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和传动机构以及排气管、排气消音器等组成。

用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。

柴油机基本概念发展历程
柴油机是一种内燃机，以德国工程师鲁道夫·迪兹尔命名。

它的燃烧方式是先将空气压缩至很高的温度和压力，使其自燃发生爆炸，使活塞转动，驱动机器运转。

柴油机的发展历程可以追溯到19世纪初。

1826年，法国工程师永塞恩·香农利用压缩空气点燃煤气实现了内燃机的基本原理。

1876年，德国工程师尼古拉斯·奥托发明了四冲程汽油发动机，奠定了内燃机的基础。

1892年，鲁道夫·迪兹尔发明了柴油机，采用压缩点火式燃烧技术，燃油经高压喷射后在高温高压下爆炸，实现了内燃机的革命性改进。

20世纪初，随着柴油机的广泛应用，它的效率逐渐提高，噪音和排放也逐渐得到控制。

20世纪中叶以后，随着科技的不断进步，柴油机的效率、可靠性和环保性能更加出色，广泛用于汽车、船舶、发电机以及农业、采矿和建筑等领域。

同时，油价飙升、环保要求日益严格，柴油机的节能和减排技术也在不断创新发展，成为推动能源发展的关键技术之一。

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。

柴油机知识点总结一、柴油机的基本原理柴油机是一种内燃机，利用柴油作为燃料，通过压缩空气使柴油自燃来产生动力。

其工作原理主要包括进气、压缩、喷油、燃烧和排气等步骤。

1. 进气：气缸活塞向下运动，使气缸容积增大，在此时进气门打开，使空气进入气缸中。

2. 压缩：气缸活塞向上运动，使得进入气缸中的空气被压缩，温度和压力随之升高。

3. 喷油：在压缩阶段，喷油泵将高压柴油喷射到气缸中，形成细小的柴油雾滴。

4. 燃烧：柴油雾滴在高压和高温的条件下，迅速燃烧，产生大量热能，推动活塞向下运动。

5. 排气：活塞运动到底死点时，排气门打开，排出燃烧后的废气。

二、柴油机的分类根据燃料供给方式、气缸排列方式和冷却方式等不同，柴油机主要可以分为以下几类：1. 柴油机根据燃料供给方式可分为常凸轴燃油喷射机、共轨式直喷柴油机等。

2. 根据气缸排列方式，可以分为直列式、V型柴油机等。

3. 根据冷却方式，可以分为水冷式和空冷式柴油机。

另外，根据用途的不同，柴油机还可以分为工业柴油机、船用柴油机和汽车柴油机等。

三、柴油机的结构和工作原理1. 柴油机的结构柴油机主要由气缸、活塞、进气系统、喷油系统、燃烧室、排气系统、曲轴连杆机构和冷却系统等部件组成。

2. 进气系统进气系统的主要作用是将外界空气引入气缸内进行压缩。

其主要部件包括进气管、进气门、进气歧管、增压器等。

3. 喷油系统喷油系统主要由高压油泵、喷油器和喷油管路等部件组成，其作用是对柴油进行高压喷射。

4. 燃烧室燃烧室是喷油器喷射柴油并燃烧产生动力的地方，其结构和燃烧室形式会影响到柴油发动机燃烧工作的效率和性能。

5. 排气系统排气系统主要由排气管、排气门、涡轮增压器等部件组成，其作用是将燃烧后的废气排出气缸。

6. 曲轴连杆机构曲轴连杆机构将气缸活塞的来回直线运动转换成曲轴的旋转运动，最终驱动车辆或机械设备。

7. 冷却系统冷却系统通过流体循环将柴油发动机产生的热量散发出去，以维持发动机正常工作温度。

第一章柴油机的基本知识第一节柴油机概述一、热机、内燃机、柴油机1、柴油机是热机的一种2、热机是将燃料的化学能通过燃烧转变为热能，再通过燃烧产物（亦称工质）的膨胀做功把热能转变为机械能的机械3、能量的转化：化学能————热能————机械能4、根据燃料燃烧的部位，热机可分为内燃机和外燃机5、内燃机的特点：①效率高、质量轻6、汽油机特点：①燃油采用外部混合法②电火花塞点火方式燃烧③经济性差④燃油易挥发，火灾危险性大⑤工作柔和、噪音低、比质量轻7、柴油机①柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机②燃油为气缸内部混合③发火方式为压缩发火④优点：①热效率高，经济性好②功率范围广③尺寸小布置方便④机动性好，启动方便，加速性好，能直接反转，便于使用和管理⑤缺点：①振动和噪音大②零部件工作条件差二、柴油机的基本结构1、固定部件：气缸盖、气缸套、机体、机座、主轴承2、运动部件：①组成：活塞组件、连杆组件、曲轴飞轮组件（“曲柄——连杆”组件）②作用：a、将活塞的往复运动转化为曲轴的回转运动b、实现热能到机械能的转化3、主要系统：①配气系统②燃油系统③冷却系统④润滑系统⑤操纵系统三、柴油机常见几何术语1、上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置2、下止点：活塞在气缸中运动的最下端位置3、冲程（S）：又称行程，是活塞在上下止点间的直线距离4、气缸直径（D）：气缸的名义内径5、压缩室容积（Vc）：活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖之间的气缸室容积，又称燃烧室容积6、余隙高度（顶隙）：活塞位于上上止点时，活塞与气缸盖底面之间的垂直距离7、气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积8、气缸总容积（Va）：活塞位于上止点时，活塞顶以上的全部气缸容积9、压缩比ξ①气缸总容积与压缩室容积的比值，亦称为几何压缩比②压缩比表明压缩过程中进入气缸内的空气被压缩的程度，它是柴油机的主要性能参数之一，压缩比越大，压缩终点的温度和压力就超高，对光滑的发火，柴油机的启动有利，而且热效率也超高。

柴油机的基本概念和发展历程柴油机是一种利用柴油作为燃料，通过压缩空气使其温度超过柴油的自燃温度，然后将柴油喷入气缸内与空气混合并自行燃烧，产生动力的内燃机。

柴油机的发明者是德国工程师鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel），他于1892年申请了柴油机的专利，并于1897年制造出了第一台实用的柴油机。

柴油机的优点是热效率高，经济性好，扭矩大，可使用劣质燃料，但也有噪声大，排放污染物多，结构复杂，成本高等缺点。

柴油机在工业、农业、交通运输、航空航天等领域有广泛的应用，是现代社会不可或缺的动力装置之一。

本文将从以下几个方面介绍柴油机的基本概念和发展历程：柴油机的工作原理柴油机的工作原理与汽油机有许多相同之处，都是通过四个冲程（进气、压缩、做功、排气）来完成一个工作循环。

但由于柴油机使用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸发，而其自燃温度却比汽油低，因此，可燃混合气的形成和点火方式都与汽油机不同。

柴油机的主要特点是采用压缩点火方式，即先将进入气缸的纯空气高度压缩，使其温度达到500-700℃，超过柴油的自燃温度（约520℃），然后在活塞接近上止点时，通过喷油器将柴油以高压喷入气缸内，在高温高压的空气中迅速雾化并与空气混合形成可燃混合气，并立即自行着火燃烧。

燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动做功，并通过连杆传递给曲轴，使曲轴转动输出功率。

排气冲程时，活塞向上运动将残余废气排出气缸。

柴油机根据活塞运动方式的不同，可以分为往复式和转子式两种。

往复式柴油机又可以分为二冲程和四冲程两种。

二冲程柴油机每转一周完成一个工作循环，四冲程柴油机每转两周完成一个工作循环。

转子式柴油机是利用三角形转子在椭圆形转子室内做行星运动来实现进气、压缩、做功、排气四个过程的一种新型内燃机。

柴油机的发明和发展柴油机的发明柴油机的发明者鲁道夫·狄塞尔（1858-1913）是一位德国工程师和发明家。

他毕业于慕尼黑工业大学，并曾在制冷领域工作过。