第一章 船舶柴油机概述

MAN-B&W船舶柴油机原理和结构(仅供参考)编写：蒋爱民2006年7月第一章柴油机概述柴油机基本工作原理柴油机是内燃机的一种，是一种把燃油的热能转变为机械能的动力机械，柴油机也是一种热机。

柴油机的基本工作原理是：依靠活塞的运动对来自外界的新鲜空气进行压缩，使得气缸内空气的温度和压力大大提高。

此时，通过喷油器，将柴油以雾化的形式直接喷入气缸内，雾化的柴油遇到高温、高压的压缩空气，立即发火燃烧（柴油不是靠外界火源点火，而是在高温条件下自行发火，燃油的自燃温度是210~270℃）。

柴油燃烧产生高温、高压的燃气，燃气（工质）在气缸内膨胀推动活塞作往复运动，这样将燃油的热能转变为机械能。

活塞的往复运动通过曲柄连杆机构，推动曲轴不断旋转，这样，将往复运动转化为旋转运动。

当然，如果曲轴通过轴系连接到螺旋桨，就能推动螺旋桨转动，螺旋桨转动产生的推力就能使船舶前进；如果曲轴或与曲轴连接的轴系连接发电机就能够发电。

总之，柴油机完成能量的转换必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实现，由这五个过程组成的全部热力循环过程叫工作过程。

包括进气、压缩、膨胀、排气等工作过程的周而复始的循环叫工作循环。

图1 柴油机工作过程示意图比较：内燃机与外燃机柴油机与汽油机、双燃料发动机发火方式常用术语上止点TDC：活塞在气缸内运动时能到达的最上端位置。

下止点BDC：活塞在气缸内运动时能到达的最下端位置。

活塞在最高位置(或最低位置)时，曲轴上的曲柄销也运转到最高位置(或最低位置)，这时活塞头，十字头，曲柄销，曲轴中心线都在同一个垂直平面内。

行程S：指活塞从上止点移动到下止点间的直线距离。

它等于曲轴曲柄半径的两倍。

活塞移动一个行程，相当于曲轴转动180度。

缸径D：气缸的内径压缩室容积VC：活塞在气缸内上止点时，活塞顶上的全部空间（活塞顶、缸盖底部与气缸套内表面所包围的空间）容积，亦称气缸余隙容积。

气缸工作容积V h：活塞在气缸内从上止点移动到下止点时所扫过的容积。

船舶柴油机的基本知识船舶柴油机的基本知识第⼀节柴油机的概述及发展趋势⼀、柴油机的概述1．热机热机是指把热能转换成机械能的动⼒机械。

蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。

蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机。

在该类机械中，燃烧（燃料的化学能转变成热能）发⽣在汽缸外部（锅炉），热能转变成机械能发⽣在汽缸内部。

此种机械由于热能需经某中间⼯质（⽔蒸⽓）传递，必然存在热损失，所以它的热效率不⾼，况且整个动⼒装置⼗分笨重。

在能源问题⼗分突出的当前，它⽆法与内燃机竞争，因⽽已经在船舶动⼒装置中消失。

2．内燃机汽油机、柴油机以及燃⽓轮机同属内燃机。

虽然它们的机械运动形式（往复、回转）不同，但具有相同的⼯作特点──都是燃料在发动机的⽓缸内燃烧并直接利⽤燃料燃烧产⽣的⾼温⾼压燃⽓在⽓缸中膨胀作功。

从能量转换观点，此类机械能量损失⼩，具有较⾼的热效率。

另外，在尺⼨和重量等⽅⾯也具有明显优势，因⽽在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。

在内燃机中根据所⽤燃料不同，可⼤致分为汽油机、煤⽓机、柴油机和燃⽓轮机。

它们都具有内燃机的共同特点，但⼜都具有各⾃的⼯作特点。

由于这些各⾃不同的特点使它们在⼯作原理、⼯作经济性以及使⽤范围上均存在⼀定差异。

如汽油机使⽤挥发性好的汽油做燃料，采⽤外部混合法（汽油与空⽓在⽓缸外部进⽓管中的汽化器进⾏混合）形成可燃混合⽓。

缸内燃烧为电点⽕式（电⽕花塞点⽕）。

这种⼯作特点使汽油机不能采⽤⾼压缩⽐，因⽽限制了汽油机的经济性不能⼤幅度提⾼，⽽且也不允许作为船⽤发动机使⽤（汽油的⽕灾危险性⼤）。

但它⼴泛应⽤于运输车辆。

3．柴油机柴油机是⼀种压缩发⽕的往复式内燃机。

它使⽤挥发性较差的柴油或劣质燃料油做燃料。

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；缸内燃烧采⽤压缩式（靠缸内空⽓压缩形成的⾼温⾃⾏发⽕）。

这种⼯作特点使柴油机在热机领域内具有最⾼的热效率（已达到 55％左右），⽽且允许作为船⽤发动机使⽤。

第一章 柴油机工作循环和主要性能指标第一节 船舶柴油机的历史与现状柴油机自1897年由Rudolf Diesel 发明以来，已经得到了巨大的发展。

下面就有关柴油机发展的历史做一简要介绍。

任何一门科学技术的发展总是与社会生产力的需要和当时科学的发展水平相适应的。

18世纪初，英国资本主义生产力的发展促进了1776年瓦特蒸汽机的发明，并由此开始了产业革命推动了生产力的发展。

随着生产力的发展，这种热机由于热效率低以及过于笨重而又不适应社会生产力的发展对新型动力机械的需求增加。

1876年，德国人奥托（N. A. Otto ）第一次提出了四冲程循环（即进气、压缩、膨胀、排气）原理并发明了电点火的四冲程煤气机。

该煤气机运转平稳，热效率可高达14％，在当时曾得到普遍使用。

之后，在1880年一些工程师，如英国的D. Clerk 和J. Robson 以及德国人Karl Benz 等成功地开发了二冲程内燃机。

1892年德国工程师R. Diesel 申请了压缩发火内燃机专利，并于1897年在MAN 公司制成第一台实际使用的柴油机（压燃式、空气喷射、定压燃烧）。

因可采用较大的压缩比其效率比煤气机有显著提高。

1904年柴油机首次用于船舶推进装置（294 kW ，260 r/min ）。

从此在船舶领域里开始了与蒸汽推进装置的竞争局面。

在此后40多年中，柴油机在自身逐步完善中有了很大发展，如1927年在柴油机上正式使用了由R. Bosch 发明的喷油泵（回油孔式）－喷油器喷射系统，代替了原需用 7 MPa 压缩空气喷油的空气喷射系统，实现了混合燃烧。

1905年，瑞士人Alfred Buechi 提出了涡轮增压的设想，1926年MAN 公司制造了第一台船用废气涡轮增压柴油机，当时由于增压器制造水平的限制此项技术未能迅速推广。

但总的来看在与蒸汽推进装置竞争中无突破性进展，在船舶使用中蒸汽推进装置仍占据领先地位。

从第二次世界大战到20世纪50年代中后期，由于社会生产力的迅速发展对船舶推进装置提出了新的要求。

船舶柴油机第一章 柴油机基本工作原理第一节 柴油机概述1.柴油机的优点：①热效率最高可达到55%②功率范围广，从0.6kw至47000kw③机动性好，起动方便，加速性能好，便于使用和管理2.柴油机的缺点：①存在振动和噪音②工作环境恶劣，高温，高压第二节 柴油机的基本结构和几何术语一、柴油机的基本结构1.固定部件主要包括机座、机体、气缸盖、气缸套和主轴承等。

2.运动部件主要包括活塞组件、连杆组件和曲轴飞轮组件等。

3.主要系统主要有配气系统、燃油系统、冷却系统、润滑系统以及起动、换向和调速等系统。

二、常用几何术语⑴上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，即离曲轴中心线最远的位置。

⑵下止点：活塞在气缸中运动的最下端位置，即离曲轴中心线最近的位置。

⑶曲柄半径R：曲轴回转中心线到曲柄销中心线的距离。

⑷冲程S：活塞在上、下止点之间移动的距离。

冲程又称行程，它等于曲轴曲柄半径R的两倍，即S=2R。

⑸缸径D：气缸套的内径。

⑹压缩室容积：活塞位于上止点时，活塞顶与气缸盖底面之间的气缸容积，又称燃烧室容积。

⑺气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所扫过的气缸容积。

⑻气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶以上的全部气缸容积，是压缩室容积与气缸工作容积之和。

⑼压缩比ε：气缸总容积与压缩室容积的比值亦称几何压缩比。

第三节 柴油机的工作原理一、四冲程柴油机工作原理⒈四冲程柴油机工作原理第一冲程——进气冲程这一冲程的任务是使气缸内充满新鲜空气。

活塞由上止点下行，进气阀已打开，由于气缸容积不断增大，缸内压力下降，依靠气缸内外的气压差作用，新鲜空气通过进气阀被吸入气缸。

由于受流阻等影响，在进气过程的大部分时间里，气缸内压力低于大气压力，到下止点时，缸内气压的为0.08～0.95Mpa，温度约为30～70℃。

为了使柴油机作功更完善，必须在进气过程尽可能多吸入新鲜空气。

进气阀开启始点至上上点的曲柄转角叫做进气提前角。

下止点到进气阀关闭位置的曲柄转角叫做进气延迟角。

船舶柴油机概述范文船舶柴油机是一种特殊用途的柴油发动机，用于推动各种类型的船舶。

它具有高功率、高效率、可靠性强等特点，被广泛应用于商业船舶、军事舰艇和海洋工程等领域。

本文将从船舶柴油机的工作原理、结构组成、应用领域和发展趋势等方面进行详细介绍。

船舶柴油机的工作原理是通过内燃机工作循环来产生动力，即柴油机循环。

柴油机循环包括四个主要的工作过程：吸入过程、压缩过程、燃烧过程和排气过程。

在吸入过程中，气缸内活塞向下运动，气缸内形成负压，燃料通过喷嘴被喷入气缸内。

在压缩过程中，活塞向上运动，将燃料压缩到高压状态。

在燃烧过程中，高压燃料与空气混合后被点火燃烧，产生高温高压的燃烧气体。

在排气过程中，活塞再次向下运动，将排出的废气从气缸排出。

船舶柴油机由多个部件组成，包括气缸体、活塞、连杆、曲轴、凸轮轴、气门机构、供油系统、点火系统等。

其中，气缸体是发动机的主体部件，提供燃料燃烧的环境；活塞在气缸内进行往复运动，控制燃料进出气缸；连杆将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动；曲轴将活塞的运动转化为输出动力。

凸轮轴控制气门的开关，气门机构用于控制进气和排气；供油系统负责将燃油供给到喷油器；点火系统用于点火燃烧混合气。

船舶柴油机广泛应用于商业船舶、军事舰艇和海洋工程等领域。

商业船舶是柴油机的主要应用领域之一，包括散货船、集装箱船、油轮等。

这些船舶通常需要高功率的柴油机来提供推进力，以确保船舶的航行速度和载货能力。

军事舰艇也使用船舶柴油机作为主要动力装置，用于推动军舰进行航行和执行任务。

船舶柴油机在海洋工程中也发挥着重要作用，如海洋石油开采平台、海洋科考船等。

船舶柴油机的发展趋势主要体现在以下几个方面。

首先，船舶柴油机的功率和效率将继续提高。

随着科技的进步和燃油成本的增加，船舶柴油机需要具备更高的功率和更高的效率，以满足不断增长的船舶运输需求。

其次，船舶柴油机将更加环保和节能。

船舶的排放和能源消耗对环境和资源造成严重影响，船舶柴油机需要采用先进的排放控制技术和节能技术，减少污染物排放和能源消耗。

第一章船舶柴油机概述第一节柴油机的基本工作原理一、基本概念（一）热机1．定义：热机是指把热能转换成机械能的动力机械。

燃料在一个特定的装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工质，然后把工质的热能转变为机械能，这种具有两次能量转换的机械称为热机。

2．分类：热机可分为外燃机和内燃机。

1）外燃机：燃料燃烧发生在汽缸外部，热能转变成机械能发生在汽缸内部。

如蒸汽机、蒸汽轮机同属于外燃机。

特点：热损失较大，热效率较低，装置笨重。

2）内燃机：燃料的化学能转变热能、热能转变成机械能均发生在气缸内部。

如汽油机、柴油机、以及燃气轮机同属内燃机。

（二）内燃机1．特点：能量损失小，具有较高的热效率，尺寸和重量方面具有优势。

2．共性：燃料在发动机气缸中燃烧，直接利用燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀作功。

3．个性：如汽油机：①使用挥发性好的汽油做燃料；②采用外部混合法形成可燃混合气；③缸内燃烧为电火花塞点火。

④这种工作特点使汽油机⑤不能采用高的压缩比，经济性差；⑥不允许作为船用发动机使用(汽油的火灾危险性大)。

（三）柴油机1．定义：柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。

2．特点：①使用柴油或劣质燃料油做燃料；②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；③缸内燃烧采用压燃式(靠缸内空气压缩形成的高温自行发火)；④热效率最高(已达到55％左右)。

采用压缩发火是柴油机不同于其他内燃机的本质特征。

3．区别：①结构差异：主要是供油系统不同。

图1-1 四冲程柴油机基本结构图 1-曲轴 2-主轴承 3-曲柄销4-连杆螺栓 5-连杆 6-凸轮轴 7-喷油泵 8-顶杆9-进气管10-进气阀 11-高压燃油管12-摇臂 13-喷油器 14-气阀弹簧15-排气阀16-排气管 17-气缸盖18-活塞 19-活塞销 20-气缸套 21-机体22-机座 ②工作原理差异：发火方式不同。

4．优缺点：(1)经济性好。

有效热效率可达50％以上，可使用价廉重油，燃料费用低。