船舶柴油机基本
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。柴油机在此期间完成了大缸径、焊接结构、废气涡轮增压以及使用劣质燃油等四项重大技术成果并逐步发展了船用低速柴油机系列。此期间在国外大致有八种船用低速柴油机型号（由八大船用柴油机制造厂生产）。在这些技术成就中、废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用是船用低速柴油机发展中的重要里程碑。国外称这一时期是船用低速柴油机的第一次飞跃，其技术特征是废气涡轮增压技术的普及。至此，在与蒸汽动力装置的竞争中柴油机逐渐取得了领先地位。
从20世纪60年代到70年代船用低速柴油机进入了黄金时代，它在船舶动力装置中取
得了明显的压倒优势。各船用柴油机厂之间开始进行调整、合并、淘汰。柴油机技术趋于完善。此期间的船用低速柴油机的性能参数大致范围为缸径 D =600～1050mm ，行程S =1000～1800mm ，单缸有效功率达3000kW （单机组达36000kW ），油耗率约为0.21kg/kWh （有效热效率%40=e η）。此期间内，船用低速柴油机发展的特点按顺序大致为增大机组功率、提高
可靠性和提高经济性。
20世纪70年代的两次能源危机诱发了世界范围内的能源危机。石油产品价格大幅度上涨使船舶柴油机的燃油费用支出一跃占总营运成本的40％～50％。由此，改变了人们长期以来的传统观念，降低柴油机的燃油支出费用、提高柴油机经济性已成为第一要求。20世纪70年代末到80年代，各类节能型柴油机大量出现，机型更新周期大大缩短（甚至仅为2年～3年），各类柴油机采用多种节能措施降低油耗率，努力提高柴油机的有效热效率；同时由于供给船用柴油机的燃油质量日益低劣，使得船用柴油机在使用劣质燃油的技术上又有了新的发展。目前，现代船用低速柴油机的油耗率已降低到0.155～0.160kg/kWh，有效热效率可高达55％。国外把这一时期船用柴油机的发展称为第二次飞跃。其主要技术特征是节能技术的普及。随着柴油机节能技术的发展，柴油机的可靠性也有了长足的发展。各种先进技术的运用大大提高了船用柴油机的可靠性。当前现代船用低速柴油机的吊缸周期已从20世纪60年代的5000～6000h提高到8000～12000h，甚至高达20000h。现代船用柴油机发展中的第三个特点是控制与操纵自动化，即对船用柴油机及其附属设备进行自动控制及自动监视。20世纪60年代初曾进行在控制室内对主机集中控制与集中监视，20世纪70年代电子技术开始在柴油机上使用。20世纪80年代柴油机的电子控制技术已有了很大发展，除可监视柴油机的运行工况外，还可保持柴油机各运行参数的最佳值以求得柴油机功率、燃油消耗率和其他有关性能的最佳平衡，并由此发展了对柴油机的故障诊断、未来趋势预报等技术，把柴油机的管理技术提高到一个崭新的水平。2000年，W?rtsila瑞士公司成功地推出了全电子控制的智能型柴油机并开始装船使用。目前低速机的冲程可达3150mm(RTA84)，单缸功率可达5000kW，单机可达80080kW(14RTA96)。
在船用低速二冲程柴油机发展的同时，大功率四冲程中速柴油机自20世纪50年代开始也得到了稳步发展，至今已经历了四代机型。它的最大优点是重量轻、尺寸小，可选用最佳的螺旋桨转速。在工作可靠性、使用寿命、经济性及对劣质燃油的适应性方面均有明显改进，基本上达到与低速机相近的水平。近年建造的2000总吨以上船舶中使用中速机做主机者占25%左右。
一般对船用主机来讲，经济性、可靠性和使用寿命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。据此低速二冲程柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可燃用劣质油以及转速低（通常为100r/min左右最低可达56 r/min）等优点适于作船舶主机使用。大功率四冲程中速柴油机因其尺寸与重量小较适于作滚装船和集装箱船的主机。船舶发电柴油机因其发电机要求功率不大、转速较高以及结构简单，因而均采用中、高速四冲程筒形活塞式柴油机。
经过近几十年尤其是近十多年的发展，现代船用柴油机已经发展到一个较高的技术水平。今后，随着生产力的发展将会对船用柴油机提出更高的要求，船舶柴油机也将继续发展改进。当前柴油机的发展可以概括为：以节能为中心充分兼顾到排放与可靠性的要求，全面提高柴油机性能。根据此发展目标，今后的研究趋势大致为：
提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等的研究；
降低柴油机排放的研究，排放是现代柴油机面临的严重挑战，随着对船舶柴油机排放的限制使得经济性的提高更加困难，这也是船舶柴油机发展中的新课题；
提高可靠性与耐久性的研究；
电子控制技术的研究；
代用燃料的研究等。
目前柴油机技术发展中存在如下几个热点：
1．船用柴油机采用共轨喷油技术
在汽车发动机上采用共轨喷油系统是很普遍的。而MTU柴油机公司首先将这种技术用在船用柴油机上。该公司将共轨喷油系统最先用于4000系列柴油机，后来又用于新推出的8000系列柴油机。采用共轨喷油系统和相应的柴油机控制装置后，柴油机即能适应多种工况。由于柴油机的各种喷油参数是可以单独控制的，因此可使燃油消耗量显著降低。废气排放量有所减少。与采用普通喷油系统的柴油机相比，采用共轨喷油系统的柴油机可以在慢速低负荷运行时降低噪声。
在低速机方面，Sulzer公司和MAN-B&W公司走在了前列，Sulzer公司开发的RT-flex 系列已经装船实用，首台采用电控等压喷射系统的RT-flex 58T-B型柴油机装在一条由现代尾浦造船公司建造的4.7万载重吨散货船上，其采用的共轨喷油系统可用于无凸轮轴柴油机。MAN-B&W柴油机公司研制的无凸轮轴、完全采用电子控制的7S50ME-C型柴油机，也已正式投放市场。该型机由阿尔法工厂制造，首台机安装在挪威船东订造的3.75万载重吨级化学品船上。MAN-B&W7S50ME-C型柴油机（输出功率1.0415万千瓦、转速120转/分）采用定时控制燃油喷射和排气阀排气，可有效地降低燃油耗率。此外，该型机还具有氧化氮数值和排烟浓度低等优点。
2．柴油机进入智能化时代
MAN-B&W柴油机公司研制的智能系统可将普通十字头式低速柴油机改造成完全由计算机控制的柴油机。MAN-B&W柴油机公司对智能系统的研制是从1991年开始的，研制该系统的目的就是要提高柴油机的可靠性、灵活性。2000年11月份，该公司研制的智能系统已经装在挪威的一艘3.75万载重吨化学品运输船的主机上。船舶上的柴油主机如果装上电子智能控制系统就可以全面提高柴油机的性能，使柴油机的各种功能得到充分发挥。电子智能控制系统一般包括柴油机的启动、调速、扭矩限制、运行状况监测、数据和诊断信息传递等。
3．减少NO x排放，保护生态环境
在提高柴油机性能的同时，人们并没有忘记保护生态环境。市场上现已出现了结构简单的降低NO x排放装置。法国热机协会推出了利用蒸发湿空气系统来减少NO x排放装置。为了使增压空气达到接近饱和的状态，蒸发湿空气系统将蒸发增压空气中的大量水分。通过试验台试验和实船试验证明，蒸发湿空气系统可以使柴油机的NO x排放量减少70%。从经济角度看，该系统有效利用海水，通过添加廉价的添加剂即可避免水中钙的沉积。该系统已与主机配套运行6000小时未出现问题。专家对装有蒸发湿空气系统的柴油机运行3300小时后进行了检测。检测结果表明，这台柴油机的缸套、活塞和活塞环的工作状况良好，活塞上积炭很少。该机在运行一年后经再次检测发现，装有蒸发湿空气系统后增压器涡轮不易被腐蚀。当然作为减少排放的有效措施，SCR、EGR等技术也在发展之中。
第二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1-2-1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 ?=24π
（1-2-1）
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。
c s c c s
c a V V V V V V V +=+==1ε （1-2-2） 显然压缩比是一个几何概念，它与柴油机的转速无关。
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1-2-2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。
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 。
2．压缩行程
活塞从下止点上行，进、排气阀均关闭。上
行的活塞对缸内的空气进行压缩，使其温度和压
力均不断升高（曲线2-3）。压缩终点的压力p c
约为3～6MPa ；温度t c 约为500～700℃。燃油
自燃温度远低于此值，自燃温度随压缩压力而
图1-2-1 四冲程柴油机的基本结构
变，轻柴油自燃温度如表1-2-1所示。
图1-2-2 四冲程柴油机工作原理图
在上止点（压缩终点）附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。
3．膨胀行程
在此行程的初期，燃烧仍在猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达6MPa和1500～2000℃左右。在高温高压燃气的作用下，活塞向下运动作功，在上止点后某一时刻（图中点4），燃烧基本结束，但高温高压燃气继续膨胀作功推动活塞下行。当活塞到达下止点前某一时刻（图中点5），排气阀开启，排气过程开始。此时，气缸内的压力p b约为0.3～0.6MPa，温度t b约为600～700℃。活塞则继续下行到下止点。
4．排气行程
活塞由下止点向上运动，排气阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和减少排气过程中所消耗的功，排气阀不但在下止点前提前开启，而且要在排气行程结束的上止点后才关闭（图中点6）。排气阀开启的延续角度（5-6）约为230?～260?CA。
综上所述，在四冲程柴油机中，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即720?曲轴转角。而且，在四个行程中，只有膨胀行程才作功，其余三个行程都要消耗功。因此，在单缸柴油机中，必须有一个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量；而在多缸柴油机中，则藉助于其他气缸膨胀作功过程来供给。
此外，柴油机由停车状态进入工作状态，必须藉助外源能量的驱动使其起动运转，直至喷入气缸的燃油自发火燃烧，柴油机才能自行运转。
四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上、下止点，而是在上、下止点前后某一时刻。它们的开启持续角均大于180?CA 。进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻称为气阀正时（定时），通常气阀正时用距相应止点的曲轴转角（?CA ）表示。用曲轴转角表示气阀正时的圆图称气阀正时（定时）圆图，如图1-2-3所示。
在图1-2-3中，进气阀在上止点前点1开启，在下止点后点
2关闭。其与相应止点的夹
角φ1、φ2分别称进气提前角、进气滞后角。排气阀
在下止点前点5开启，在上止点后点6关闭，其与相
应止点的夹角φ3、φ4分别称为排气提前角、排气滞
后角。
(1)排气阀提前开：排气阀开启初期其通道截面积
很小，流动阻力很大。如果排气阀太接近下止点时才
开启，提前开启的角度太小，废气排出不畅，会造成
活塞上行推出废气消耗的功增大。残余废气量增加。
但排气阀提前开启角也不能太大，否则会使气体膨胀
功损失过大。
(2)排气阀滞后关：排气阀的滞后关一方面使活塞
到达上止点时，排气阀仍有足够通道截面，有利于废气的排出；另一方面，由于利用了排气流的惯性，可使废气排得更干净。
(3)进气阀提前开：进气阀提前开除了使进气冲程开始时有较大的通道截面，以减少进气阻力，增加进气量，还可形成进排气阀叠开，对燃烧室进行扫气，减少剩余废气量，增加进气量。
(4)进气阀滞后关：进气阀延迟在下止点后关闭，一方面使活塞在下止点附近时进气阀仍有足够开度。另一方面还可充分利用进气流的惯性而吸入更多空气。总之，气阀提前开启与延后关闭是为了将废气排除干净并增加空气的吸入量，以利于燃油的燃烧，另外排气提前还可减少排气耗功。因此，各机型（对应常用转速）有一最佳正时。按此正时工作，柴油机充入新气最多，性能最好。机型不同，正时也不同。正时圆图在柴油机使用说明书中均有给出，不允许任意改变。经常要以它为依据检查调整气阀正时。燃油喷射也有正时要求，也可画在这个图上。
由图1-2-3还可看出，在上止点前后进气阀与排气阀同时开启着，同一气缸的进、排气阀同时开启的曲轴转角称为气阀重叠角。在气阀叠开期间，进气管、气缸、排气管连通，这样有助于废气的排出和新气的流入。此时利用废气流动惯性的抽吸作用，除可避免废气倒冲入进气管外，尚可将新鲜空气吸进气缸，并利用此压力差用新气将燃烧室内的废气扫出气缸，实现所谓燃烧室扫气。此时不但可提高换气质量，还可利用进气冷却燃烧室零件的高温表面。因而，四冲程柴油机均有一定的气阀重叠角，而且增压柴油机的气阀重叠角均大于非增压机。如表1-2-1所示。
图1-2-3 四冲程柴油机正时圆图
表1-2-2 四冲程柴油机气阀重叠角
二、二冲程柴油机的基本工作原理
用两个行程（曲轴回转一转）完成一个工作循环的柴油机称二冲程柴油机。
二冲程柴油机与四冲程柴油机不同，其气缸上设有气口，图1-2-4中气缸右侧为排气口，左侧为进气口。排气口比进气口略高，进排气口的开关均由活塞控制。此外，二冲程柴油机设有扫气泵。扫气泵预先将空气压缩并送入扫气箱中，扫气箱中的空气压力（扫气压力）要比大气压力稍高。
1．换气—压缩行程
活塞由下止点向上运动。在活塞遮住进气口之前，新鲜空气通过进气口不断充入气缸并
图1-2-4 二冲程柴油机工作原理图
将气缸内的废气经排气口驱除出去。当活塞上行到将进气口全部遮闭时（点l），新鲜空气停止进入气缸。当排气口被活塞遮闭后（点2），气缸内的空气就被上行的活塞压缩，压力和温
度亦随之升高。在活塞到达上止点前的某一时刻（点2’），柴油经喷油器喷入气缸，并与高温高压空气混合后着火燃烧。
在这一行程中，进行了换气（曲线0-1-2）、压缩（曲线2-3）和喷油着火燃烧诸过程。
2．膨胀—换气行程
活塞由上止点向下运动。在此行程的初期，燃烧仍在猛烈地进行，到点4才基本结束。高温高压的燃气膨胀推动活塞下行作功。当活塞下行将排气口打开时（点5），由于此时缸内的燃气的压力和温度仍较高，分别为0.25～0.6MPa 和600～800℃，因而气缸内燃气藉助于气缸内外的压差经排气口高速排出，缸内的压力也随之下降。当缸内压力下降到接近扫气压力时，下行的活塞将进气口打开（点6），新鲜空气便通过进气口充入气缸，并对气缸内进行扫气，将气缸内的废气经排气口驱除出去。这个过程一直要延续到下一个循环活塞再次上行将进气口关闭时为止，称为扫气过程。
在这一行程中，进行了燃烧与膨胀（曲线3-4-5）、排气（曲线5- 6）和部分扫气（曲线6-0）过程。
由此可见，与四冲程柴油机相比，二冲程柴油机
是将进气和排气过程合并到压缩与膨胀行程中进行，
从而省略两个行程。因此，二冲程柴油机在曲轴回转
一转中就可以完成一个工作循环。在气缸直径、活塞
行程与转速相同的条件下，二冲程柴油机的功率似乎
应为四冲程柴油机的2倍；但实际上，由于二冲程柴
油机的气口使其有效行程减少等原因，其功率约为四
冲程柴油机的1.6～1.8倍。
三、增压柴油机的基本工作原理
提高柴油机的进气压力，可使进气的密度增加，
从而达到在同样的气缸容积中充进更多的空气量，以
便喷入燃烧更多的燃油，作出更多的功来。这种用提
高进气压力来提高柴油机功率的方法称为“增压”。
预先对新鲜空气进行压缩的压气机，有直接由柴
油机的曲轴通过齿轮等机械驱动的方式，这种增压方
式称机械增压；也有用柴油机气缸排出的废气的能量
在涡轮机中膨胀作功，由涡轮机来驱动压气机的方式，
称废气涡轮增压。
图1-2-5是废气涡轮增压四冲程柴油机的工作简
图。废气涡轮增压器由废气涡轮机8和与其同轴的离
心式压气机2等组成。柴油机气缸排出的废气经排气
管6进入涡轮机8，在其中膨胀作功推动涡轮机转动，
并带动压气机2工作。被压缩后的新鲜空气经进气管
3送往柴油机的各个气缸。
二冲程废气涡轮增压柴油机的工作原理和四冲程基本相同，所不同的是在二冲程柴油机
图1-2-5 废气涡轮增压四冲程柴油机工作简图 1、3-进气管；2-压气机；4-进气阀；5-排气阀；6、9-排气管；7、8-涡轮机
中，增压空气是供入扫气箱中，然后经扫气口进入气缸；由于废气涡轮和压气机需能量平衡的原因，老式二冲程柴油机的废气涡轮增压系统中往往设有辅助压气机。
目前，船舶柴油机已全部采用了废气涡轮增压。
四、二冲程柴油机的换气形式
在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量有重要影响。至今已出现多种换气形式。根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。每一大类中又有不同的换气形式，即：
横流（图
1-2-4）
回流（MAN 低速机）
弯流 排气口有阀控制
半回流（Sulzer 低速机）
简单半回流
排气阀—扫气口式（B&W 、三菱及Sulzer RTA ）
直流
排气口—扫气口式
1．弯流扫气
扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。横流扫气的船舶主机已淘汰多年，目前仍有半回流和回流两种。
1)半回流（新横流）扫气
Sulzer 公司大型柴油机的传统形式。进气口
布置在排气口同侧的下方及两侧。如图1-2-6所
示。其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。扫气
口在纵向（与气缸轴向成角度）和横向（与气缸
径向成角度）两个方向均有倾斜角，使扫气空气
进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。活
塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。这样
可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减
少新、废气掺混，提高换气效率；避免死角，减
少残留废气，提高换气质量。某些早期的半回流
扫气机型（RD 型柴油机），在排气管中装有回
转控制阀。可在活塞上行活塞裙开启排气口前关闭排气管，防止新鲜空气经排气口流失。（RND 型柴油机不再用回转控制阀，改用长裙活塞，当
活塞上行至上止点时，活塞裙仍能挡住排气口。）Sulzer 公司大型柴油机发展至RTA 型才放弃半回流扫气形式，改用直流扫气形式。
2)回流扫气
图1-2-6 半回流扫气示意图
MAN 公司大型柴油机的传统形式。进、排气口在气缸下部
同一侧且排气口在进气口的上方。扫气口向下倾斜，进气流先向
下沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖再
转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。气流在缸内作“回
线”流动。如图1-2-7所示。这种扫气形式有利于凹顶活塞的扫
气，其代价是扫气流动路线更长，转弯更多，流动阻力更大。由
此在相同条件下，要求有更高的扫气压力。在船用大型柴油机中，
MAN KZ
型柴油机即为回流扫气形式。现存已不多了。
2．排气阀－扫气口直流扫气
B&W 、三菱公司大型柴油机
的传统形式。气缸下部均布一圈进
气口，在气缸盖上有排气阀（1个
或多个）。空气从气缸下部扫气口
进入气缸，沿气缸中心线上行，驱
赶废气从气缸盖上的排气阀排出，气流在缸内的流动方向是自下而
上的直线流动。如图1-2-8所示。进气口在纵向和横向两个方
向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后向上和绕气缸轴线旋
转。这一旋转的气流形成“界面”，使空气与废气不易掺混，
扫气效率较高。同时排气阀的启闭由排气凸轮控制，不受活塞
运动的限制，所以直流扫气排气启闭定时可不以下死点为对称而各自设计在最佳点如图1-2-9所示。这样可使柴油机性能更优。现代船用低速柴油机（MAN/B&W MC 、Sulzer RTA 以及三菱UEC-LS ）均为排气阀－扫气口直流扫气式柴油机。可见
二冲程柴油机的正时圆图有多种类型。
除了气阀直流扫气外，早期还开发过气口直
流扫气的二冲程柴油机如图1-2-10所示。由于
此类柴油机传动结构过于复杂，高度也较大，目
前已经很难见到。
3．直流与弯流扫气的比较
1)换气质量
弯流扫气：气流在缸内流动路线长，约为直
流的两倍，且需要转向，流动阻力大，要求扫气
压力高。新气与废气掺混较严重，存在死角与气
流短路现象，因而换气效率较低，新气消耗量较
大，换气需要消耗较多的能量，导致柴油机燃油消耗率较高；残留废气较多，换气质量较直流差。
直流扫气：新气与废气掺混少，新气损失少，
扫气彻底，新气充入量多，换气效率高，质量好。
图1-2-8 排气阀－扫气口直流扫气形式示意图
图1-2-7 回流扫气 示意图 图1-2-9 ESDZ43/82B 柴油机的正时圆图
2)对“长冲程化”的适应性
所谓“低转速－长冲程化”，就是73年至八十年代初，能源危机爆发，石油价格飞涨，海运成本中的燃油费用猛增，船主越来越重视降低燃油消耗率。柴油机公司在激烈的竞争中，花费巨大的财力、人力，想尽办法降低燃油消耗率。 低速机均直带螺旋桨，输出功率一定时，转速越低，则采用直径越大的螺旋桨，推进效率就越高。也就是说，在不降低发动机功率（单缸功率）的情况下，降低转速就意味着提高推进效率。柴油机转速每降低1%，推进效率ηp 可提高0.25～0.30%。B&W 公司首先（77年）发展“低转速－长冲程化”，即降低柴油机设计转速，同时加长冲程，活塞平均速度保持不变。这样不仅提高了ηp ，而且柴油机自身的效率也提高了。节油的收效非常显著。受到海运界热烈欢迎。销售量越来越大，超过了Sulzer ，至今仍处于领先地位。仅三年，“低转速－长冲程化”扩大到所有低速机（后来中速机也采用了），各公司低速机转速越来越低，有的机型达55～60r/min ；冲程缸径比S/D 越来越大，直流扫气：2.0
→2.5→3.0→3.25→3.46
→3.82→4.2；弯流扫气则
从1.8→2.1，就发展不下
去了。
弯流扫气：不适应长
冲程化。气缸加长，弯流
扫气流程增加很多，阻力
大了很多，扫气压力得提
高很多，新、废气掺混更
厉害，换气质量、换气效
率更差。S/D 只能达到
2.1。
直流扫气：适宜长冲程化。气缸加长，扫气流程增加不多，阻力增加不
多，新、废气掺混进一步减少，换气效率更高，换气质量更好。消耗新气少，燃烧更完全更及时。而且，“低转速－长冲程化”后，如燃烧时间基本不变，则燃烧对应的曲柄转角减小，燃气能更充分膨胀，热效率提高；长冲程化，如压缩比不变，则燃烧室高度增大，有利于燃油的雾化混合燃烧；这些均使柴油机燃油消耗率降低。
3)气缸套变形情况
弯流扫气缸套下部布置了扫、排气口，温差很大，容易产生变形。直流扫气缸套下部只有扫气口，不易因受热不均匀而变形。
4)排气启闭定时
直流扫气：排气阀开启定时与关闭定时由排气凸轮控制，可以设计成不以下死点为对称，而各自设计在最佳点，使性能进一步优化。目前无凸轮轴柴油机已经出现，此类柴油机可实现任何工况下的最佳排气定时。
弯流扫气：扫、排气口启闭定时由活塞控制，必然以下死点为对称。
图1-2-10 气口直流扫气二冲程柴油机简图
由于以上原因，Sulzer公司的低速机81年底宣布放弃传统的半回流扫气形式，改为采用直流扫气形式，设计了RTA型柴油机（84年生产第一台），震动了造船、航运界。MAN公司81年合并B&W公司后也放弃发展低速机，所以，弯流扫气在与直流扫气的竞争中已失败，已被淘汰。但我们在工作中还会用到这类旧机型。
弯流扫气由于没有排气阀，结构简单、可靠，维修简便。因而曾深受航运界欢迎，七十年代Sulzer公司的低速机一直处于领先地位，多年销售量均在50％以上。后来燃油价格不断上涨，经济性越发重要，原来优点突出逐渐变成缺点突出，主要矛盾转化了。
第三节船舶柴油机的分类
柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t 以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。
一、柴油机的优点
柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点：
（1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。
（2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。
（3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。
（4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。
（5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。
二、柴油机的类型
由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型：（1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。
（2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。
（3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。
高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
（4）按柴油机结构特点分类。有筒状活塞
式和十字头式柴油机；有单列气缸和多列气缸式
柴油机。
图1-3-1是筒状活塞和十字头式柴油机的构
造示意图。筒状活塞式柴油机的活塞直接与连杆
连接，活塞往复运动的导向作用和工作过程中所
产生的侧推力都是由活塞本身承担。十字头式柴
油机的活塞是通过活塞杆和十字头与连杆连接，活塞的导向作用和侧压力由十字头滑块与导板
承担。
这两种柴油机各有其特点，十字头式柴油机
由于活塞不起导向作用，同时与缸套之间没有侧
推力N 的作用，因而两者之间的磨损减小，擦
伤和卡死的可能性减小。此外，由于活塞杆只在垂直方向作直线运动，因而可在气缸下部加设一横隔板，把气缸与曲轴箱隔开，以免气缸中的污油、结炭或燃气漏入曲轴箱污染滑油。这也为十字头机燃用劣质燃料创造了有利条件。
十字头式
柴油机可靠性较筒形活塞式高。但十字头机的重量和高度增大，结构也较复杂，不具备筒形活塞式柴油机体积小、重量轻、结构简单的优点。
因气缸排列方式的不同柴油机还可分为单列气缸和多列气缸式柴油机。图1-3-2所示为气缸排成一列的直列式柴油机简图。为了
提高柴油机的单位长度的功率，扩大单机
功率范围，以及降低柴油机的重量指标，
也有将柴油机设计成如图1-3-3所示的V
型，另外还有H 型、辐射式或对置气缸式
等多列气缸的形式。在民用船舶柴油机中，
主要是直列式和V 型。
某些船舶的推进装置（如客轮）采用
双机双桨推进装置。在这种船舶上，由船
艉向船艏看，布置在机舱右舷的柴油机为
右旋柴油机，亦称右机；布置在机舱左舷
的柴油机为左旋柴油机，亦称左机。在这
种动力装置中，为便于操纵管理，右机的
操纵侧即凸轮轴侧布置在柴油机左侧（即
内侧），而排气侧布置在其右侧；左机的操
纵侧在柴油机的右侧（即内侧）。单台布置的船舶主柴油机通常均为右旋柴油机。 （5）按柴油机排气管的位置分类。有
图1-3-1 筒状活塞和十字头式柴油机的构造示意图
1-活塞；2-活塞杆；3-滑块；4-连杆；5-十字头；6-导板
图1-3-2 直列式气缸排列的柴油机
右或左单列柴油机。
由飞轮端向自由端看，排气管
位于气缸中心线所在平面右侧的单
列柴油机称为右单列柴油机；排气
管位于气缸中心线所在平面左侧的
单列柴油机称为左单列柴油机。
（6）按柴油机的转向分类。由
飞轮端（功率输出端）向自由端看，有顺时针方向和逆时针方向旋转的
柴油机。前者称右旋柴油机，后者
称左旋柴油机。
（7）按柴油机可否逆转分类。曲轴仅能按同一方向旋转的柴油机称不可逆转柴油机；可由操纵机构
改变其曲轴转向的称可逆转柴油机。 三、几种常用机型简介
1．低速机
设计厂家在竞争中已减少到3个
1) B&W 公司：81年MAN 公司购并了B&W 公
司，低速机由MAN-B&W 公司哥本哈根（丹麦）分公
司设计试制。
L-MC 还发展了S-MC 、K-MC ，其字母L 表示长
冲程，S 表示超长冲程，K 表示一般冲程。
70年代中后期，B&W 低速机装船千瓦数占世界
总数比例在1/4～1/3左右。80年接到订货单开始超过
Sulzer 公司，到80年代中就接近60%。
2) Sulzer 公司：
70年代中后期，Sulzer 低速机装船千瓦数占世界
总数百分比在50％以上～60％左右。后来逐渐降至1/3
左右。
Sulzer 公司? New Sulzer 公司? Wartsila-NSD 公
司
3) 三菱重工业公司：
三菱重工业公司低速机装船千瓦数占世界总数百
分比一直在10％左右。
4) MAN 公司：
70年代中后期，MAN 公司低速机装船千瓦数占
世界总数百分比曾保持在10％左右，后来就更少了。 图1-3-3 V 型气缸排列的柴油机
2．中速机
中速机的厂家相当多，这里仅能列举最著名的几
家。
1) Wartsila公司
2) S.E.M.T.（法国热机研究学会）
PC2-5→PC2-6→PC2-6B（缸径D=400）；
PC4→PC4-2→PC4-2B（缸径D=570）。
3)MAN公司
4)Sulzer公司
5)大发公司
6)MaK公司
3．国产柴油机的命名方法
国产柴油机型号由数字和表征柴油机特征的汉语拼音字头组成。但中小型柴油机的型号
也有例外，此时应以产品说明书为准。现将几种主要型号列于表1-3-1。
表1-3-1 国产柴油机命名代号的意义
如前所述，柴油机是将燃料的化学能转变为热能，并将热能转变为机械能的动力机械，而这种能量的转换是在柴油机的每一个工作循环中完成的。因此，工作循环完成的情况将直接影响到能量转换的完善程度，而柴油机的主要性能指标则是表示工作循环完成情况的参数。本章将对工作循环及工作过程进行分析和研究，从而了解影响柴油机性能的主要因素，掌握提高其性能的基本途径和具体措施。
第四节柴油机的工作循环
一、柴油机的两种示功图
研究柴油机气缸内的工作过程，首先要用仪表测量出能正确反映缸内实际情况的实验数
据来。最常见的是测量气缸的压力，因为容易测量，且测得工质压力后，利用热力学的基本公式，还能求出工质温度、内能、计算焓、功和热量等热力参数，这样即可分析循环了。 表示气缸内工质压力变化的图形叫示功图。它有p-V 示功图和p- 示功图两种形式，现结合柴油机的实际循环加以说明。
1．p-V 示功图
气缸内的工质压力随气缸容积变化的图形叫p-V 示功图，又称压力－容积图，亦可视为压力与活塞位置的函数关系，如图1-4-1所示。该图上曲线包围的面积相当于工质在一个循
环内对活塞作的功，故习惯上称为示功图。
在图1-4-1中，dra'a 为进气过程，ac 为压
缩过程，cze 是燃烧过程，eb'为膨胀过程，b'brr'
是排气过程，drr'为进、排气阀重叠开启、燃
烧室扫气阶段。上面的环形面积faczeb'bf 表示
工质从压缩行程到膨胀行程作的正功（向外输
出），下面的环形面积fdrr'f 代表工质在进、排
气行程中作的功，在增压柴油机中亦为正值；
但在非增压四冲程柴油机的p-V 示功图（图
1-4-2）中，此功（即环形面积a'afr'rda'）
为负，即消耗功，（因为进气压力线rda'在排气压力
线br'r 下面）。此负功在柴油机循环的分析中称泵气损失。
图1-4-3为二冲程柴油机的p-V 示功图。
进、排气过程没有占用单独的活塞行程，因而也没有相应的环形面积。图中，b 、a －排气口开启、关闭，d 、g －扫气口开启、关闭，bdfga －进、排气过程。环形面积aczebfa 代表工质在一个循内对外作的功。
图1-4-2 四冲程非增压柴油机的p-V 示功图
图1-4-3 二冲程柴油机的p-V 示功图
图1-4-1 四冲程增压柴油机的p-V 示功图
2．p-?示功图
气缸内的工质压力随曲轴转角变化的图形叫p-?示功图。p-V 示功图不适于研究燃烧过
程，因为燃烧过程发生在上止点附近，此时活塞运动速度（相当于气缸容积变化速率）很慢，难以从p-V 图上看出这一区间内压力变化的特点。若以曲轴转角为横座标就清楚了，这等于把上止点附近的压力变化图形展
开，故又称展开示功图，在柴油机
性能研究中得到广泛的应用。
图1-4-4为p-?示功图，由于它
主要用于分析燃烧过程，故只画出
了压缩与膨胀行程部分，即360?。
b'为排气阀开启时刻，a 为进气阀关
闭时刻，其他点号与图1-4-1同。增
压与非增压柴油机有类似的图形，
二冲程柴油机的p-?示功图也与此
基本相同。必须指出，p-?示功图曲线下的面积不能直接代表工质在一个循环内对活塞作的功，需经一定
的数学运算才能求出。
上述两种示功图均可用电子示功器测出，活塞位移与曲轴转角两者可互相转换。
二、柴油机的理想循环
在柴油机中，为了连续实现燃料化学能——热能——机械能的转换，需不断重复由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成的循环，其实际进行情况十分复杂。
为了能用热力学的基本理论和公式分析研究柴油机循环，需将实际循环理想化和抽象化。基于热力学基本理论建立起来的柴油机循环称为理想循环，对它作了如下几点假定：
（1） 工质为理想气体，其分子量与比热同纯空气在物理标准状态时的相同。在整个循环中，比热和化学成分不变。燃料的燃烧过程用外界热源向工质加热过程代替，其方式可以是定容、或定压、或定容与定压混合过程；
（2）循环为闭口体系，不更换工质，其数量也不变，故无进、排气过程与气体的漏泄；
（3）压缩与膨胀过程为绝热过程，与外界没有热交换，也不存在摩擦；
（4）废气排出带走热量的过程用工质向外界冷源放热过程代替。
因此，这样的理想循环是一个闭口体系的可逆热力循环。在能量转换过程中只有冷源损
失，对四冲程和二冲程柴油机都适用。由于对工质所作的假定，有人称它为空气标准循环。
柴油机的理想循环有四种（图1-4-5）：
（1）定压加热循环（图a ）。此循环只有定压加热过程2-3而没有定容加热过程。早期的空气喷射式柴油机以及现代高增压柴油机为防止p z 过高，限制NO X 的排放又要求功率大而采用定压燃烧方式工作的柴油机，即近似按此循环工作。理论热效率ηt 和平均理论压力p t 公式见表1-4-1。
（2）定容加热循环（图b ）。与混合加热循环的区别是只有定容加热过程5-6
而没有定 图1-4-4 四冲程柴油机的p-?示功图
压加热过程。低速经济（低油耗）型柴油机或柴油机在部分负荷工作时，即近似按此循环工作。
（3）混合加热循环（图c ）。其过程包括：1-8——绝热压缩，8-9-10——混合加热（定容加热8-9和定压加热9-10），10-11——绝热膨胀，11-1——定容放热。一般柴油机按此循环工作。
（4）继续膨胀混合加热循环（图d ）。工质由11点一直膨胀到12，此时压力与循环始点1的压力p a 相等，然后定压放热12-1，。
若在柴油机气缸内实现这种循环，气缸势必做得很长。故令膨胀分两步完成：10-11在气缸内，11-12在燃气涡轮内。它相当于柴油机与燃气涡轮联合装置的工作。如果涡轮直接带动压气机进行增压，则理想循环略有改变（图1-4-6）：压缩过程亦分压气机内压缩a o a 和柴油机内压缩ac 两步。此即脉冲式废气涡轮增压柴油机的理想循环，热效率公式只要将
换
(a) Diesel cycle
(b) Otto cycle
(c) Dual combustion cycle (d) Modified Atkinson cycle
图1-4-5柴油机的四种理想循环
为总压缩比c a c V V 0
=ε即可。
表1-4-1 柴油机理想循环的η
和p
上述四种理想循环亦可依次称为狄
塞尔（Diesel ）循环、奥托（Otto ）循环、
萨巴蒂（Sabathe ）循环和修正的阿特金
逊（Atkinson ）循环。
分析表1-4-1中各式可得出如下重
要结论：
（1）加大ε，由于循环最高温度提
高，工质膨胀比扩大，故热效率ηt 增加，
但其提高率随ε加大而逐渐降低，而循环
最高压力p z 迅速上升。因而ε对ηt 和机械
负荷均有较大影响。见图1-4-7。
（2）如果其他条件不变，只增大λ，则循环最高温度增高，循环温差扩大，ηt 提高，但p z 亦升高。若仅是ρ加大，
则工质膨胀不充分，膨胀终点压力、温度均升高，ηt 下降。在混合加热循环中，当加热量一
图1-4-6 脉冲式废气涡轮增压柴油机的理想循环图
定时，若λ上升，即定容加热量增多，
ρ必然下降（定压加热量减少），故
ηt 、p z 增高。反之则ηt 、p z 降低。混
合加热循环中λ、ρ的分配反映加热
规律，即燃烧规律。由上述分析可
知，燃烧不仅要“完全”，还应在靠
近上止点的区间发生，即“及时”。
综合上述ε和λ对ηt 的影响不难
看出，提高循环最高压力p z 是改善
经济性的有效措施。
（3）柴油机在理想情况下对热
量的最大利用率可用各类理想循环的ηt 表示，按其实际使用的压缩比
计算为0.7左右。在实际上虽然达不到，但可作为改
进柴油机性能的根据。
（4）提高p z 、λ、ρ和ηt 均可加大p t 。p t 与柴油机
进气总管压力p a 成正比，因而采用增压以提高充入气
缸的空气压力能够加大p t 。
要比较混合加热循环、定容加热循环和定压加热
循环三种循环，哪种效率高，应用分析计算法较困难，
同时也不全面。最简单的方法就是在T-S 图上作定性
比较。
（1）对某既定柴油机而言：ε不变。如放热q 2相
同，见图1-4-8。三种循环ε不变，绝热压缩线1-2不
变。因为q 1定容>q 1混合> q 1定压，而q 2相同，所以ηt 定容>
ηt 混合>ηt 定压。
（2）对设计新柴油机而言：p z 、T max 相同，见图
1-4-9因为q 1定压>q 1混合>q 1定容，而q 2相同，所以ηt 定压>ηt
混合>ηt 定容。
以上热力学结论对改进柴油机性能有重要指导意
义，但用于实际柴油机时应注意考虑实际因素的限制，
权衡利弊，综合分析而定。 三、柴油机的实际循环 柴油机的实际循环和理想循环之间是有差别的。 首先，实际循环是一个开口热力体系，而不是闭
口热力体系。因为它需通过进、排气过程更换工质－排出废气，吸进新鲜空气，以保证循环反复进行。这样，工质性质会改变，且存在流动阻力损失。
第二，关于加热与放热过程。对工质的加热实际上是将燃油喷入气缸燃烧，将燃油的化
图1-4-7 理论热效率的影响因素
图1-4-8 ε不变的T-S 图 图1-4-9 最高压力不变的T-S 图
船舶柴油机的分类
基础知识No Responses ? 二122011 柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。 一、柴油机的优点 柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点： （1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。 （2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。 （3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。 （4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。 （5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。 二、柴油机的类型 由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型： （1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。 （2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。 （3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。 高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
船舶柴油机的分类
基础知识No Responses ? 二 122011 柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。 一、柴油机的优点 柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点： （1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。 （2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。 （3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。 （4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。 （5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。 二、柴油机的类型 由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型： （1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。 （2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。 （3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。 高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
船舶柴油机知识点梳理
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ε、压力升高比λ、绝热指数k（正相关）、初期膨胀比ρ（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。直流扫气质量好，但是结构复杂，维修较困难。 柴油机类型： 低速柴油机n≤300r/min Vm＜6m/s 中速柴油机300
船舶柴油机复习资料
1．柴油机特性曲线：用曲线形式表现的柴油机性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。2．扫气过量空气系数：每一循环中通过扫气口的全部扫气量与进气状态下充满气缸工作容积的理论容气量之比 3．封缸运行：航行时船舶柴油机的一个或一个以上的气缸发生了一时无法排除的故障，所采取的停止有故障气缸运转的措施。 4．12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。 5.有效燃油消耗率：每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油数量。 6．示功图：是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。 7．燃烧过量空气系数：对于1kg燃料，实际供给的空气量与理论空气需要量之比。 8．敲缸：柴油机在运行中产生有规律性的不正常异音或敲击声的现象。 9．1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。（是超负荷功率，为持续功率的110%。） 10.平均有效压力：柴油机单位气缸工作容积每循环所作的有效功。 11.热机：把热能转换成机械能的动力机械。 12.内燃机：两次能量转化（即第一次燃料的化学能转化成热能，第二次热能转化成机械能）过程在同一机械设备的内部完成的热机。 13.外燃机： 14.柴油机：以柴油或劣质燃料油为燃料，压缩发火的往复式内燃机。 15.上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，也是活塞离曲轴中心线最远的位置。下止点 16.行程：活塞从上止点移动到丅止点间的位移，等于曲轴曲柄半径R的两倍。 17.气缸工作容积：活塞在气缸中从上止点移动到丅止点时扫过的容积。 18.压缩比：气缸总容积与压缩室容积之比值，也称几何压缩比。 19.气阀定时：进排气阀在上.丅止点前启闭的时刻称为气阀定时，通常气阀定时用距相应止点的曲轴转角表示。 20.气阀重叠角：同一气缸在上止点前后进气阀与排气阀同时开启的曲轴转角。（进排气阀相通，依靠废气流动惯性，利用新鲜空气将燃烧室内废气扫出气缸） 21.扫气：二冲程柴油机进气和排气几乎重叠在丅止点前后120-150曲轴转角内同时进行，用新气驱赶废气的过程。 22.直流扫气：气流在缸内的流动方向是自下而上的直线运动。（空气从气缸下部扫气口，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖排气阀排出气缸） 23.弯流扫气：扫气空气由下而上，然后由上而下清扫废气。 24.横流扫气：进排气口位于气缸中心线两侧，空气从进气口一侧沿气缸中心线向上，然后再燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿中心线向下，把废气从排气口清扫出气缸。 25.回流扫气：进排气口在气缸下部同一侧，排气口在进气口上方，进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。 26.增压：提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，从而增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力和功率。 27.指示指标：以气缸内工作循环示功图为基础确定的一些列指标。只考虑缸内燃烧不完全及传热等方面的热损失，不考虑各运动副件存在的摩擦损失，评定缸内工作循环的完善程度。 28.有效指标：以柴油机输出轴得到的有效功为基础，考虑热损失，也考虑机械损失，是评定柴油机工作性能的最终指标。 29.平均指示压力：一个工作循环中每单位气缸工作容积的指示功。 30.指示功率：柴油机气缸内的工质在单位时间所做的指示功。 31.有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率。
船舶柴油机发展趋势
【摘要】从船用柴油机的市场、产品、技术等方面介绍了柴油机的现状及发展动向。论述当前国外气缸直径160 mm以上，单机功率大于1000 kW的大功率低速、中速、高速柴油机的总体技术水平、技术发展概况，特别是在提高可靠性、改善其低工况特性、降低其排放和智能柴油机等方面进行阐述，并预测今后的发展趋势。 0 引言 柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等，在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，使其各项技术指标不断创新，市场上已有一批性能好、油耗低、功率范围大、废气排放符合法定标准、可靠性高的产品。 柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率提高，油耗降低；发动机坚固、耐用，寿命变长。但柴油机缺点在于比功率低于汽油机，对空气利用率低，摩擦损失大。 1 低速柴油机 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保
持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer 和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC 型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以
第十章船舶主柴油机在船上的安装
第十章船舶主柴油机在船上的安装 柴油机的质量除取决于设计、材料和制造工艺外，更重要的是取决于装配或安装与校中质量，并直接影响柴油机的可靠性与经济性。 本章主要介绍作为船舶主机的大型低速柴油机主要零部件在船上的安装与校中主，要包括：机座的定位与安装；机架、气缸体和贯穿螺栓的安装；固定件相互位置的校中；活塞运动部件的平台检验；运动件与固定件相互位置的校中等；这部分内容对轮机员日常检修、故障分析和驻厂的监修与监造均很重要，是必不可少的安装工艺知识。 通常，在主柴油机定位安装前，船体建造应完成以下内容： （1）船舶主甲板以下，机舱至船尾的船体结构的焊装工作； （2）船舶主甲板以下，机舱至船尾所有舱室的试水工作； （3）船体基线测量并应符合规定的技术要求； （4）机舱至船尾范围内的较大设备均已吊装完毕。 §10-1 机座（Bedplate ）的安装 机座是整台柴油机的安装基础，机座的定位与安装十分重要，其质量不仅直接影响整台柴油机的质量和可靠运转，而且直接影响船舶推进系统的质量和可靠性。所以，机座的定位与安装是柴油机在船上安装的关键。
机座的作用：柴油机的基础（★承重；★受力；★集油）。
1机座定位的技术要求 1.1机座在机舱中位置的确定 机座在机舱中的位置是根据轴系校中方法和轴系两端轴的安装顺序来确定的轴系按合理校中安装时，以曲轴与轴系连接法兰上的偏中值定位。轴系按直线校中安装时，机座定位依两端轴安装顺序不同有两种方法:先装尾轴后装主机时，以曲轴和轴系连接法兰上的偏中值定位;先装主机后装尾轴时，以轴系理论中心线定位。 1）轴系按合理校中安装 船舶建造时，在船台上安装尾轴管装置、尾轴和螺旋桨后，一般在船舶下水后定位主机机座, 按轴系合理校中计算书中计算出的轴系第一节中间轴首法兰与曲轴输出端法兰偏中值定位允许误差：偏移值S不大于±0.1mm ;曲折值?不大于±0.1mm /m或开口值S不大于10-4D （D为法兰外径，mm ）。 2）轴系按直线校中安装 （1）船舶建造时，在船台上先安装尾轴管装置、尾轴和螺旋桨及中间轴，在船台上或船下水后安装主机、以轴系第一节中间轴首法兰与曲轴输出端法兰的偏中值:偏移值SW0.10mm、曲折值 ?w0.15mm/m 定位机座、 （2）在船台上先安装主机，后安装尾轴等。主机机座按轴系理论中心线定位：机座首、尾位置（轴向）依照机舱布置图确定，即以机座上曲轴首（尾）法兰或机座某个地脚螺栓孔相对于船体某号肋位的距离来确定；高低、左右位置依轴系理论中心线确定。 为了保证轴系准确安装，要求所加工制造的中间轴中有一节中间轴的长度由安装实测尺寸确
第一章_船舶动力装置系统_第一节_燃油系统
第一章船舶动力装置系统 现代船舶动力装置，按推进装置的形式，可分为5大类： （1）·柴油机推进动力装置；（2）·汽油机推进动力装置；（3）·燃气轮机推进动力装置；（4）·核动力推进动力装置；（5）·联合动力推进装置。 现代民用船舶中，所采用的动力装置系统绝大多数是柴油机动力装置，因此，本书主要介绍以柴油机为动力装置的船舶，图1－1为船舶柴油机动力装置系统燃油供应系统原理图。 图1－1 柴油机动力装置系统燃油供应系统原理图 柴油机燃油系统包括三大功能系统，分别是输送、日用和净化。 1）油输送系统 燃油输送系统是为了实现船上各燃油舱柜间驳运及注入排出而设计的，所以，系统应包括燃油舱柜、输送泵、通岸接头和相应的管子和阀件。通过管路的正确连接和阀件的正确设置，实现规格书所要求的注入、调拨和溢流等功能。 设计前，要认真阅读规格书和规范的有关章节，落实本系统所涉及的舱柜和设备所要求的输送功能。 设计时，应注意如下几个方面： a.规格书无特殊要求，注入管应直接注入至各储油舱，再通过输送泵送至各日用柜和沉淀柜，各种油类的注入总管应设有安全阀，泄油至溢流舱，泄油管配液流视察器； b.所有用泵注入的燃油舱柜都要有不小于注入管直径的溢流管，溢流至相应的溢流舱或储油舱，具体规定见各船级社规范，溢流管要配液流视察器； c.从日用柜至沉淀柜的溢流，在日用柜哪的管子上都要开透气孔以防止虹吸作用，两柜的连接管处要有液流视察器。 d.装在日用柜和沉淀壁上低于液面的阀，有的船级社规范对其材料有具体的规定，选阀时应予以注意。 e.一般情况下输送系统的介质，温度和压力都是较低的，所以系统的管材选用III级管即可。
船用柴油机
上海国际海事信息与文献网发布时间:2007-03-20 浏览:3123 【摘要】从船用柴油机的市场、产品、技术等方面介绍了柴油机的现状及发展动向。论述当前国外气缸直径160 mm以上，单机功率大于1000 kW的大功率低速、中速、高速柴油机的总体技术水平、技术发展概况，特别是在提高可靠性、改善其低工况特性、降低其排放和智能柴油机等方面进行阐述，并预测今后的发展趋势。 0 引言 柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等，在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，使其各项技术指标不断创新，市场上已有一批性能好、油耗低、功率范围大、废气排放符合法定标准、可靠性高的产品。 柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率提高，油耗降低；发动机坚固、耐用，寿命变长。但柴油机缺点在于比功率低于汽油机，对空气利用率低，摩擦损失大。 1 低速柴油机 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正
船用柴油机的现状及发展趋势
船用柴油机的现状及发展趋势 船用柴油机被誉为船舶的动力“心脏”，可分为低速、中速、高速柴油机。目前，MAN和W?rtsil?(瓦锡兰)是全球船用柴油机两大品牌，其中MAN是船用低速机龙头，瓦锡兰是船用中速机龙头。 1 低速柴油机 工作原理：通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比，它提高了作功能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异。 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以求提高零部件的工作可靠性，增加柴油机的使用寿命；通过电子控制技术，达到柴油机运行的智能化。该公司
船舶柴油机的工作原理
船用柴油机的工作原理 二冲程柴油机的工作原理 通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比，它提高了作功能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异。 二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。二冲 程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口； 或设扫气口与排气阀机构。并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气 的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结构。 图是二冲程柴油机工作原理图。扫气泵附设在柴油机的一侧，它的 转子由柴油机带动。空气从泵的吸入吸入，经压缩后排出，储存在具有较大容积的 扫气箱中，并在其中保持一定的压力。现以图说明二冲程柴油机的工作原理。 燃烧膨胀及排气冲程： 燃油在燃烧室内着火燃烧，生成高温高压燃气。活塞在燃气的推动下，由上止点 向下运动，对外作功。活塞下行直至排气口打开（此时曲柄在点位置，此时燃气 膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身高压自由排气，从排气口排人到排气管。 当气缸内压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0 12，下行活塞把扫气口3打开（此时曲柄在点4的位置，扫气空气进入气缸， 同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束，但扫气 过程一直持续到下一个冲程排气口关闭（此时曲柄在点位置为止。 ·4· 342 第三篇船舶柴油机检修图二冲程柴油机工作原理示意图扫气及压缩冲程： 活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱 内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口 扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后（此时曲柄在点 位置，空气停止充人，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时
船用柴油机工作原理
船用柴油机是一种船舶上用的柴油机。其工作原理如下： 一股新鲜空气被抽进或泵进发动机汽缸内，然后被运动的活塞压缩到很高的压力。当空气被压缩时，其温度升高以致它能点燃喷射进汽缸的细雾状燃油。燃油的燃烧给充进的空气增加更多的热量，引起膨胀并迫使发电机活塞对曲轴做功，曲轴依次地通过其他轴来驱动传船舶的螺旋桨。 两次燃油喷射之间的运行称为一个工作循环。在四冲程柴油发动机中，这个循环需要由活塞四个不同的冲程来完成，即吸气、压缩、膨胀和排气。如果我们把吸气和排气与压缩和膨胀结合起来，四冲程发动机就变成了两冲程发电机。 二冲程循环开始于活塞从其冲程的底部（既下止点）上升，此时汽缸边上进气口处于打开状态。此时，排气阀也打开，新鲜空气充入汽缸，把上一冲程残留的废气通过打开的排气阀吹出去。阀吹出去。 当活塞向上运行到其行程上午大约五分之一时，它就关闭进气口，同时排气阀也关闭，所以温度和压力都上升到很高的值。当活塞到达其冲程的顶部（即上止点）时，燃油阀把细雾状的燃油喷射到汽缸内的高温空气中，燃油立即燃烧，热量使压力很快上升。这样，膨胀的燃气迫使活塞在做功冲程中向下移动。当活塞向下移动到行程的一半过一点的地方，排气阀打开，高温的燃气由于其自身的压力开始通过排气阀向外流出，该压力受
助于通过进气口进入的新鲜空气。进气口是随着活塞的进一步下行而打开的。然后，另一循环又开始了。 在二冲程发动机里，曲轴转一圈做一次做功冲程，而四冲程发动机，需要曲轴转二圈才做一次做功冲程，这就是为什么二冲程发动机在相同的尺寸下能够做大约两倍于四冲程发动机所做功的原因。在当前实际使用中，具有相同缸径和相同转速的发动机，二冲程发动机输出的功率比四冲程发动机高出大约百分之八十。这种发动机功率的增加，使得二冲程发动机作为大型船舶主机而得到广泛地应用。 船用柴油机和普通柴油机的区别有两点 其一，船用油一般碱值比较高。由于船用燃油硫含量高，(一般在0.5%－3.5％范围内变化)因而要求润滑油必须有足够的碱保持性，以中和燃料燃烧后生成的酸性物质。 其二，船用油耐水性能好。船在海上航行难免遇水污染，因而要求船用润滑油必须具有良好的抗乳化性能和分水性能，而陆用柴油机油则无此工况，也无此要求。 此外，船用油具有车用柴油机油的其它一切性能。
船用柴油机主要系统介绍-燃油,滑油,冷却
第五章柴油机系统 第一节燃油系统 一、作用和组成 燃油系统是柴油机重要的动力系统之一，其作用是把符合使用要求的燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端。该系统通常由五个基本环节组成：加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给。 燃油的加装是通过船上甲板两舷装设的燃油注入法兰接头进行的。这样，从两舷均可将轻、重燃油直接注入油舱。注入管应有防止超压设施。如安全阀作为防止超压设备，则该阀的溢油应排至溢油舱或其他安全处所。注入接头必须高出甲板平面，并加盖板密封，以防风浪天甲板上浪时海水灌入油舱。燃油的测量可以通过各燃油舱柜的测量孔进行，若燃油舱柜装有测深仪表的话，也可以通过测深仪表,然后对照舱容表进行。 加装的燃油贮存在燃油舱柜中。对于重油舱，一般还装设加热盘管，以加热重油，保持其流动性，便于驳油。 燃油系统中还装设有调驳阀箱和驳运泵，用于各油舱柜间驳油。 从油舱柜中驳出的燃油在进机使用前必须经过净化系统净化。燃油净化系统包括燃油的加热、沉淀、过滤和离心分离。图5-1示出了目前大多数船舶使用的重质燃油净化系统。 图5-1 重质燃油净化系统 1-调驳阀箱；2-沉淀油柜燃油进口；3-高位报警；3-低位报警；4-温度传感器；5-沉淀油柜；6、16-水位传感器；7-供油泵； 8-滤器；9-气动恒压阀；9’-流量调节器；10-温度控制器；11、12-分油机；13-连接管；14-日用柜溢油管；15-日用油柜从图可以看出，通过调驳阀箱1，燃油被驳运泵从油舱送入沉淀油柜5，每次补油量限制在液位传感器3与3之间，自动调节蒸汽流量的加温系统加速油的沉淀分离并且可使沉淀油柜提供给供油泵7的油温变化幅度很小。供油泵后设气动恒压阀9和流量控制阀9’，以确保平稳地向分油机输送燃油，有利于提高净化质量。燃油进入分油机前，通过分油机加热器加温，加热温度由温度控制器10控制，使进入分油机的燃油温度几乎保持恒定。系统设有既能与主分油机串联也能并联的备用分油机，还设有备用供油泵，提高了系统的可靠性。分油机所分的净油进入日用油柜15，日用油柜设溢流管。在船舶正常航行的情况下，分油机的分油量将比柴油机的消耗量大一些，故在吸入口接近日用油柜低部设有溢流管，可使日用油柜低部温度较低、杂质和水含量较多的燃油引回沉淀柜，既实现循环分离提高分离效果，又使分油机起停次数减少，延长分油机使用寿命。沉淀柜和日用柜都设有水位传感器6、16，以提醒及时放残。 燃油经净化后，便可通过燃油供给系统送给船舶柴油机。近年来由于高粘度劣质燃油的
船用柴油机的安装
许兵电气工程及其自动化2220093330 收到回复，谢谢 A.船舶主柴油机在船上的安装 一．机座的安装 机座是整台柴油机的安装基础，机座的定位与安装十分重要，其质量不仅直接影响整台柴油机的质量和可靠运转，而且直接影响船舶推进系统的质量和可靠性。所以，机座的定位与安装是柴油机在船上安装的关键。 机座的作用：柴油机的基础（★承重；★受力；★集油）。 1 机座定位的技术要求 1.1 机座在机舱中位置的确定 机座在机舱中的位置是根据轴系校中方法和轴系两端轴的安装顺序来确定的。轴系按合理校中安装时，以曲轴与轴系连接法兰上的偏中值定位。轴系按直线校中安装时，机座定位依两端轴安装顺序不同有两种方法：先装尾轴后装主机时，以曲轴和轴系连接法兰上的偏中值定位；先装主机后装尾轴时，以轴系理论中心线定位。 l）轴系按合理校中安装 船舶建造时，在船台上安装尾轴管装置、尾轴和螺旋桨后，一般在船舶下水后定位主机机座，按轴系合理校中计算书中计算出的轴系第一节中间轴首法兰与曲轴输出端法兰偏中值定位。允许误差：偏移值δ不大于±0.1mm；曲折值φ不大于±0.1mm／m或开口值S不大于10-4D（D为法兰外径，mm）。 2）轴系按直线校中安装 （1）船舶建造时，在船台上先安装尾轴管装置、尾轴和螺旋桨及中间轴，在船台上或船下水后安装主机、以轴系第一节中间轴首法兰与曲轴输出端法兰的偏中值：偏移值δ≤0.10mm、曲折值φ≤0.15mm/m定位机座、 （2）在船台上先安装主机，后安装尾轴等。主机机座按轴系理论中心线定位：机座首、尾位置（轴向）依照机舱布置图确定，即以机座上曲轴首（尾）法兰或机座某个地脚螺栓孔相对于船体某号肋位的距离来确定；高低、左右位置依轴系理论中心线确定。 为了保证轴系准确安装，要求所加工制造的中间轴中有一节中间轴的长度由安装实测尺寸确定。 1.2 机座上平面的平面度应符合要求 机座定位安装必须保证机座上平面的平直，以保证机架、气缸体安装的正确。要求机座地脚螺栓均匀上紧后，机座上平面的平面度应与台架安装时平面度基本相符，或横向直线度应不大于0.05mm／m，纵向直线度应不大于0.03mm／m，机座全平面内平面度应不大于 0.10mm。 1.3 曲轴臂距差应符合要求 机座定位并用地脚螺栓紧固安装后，要求曲轴臂距差满足以下近似公式，臂距差计算值Δ： Δ＝S／10000 mm 式中：S——活塞行程，mm。 用作船舶主机的大型低速柴油整机吊装到船上时，其定位要求与上述相同，只是不需检
船舶柴油机复习资料(全)
船舶柴油机复习资料(全)
1．柴油机特性曲线：用曲线形式表现的柴油机性 能指标和工作参数随运转工况变 化的规律。 2．扫气过量空气系数：每一循环中通过扫气口的全部扫气量与进气状态下充满气缸工作容积的理论容气量之比 3．封缸运行：航行时船舶柴油机的一个或一个以 上的气缸发生了一时无法排除的 故障，所采取的停止有故障气缸运 转的措施。 4．12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的 最大有效功率。 5.有效燃油消耗率：每一千瓦有效功率每小时所 消耗的燃油数量。 6．示功图：是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。 7．燃烧过量空气系数：对于1kg燃料，实际供给的空气量与理论空气需要量之比。 8．敲缸：柴油机在运行中产生有规律性的不正常异音或敲击声的现象。 10.9．1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。（是超负荷功率，为持续功率的
14.指示指标：以气缸内工作循环示功图为基础确定的一些列指标。只考虑缸内燃烧不完全及传热等方面的热损失，不考虑各运动副件存在的摩擦损失，评定缸内工作循环的完善程度。 15.有效指标：以柴油机输出轴得到的有效功为基础，考虑热损失，也考虑机械损失，是评定柴油机工作性能的最终指标。 16.平均指示压力：一个工作循环中每单位气缸工作容积的指示功。 17.指示功率：柴油机气缸内的工质在单位时间所做的指示功。 18.有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率。 19.机械损失功率：作用在活塞上指示功率传递到曲轴的过程中损失的功率。 20.活塞平均速度：曲轴一转两个行程中活塞运动速度的平均值。 21.机械负荷：柴油机部件承受最高燃烧压力，惯性力，振动冲击等强烈程度 22.热负荷：柴油机燃烧室部件承受温度，热流量及热应力的强烈程度。 23.热疲劳：燃烧室部件在交变的热应力作用下出
船舶柴油机的基本知识讲解
课题一船舶柴油机的基本知识 目的要求： 1．了解船舶柴油机的基本概念及优缺点。 2．掌握柴油机基本结构和主要系统。 3．掌握柴油机主要结构参数。 4．掌握四、二冲程柴油机的工作原理。 5．比较四、二冲程柴油机工作原理与结构上的差别。 6．了解船舶柴油机的基本分类和型号。 重点难点： 1．柴油机与汽油机的区别。 2．进排气重叠角、定时图。 教学时数：4学时 教学方法：多媒体讲授 课外思考题： 1．柴油机与汽油机有哪些区别？ 2．柴油机主要结构组成和作用。 3．压缩比ε意义及对柴油机工作性能有什么影响？ 4．四冲程柴油机各工作过程特征及特点。 5．二、四冲程换气在工作上原理及结构上有什么差别？ 6．四冲程柴油机进、排气为什么都要提前和滞后？气阀重叠角有何作用？
课题一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。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。 根据英国劳氏船级社统计，1985年全世界制造的船舶中（2000t以上）以柴油机作为推进装置者占99.89％，而到1987年100％为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点： （1）经济性好。有效热效率可达50％以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。 （2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW～45600kW，适用的领域广。
船舶柴油机(轮机)柴油机的结构和主要零部件
& 船舶柴油机（轮机） --模块二柴油机的结构和主要零部件-- 黄步松主讲 福建交通职业技术学院船政学院
模块二柴油机的结构和主要零部件 重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。 缸盖 燃烧室部件缸套 活塞组件 主要零部件连杆 曲柄连杆机构曲轴 主轴承 主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓 单元一燃烧室部件 一、燃烧室部件承受的负荷 1．机械负荷 机械负荷指受力部件承受气体力、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。主要以气体力和惯性力为主。柴油机的机械负荷有两个特点：一是周期交变；二是具有冲击性。 1）安装应力： 安装应力与预紧力成正比。因此，安装气缸盖时不应过分紧固，否则会使气缸套、气缸盖发生损伤。另外，将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。 2）气体力： 气体力是周期变化的，其最大值为最高爆炸压力，变化频率与转速有关，因而由气体力产生的机械应力也称高频应力。由气体力产生的机械应力具有以下特点： 气缸盖、活塞：触火面为压应力，冷却面为拉应力。 缸套：径向：触火面为压应力最大，冷却面为零。 切向：触火面为拉应力最大，冷却面为拉应力最小。 机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。 3）惯性力： 活塞组件在缸内作往复变速运动，产生往复惯性力；曲轴作回转运动产生离心惯性力。其大小与部件质量和曲轴转速的平方成正比。由惯性力产生机械应力也是一种高频应力。 2．热负荷 1）热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。 2）热负荷的表示方法 （1）热流密度（2）温度场（3）热应力 3）热负荷过高对柴油机的危害： （1）使材料的机械性能降低，承载能力下降； （2）使受热部件膨胀、变形，改变了原来正常工作间隙； （3）使润滑表面的滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至被烧掉； （4）使受热部件（如活塞顶）受热面被烧蚀； （5）使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。 船舶上，轮机管理人员通常用排气温度来判断热负荷的高低。 4）热应力： 是指受热部件在内外表面温度不同并且有一定约束的条件下在金属内产生的一种内力。 气缸盖、活塞：触火面为热压应力，冷却面为热拉应力。 缸套：径向：为零。 切向：触火面为压热应力，冷却面为拉热应力。 热应力与部件壁厚成正比，即壁厚δ愈大，热应力愈大。
1.2.2-船舶柴油机的工作原理和基本结构
1.2.2 船舶柴油机的工作原理和基本结构 1. A diesel engine is similar to a gasoline engine except that the former has no ______. A. piston B. connecting rod C. cylinder D. spark plug 注柴油机与汽油机相似除了柴油机没有火花塞。D 2. Fuel oil begins to inject into the cylinder of a four-stroke diesel engine during the _____. A. intake stroke B. exhaust stroke C. power stroke D. compression stroke 注燃油开始喷射进入柴油机气缸是在压缩冲程末。D 3. Oil for piston cooling is delivered through rod to a compartment in the piston heat, then distributed as a result of piston motion, and finally drained to the crankcase through one or more holes or pipes; this procedure is known as the _____. A. splash method B. spray method C. shaker method D. throw-off method 注活塞冷却油通过活塞杆进入一个空间，由于活塞的往复运动，将通过一些小孔管加热，分配最后排放冷却油到曲轴箱，这个过程被称为震荡冷却。C 4. Successful combustion inside the cylinders of a diesel engine depend upon______. A. fine atomization B. high temperature C. good mixing of fuel and air D. any one of the other alternatives 注柴油机气缸内完全燃烧取决于良好雾化，高温，以及燃油空气的良好混合。D 5. The function of diesel engine valve springs is to ______. A. hold the valves open B. keep the valves off their seats until the exhaust stroke is completed C. close the valves D. open inlet valves when the air injection cycle begins 注柴油机阀件弹簧的作用是关闭阀。C 6. Cast iron pistons used in large propulsion diesel engines are constructed with_____. A. no taper B. the skirt being tapered and smaller than the crown C. the skirt being tapered and larger than the crown D. the crown being tapered and smaller than the skirt 注使用在大型推进装置的铸铁活塞的建造是使用活塞头呈锥面，并且小于活塞裙。D 7. In a full floating piston pin, the pin is prevented from sliding against the cylinder walls by _______ A. snap rings B. seal welding C. a press fitting D. a tongue-and-groove 注在全浮动的活塞销上，扣环可以防止活塞销滑动而碰壁。A 8. The use of push rods is necessary in a diesel engine when______