船用柴油机百年发展简史
船用柴油机百年发展简史
王华堂一． 柴油机的诞生
鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel，1858-1913）。狄塞尔1856年出生于法国巴黎，父母是德国移民。1870年普发战争爆发后，他移居到德国奥格斯堡的叔叔家，在那里他就读职业学校。1875年，他进入慕尼黑科技大学学习，5年后以第一名的成绩毕业并返回巴黎从事制冷专业。在工作中，他深感蒸汽机的效率低下，于是萌发了设计新型发动机的念头。1890年他回到柏林，不久后他建造了一台以氨气为动力的发动机并进行研究，但不幸的是，发动机的爆炸差点要了他的命。出院后他继续研究工作，并在1893年发表了著名的论文《Theory and Construction of a Rational Heat-engine to Replace the Steam Engine and Combustion Engines Known Today》（《取代现有蒸气发动机和内燃发动机的合理的热发动机理论和设计》），在论文中他提出了定压加热循环原理（即“狄塞尔”循环），并申请了专利。
图1.1 柴油机的发明人鲁道夫.狄塞尔
为了实现他的想法，他找到德国奥格斯堡机器制造厂，也就是今天大名鼎鼎的曼（M.A.N）公司的前身。1897年，他成功制造了一台能安全运转的热机。在奥格斯堡他亲自启动了发动机，那一瞬间，热机领域一次新的科技革命诞生了。虽然这台单缸引擎的功率仅为14瓦，但效率已经远远超过当时的蒸汽机和已经发明的奥托式内燃机，达到了前所未有的26%。现在，这台机器的复制品（原件已经不幸在二战中损毁）被收藏在慕尼黑德意志科技博物馆里，狄赛尔也永远被人们铭记。今天英文的柴油机一词“Diesel Engine”就是以
他的姓氏来命名的。不过当时柴油机并没有使用柴油，使用的是植物油。
图1.2 世界上第一台柴油机
狄塞尔柴油机为单缸四冲程柴油机，虽然柴油机经过了100多年的发展，但其基本原理都是基于狄塞尔提出的定压膨胀原理。柴油机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴等部件组成。4冲程柴油机的工作循环经历进气、压缩、做功和排气四个冲程。柴油机在进气冲程吸人的是纯空气，在压缩冲程接近结束时，由喷油泵将高压柴油通过喷油器以雾状喷人气缸，在短时间内与压缩后的高温、高压空气混合，形成可燃混合气。混合气温度大大超过柴油的自燃点，柴油喷人气缸后，在很短的时间内即自行着火燃烧，燃气压力急剧上升，温度急剧升高，在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转作功。废气则经排气门、排气管等处排人大气。
图1.3 四冲程柴油机的工作原理
四冲柴油机在一个工作循环中，只有一个冲程做功，其余三个冲程都是为做功冲程创造条件的辅助行程。因此，单缸发动机工作不平稳，需要通过飞轮等保证其圆周运动。现代柴油机大多采用多缸结构，在多缸发动机中，所有气缸的做功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的做功间隔。例如六缸发动机，在完成一个工作循环中，曲轴旋转两周即720度，曲轴转角每隔120度就有一个气缸做功。因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。虽然柴油和汽油同为内燃机燃料，但柴油属于石油分馏中较重的馏分，馏出温度高，粘度比汽油大，不易蒸发，然而其自燃点却低于汽油，故柴油机内可燃混合气的形成和燃烧方式与汽油机不同。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低，多用于汽车等小功率的场合；柴油机压缩比大，热效率高，输出功率大，经济性能和排放性能都比汽油机好。一般来说，柴油机的气缸数越多、缸径越大、活塞行程越长、汽缸压力越大，输出功率也就越大。当今，柴油机在重型汽车、重型机械、火车和船舶推进、电站等方面均有广泛应用。
二． 柴油机应用于船舶推进
狄塞尔本想将柴油机用于汽车，但是直到他去世，这个梦想也没有实现。不过随着石油的开发，柴油却率先在船舶推进中得到应用。1903年，俄国的“万达尔” 号（Vandal）油轮和法国的“佩迪特·皮埃尔” 号（Petite-Pierre）成为最早装备柴油机的船舶，她们几乎同时
建成服役，至于谁更早一些，不同的资料有不同的看法。
“万达尔”号由卡尔·哈格林（Karl Hagelin）为俄国的石油巨头诺贝尔兄弟公司（Branobel）设计（该公司是诺贝尔家族在俄国投资的石油公司，伟大的发明家阿尔弗雷德.诺贝尔就是出自该家族）。哈格林十分具有远见，他设计了一艘内河油轮，这艘船可以将里海的石油从伏尔加河下游经内陆河道直接运到圣彼得堡或芬兰，距离超过1800英里！以前这条路线上主要是通过内河驳船进行运输，采用蒸汽拖船拖曳，长距离的经济性不是很好。哈格林觉得新兴的柴油机可以用来一试。他考虑到内河船舶操作的灵活性，调速和倒车等因素，决定采用柴油机电力驱动方式。他聘请了船舶设计师约翰尼·约翰逊（Johny Johnson）进行整体设计，并由索莫夫船厂（Sormovo shipyard）建造。“万达尔”号吨位为800吨，长74.5米，宽9.55米，吃水2.4米，船上采用3台瑞典柴油机公司（Swedish Diesel）和ASEA公司合作生产的柴油机，缸径290毫米，行程为430毫米，转速240转/分，单台输出功率120马力。该船的柴油机和发电机放在船的中部，推进电机在船尾部，可直接驱动三个螺旋桨，航速可达8.3节。
图2.1 “万达尔”号
次年，诺贝尔兄弟公司又投资建造了一艘更大油船“萨玛特” 号（Sarmat）。这艘船排水量1150吨，载重750吨。她采用了2台路德维格.诺贝尔（Ludwig Nobel）公司的180马力柴油机（缸径320毫米，行程为420毫米）。她摒弃了电力传动，由柴油机直接驱动螺旋桨，籍此降低了15%的传动损失，航速达8.6节。由于俄罗斯北方寒冷，河流封冻，两艘油船仅在夏天使用，“万达尔”号运行了10年时间，而“萨玛特”号则一直使用到1923年。
法国的“佩迪特·皮埃尔”号则是一艘柴油机动力平底驳船，该船装一台25马力的柴油机，1903年9月，她开始在马尔纳--里昂的运河上开行。柴油机的发明人狄塞尔还曾受邀上船参观过，并签名留念。
图2.2 “佩迪特.皮埃尔”号的照片，上有狄塞尔签名
第一艘柴油机动力军舰是1904年法国建造的“埃吉瑞特” 号（Aigrette）潜艇，同型艇共两艘。该艇水面排水量202吨，水下排水量222吨，长/宽/吃水分别为41.3/3.0/2.8米，武器为两具450毫米鱼雷发射管，船员16人。她装有一台4缸4冲程柴油机。潜艇水上航行时采用柴油机直接推进螺旋桨，并为蓄电池充电。水下航行切换到蓄电池--电机，水上航速9节，水下航速7.1节，续航力500海里/5节，水下为45海里/4节。
与原先潜艇上普遍使用的汽油机相比，柴油机在发火时不需要复杂的点火装置，无汽油挥发爆燃的危险，产生的废气中有毒气体相对较少，具有热效率高、安全可靠等优点。随后，英国也开始装备柴油机动力的D1级潜艇，柴油机逐渐成为常规潜艇的标准水面动力配置，直至今日。
图2.3 英国D1型潜艇模型
三． 柴油机迈向远洋
早期柴油机主要应用于内河船舶和近岸潜艇，在经历了最初的发展阶段后，柴油机技术日益成熟，单机功率和可靠性都有大幅提高，为柴油机航向大海和远洋创造了基础。
1910年，意大利坎蒂里公司（Cantieri Navali Riuniti）建造了一艘678吨的海轮，命名
为“罗马格那” 号（Romagna），双桨推进。该船采用了两台瑞士苏尔寿（Sulzer）公司的4缸二冲程柴油机，缸径310毫米，行程460毫米，单台输出功率为280千瓦（370马力）。同年，盎格鲁·萨克森（Anglo-Saxo）石油公司（荷兰皇家壳牌的子公司）订造了一艘1216载重吨（排水量2047吨）的单螺旋桨油轮“瓦卡纳斯” 号（Vulcanus）。该船采用了一台370马力6缸4冲程柴油机（缸径400毫米，行程600毫米）。这艘船也是有史以来第一艘入籍劳氏船籍社的柴油机动力船舶。她被用于在新不列颠岛和新加坡之间运输石油。在运营过程中，柴油机的节能效果得到充分体现，日均消耗燃油为2吨，而同类型的蒸汽机船每天需要耗煤11吨。船上轮机部门的工作人员也减少了一半，该船一直服役到1932年。
图3.1 “瓦卡纳斯” 号油轮
1912年，是人类航海史上重要的一年。这一年，第一艘真正意义上的大型远洋轮船“锡兰迪亚”号（MS Selandia，MS为Moter Ship）建成，该船由丹麦远东公司（East Asiatic Company）公司投资。远东公司成立于1897年，公司的主要是业务是经营从丹麦首都哥本哈根到泰国首都曼谷和远东地区的航线，从事货物和人员运输。这是一条极其漫长的航路，出北海、经英吉利海峡南下，穿过直布罗陀入地中海，经苏伊士运河进入红海，再横渡印度洋，航程超过1万海里，以平均速度12节计算，海船需要连续航行约一个多月的时间。
图3.2 世界上第一艘远洋柴油机轮船，“锡兰迪亚”号
图3.3 “锡兰迪亚”号的绘画
“锡兰迪亚”号由丹麦哥本哈根的伯梅斯特和韦恩船厂（Burmeister & Wain，简称B&W）
建造。B&W创立于1846年，由伯梅斯特和韦恩两人创立，早期主要从事蒸汽机和蒸汽机
轮船的生产。1898年B&W公司从狄塞尔那里获得了柴油机在丹麦的生产特许权，并于1903年制造出第一台柴油机。“锡兰迪亚”号为一艘客货轮，她于1911年11月下水，1912年2月交付使用。长112.8米，宽16.8米，总吨位4964吨，载重量为6800吨。她采用了两台B&W自产的DM8150X型柴油机（8缸4冲程、缸径530毫米、行程750毫米，单机功率1250马力），双桨推进，航速可达12节以上。
图3.4 B&W DM8150X型柴油机
“锡兰迪亚”号采用三岛型布局，有艏楼、中楼和尾楼。艏楼后部、中楼和尾楼之间是货舱，船上没有烟囱，而是通过前桅进行排烟。除了载货外，船上还有20间一等单人客房，每两间房间共享淋浴和卫生设施。完工后，她直航远东，并顺利返回，全程2.18万海里。“锡兰迪亚”号远航的成功，证明柴油机完全适应远洋轮船的需要。1936年，她被出售给巴拿马的一家公司。二战爆发后，她被日本征用，1942年1月，在日本御前崎市外海触礁沉没。“锡兰迪亚”号同型船一共建了三艘，另外两艘分别为“费奥尼亚”（Fionia）号和“日德兰蒂亚”（Jutlandia）号。柴油机在大型远洋轮船上的应用，标志着柴油已经日渐成熟。虽然在绝对数量上柴油机船舶还很少，但柴油机的前景已经被人们所认识。
1912年，瑞士苏尔寿公司为了展示柴油机的潜力，投资建造了一台缸径为1000毫米，冲程1100毫米的1S100型单缸巨型柴油机。这台柴油机在150转时可发出1470千瓦（2000马力）的功率，它创造的柴油机缸径记录直到1960年代才被打破。该机研制成功也对船用柴油机向大型化发展产生了深远的影响。苏尔寿公司在1S100型柴油机采用了二冲程横流扫气结构，这种设计也成为苏尔寿柴油机的标志型结构，并一直沿用了70年。
图3.5 苏尔寿1S100型柴油机
1913年初，德国的汉堡--美洲公司6500吨级客货轮“蒙特·佩内多”号（Monte Penedo）是第一艘使用二冲程柴油机的大型远洋轮。长/宽/深分别为350/50/27英尺（1英尺= 30.48 厘米），载重4000吨，总吨位6500吨。她安装有两台瑞士苏尔寿公司制造的4S47型二冲程柴油机，缸径470毫米、行程680毫米、160转时可输出功率860马力。同时她也是德国第一艘大型柴油机远洋轮。
图3.6 “蒙特·佩内多”号
图3.7 苏尔寿4S47型二冲程柴油机
1914年，第一次世界大战爆发，德国建造了300多艘潜艇，除了早期的U1—U18煤油动力内燃机潜艇外，从U19后全部采用柴油机动力。这些潜艇分别由日耳曼尼亚、皇家、布洛姆福斯等多家船厂承建。德国潜艇分为中型潜艇、大型/巡洋/运输潜艇、UB近海潜艇、UC型近海布雷潜艇、UE型远洋布雷潜艇等不同种类。战争中，U型潜艇以其卓越的水下机动性和作战能力在海上出尽了风头，给协约国商船和战舰以重大打击，共击沉协约国商船6000艘，注册吨位1200万吨，击沉军舰150艘，德国自身也损失潜艇178艘。超强的续航能力和可靠性充分体现了柴油机动力的优势，曼恩公司也开始在柴油机领域树立起不可动摇的地位。在未来的几十年内，曼恩与丹麦B&W、瑞士苏尔寿等公司相互竞争，并发展为船
用大功率船用柴油机的巨头。
图3.8 一战时潜艇的柴油机机舱
四． 船用柴油机的普及
第一次世界大战后，柴油机性能有了新的提高，柴油机的装船数量开始上升，1921左右柴油机已经开始在客轮上使用。
1922年，新西兰联合航运公司（Union Steamship Co of New Zealand）向英国的菲尔费尔德（Fairfield）船厂订购了一艘大型柴油机动力客轮“阿朗伊” 号（Aorangi）。该船全长600英尺，宽72.2英尺，吃水29.9英尺，17491总吨，安装4台苏尔寿ST70型6缸2冲程柴油机（缸径700毫米，行程990毫米），单台输出功率3177马力，4轴，航速17节。船上有440个一等、300个二等和230个三等铺位。经过2年的建造，“阿朗伊” 号建成，开始在温哥华-悉尼航线上服务。二战爆发后她先后被改造为运兵船，医院船等。战争期间她一共运
输了3.6万名士兵和5千多名难民，战后她恢复运营，并于1953年拆毁。
图4.1 “阿朗伊” 号客轮
柴油机装船后的良好表现改变了人们原先认为柴油机不适合大型船舶使用的偏见。1925年，瑞典--美洲航运公司（Swedish America Line）向英国阿姆特朗·威斯沃斯（Armstrong Whitworth）公司订购的“格里普斯霍姆”号（Gripsholm）交付。该船18134总吨，采用2台B&W公司建造的B&W840D型4冲程柴油机（缸径为840毫米，双动），总功率达9930千
瓦（13240马力）。她也是第一艘采用柴油机动力的跨大西洋定期班轮。
图4.2 “格里普斯霍姆”号客轮
图4.3 B&W 840D型4冲程双动柴油机
不久后英国的哈兰德·沃尔夫船厂为联合城堡航运公司（Union Castle Line）建造了超过2万吨的“卡那封城堡”号。该船上安装有哈兰德·沃尔夫船厂购买B&W公司专利生产的4冲程双动柴油机，双机总功率为1.1万千瓦（1.5万马力）。
1920年代末，英国约翰·布朗公司采用苏尔寿专利技术制造了5缸S90型柴油机，具有900毫米缸径，是当时世界上最大缸径的柴油机，单机功率为4650马力。这些机器被装到两艘“兰基提奇”级（Rangitiki）客轮船上，每船装机两台。
图4.4 “兰基提奇”号客轮
1926年12月，总吨位超过32650吨的“奥古斯塔斯”号（Augustus）客轮在意大利安萨尔多船厂建成下水，她属于意大利Navigazione Generale Italiana公司。她的姊妹船“罗马”号（SS ROMA）是一艘传统的蒸汽轮机客轮，而“奥古斯塔斯”号则装备了4台曼公司建造的6缸双动二冲程柴油机（缸径700毫米，行程1200毫米，总功率2.8万马力）。该船长219米，宽25米，4轴，航速22节，载客2210人，内部装饰豪华。1927年6月她完成首航，是当时世界上最大和最豪华的柴油机动力客轮。
1929年经济危机后，跨大西洋的运输明显萎缩。意大利人主要将该船作为游船使用。1932年，独裁者墨索里尼强迫Navigazione Generale Italiana与意大利国有的意大利航运公司（Italia Line）合并，因此“奥古斯塔斯”号重新采用了意大利航运公司的涂装。1933年1月4日，她满载富豪从纽约出发，完成了为期129天的环球巡游，途经全球数十个港口，其中就
包括中国香港和上海。二战爆发后，两艘姊妹船一度闲置。
图4.5 “奥古斯塔斯”号豪华邮轮
1941年，意大利法西斯开始将“罗马”号客轮改装为航母“天鹰” 号（Aquila），该舰主要参数为，排水量：标准23350吨/满载27800吨，总长232.5米，宽29.4米，吃水7.31米。武备：单管135毫米炮8座，单管65毫米高炮12座，六管20毫米炮22座，载机26架。动力：蒸汽轮机2台，4轴，14.2万马力，航速30节，续航力4150海里/18节。舰员1165名，另加航空人员243名。直到纳粹投降时，“天鹰”号的改装工作都没完成。
1942年9月意大利人又开始将超过3万吨的“奥古斯塔斯”号客轮改装为“鹞鹰”号（Falco）航母，基本布局与“天鹰”号号类似。“鹞鹰”号同样命途多舛，意大利投降时，改装工作还没完成，之后她被德军凿沉在热那亚港以阻碍盟军船只进入。这两艘航母最终都在上
世纪40年代末期被拆解。
图4.6 “天鹰”级航空母舰
1928年，著名的英国白星轮船公司（White Star Line，“泰坦尼克”号即属于该公司所有）
看到柴油机的优越性后，向其长期的合作伙伴哈兰德·沃尔夫公司订购了一艘巨型柴油机客
轮“海洋”（Oceanic）号。这艘船长度超过300米，总吨位超过6万吨，有3个巨大的烟囱。船上计划安装40台柴油机，并通过齿轮减速箱驱动4个螺旋桨。随着1929年经济危机的爆发，这艘巨轮最终只能停留在绘图板上。船舶史专家们评论说如果她建成的话，规模将不亚于“玛丽王后”号和“诺曼底”号。
经济危机过后，各国经济开始恢复。1930年代末，荷兰的“奥兰治”号（ORANJE）成为动力最强劲的柴油机动力船舶。船上安装有3台苏尔寿12缸SDT76式二冲程柴油机，该机有12个760毫米缸径的气缸，总功率达到27600千瓦（37551马力，转速为145转/分时，单机功率超过了1万马力），是二战前船用柴油机的最高水平。“奥兰治”号也是一艘外形极其现代化的客轮，她由荷兰航运公司（Netherland Line）出资建造，1938年在阿姆斯特丹下水。荷兰女王威廉.明娜亲自主持下水典礼并为其命名。“奥兰治”号总吨位为20117吨，长200米，宽25.5米，3轴，最大速度可达26节，可载客760人。她是当时最快的柴油机船，外观也颇具美感。她主要用于荷兰和和荷属东印度群岛的旅客运输，1939年9月初期，她从阿姆斯特丹启程航向爪哇，由于战争爆发，未能返回荷兰。1942年，日军进占荷属东印度群岛后，她不得不退往澳大利亚，并在那里改装成医院船，战后她恢复运营。1960年，她还进行了环球航行。1964年她被出售给一家意大利公司，并接受彻底的翻新。她的船首被延长了4.9米，总吨位也上升到24377吨，载客量增加到1230人。1972年起，她又被改装成一艘游轮，巡游于百慕大海域。1979年3月30日，船上燃起大火，幸亏大多数旅客已经上岸，船上也无人员伤亡。4天后大火扑灭，船也坐沉海底。一支德国打捞队将其浮起，船东准备将其卖给中国台湾的拆船厂拆毁，她被成功的拖过巴拿马运河，但最终没有熬到目的地，由于大火将船板破坏严重，造成漏水，她还是沉没于太平洋的万顷波涛之中。
图4.7“奥兰治”号邮轮
到二战前，营运的内燃机船舶的总吨位占远洋船舶总吨位的比重不断上升，柴油机船队的规模已经达到世界商船规模的20%以上，而1920年，这个比例仅4%。而新建船舶中，柴油机装船比例已经超过50%。
五． 柴油机的技术进步
1920年~1930年末，是柴油机技术发展的黄金时代，柴油机越造越大，功率越来越高。
新技术的出现促进了柴油机的发展，主要技术革新来自于燃油喷射的改进和增压技术的采用。
在狄塞尔的柴油机设计中，使用的是气动式燃料喷射系统。这套系统利用压缩空气将柴油喷入气缸中，并达成良好的雾化，与空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。由于柴油机的压缩比较高，气缸内的压力很大，要把柴油喷入气缸并雾化，空气喷射压力必须远大于气缸压力。因此需要一整套专用的压缩空气生产、储存设备，还需要一套冷却设备降低压缩空气的温度。这些附属装置庞大笨重，不仅增加了系统的复杂性，也使得故障发生的可能性增加了。空气压缩机本身也由柴油机驱动，会消耗掉大约15%的输出功率，从而使柴油机的可用轴功率下降，经济性受到了一定的影响。
图5.1 狄塞尔的空气燃料喷射系统，当时使用的燃料为煤粉工程师们一直在思考如何摒弃笨重、复杂又不太可靠的空气压缩机、高压储气罐等设备。1910年，英国维克斯（Vickers）公司的工程师詹姆斯·麦克里基（James McKechnie）提出了机械喷射的方案，并申请了专利。此举大大提高了喷射效率，喷油压力大为提高（机械喷射可使喷油压力可以超过140bar（1bar=0.1兆帕，140bar约140个大气压，而采用空气喷射，仅仅能达到7兆帕），喷油压力的提高使燃料的雾化程度提高，和空气能更均匀的混合，燃烧更充分，从而发出更大的功率。
图5.2 McKechnie的机械式喷油系统
1922年，德国的博世公司（Borsh）进一步改进了机械喷射结构，采用了紧凑且适用于高压的柱塞泵结构，并投入批量生产。从此柴油机部件生产向专业化分工发展，最终形成了产业化的规模。博世公司也逐步发展成为专业化的内燃机燃油喷射控制系统和汽车零部件供应商和技术领导者。
1930年代后，船用柴油机向大功率方向发展，二冲程的使用日趋普遍。对于两台气缸直径、活塞行程及转速等相同的柴油机，二冲程柴油机在一个循环中有1/2的冲程在作用，而4冲程柴油机仅有1/4时间做功，因此二冲程的输出功率要明显优于四冲程。实际上由于考虑到二冲程柴油机气缸上开有气口而使工作容积有所减少，机械传动的扫气泵也要消耗一定功率等因素，二冲程柴油机的功率只能增大60～80％。
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。二冲程柴油机还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5.3 二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机的工作与原理为：第一冲程，活塞从下止点向上止点运动。当活塞处于下止点时，排气阀和进气孔已打开，扫气室中的压缩空气便进入气缸内，并冲向排气阀，这产生清除废气的作用，同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时，进气孔首先由活塞关闭，然后排气阀也关闭，空气在气缸内受到压缩。第二冲程，活塞从上止点向下止点运动。活塞行至上止点前，喷油器将燃油喷入燃烧室中，压缩空气所产生的高温，立刻点燃雾化的燃油，燃烧所产生的压力，推动活塞下行，直到排气阀再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下，自行从排气阀排出。当进气孔被活塞打开后，气缸内又进行扫气过程。
二冲程内燃机换气后，气缸内残余多少废气，或者说气缸内能充入多少新鲜充量，直接影响内燃机性能。二冲程内燃机没有单独的排气冲程和进气冲程，不能利用活塞的推挤作用清除废气，要使气缸清扫干净比较困难，难以得到高的扫气质量。因此，改进二冲程内燃机的扫气作用是一项重要的工作。二冲程内燃机主要有横流、回流和直流3种扫气方式。
横流扫气 回流扫气 直流扫气
结构
形
式
扫、排气口分别布置在气缸下部的两侧 扫、排气口分别布置在气缸下部的同侧 有气口--气门式和气口--气口式（即对置活塞式）之分 工
作
原
理
新鲜空气横越气缸径直流向排气口 扫气流充入气缸后先向上流动，再折转流向排气口，在气缸内形成扫气回流 扫气流由扫气口进入气缸，沿气缸轴线单向流动，同时绕气缸轴线旋转，将废气从气缸顶端排气门排出特
点 结构简单，废气清除得不干净，现已
很少采用 扫气质量较高，结构也简单，获得广泛应用 扫气质量最好，应用广泛，尤其适用于长行程船用柴油机
表5.1二冲程柴油机扫气形式对比表
在二战前，双动式的二冲程柴油机比较流行。这种柴油机在活塞的上下两边都设有燃烧室，可以推动活塞在两个方向都做功，因此称为双动。双动比单动能输出更大的功率，双动柴油机的设计与蒸汽机的结构颇为相似。不过双动柴油机的结构比较复杂，而且活塞杆穿透气缸，因此对气密要求很高，现代柴油机已经不再采用这种双动的方式了。
图5.4 双动式柴油机
采用增压技术在柴油机的发展中是一个里程碑，增压技术显著提高了进气压力，空气的压缩比进一步提高，在同等条件下，增压显著减少了柴油机的尺寸和重量，提升了输出功率。1920年代，二冲程柴油机的兴起后，在排气过程中就必须用高压空气扫除气缸中的废气，并吹入新鲜空气，因此增压器的作用就更为重要了。
早期的机械增压器直接用发动机曲轴带动往复式增压泵向扫气箱中充气，机械结构比较复杂。1905年，瑞士工程师布奇（Alfred Büchi ）提出了采用柴油机废气驱动涡轮增压器进行增压的原理，也就是废气涡轮增压，并申请了专利。废气涡轮增压器是利用发动机排出的
世界两大船用柴油机巨头_MAN和瓦锡兰公司发展情况
M A N B&W和W a r t s i l a是世界船用柴油机的两大著名品牌。在世界船用低速机市场，MANB&W品牌的占有率高达80%，Wartsila品牌占16%；在世界船用中速机市场，Wartsila品牌的占有率达到38%，M A N B&W品牌占27%。拥有这两大品牌产品的M A N柴油机公司和瓦锡兰公司在船用低、中、高速柴油机的设计、研发和售后服务等领域始终居于世界前列，保持着绝对垄断的地位。一、M A N公司——世界船用 低速机的霸主 MAN柴油机公司（MAN Diesel SE）是德国曼恩集团的子公司之 一，总部设在德国，是世界最主 要的船用柴油机设计、开发和制 造企业，在柴油机研制方面有百 余年的丰富经验。公司主要致力 于新产品研发、出售专利技术、 售前售后技术服务，同时也制造 小缸径低速机和中、高速机等。 1.历史沿革 M A N柴油机公司拥有最悠久 的柴油机生产历史，1897年德国 工程师鲁道夫·狄赛尔（Rudolf Diesel）在MAN柴油机公司的奥格 斯堡（Augsburg）工厂发明了世界 上第一台柴油机，英文“Diesel” 即是以狄赛尔（Diesel）的名字命 名。 1898年，鲁道夫·狄赛尔授 权丹麦B&W公司（Burmeister & Wain A/S）生产柴油机。丹麦B&W公 司成立于1846年，总部位于丹麦 哥本哈根，是丹麦一家大型船厂 和领先的柴油机生产商。该公司 世界两大船用柴油机巨头—— MAN和瓦锡兰公司发展情况 中国船舶工业经济研究中心 刘贵浙
于1971年将船厂和柴油机制造分离为两个独立的公司，柴油机制造部分于1980年被德国曼恩集团收购，改名为M A N B&W柴油机丹麦公司（MAN B&W Diesel A/S），而整个曼恩集团的柴油机业务由当时的MAN B&W柴油机公司（MAN B&W Diesel AG）负责。 2006年，德国曼恩集团为了更好地整合其在德国、丹麦、法国、英国的柴油机业务，将M A N B&W柴油机公司（M A N B&W Diesel AG）重组为MAN柴油机公司（MAN Diesel SE）。MAN柴油机公司全面负责曼恩集团的柴油机业务，德国的柴油机业务由M A N柴油机公司直接负责，海外的柴油机业务由其所属的多家海外公司负责，其中M A N B&W柴油机丹麦公司（MAN B&W Diesel A/S）即被重组为曼恩柴油机丹麦公司（MAN Diesel A/S）。 这次重组主要是将原来德国法律下注册的M A N B&W柴油机公司改变为欧盟法律下注册的M A N 柴油机公司，便于其整合在欧洲 和全球的柴油机业务；同时在公司名称中取消了“B&W”，全面采用“MAN Diesel”标识。 2.当前生产经营情况 M A N柴油机公司主要设计、开发、生产船用柴油机、发电厂用柴油发电机、涡轮增压器、螺旋桨等，其船用推进装置的世界市场份额占50%，两冲程船用低速柴油机的市场份额达80%。2007年，MAN柴油机公司的销售收入21.79亿欧元，同比增长21%；承接订单33.71亿欧元，同比增长29%；手持订单38.66亿欧元，同比增长38%；利润3.13亿欧元，同比增长36.7%。公司总资产17.41亿欧元，年底公司总人数7383人。 3.企业分布 M A N柴油机公司的两冲程柴油机生产集中在丹麦哥本哈根（阿尔法工厂），中速柴油机的生产分布在德国的奥格斯堡（动力设备、船用推进装置、发电装置）、丹麦的Holeby（发电设备）、丹麦的Frederikshavn（船用推进装置）、英国的S t o c k p o r t （动力装置、固定电源、船用推进装置、船用发电机、海洋与牵引装备）、法国的St.Nazaire（船用推进装置）。M A N柴油机公司的高速发动机部门主要生产柴油机、轻燃料和气体燃料发动机、双燃料发动机、发电设备、机械驱动和轨道牵引设备。M A N柴油机公司的涡轮增压器部门位于德国的 奥格斯堡。 表1.MAN 柴油机公司2001年—2007年主要数据 表2.MAN 柴油机公司下属公司情况 注：曼恩柴油机北美公司由曼恩资本公司（MAN Capital Corporation Inc.）100%控股，但是业务上归MAN柴油机公司管理。
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。
船舶柴油机主推进动力装置832第一章柴油机的基本知识22
第一章柴油机的基本知识 考点1 柴油机的工作参数22题 1．最高爆发压力pz 燃烧过程中气缸内工质的最高压力称最高爆发压力pz。pz是柴油机周期性变化的机械负荷的主要外力，它引起各受力部件的应力和变形，造成疲劳破坏、磨损和振动。 2．排气温度tr 非增压柴油机的排气温度指排气管内废气的平均温度，增压柴油机的排气温度指气缸盖排气道出口处废气的平均温度。 在船舶上通常用排气温度衡量热负荷的大小。通常船用柴油机排气温度的最高值应低于550℃。 3．活塞平均速度Cm 在曲轴一转两个行程中活塞运动的平均值称为活塞平均速度Vm。如果柴油机的转速为n （r/min），活塞的行程为S（m），当曲轴转一转时活塞移动两个行程长度2S（m）。提高Cm 可以提高柴油机的功率，但零件的机械负荷、热负荷同时增加，机件的磨损也相应增加，因而靠提高Vm来提高功率是有限的。 4．行程缸径比S/D 行程缸径比是柴油机的主要结构参数之一。S/D在不同条件下影响不同，在活塞平均速度Cm 及缸径为D定值的条件下，S/D对柴油机的影响有： （1）影响柴油机的尺寸和重量。S/D增大，则柴油机的宽度、高度及重量均相应增加。（2）影响柴油机负荷。缸内气体压力不直接受S/D的影响，但最大往复惯性力将随S/D的增加而减小。 （3）影响热负荷。S/D增大，气缸散热面积增大，热负荷将减小，同时影响燃烧室各部件的传热量分配比例。 （4）影响混合气形成。S/D增大，燃烧室余隙高度增大，对混合气形成有利。 （5）影响扫气效果。S/D增大，因气流在缸内流动路线长将降低扫气效果，但此影响随扫气形式不同各异。如对直流扫气的影响较小，允许使用较大的S/D值，而对弯流扫气的影响较大，其使用的S/D通常不高于2.2。 （6）影响曲轴刚度。S/D增大使曲柄半径变大，曲轴轴径的重叠度降低，曲轴刚度下降。（7）影响轴系的振动性能。S/D增大，轴系的纵振及扭振固有频率降低，容易产生不允许的纵振和扭振。 5．强化系数pe．Cm 强化系数pe．Cm系用来表示柴油机所受热负荷和机械负荷两方面的综合强烈程度。 6．压缩比ε 压缩比是一个对柴油机性能影响很大的结构参数，它的影响主要表现在经济性、燃烧与启动及机械负荷等方面。 B1. 柴油机运转中，检查活塞环漏气的最有效方法是（）。 A．测最高爆发压力 B．测压缩压力 C．测排气温度 D．测缸套冷却水温度 D2. 在柴油机运转中测量气缸内压缩压力的主要用途是（）。 A．判断气口堵塞
世界两大船用柴油机巨头-MAN和瓦锡兰公司发展情况
世界两大船用柴油机巨头 来源：《船艇·船舶工业版》2008刘贵浙作者：发表时间：2009-12-07 22:51:31 《船艇·船舶工业版》2008刘贵浙 MAN B&w和W&rtsil&是世界船用柴油机的两大著名品牌。在世界船用低速机市场，MANB&W品牌的占有率高达80％，W&rtsila品牌占16％；在世界船用中速机市场，Wartaila 品牌的占有率达到38％，MANB&W品牌占27％。拥有这两大品牌产品的MAN柴油机公司和瓦锡兰公司在船用低、中、高速柴油机的设计、研发和售后服务等领域始终居于世界前列，保持着绝对垄断的地位。 一、MAN公司——世界船用低速机的霸主 MAN柴油机公司(MAN Diese]SE)是德国曼恩集团的子公司之一，总部设在德国，是世界最主要的船用柴油机设计、开发和制造企业，在柴油机研制方面有百余年的丰富经验。公司主要致力于新产品研发、出售专利技术、售前售后技术服务，同时也制造小缸径低速机和中、高速机等。 1历史沿革 MAN柴油机公司拥有最悠久的柴油机生产历史，1897年德国工程师鲁道夫，狄赛尔(RudolfDiesel)在MAN柴油机公司的奥格斯堡(Augsburg)工厂发明了世界上第一台柴油机，英文“Diesel”即是以狄赛尔(Diesel)的名字命名。 1898年，鲁道夫，狄赛尔授权丹麦B&W公司(Burmeister&W&inA／S)生产柴油机。丹麦B&w公司成立于1846年，总部位于丹麦哥本哈根，是丹麦一家大型船厂和领先的柴油机生产商。该公司于1971年将船厂和柴油机制造分离为两个独立的公司，柴油机制造部分于]980年被德国曼恩集团收购，改名为MAN B&W柴油机丹麦公司(MAN B&W Diese0 A／S)，而整个曼恩集团的柴油机业务由当时的MAN B&W柴油机公司(MANB&W Diesel AG)负责。 2006年，德国曼恩集团为了更好地整合其在德国、丹麦、法国、英国的柴油机业务，将MAN B&W柴油机公司(MAN B&WDiesel AG)重组为MAN柴油机公司(MAN Diesel SE)。MAN柴油机公司全面负责曼恩集团的柴油机业务，德国的柴油机业务由MAN柴油机公司直接负责，海外的柴油机业务由其所属的多家海外公司负责，其中MAN B&W柴油机丹麦公司(MAN B&W Diesel A／S)即被重组为曼恩柴油机丹麦公司(MANDiesel A／S)。 这次重组主要是将原来德国法律下注册的MAN B&W柴油机公司改变为欧盟法律下注册的MAN柴油机公司，便于其整合在欧洲和全球的柴油机业务；同时在公司名称中取消了“B&W”，全面采用“MAN Diesel”标识。
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
中国主要船用柴油机制造厂家
1、上海中船三井造船柴油机有限公司CSSC-MES Diesel Co., Ltd. (CMD) (T) 公司简介 上海中船三井造船柴油机有限公司（英文名称：CSSC-MES Diesel Co.,Ltd.英文简称：CMD）是由中国船舶工业集团公司、中国船舶工业股份有限公司和日本三井造船株式会社共同投资组建的一家船用大功率低速柴油机制造企业。公司位于上海临港新城重装备产业区内，占地近40万平方米，南临洋山深水港，北靠浦东国际航空港，区位优势非常明显。 公司总投资超过28亿元，分两期建设，一期工程投资达14亿元，目前注册资本7.06亿元。公司拥有大型数控装备和现代化重型测试设备，并引进曼恩和瓦锡兰专利技术，主要生产气缸直径600mm以上的船用大功率低速柴油机。 2008年，公司已形成100万马力的柴油机年生产能力；2009年一期项目完工后，公司将形成170万马力的柴油机年生产能力；公司全面建成后将形成超过300万马力的柴油机年生产能力，必将成为中国船用低速柴油机制造领域的核心和中坚力量。截至目前，公司累计交付柴油机突破200万马力，并于2008年7月成功制造中国首台世界最大缸径柴油机CMD-MAN B&W 8K98MC。2008年，公司通过了上海市高新技术企业认定和ISO9001：2000质量管理体系认证。 https://www.sodocs.net/doc/d53491967.html,/EnHome.aspx 2、南车资阳机车有限公司始CSR ZiYang Locomotive Co., Ltd. (CSR) (F) 公司简介 中国南车旗下的南车资阳机车有限公司始建于1966年，是由铁道部兴建并培育壮大的中国西部唯一的机车制造企业。公司是四川省重大装备八大产品链重点企业，四川省“大集团、大企业”重点培育企业之一，在我国重大装备制造自主创新和西部大开发中发挥着重要作用。 公司累计新造各型机车数量居国内第二，出口到亚洲、非洲、美洲的16个国家，是土库曼斯坦、越南最大的机车供应商。公司生产的发动机应用到机车、船舶、发电领域，是工程船舶成套设备和大功率燃气机知名供应商。公司生产的中速发动机曲轴国内市场占有率达70%，出口到德国、日本、美国、韩国、印度、巴基斯坦等国家，是印度最大的机车曲轴供应商。 公司拥有先进的精密设备和检测仪器，共有各类机械设备2400余台套，通过优化整合企业优质资源，形成了以六轴电力机车、出口内燃机车为代表的机车产业，以燃气发动机、船用发动机为代表的发动机产业，以全断面隧道掘进机、隧道快速施工机械为代表的重型装备产业，以中速发动机全纤维锻钢曲轴、大型锻铸件为代表的优势零部件产业。 公司通过了“中国国家实验室”认可，是国家一级计量单位，通过了ISO9001质量管理体系2000版、ISO14000环境管理体系和OHSMS18000职业健康安全管理体系认证。 公司设立了国家级博士后科研工作站，大力实施“外引内联”的技术创新战略，相继引进美国EMD机车径向转向架制造技术、美国卡特彼勒公司36系列发动机制造技术、德国MAN公司 27/38、32/40船用发动机制造技术、日本三菱公司30G燃气发动机制造技术，企业核心竞争力不断提升。公司与西南交通大学等大专院校、科研院所广泛合作，努力成为我国知名的机车、发动机、全断面隧道掘进机以及曲轴等关键零部件的高标准研发制造中心。 秉持“诚信、敬业、创新、超越”企业精神的南车资阳机车有限公司，正携手四海宾朋，致力于交通和动力装备速度与力量的持续提升，向着更高的目标不断迈进。 https://www.sodocs.net/doc/d53491967.html,/index.asp 3、大连船用柴油机有限公司Dalian Marine Diesel Works (T) 公司简介 中国船舶重工股份有限公司大连船用柴油机有限公司（DMD），主要生产DMD-WARTSILA系列和DMD-MAN系列重型船舶主机，同时进行重大工艺装备制造。以船舶动力领域优秀专家组成
关于中速船用柴油机气缸套内孔表面网纹
关于中速船用柴油机气缸套内孔表面网纹 一、镇江船用柴油机厂 内孔网纹：Rmax=12-16um Rz=6-10um Ra=1.3-1.6um 平直区Pt50-70%应自低于尖顶线1.5um处计测 角度60±5°两个方向磨纹深度相等,磨痕距离大致相等,表面不得有夹杂物,不得有未珩磨区.允许不进行最后抛光. 二、潍柴斯太尔德国DIN4776(维斯曼) 三、大柴气缸套内表面珩磨网纹 网纹角度在气缸套中心线方向的夹角为120～150° 表面参数:Rz=4-9μm 5点平均Sk≤-1.5μm,单点波动Sk≤-1.0μm 5点平均Rk≤1.2μm,单点波动Rk≤1.6μm Rpk≤0.35μm, Rvk=2-4μm Mr1≤8% Mr2≥65% 其余按JB/T9768-1999执行 四、斯太尔气缸套原内孔网纹 1.轮廓线平台部分的轮廓微观不平度的平均高度Rt为1-2μm
2.轮廓线的微观不平度十点高度Rz=6-10μm 3.轮廓最大高度Rt=15μm 6个. 6.表面没有光滑部分 7.在两个方向的珩磨网纹均匀 8.表面不得有撕裂和挤出的材料.(包括外表面) 五.河柴MAN L16/24,L21/31系列 测量基准Tpa=5% 截至波长λc:0.8mm 评定长度Ln:4mm 测头半径:5μm Rk=2.5-5.0 Rpk=0.6-2.0 珩磨网纹角度 六,河柴道依茨TBD622系列 1.粗糙度值轮廓切入深度Pt=max25μm 粗糙度Rmax=20μm(个别至26μm) 粗糙度R3z=5-10μm 粗糙度Ra=0.7-2.5 波纹深度wt=3μm(测出4点:3×3μm,1×4.8μm) 波峰数:S(-1)=80-250L/m 测量值的大小按GB/T7220-87进行,并在以下条件下进行 测试仪:接触式电子测试仪按M-系统工作,
内燃机发展简史
·1· 第1章 绪论 教学提示：绪论主要使学生概括地认识内燃机。 教学要求：本章主要了解常见的动力装置种类、内燃机的发展简史和应用领域。 1.1 热机 当今，机械设备运行的动力绝大多数来源于热机，热机全称热力发动机，是将热源的部分热能转化为机械能的机器。热源可以是烧煤的蒸汽炉，汽车发动机的燃烧室，也可以是太阳能的蒸汽炉，地热和核反应堆。 根据燃烧器位置的不同，热机分为内燃机和外燃机两类： （1）外燃机是燃料在发动机外部燃烧产生热，热能通过工质带入机内，再转变为机械能，如蒸汽机和汽轮机等，蒸汽机已淘汰，汽轮机用于火电厂与核电站驱动发电机； （2）内燃机是燃料在发动机内部燃烧，工质被加热并膨胀作功，热能转变为机械能，它是移动机械和小型电站的最主要动力。广义上的内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指往复活塞式内燃机，又以其中的汽油机、柴油机应用最为广泛，其保有量大大超过了任何其它种类热机，本书主要介绍汽油机、柴油机的构造。 与其它热机相比，内燃机有如下优点：内燃机的工质在循环中的平均吸热温度高，热效率一般达到30-46%，是热机中效率最高的一种；功率覆盖0.59kW ～4×104kW ，转速范围90r/min ～10000r/min ，故适用范围宽广；结构紧凑，比重量（内燃机重量与其标定功率的 （a ）蒸汽机 (b)蒸汽轮机 锅炉（外热源） 飞轮 滑动阀 汽缸 活塞 水 蒸汽 A B 图1.1 外燃机
·2· ·2· 比值）较小，便于移动；起动迅速，操作简便，机动性强；运行维护比较简便。 但也存在缺点：对燃料要求高，主要燃用汽油或轻柴油，且品质要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造上的困难，单机功率的提高受到限制；低速运转时输出转矩较小，往往不能适应被带负荷的转矩特性；不能反转，故在许多场合下需设置离合器和变速机构；一般热力发动机都存在 “公害”，而内燃机的噪声和排气中的有害成分对环境污染尤其突出。 另外，相对于热机中燃料的燃烧，燃料还可直接转换为电能，即燃料电池，再用电动机驱动机械运转，这种方式高效、无污染，但成本很高。 1.2 内燃机发展简史 人类先是利用人力、蓄力、风车、水车等自然力，18世纪后热力发动机才逐步得到大规模工业应用。 1673年，荷兰的惠更斯设计出如图1.3所示的内燃机草图，少量的火药在气缸里燃烧，图1.2 内燃机 (b)三角转子发动机 （a ）柴油机 (c)燃气轮机 燃烧室 (d) 喷气式发动机
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
船用中速柴油机(II)
LESSON 13 船用中速柴油机（II） 活塞 活塞是筒状部件。头部厚实，筒壁逐渐减薄。燃烧室封闭在缸盖和活塞之间，且大部分有活塞顶包容。正因如此，活塞头的顶面是盆状的，或是环形空腔。活塞边缘开有避让坑以便当阀开启时避让气阀。活塞的冷却是通过滑油循环穿过活塞顶底面和环带内，或是特殊形状的通道实现的。最简单的方法是将油飞溅或喷射到活塞头底面。而较复杂的一种结构，包括一个为滑油循环流动而专门建造的冷却腔。在某些结构内，该冷却腔采取了在活塞头内铸造成盘管形式，将热从活塞环区传向外面。在另一种结构中，冷却腔是开启式的，其构造可使油向四周激烈飞溅。该种结构被称为“鸡尾振荡”，油的运动产生极好的传热。大功率柴油机的活塞通常做成两部分用螺栓固定在一起，形成精确成形的冷却腔。 活塞是用铝合金制成的，这是为了在高速运转时保持平衡并减轻重量。在其他的结构中，如果降低重量不是那么需要，它们可完全用铸铁制造。大功率上下组合式活塞，通常活塞头用耐热合金钢制成，活塞裙可用轻质合金或铸铁制成，二者用螺栓紧固。 活塞裙的销座内装有活塞销。一般来说，活塞销在销座和连杆小端内完全浮动。活塞销在端部的定位，可通过压板固定在销座孔外侧小凹槽中装入卡簧来定位。 轴承 主轴承的瓦背是钢制的，表面涂一层轴承合金，轴承合金可以是白合金、铜铅合金或是铝锡合金。轴瓦通常镀有一层铅或铟的薄镀层，提供一层抗腐蚀的保护层。它们位置固定，由机座或机架上的孔来定位。一对主轴瓦的外周边稍大于容纳它们的轴承座孔的内径，此差称为过盈。组件用螺栓上紧，使轴瓦与轴承座之间均匀接触。 连杆大端轴承的结构与主轴承的结构类似。轴瓦一般有定位的卡舌和油槽。这些油槽沿轴向轴瓦长度的中心和轴承座内的油槽相对应。通过这些油槽，输送油沿连杆向上润滑连杆小端，并冷却活塞。两片轴瓦由轴承盖固定在一起。轴瓦靠轴承座孔的精确度保持呈圆形。因此，将大端螺栓上紧至设计的拉力是很重要的。因为螺栓上得过紧或过松将导致轴承座孔失圆，合适的上紧度可通过拉力计来测量螺栓拉伸量，或使用扭力扳手，或专门的液压上紧装置来获得。 进排气阀 在工作冲程结束时，排气阀克服缸内压力开启。该压力比进气阀开启时克服的压力大许多。进一步说，一旦排气阀开启，排气压力有助于驱赶废气经排气阀排出。正是基于这种考虑，排气阀直径设计得比进气阀小的情况很常见。孔径小有助于冷却，这对经常出现热应力的排气阀很重要。进排气阀座常在运行中损坏，须经常与阀重新研配，排气阀更需如此，因为排气阀在高温下工作，且排气中可能含有炭颗粒，它们常隐匿在阀座下，产生点蚀。为了方便排气阀座的频繁研配，对设计成燃烧重油的柴油机，其排气阀封装于独立阀腔的情况很常见。（在这种情况下）排气阀可从缸头取下而不必拆卸整个缸头。在大型中速柴油机中，有时进排气阀均装在与缸头分离的阀腔中。 如果排气阀承受的热负荷均匀分配于阀上，排气阀两次研配的间隔可以延长。这可通过在柴油机工作时，让阀缓慢转动来实现。该动作由转阀器来完成，转阀器带有棘轮机构，棘轮机构由摇杆机构驱动，每次使阀转动一点。 阀的操纵机构 凸轮随动杆或顶头的动作由顶杆和摇臂传到阀。摇臂一端带有调节螺栓，通过它可以调节摇臂和气阀凸轮间的间隙（气阀间隙）。一定的气阀间隙对阀的良好工作非常重要。当阀保持关闭时，必须靠缸内气压保持阀落座。如果没间隙，气阀被顶开，使气体通过阀座漏泄并造成损害。另一方面，气阀间隙不能过大，因为阀被顶离阀座时受到摇臂敲击，当摇臂离开阀，阀落座时再次对阀座敲击，会对阀造成损害。 阀和构成阀驱动机构的组件一定会膨胀，致使气阀间隙在热态时和在冷态时不同。调定间隙时，必须为此留出裕量，且密切注意，间隙的调整和机器的温度一致。有些生产厂家给出了冷态时间隙，有些生产厂家给出了机器运转时合适的间隙值。 喷油设备 有两种喷油系统正在使用，一种是共管系统，另一种是所谓的脉动泵系统（独立喷射系统）。在后一种系统中燃油由各缸的喷油泵定量和增压，而喷油泵定时开启，在适当时刻将燃油经喷油器喷入气缸。大多数中速机使用后一种喷油系统。 喷油泵 喷油泵柱塞由凸轮和驱动机构从动部（顶头）驱动，当从动部落在凸轮基圆上时，喷油泵柱塞在其行程底端，套筒进油口打开，使燃油进入环绕套筒的油槽，流入套筒内柱塞上部空间。随凸轮转动，柱塞升起，遮蔽进油口。此时，泵油作用开始，柱塞的进一步上行使燃油压力升高，致使燃油经排出阀到达喷油器。柱塞在其顶部圆柱形表面开有螺旋槽。柱塞绕其轴线不同角度的定位，确定了螺旋槽与进油口的相对位置，使柱塞顶部密封进油口与螺旋槽沟通间的行程增大或减少。 当螺旋槽与油口沟通时，柱塞上部高压的燃油释放到低压空间；（此时）虽柱塞继续上升，但泵油作用停止。所供燃
【动力之美】Wrtsil,世界最大的低速船用柴油机
【动力之美】Wrtsil，世界最大的低速船用柴油机 据说，在全球海洋上航行的每三艘船舶中就有一艘是由瓦锡兰提供的动力设备，而每两艘船舶中就有一艘由瓦锡兰提供维修服务。瓦锡兰制造的最大柴油发动机有6辆家用车长，4层楼高，重量相当于2千亿人民币，拿它一小时烧掉的油给你家汽车用，可以绕地球两圈。 瓦锡兰（wartsila，芬兰语W?rtsil?）这家名字有点仙气的芬兰公司成立于1834年，是全球领袖级的动力系统公司，180年来一直提供陆用和海上动力系统和服务，运营业务涵盖电厂、船舶动力及维修服务三个领域。 瓦锡兰提供从4缸(4L20)至20缸(20V46F)的直列式和“V”字型配置的中速发动机，低速发动机统一配置从5缸 (5RT-flex35)至14缸(14RT-flex96C)。目前世界最大的柴油发动机，是瓦锡兰制造的14缸RT-flex96C型二冲程柴油发动机（Wartsila Sulzer RT-flex96C），它是专为大型、高速的集装箱运输船量身定制的经济型推进系统，适合航速为25节左右的3000至10,000标准箱（TEU）或更大的集装箱船，首台RT-flex96C被马士基(E-CLASS Emma Marsk)集装箱船所采用。 RT-flex96C长27.3米（相当于6辆家用车排队），高13.5米（相当于4层半住宅楼），整机重量2300吨（根据数据，1
万元百元新钞大约115克，2300吨相当于2千亿人民币）。RT-flex96C转速102转/分钟，每缸最大输出功率为5720千瓦（7670马力），总功率达80080千瓦（107390马力)，每小时油耗6400升，也就是说，拿它一小时的油给你家的汽车用，可以绕地球两圈。 ↓↓瓦锡兰苏尔寿RT-flex96C 14缸二冲程涡轮增压船用柴油机(妈妈说，名字长了显得专业) ↓↓ ↓↓Wartsila flex96C装机工作状态（2分50秒）↓↓ 这位主持人Chris Barrie，经常采访如BAGGER 293挖掘机（第100期）之类的各种巨无霸，所以基本上说话总是用吼的。 ↓↓Flex96C生产过程（瓦锡兰的韩国工厂）↓↓ ↓↓世界最大柴油机生产过程（2分22秒）↓↓ 这些房子般大小的柴油机工作原理和普通柴油机大同小异。但有消息指RT-flex96C柴油机使用的是重油（纳尼，瓦锡兰乃们特么在玩我？），热效率为50%（一般汽车发动机为25～30%）。 柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机，是由德国发明家Rudolf Diesel（读迪塞尔，不读得瑟）于1892年发明，为了纪念这位发明家，柴油被冠以他的姓氏，而柴油发动机也称为迪塞尔发动机。 柴油发动机的优点是功率大、经济性能好，其工作过程与汽
柴油机的发展历程及其未来趋势
柴油机的发展历程 班级： 学号： 姓名：
发展历程： 1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74—1.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。 1862年法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围（冲程）尽量长。在此基础上，他在提出了著名的等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。 1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min）。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。这是一部非常成功的发动机，奥托把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。 煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性,但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低(约1.75×107～2.09×107J/m3),故煤气机转速慢,比功率小。到19世纪下半叶,随着石油工业的兴起,用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。 1883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用白炽灯管解决了点火问题。以前内燃机的转速都不超过200r/min，而戴姆勒的汽油机转速一跃为800—1000r/min。它的特点是功率大，质量轻、体积小、转速快和效率高，特别适用于交通工具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器。 柴油机几乎是与汽油机同时发展起来的，它们具有许多相同点。所以柴油机的发展也与汽油机有许多相似之处，可以说在整个内燃机的发展史上，它们是相互推动的。 德国狄塞尔博士于1892年获得压缩点火压缩机的技术专利，1897年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机，即柴油机，从此揭开了柴油机发展的新篇章。 1976年，德国大众首先在高尔夫轿车上采用柴油发动机； 1989年，德国大众高尔夫柴油车获得“低排放车”的称号； 1990年，德国大众首次推出增压、直喷柴油机，德国大众在柴油动力技术的开发和应用上一直走在世界的前沿； 1993年，开发出四缸涡轮增压直喷柴油发动机（TDI）； 1995年，开发出自然吸气式直喷（SDI）柴油发动机； 1995年，开发出变截面涡轮增压器； 1998年，开发出泵喷嘴技术； 1999年，开发出3升路波轿车柴油动力是未来的主流技术。未来的柴油动力将创造一个光辉灿烂的新经济时代，德国大众一升轿车的出世令整个世界震惊，这种柴油概念轿车的百公里油耗实现了创记录的0。99升----世界上最省油的轿车。发动机采用铝制自然吸气式单缸柴油机，采用了先进的高压直接喷射技术，排量为0。3升；
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
世界两大船用柴油机巨头
世界两大船用柴油机巨头 [2009-03-23] 作者：admin 来源：《船艇·船舶工业版》2008刘贵浙 MAN B&w和W&rtsil&是世界船用柴油机的两大著名品牌。在世界船用低速机市场，MANB&W品牌的占有率高达80％，W&rtsila品牌占16％；在世界船用中速机市场，Wartaila品牌的占有率达到38％，MANB&W品牌占27％。拥有这两大品牌产品的MAN柴油机公司和瓦锡兰公司在船用低、中、高速柴油机的设计、研发和售后服务等领域始终居于世界前列，保持着绝对垄断的地位。 一、MAN公司——世界船用低速机的霸主 MAN柴油机公司 (MAN Diese]SE)是德国曼恩集团的子公司之一，总部设在德国，是世界最主要的船用柴油机设计、开发和制造企业，在柴油机研制方面有百余年的丰富经验。公司主要致力于新产品研发、出售专利技术、售前售后技术服务，同时也制造小缸径低速机和中、高速机等。 1 历史沿革 MAN柴油机公司拥有最悠久的柴油机生产历史，1897年德国工程师鲁道夫，狄赛尔(RudolfDiesel)在MAN柴油机公司的奥格斯堡(Augsburg)工厂发明了世 界上第一台柴油机，英文“Diesel”即是以狄赛尔(Diesel)的名字命名。 1898年，鲁道夫，狄赛尔授权丹麦B&W公司(Burmeister&W&inA／S)生产柴油机。丹麦B&w公司成立于1846年，总部位于丹麦哥本哈根，是丹麦一家大型船厂和领先的柴油机生产商。该公司于1971年将船厂和柴油机制造分离为两个独立的公司，柴油机制造部分于]980年被德国曼恩集团收购，改名为MAN B&W 柴油机丹麦公司(MAN B&W Diese0 A／S)，而整个曼恩集团的柴油机业务由当时的MAN B&W柴油机公司(MANB&W Diesel AG)负责。 2006年，德国曼恩集团为了更好地整合其在德国、丹麦、法国、英国的柴油机业务，将MAN B&W柴油机公司(MAN B&WDiesel AG)重组为MAN柴油机公司(MAN Diesel SE)。MAN柴油机公司全面负责曼恩集团的柴油机业务，德国的柴油机业务由MAN柴油机公司直接负责，海外的柴油机业务由其所属的多家海外公司负责，其中MAN B&W柴油机丹麦公司(MAN B&W Diesel A／S)即被重组为曼恩柴油机丹麦公司(MANDiesel A／S)。 这次重组主要是将原来德国法律下注册的MAN B&W柴油机公司改变为欧盟法律下注册的MAN柴油机公司，便于其整合在欧洲和全球的柴油机业务；同时在公司名称中取消了“B&W”，全面采用“MAN Diesel”标识。
中国机械发展史
班级：粉体二班姓名：巩朝义学好：1003012020 中国机械发展史 摘要：我国是一个拥有5000年悠久历史的文明机械的使用随着国家的不断发展而不断地被完善，从远古时期的石器时代到现在的高科技机械设施，使我们的生活发生了翻天覆地的变化。并且在未来的岁月了机械还会不断的进步，不断的帮助着我们，让我们拭目以待。关键字：机械发展过去现在未来复兴发展史 正文：：中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国的机械工程技术不但历史悠久，而且成就十分辉煌，不仅对中国的物质文化和社会经济的发展起到了重要的促进作用，而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献。据世界考古家发现，公元前7000年，在巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最找的机械———车轮或许是此时诞生的。车轮是人类重要的发明之一，正是由于车轮的诞生，才是车成为人类重要的交通工具。而最早的车轮是用来制陶的。当人类进入青铜器时代，机械得到了很大的发展，也开始变得更加实用，当今世界七大奇迹之一，埃及的金字塔，便是从进入青铜器时代的埃及巴达里人发明的搬运重物的工具慢慢建立起来的。公元前3500年，古巴比伦的苏美尔诞生了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成。 公元前3000年，美索不达米亚人和埃及人开始普及青铜器，青铜农具及用来修造金字塔的青铜工具（比如：凿子）在此时已广泛使用。公元前2800年，中国中原地区出现原始耕地工具——耒耜（木制）。
公元前2800年，青铜器制作技术传入我国周边，西域的游牧民族（现中国甘肃东乡马家窑文化遗址）出现锡青铜铸成的铜刀。公元前2500年，欧亚之间地区就曾使用两轮和四轮的木质马车．埃及古代墓葬中曾发现公元前1500年前后的两轮战车。 公元前2500年，伊拉克和埃及用失蜡法铸造青铜金属饰物。 公元前2400年，埃及出现腕尺、青铜手术刀，滑轮等机械设备。 中国机械发展的第一个时期，石器的使用标志着这一时期的开始。这是一个十分漫长的时期，经历了三个发展阶段。第一个阶段相当于旧石器时代。这一阶段的工具主要用石料和木料制作，同时也有一些骨制工具。在工艺方面以石器打制工艺为主，主要是经过敲击和初步修整使石块成石器。这一阶段后期出现了磨制的石器，使工具的形状趋于合理。当时的石器工具的种类有砍砸器、刮削器、石锤、尖状器、石球、石矛和石镞等，这时出现的其他材料的工具有木捧和磨制的骨针等。弓箭的出现表明这时的机械技术已有了一定的水平。第二个阶段相当于新石器时代。这一阶段在石器制造方面以磨制工艺为主，同时对石器的制造有了一套完整的工艺过程。对石器的选择、切割、磨制和钻孔等都有了一定的要求。这一阶段出现了大量的生产工具、如锛、斧、铲、凿、磨盘、磨棒、杵臼、钻、网坠、纺轮、犁、刀、锄、耘田器等。工具的种类不但有所增加，而且出现了不少专用工具。这时还出现了原始纺织机、制陶转轮等较复杂的机械，反映了这一阶段机械的发展水平有了显著的提高。第三个阶段大约从新石器时代末期到西周时期。