文档介绍：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
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。
进气
压缩
燃烧
排气
膨胀
空气
燃油
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Vh:活塞在气缸内从上止点移动到下止点时所扫过的容积。
气缸总容积Va:活塞在气缸内位于下止点时,活塞顶以上的气缸全部容积。显然: Va = VC + Vh
压缩比ε: 气缸总容积与压缩室容积之比,亦称几何压缩比。压缩比是柴油机的一个重要性能参数,它代表着将
从大气吸入气缸内的新鲜空气被活塞压缩后容积减小,压力增高的压缩程度。压缩比大,空气被压缩后的压力和温度就高,燃油也就容易发火燃烧,机器易于起动。反之,燃油不易发火,起动也就困难。
压缩压力 PC:进入气缸的空气被活塞压缩到上止点时,所具有的压力称为压缩压力。在柴油机正常运转时,可通过停止所测缸的喷油来测定压缩压力。通过压缩压力的测定,一般可以判断活塞环的气密性是否良好。活塞环漏气,常常会使压缩压力下降。
爆发压力PZ:燃烧过程中气缸内工质的最高压力,是柴油机结构设计和性能中重要的参数之一,是柴油机机械负荷的主要外力,它引起各受力部件的应力和变形,造成疲劳损坏、磨损和震动。通过爆发压力的测定,一般可判断喷油系统工作是否正常。如果爆发压力突然降低,则意味着该缸的喷油系统出现故障,通常可能为喷油器故障。
平均指示压力Pi:假定有一个在整个活塞工作冲程内不变的压力,推动活塞在一个冲程内所