《船舶柴油機》課程《船舶柴油機》是一門專業(yè)必修課，其在輪機工程／輪機管理專業(yè)中的地位是非常重要的，是船員考證必考科目；本課程一學(xué)期學(xué)完，共108學(xué)時，其中約有1／3在實訓(xùn)室現(xiàn)場授課；本課程的考試屬于課外考試，由教務(wù)處統(tǒng)一命題，任課教師不參與；本課程是一門系統(tǒng)性很強的課程，從頭至尾都是關(guān)于柴油機，在學(xué)習(xí)上開好頭很關(guān)鍵。第一章柴油機基本知識

Chapter1thebasictechnologyofD.E本章內(nèi)容包括：柴油機總論柴油機熱力循環(huán)（thermodynamiccycle)和工作原理(workingprinciple)柴油機的性能指標(performanceindex)和工作參數(shù)(workingparameter)第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E一、柴油機及其在船舶動力裝置中的地位1.柴油機與動力機械內(nèi)燃機動力機械熱機外燃機蒸汽機汽油機柴油機燃氣輪機第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E熱機:把熱能轉(zhuǎn)換為機械能的動力機械，一般經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)變：1化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能；2熱能轉(zhuǎn)換機械能；內(nèi)燃機：兩次能量轉(zhuǎn)換過程在同一機械設(shè)備中完成；外燃機：兩次能量轉(zhuǎn)換過程分別在不同機械設(shè)備中完成；動力機械運動形式：往復(fù)式；回轉(zhuǎn)式第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E柴油機與汽油機比較柴油機汽油機燃料柴油或劣質(zhì)燃油汽油點火方式壓縮自行燃燒電火花塞點燃混合氣形成方式氣缸內(nèi)混合氣缸外混合壓縮比12－226－10有效熱效率0.30－0.550.15－0.40第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E2.柴油機的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點經(jīng)濟性好振動和噪音大功率范圍廣某些部件工作條件相當(dāng)惡劣機動性好可靠性高第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E3.柴油機基本結(jié)構(gòu)參數(shù)上止點（TDC）下止點（BDC)行程（S）缸徑（D）氣缸余隙容積（壓縮室容積）（Vs）余隙高度（頂隙）氣缸工作容積（Vs)第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E氣缸總?cè)莘e（Va）壓縮比（）第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E二、柴油機的類型按工作循環(huán)分四沖程和二沖程柴油機按是否增壓分增壓和非增壓柴油機按轉(zhuǎn)速分低速、中速和高速柴油機按活塞形式分筒型活塞和十字頭式柴油機按氣缸排列分直列式和V型柴油機按機器轉(zhuǎn)向分右旋和左旋柴油機按是否逆轉(zhuǎn)分可逆轉(zhuǎn)和不可逆轉(zhuǎn)柴油機第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E三、柴油機的型號生產(chǎn)廠家機型及標號含義技術(shù)特征國產(chǎn)船用柴油機6ESDZ43/82A6——氣缸數(shù)ESDZ——技術(shù)特征43/82——氣缸直徑（cm）/活塞行程（cm）A——改進型號E——二沖程S——十字頭D——可逆轉(zhuǎn)Z——增壓MAN-B&W公司6L60MC/MCE6——氣缸數(shù)L——沖程形式（L：長沖程，S：超長沖程）60——氣缸直徑（cm）MC/MCE——技術(shù)特征

MC——船用等壓增壓E——經(jīng)濟型

第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E三、柴油機的型號生產(chǎn)廠家機型及標號含義技術(shù)特征SULZER公司12RND90MC12——氣缸數(shù)R、D——技術(shù)特征90——氣缸直徑（cm）N——改進代號（N：新型，M：改進型，A：變型）R——焊接結(jié)構(gòu)、二沖程、十字頭D——直接反轉(zhuǎn)，有推力軸承L——長沖程T——直流掃氣三菱重工公司6UEC85/160C6——氣缸數(shù)UEC——技術(shù)特征85/160——氣缸直徑（cm）/活塞行程（cm）

C——改進型號

U——二沖程、直流掃氣E——廢氣渦輪增壓C——十字頭式第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E四.柴油機在船舶動力裝置中的地位第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E1.船舶低速二沖程柴油機當(dāng)前使用情況第一節(jié)柴油機總論

section1thepandectofD.E2.船舶四沖程柴油機當(dāng)前使用情況第二節(jié)柴油機熱力循環(huán)和工作原理

section2thermodynamiccycle&workingprincipleofD.E一、柴油機理論循環(huán)和實際循環(huán)二、四沖程柴油機工作原理三、二沖程柴油機工作原理四、二沖程柴油機換氣形式一、柴油機理論循環(huán)和實際循環(huán)1.理論循環(huán)的描述2.研究的意義：--用公式說明各參數(shù)的關(guān)系，以明確提高理論循環(huán)熱效率和平均壓力的有效途徑。--確定循環(huán)熱效率的理論極限，以判斷柴油機循環(huán)的完善程度。--利于比較各熱力循環(huán)的經(jīng)濟性和動力性。柴油機熱力循環(huán)和工作原理3.內(nèi)燃機理論循環(huán)的三種基本形式--定容加熱循環(huán)Otto，見圖a。--定壓加熱循環(huán)Diesel，見圖b。--混合加熱循環(huán)Sabathe，見圖c。4.理論循環(huán)熱效率

t的影響因素：--壓縮比

=Va/Vc--壓力升高比

=pz/pc--初期膨脹比

=Vz/Vc柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理--工質(zhì)絕熱指數(shù)k結(jié)論：熱效率隨壓縮比ε、壓力升高比λ、工質(zhì)絕熱指數(shù)k的增加而提高,隨初期膨脹比ρ的增加而降低

。5.理論循環(huán)平均壓力pt的影響因素有：--pa壓縮始點壓力--ql單位工質(zhì)吸入熱量--Ta壓縮始點溫度--

t=1-(λρκ-1)/εk-1[λ-1+kλ(ρ-1)]結(jié)論：平均壓力隨壓縮始點壓力、單位工質(zhì)吸入熱量、及熱效率的提高和壓縮始點溫度的降低而增加.柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理6.三種理論循環(huán)熱效率比較:--若最高爆發(fā)壓力和吸熱量相同,則定壓加熱循環(huán)熱效率最高,混合次之;--若壓縮比和吸熱量相同,則定容加熱循環(huán)熱效率最高,混合次之.柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理實際循環(huán)比理想循環(huán)熱效率低、平均壓力低,是因為它存在許多不可避免的損失:傳熱損失時間損失換氣損失燃燒損失漏泄損失工質(zhì)變化其他損失柴油機熱力循環(huán)和工作原理二、四沖程柴油機工作原理進氣行程壓縮行程燃燒和膨脹行程排氣行程進氣閥一般在活塞到達上止點前打開，下止點后延遲關(guān)閉，進氣持續(xù)角220－2500（CA)自排氣閥在膨脹行程末提前打開，到上止點后關(guān)閉為止，持續(xù)約230－1600（CA)自上止點附近開始燃燒，只到活塞到下止點前結(jié)束，壓力最高升到15MPa，溫度最高升到1800℃自進氣閥關(guān)閉開始壓縮，到上止點為止，壓力增高到3－6MPa，溫度升高到600－700℃，持續(xù)140－1600（CA)柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理總結(jié)：四沖程柴油機每完成一個工作循環(huán)，曲軸要回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，每個工作循環(huán)中只有膨脹行程是對外做功的；四沖程柴油機的進、排氣閥的啟閉都不正好在上下止點，而是在上、下止點前后某一時刻，開啟持續(xù)角都大于1800（CA）；提前開啟和滯后關(guān)閉都是為了排氣干凈并增加空氣吸氣量，減少排氣耗功；在上止點附近，進氣閥和排氣閥同時開啟，叫做氣閥重疊角。柴油機熱力循環(huán)和工作原理特別要求：會看懂氣閥正時圓圖；理解氣閥重疊角和燃燒室掃氣的意義；知道增壓柴油機和非增壓柴油機氣閥重疊角的比較。

柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理三、二沖程柴油機工作原理（二沖程柴油機都采用廢氣渦輪增壓的方法提高進氣壓力）排、掃氣過程壓縮和燃燒膨脹過程活塞下行，排氣口打開，一段時間后，進氣口打開，直到活塞到BDC后又上行，之后進氣口先關(guān)閉，排氣口再關(guān)閉。自排氣口關(guān)閉后直到上止點為壓縮過程，上止點附近燃燒完畢。燃燒后直到活塞下行至排氣閥打開為膨脹過程。柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理總結(jié)：二沖程柴油機每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)；進氣過程在下死點附近完成，壓縮行程小于1800（CA)，膨脹過程小于900（CA)，排氣過程大于90小于1800（CA)；進氣過程包含在排氣過程中，進氣的同時還可幫助排氣，此稱為掃氣。柴油機熱力循環(huán)和工作原理特別要求：一定要理解為什么二沖程柴油機一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)；會分析二沖程柴油機的定時圓圖；思考二沖程柴油機的壓縮比與四沖程柴油機有何不同？柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理二沖程柴油機與四沖程柴油機的比較功率比較相同尺寸和轉(zhuǎn)速時，二沖程功率為四沖程1.6－1.8倍；回轉(zhuǎn)均勻性二沖程柴油機較均勻均勻維修保養(yǎng)二沖程柴油機較簡單換氣質(zhì)量二沖程柴油機較差熱負荷二沖程柴油機較高各自優(yōu)越性提高功率方面，二沖程機優(yōu)越；提高強化程度方面，四沖程機優(yōu)越柴油機熱力循環(huán)和工作原理四、二沖程柴油機的換氣形式換氣形式特點簡單橫流掃氣進排氣口為與氣缸中心線的兩側(cè)回流式掃氣進排氣口在氣缸下部同一側(cè)且排氣口在進氣口的上方半回流掃氣進氣口布置在排氣口的下方及兩側(cè)，氣流在氣缸內(nèi)兼有橫流與回流的特點直流式掃氣氣缸下部均布一圈進氣口，在氣缸蓋上有排氣閥柴油機熱力循環(huán)和工作原理柴油機熱力循環(huán)和工作原理彎流與直流掃氣的比較彎流掃氣直流掃氣換氣質(zhì)量彎流換氣質(zhì)量差直流換氣質(zhì)量好氣缸受熱受熱不均勻，易產(chǎn)生變形受熱均勻，不易變形可維修性結(jié)構(gòu)簡單，維修方便結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修較困難柴油機熱力循環(huán)和工作原理第三節(jié)柴油機的性能指標和工作參數(shù)

section3performanceindex&workingparameterofD.E

一、指示（indicative)指標

二、有效(effective)指標三、柴油機的工作參數(shù)第三節(jié)柴油機的性能指標和工作參數(shù)

section3performanceindex&workingparameterofD.E一、指示指標平均指示壓力pi指示功率Pi指示熱效率

I指示油耗率gi指示壓力定義公式意義假定的一個不變的壓力作用于活塞上,膨脹行程所做的功與一個循環(huán)的指示功相同pi=Li/(F*S)=Li/Vs

即是一個工作循環(huán)每單位氣缸工作容積的指示功反應(yīng)單位氣缸工作容積的做功能力及工作的完善程度，評定柴油機工作循環(huán)動力性影響因素循環(huán)供油量（負荷的大小）燃燒質(zhì)量指示功率定義公式柴油機汽缸內(nèi)的工質(zhì)單位時間內(nèi)所做的指示功（1）單缸：Pi=piVs*(nm/60)=piVsnm/60(w)=piVs*nm/6000(kw)；（2）整機：Pi=piVs*nmi/6000(kw)；若負荷不均，則各缸的相加即得。指示熱效率定義公式意義指示功的熱當(dāng)量與相應(yīng)消耗的燃料熱量之比值

i=3600Pi/BHu評定柴油機實際工作循環(huán)經(jīng)濟性的重要指標指示油耗率定義公式意義一千瓦指示功每小時消耗的燃油量bi=B/Pi評定柴油機實際工作循環(huán)經(jīng)濟性的重要指標第三節(jié)柴油機的性能指標和工作參數(shù)

section3performanceindex&workingparameterofD.E一、有效指標平均有效壓力pe有效功率Pe有效熱效率

e有效油耗率ge平均有效壓力定義公式意義每一工作循環(huán)每單位氣缸工作容積所作的有效功pe=Pe／Cni衡量柴油機作功能力的重要參數(shù)影響因素取決于工作循環(huán)進行的完善程度和機械損失的大小有效功率定義公式從柴油機曲軸飛輪端傳出的功率Pe=Pi-Pm=Me·n/9550影響因素機械損失功率：摩擦損失功率拖動損失功率泵氣損失功率有效熱效率定義公式意義指曲軸有效功與所消耗的熱量之比

e=i?

m評定柴油機經(jīng)濟性的重要指標有效油耗率定義公式意義每一千瓦有效功率每小時所消耗的燃油量be=B/Pe=bi/

m評定柴油機經(jīng)濟性的重要指標補充概念－

m定義公式意義有效功率與指示功率之比值

m

=Pe／Pi衡量柴油機機械損失功率大小影響因素取決于設(shè)計和制造質(zhì)量負荷、轉(zhuǎn)速、滑油溫度與冷卻水溫度第三節(jié)柴油機的性能指標和工作參數(shù)

section3performanceindex&workingparameterofD.E三、柴油機工作參數(shù)最高燃燒壓力排氣溫度活塞平均速度行程缸徑比強化系數(shù)壓縮比最高燃燒壓力pz過大，使結(jié)構(gòu)尺寸增大，柴油機笨重pz過大，使螺栓預(yù)緊力增大，結(jié)合面比壓大pz過大，破壞潤滑油膜，磨損加劇pz過大，沖擊振動和噪聲增大pz大些，對提高柴油機熱效率降低油耗有利排氣溫度非增壓柴油機：排氣管內(nèi)廢氣平均溫度增壓柴油機：氣缸蓋排氣道出口處廢氣平均溫度排氣溫度高低反映了缸內(nèi)負荷的大小和燃燒質(zhì)量的好壞通常排氣溫度最高不超過550℃活塞平均速度Vm=Sn/30影響柴油機機械負荷、熱負荷和壽命為維持較長的壽命和適當(dāng)?shù)腣m值，采用長行程，以降低n，提高螺旋槳效率行程缸徑比影響柴油機的尺寸和重量影響機械負荷影響熱負荷影響混合氣形成影響掃氣效果影響曲軸剛度影響軸系的振動性能強化系數(shù)表示柴油機所受熱負荷和機械負荷兩方面的綜合強烈程度高速機大于低速機；四沖程機大于二沖程機壓縮比影響經(jīng)濟性：

大則經(jīng)濟性好，但

超過12后，經(jīng)濟性則降低

影響機械負荷：

大則機械負荷大，此為上限限制影響燃燒和起動性能：冷車起動時，

越小，起動和燃燒時需要的轉(zhuǎn)速就越高，此為下限限制課堂練習(xí)在轉(zhuǎn)速、構(gòu)造及功率相同下，二沖程機熱效率比四沖程機A、高B、低C、相等D、隨機型而異表征柴油機強化程度的參數(shù)是A、柴油機的輸出功率B、柴油機的增壓壓力C、柴油機的轉(zhuǎn)速D、活塞平均速度與平均有效壓力的乘積第四節(jié)船用柴油機的發(fā)展

section4thedevelopmentofM.D.E.一、船舶柴油機的發(fā)展1776年瓦特蒸汽機1876年奧托四沖程煤氣機1880年D.Clerk／J.Robson／K.Benz二沖程內(nèi)燃機1892年RudolfDiesel壓縮發(fā)火內(nèi)燃機1897年MAN公司首次使用柴油機1904年柴油機首次用于船舶推進裝置1927年在柴油機上正式使用Bosch噴油泵1927年MAN公司制造了廢氣渦輪增壓器20世紀50年代中后期四項重大技術(shù)：大缸徑、焊接結(jié)構(gòu)、透平技術(shù)、劣質(zhì)燃油20世紀60、70年代子控制技術(shù)的使用2000年以后智能型柴油機的使用三、現(xiàn)代船用大型低速柴油機的結(jié)構(gòu)特點采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器增大行程缸徑比S/D提高最高燃燒壓力pz與平均有效壓力pe之比增大壓縮比ε采用可變噴油定時（VIT)機構(gòu)（variationalignitiontiming)燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)

第四節(jié)船用柴油機的發(fā)展

section4thedevelopmentofM.D.E采用旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動機構(gòu)采用薄壁軸承曲軸上增設(shè)軸向減振器焊接曲軸軸帶發(fā)電機（PTO）（PowerTakeOff)第四節(jié)船用柴油機的發(fā)展

section4thedevelopmentofM.D.E三.船舶柴油機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

船用低速柴油機的主要參數(shù)機型RTA48TRTA58TRTA68TRT-FLEX60CS50MC-CS60MC-CS70MC-CS60ME-C

缸徑（mm）480580680600500600700600

行程（mm）20002416272022502000240028002400

行程缸徑比S/D4.174.174.03.754.04.04.04.0

轉(zhuǎn)速（r／min）1241039211412710591105

活塞平均速度（m/s）8.38.38.38.558.58.48.58.4

平均有效壓力（bar）18.218.218.219.519191919.0

最高燃燒壓力（Mpa）14.214.214.215