船用柴油機

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船用柴油機是中國科技名詞。

世界上最古老的四大文字系統，一是5500年前兩河流域蘇米爾人創造的楔形文字，二是5000多年前尼羅河流域古埃及人創造的聖書字，三是3300年前中國殷商時期的甲骨文，四是1500年前起源於中美洲的瑪雅文字。其它文字都早已消亡，只有中國文字的發展未曾斷裂，從商代一直傳承至今，漢字是世界上現存最古老的文字，這是我們中華民族寶貴的文化遺產。

目錄

名詞解釋

船用柴油機的熱效率高、經濟性好、起動容易、對各類船舶有很大適應性，問世以後很快就被用作船舶推進動力。至20世紀50年代，在新建造的船舶中，柴油機幾乎完全取代了蒸汽機。船用柴油機已是民用船舶、中小型艦艇和常規潛艇的主要動力。船用柴油機按其在船舶中的作用可分為主機和輔機。主機用作船舶的推進動力，輔機用來帶動發電機、空氣壓縮機或水泵等。

船用柴油機一般分為高速、中速和低速柴油機，表中列出3類柴油機的主要性能指標。

工作原理

二衝程柴油機

通過活塞的兩個衝程完成一個工作循環的柴油機稱為二衝程柴油機，油機完成一個工作循環曲軸只轉一圈，與四衝程柴油機相比，它提高了作功 能力，在具體結構及工作原理方面也存在較大差異。

二衝程柴油機與四衝程柴油機基本結構相同，主要差異在配氣機構方面。二沖 程柴油機沒有進氣閥，有的連排氣閥也沒有，而是在氣缸下部開設掃氣口及排氣口；或設掃氣口與排氣閥機構。並專門設置一個由運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣的掃氣箱，利用活塞與氣口的配合完成配氣，從而簡化了柴油機結構。圖是二衝程柴油機工作原理圖。掃氣泵附設在柴油機的一側，它的轉子由柴油機帶動。空氣從泵的吸入吸入，經壓縮後排出，儲存在具有較大容積的掃氣箱中，並在其中保持一定的壓力。

四衝程柴油機

柴油機的工作是由吸氣、壓縮、做功和排氣這四個過程來完成的，這四個過程構成了一個工作循環。活塞走四個過程才能完成一個工作循環的柴油機稱為四衝程柴油機。現對照上面的動畫了說明它的工作理原。

第一衝程——吸氣，它的任務是使氣缸內充滿新鮮空氣。當吸氣衝程開始時，活塞位於上止點，氣缸內的燃燒室中還留有一些廢氣。

當曲軸旋轉肘，連杆使活塞由上止點向下止點移動，同時，利用與曲軸相聯的傳動機構使吸氣閥打開。

隨着活塞的向下運動，氣缸內活塞上面的容積逐漸增大：造成氣缸內的空氣壓力低於進氣管內的壓力，因此外面空氣就不斷地充入氣缸。

進氣過程中氣缸內氣體壓力隨着氣缸的容積變化的情況如動畫所示。圖中縱坐標表示氣體壓力P，橫坐標表示氣缸容積Vh(或活塞的沖S)，這個圖形稱為示功圖。圖中的壓力曲線表示柴油機工作時，氣缸內氣體壓力的變化規律。從土中我們可以看出進氣開始，由於存在殘餘廢氣，所以稍高於大氣壓力P0。在進氣過程中由於空氣通過進氣管和進氣閥時產生流動阻力，所以進氣衝程的氣體壓力低於大氣壓力，其值為0.085～0.095MPa，在整個進氣過程中，氣缸內氣體壓力大致保持不變。

當活塞向下運動接近下止點時，衝進氣缸的氣流仍具有很高的速度，慣性很大，為了利用氣流的慣性來提高充氣量，進氣閥在活塞過了下止點以後才關閉。雖然此時活塞上行，但由於氣流的慣性，氣體仍能充人氣缸。

第二衝程——壓縮。壓縮時活塞從下止點向上止點運動，這個衝程的功用有二，一是提高空氣的溫度，為燃料自行發火作準備：二是為氣體膨脹作功創造條件。當活塞上行，進氣閥關閉以後，氣缸內的空氣受到壓縮，隨着容積的不斷細小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關，即與壓縮比有關，一般壓縮終點的壓力和溫度為：Pc=4～8MPa,Tc=750～950K。

柴油的自燃溫度約為543—563K，壓縮終點的溫度要比柴油自燃的溫度高很多，足以保證噴入氣缸的燃油自行發火燃燒。

噴入氣缸的柴油，並不是立即發火的，而且經過物理化學變化之後才發火，這段時間大約有0.001～0.005秒，稱為發火延遲期。因此，要在曲柄轉至上止點前10～35°曲柄轉角時開始將霧化的燃料噴入氣缸，並使曲柄在上止點後5～10°時，在燃燒室內達到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運動。

第三衝程——做功。在這個衝程開始時，大部分噴入燃燒室內的燃料都燃燒了。燃燒時放出大量的熱量，因此氣體的壓力和溫度便急劇升高，活塞在高溫高壓氣體作用下向下運動，並通過連稈使曲軸轉動，對外作功。所以這一衝程又叫作功或工作衝程。

隨着活塞的下行，氣缸的容積增大，氣體的壓力下降，工作衝程在活塞行至下止點，排氣閥打開時結束。

在動畫中，工作衝程的壓力變化這條線上升部分表示燃料在氣缸內燃燒時壓力的急劇升高，最高點表示最高燃燒壓力Pz，此點的壓力和溫度為：

Pz=6～15MPa， Tz=1800～2200K

最高燃燒壓力與壓縮終點壓力之比(Pz/Pc)，稱為燃燒時的壓力升高比， 用λ表示。根據柴油機類型的不同，在最大功牢時λ值的範圍如下：λ=Pz/Pc=1.2～2.5。

第四衝程——排氣。排氣衝程的功用是把膨脹後的廢氣排出去，以便充填新鮮空氣，為下一個循環的進氣作準備。當工作衝程活塞運動到下止點附近時，排氣閥開起，活塞在曲軸和連杆的帶動下，由下止點向上止點運動，並把廢氣排出氣缸外。由於排氣系統存在着阻力，所以在排氣衝程開始時，氣缸內的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa，其溫度Tb=1000～1200K。為了減少排氣時活塞運動的阻力，排氣閥在下止點前就打開了。排氣閥一打開，具有一定壓力的氣體就立即衝出缸外，缸內壓力迅速下降，這樣當活塞向上運動時，氣缸內的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時的氣流慣性使廢氣排出得乾淨，排氣閥在上止點以後才關閉。

在動畫中，排氣衝程曲線表示在排氣過程中，缸內的氣體壓力幾乎是不變的，但比大氣壓力稍高一些。排氣衝程終點的壓力Pr約為0.105～0.115MPa,殘餘廢氣的溫度Pr約為850～960K。

由於進、排氣閥都是早開晚關的；所以在排氣衝程之末和進氣衝程之初，活塞處於上止點附近時，有一段時間進、排氣閥同時開起，這段時間用曲軸轉角來表示，稱為氣閥重疊角。

排氣衝程結束之後，又開始了進氣衝程，於是整個工作循環就依照上述過程重複進行。由於這種柴油機的工作循環由四個活塞衝程即曲軸旋轉兩轉完成的，故稱四衝程柴油機。

在四衝程柴油機的四個衝程中，只有第三衝程即工作沖強才產生動力對外作功，而其餘三個衝程都是消耗功的準備過程。為此在單缸柴油機上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉動慣性，使曲軸在四個衝程中連續而均勻地運轉。