1、船舶柴油机使用与维护第1章 柴油机总体认知 1.1 柴油机结构认知 1.2 柴油机工作原理分析 下一页返回第2章 柴油机主要部件拆装 2.1 气缸盖的拆装2.2 气缸套的拆装2.3 活塞、连杆组件拆装2.4 曲轴臂距差测量2.5 机座、机体、贯穿螺栓与主轴承的维护管理下一页返回上一页第3章 配气系统维护管理 3.1 气阀配气机构的拆装 3.2 气阀间隙、气阀正时检查与调整 下一页返回上一页第4章 增压系统维护管理 4.1 废气涡轮增压器的拆装 下一页返回上一页第5章 燃油系统维护管理 5.1 燃油喷射系统设备认知 5.2 喷油泵的拆装与检验 5.3 喷油器的拆装与检验 下一页返回上一页第6章
2、滑油系统维护管理 6.1 滑油系统维护管理 下一页返回上一页第7章 冷却系统维护管理 7.1 冷却系统维护管理下一页返回上一页第8章 操纵系统维护管理 8.1 启动系统维护管理 8.2 换向系统维护管理 8.3 调速系统维护管理 下一页返回上一页第9章 柴油机测试 9.1 特性曲线的测取 下一页返回上一页第10章 柴油机的操作与管理 10.1 主柴油机操作 10.2 柴油机应急处理 下一页返回上一页前 言本教材以就业为导向，以能力为本位，面向市场，面向社会，在编写过程中形成了以下特色：1.教学内容按行动领域项目化。2.知识结构按工作过程系统化，体现以学生行动为主体的教学过程。3.明确教学方法，
3、以培养学生能力为目标。4.理论性知识总量适度、够用且反映新技术、新工艺。5.任务引领，设计具体、可操作，能方便地按岗位工作实际设计教学情境。本教材是针对高等教育船舶动力装置技术专业编写的。同时，本教材还适用于从事轮机修造从业人员的自学。返回上一页第1章 柴油机总体认知 1.1 柴油机结构认知柴油机结构认知 1.2 柴油机工作原理分析柴油机工作原理分析 1.1 柴油机结构认知 一、柴油机的概述热机是通过燃烧把燃料的化学能转变为热能，再通过燃烧产物（工质）的膨胀做功把热能转换成机械能的动力机械。根据燃料燃烧场所的不同，热机可分为外燃机和内燃机两种类型。外燃机的燃料燃烧在气缸外部进行，工质膨胀做功在
4、气缸内部进行，如往复式蒸汽机和蒸汽轮机都属于外燃机。内燃机的燃料燃烧及工质膨胀做功都在气缸内部进行，如柴油机、汽油机、燃气轮机等都属于内燃机。内燃机具有较高的热效率，在尺寸和质量方面也具有明显优势，因而较外燃机应用更广泛。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作燃料，采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸下一页返回1.1 柴油机结构认知 内部）形成可燃混合气，利用缸内空气压缩形成的高温自行发火（压燃式）。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，可使用廉价的燃料油，燃油费用低。（2）功率范围广，单机功率为 0.647000kW，
5、适用领域广。（3）尺寸小，比质量（kg/kW）轻，便于机舱布置。（4）机动性好，启动方便，加速性能好，有较宽的转速和负荷调节范围，可直接反转，能适应船舶航行的各种工况要求。上述优点使柴油机广泛应用于各个领域，尤其是在船舶主动力装置中应用更广。同时，柴油机也具有以下缺点：上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知（1）存在较强的机身振动、轴系扭转振动及噪声。（2）某些部件的工作条件恶劣，承受高温、高压以及冲击性负荷。二、柴油机的基本结构（见图1-1-1）1.固定部件固定部件：主要包括由气缸盖、气缸套、机体、机座、主轴承等构成的柴油机本体和运动件的支撑。气缸盖、气缸套与活塞组件组成燃烧室和燃气工作的
6、空间。2.运动部件运动部件：主要由活塞组件、连杆组件、曲轴和飞轮组件等组成。它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 3.系统柴油机的主要系统有配气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统、换向系统、调速系统。一般将启动、调速、换向和停车集中控制统称操纵系统。多数柴油机还设有增压系统，用于进一步提高柴油机的做功能力。三、柴油机的常用几何术语（见图 1-1-2）1.上止点（TDC）活塞在气缸中运动离曲轴中心线最远时的位置称为上止点，也称为上死点。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 2.下止点（BDC）下止点是指活塞在气缸中运动离曲轴中
7、心线最近时的位置，也称为下死点。3.缸径（D）气缸套的名义内径。4.曲柄半径（R）曲轴的曲柄销中心与主轴颈中心间的距离。5.冲程（S）活塞从上止点（或下止点）移动到下止点（或上止点）间的直线距离，又称为行程。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 6.压缩容积（V c）活塞位于上止点时，由活塞顶、气缸盖底面与气缸套表面之间所包围的空间容积，也称为燃烧室容积。7.气缸工作容积（V s）活塞在气缸中从上止点（或下止点）移动到下止点（或上止点）时所扫过的容积，也称为活塞排量。8.气缸总容积（V a）活塞在位于下止点时，活塞顶以上的气缸全部容积。显然：上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 9.压
8、缩比（）气缸总容积与压缩容积之比，亦称几何压缩比。10.余隙高度（h c）活塞在上止点时，其最高顶面与气缸盖底平面之间的垂直距离。四、柴油机的类型柴油机用途不同，类型较多，通常有以下几种分类方法：（1）按工作循环特点分：四冲程柴油机和二冲程柴油机。（2）按进气方式分：增压柴油机和非增压柴油机。（3）按曲轴转速n或活塞平均速度Cm分：上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 高速柴油机：n1000r/min，Cm=6.07.2m/s；中速柴油机：300n1000r/min，Cm=7.09.4m/s；低速柴油机：n300r/min，Cm=9.014.2m/s；一般对船用主机来讲，经济性、可靠性和使
9、用寿命是第一位的，重量和尺寸是第二位的。因此，低速二冲程柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长、可燃用劣质燃油以及转速低（通常为100r/min左右，最低可达56r/min）等优点适于大型海船主机。大功率四冲程中速柴油机因其尺寸小、重量轻，较适于河船和部分海船的主机。近年来，由于中速机单机功率提高，其工作可靠性、经济性及对劣质燃油适应性均有明显改进，基本上达到了与低速机相近水平，故用作海船主机的数量明显增加。近年建造的2000t以上船舶中，使用中速机上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 作为主机的占25%左右。船舶发电柴油机因使用功率小、可多台柴油机联用、转速高以及结构简单等，故多采用
10、中、高速四冲程柴油机。（4）按柴油机结构特点分：筒形活塞式和十字头式柴油机。图1-1-3（a）所示为筒形活塞式柴油机的构造简图，活塞1通过活塞销直接与连杆6连接。这种结构的优点是结构简单、体积小、质量轻；缺点是运动时有侧推力，活塞与气缸之间的磨损较大。中、高速柴油机一般采用这种结构。图1-1-3（b）所示为十字头式柴油机的构造简图，活塞1设有活塞杆2，通过十字头3与连杆6连接，并在气缸下部设横隔板将气缸与曲轴箱隔开。当柴油机工作时，十字头的滑块4在导板5上滑动，侧推力由十字头滑块和导板承受，活塞不起导向作用，活塞与缸套之间没有侧推力上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 作用。横隔板可防止燃
11、烧产物落入曲轴箱而污染滑油，有利于劣质燃油的使用及采用增压技术，因而功率大、工作可靠、使用寿命长。但它的质量和高度增大，结构也较复杂。目前大型低速二冲程柴油机都采用这种结构，并常作为船舶主机使用。（5）按气缸排列方式的不同分：直列式和V形柴油机。图1-1-4（a）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，也可将柴油机设计成如图1-1-4（b）所示的V形。在民用船舶柴油机中，主要是直列式和V形。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知（6）按柴油机能否倒转分：可倒转式和不可倒转式。可由操纵机构改变曲轴转向的柴油机称为可倒转柴油机
12、；曲轴只能按同一方向旋转的柴油机称为不可倒转柴油机。在船舶上，凡直接带动螺旋桨的柴油机均为可倒转柴油机；凡带有倒顺车离合器、倒顺车齿轮箱或可变螺距螺旋桨的柴油机以及船舶发电柴油机均为不可倒转柴油机。（7）按动力装置的布置分：左旋机和右旋机。由柴油机的功率输出（飞轮）端向自由端看，正车时飞轮按顺时针方向旋转的柴油机称为右旋柴油机；反之则称为左旋柴油机。单台布置的船舶主柴油机通常均为右旋柴油机。某些船舶采用双机双桨推进装置（如客船），由船尾向船首看，布置在机舱右舷的柴油机为右旋柴上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 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
13、，为便于操纵管理，右机的操纵即燃油侧布置在柴油机左侧（即内侧），而排气侧布置在右侧；左机的操纵布置在柴油机右侧（即内侧）。（8）按冲程缸径比S/D范围分：短冲程柴油机：S/D2.5；长冲程柴油机：2.53.0。五、船用柴油机的型号为了便于用户选择柴油机，每一柴油机制造厂都用一组字母或数字组成的字符串来命名柴油机，即柴油机的型号。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 1.国产船用柴油机的型号1）中小型柴油机国产中小型柴油机系列品种很多，其型号中一般有气缸数、冲程数、缸径、技术特征和改进型号等内容，组成如下：气缸数、气缸直径用数字表示；冲程数E表示二冲程，无E为四冲程；技术特征C表示船用右机，
14、Ca为左机；Z表示增压，G表示高增压（有Z时）；V表示V形排列；D 表示可倒转。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 2）大型低速柴油机国产大型低速柴油机型号由气缸数、冲程数、缸径、技术特征和改进型号等组成。例如：6ESDZ43/82B表示6缸、二冲程、十字头式、可倒转、增压、缸径43cm、冲程82cm船用柴油机，为厂家第二代产品。2.国外常见船用柴油机型号1）瑞士苏尔寿（SULZER）船用低速柴油机有RD、RND、RMD-M、RLA、RLB、RTA、RTA-M等系列产品。其符号意义为：前面数字为气缸数；后面数字为气缸直径（cm）；上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 技术特征：R焊接
15、结构、二冲程、十字头式；N、M、A、B设计改型发展序号；D可倒转；L长冲程；T超长冲程、直流扫气。2）德国曼恩（MAN）船用低速柴油机德国曼恩（现已与 B&W 公司合并）生产的船用低速柴油机有 KZ、KSZ-A、KSZ-B 等系列产品。3）丹麦 B&W 公司船用低速柴油机丹麦柏玛斯特韦恩公司（现已与 MAN 公司合并）生产的船用低速机有 VTBF、VT2BF、KEF、KGF、L-GF 等系列产品。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 六、柴油机性能指标柴油机的性能通常可以从动力性、经济性、运转性（冷车启动、排放性、加速性与加载性等）、可靠性、耐久性等方面加以评价，通常柴油机的性能指标主要有
16、动力性指标和经济性指标。动力性指标包括：平均指示压力 p i、平均有效压力 p e、指示功率 P i、有效功率 P e、机械效率 m、平均机械损失压力 p m。经济性指标包括：指示油耗率 g i、指示热效率 i、有效油耗率 g e 和有效热效率 e。柴油机的性能指标又可分为指示指标和有效指标两大类。指示指标是以实测示功图所表示的一个工作循环所做的指示功为基础，它只考虑缸内燃烧不完全及传热等方面的热损失，没有考虑运动副间所存在的上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 摩擦损失，主要用来评价气缸内工作循环的完善程度。有效指标是以在柴油机输出轴上所得到的有效功为基础，它既考虑了气缸内的热损失，又考
17、虑了一系列的机械损失，它是评定柴油机工作性能的最终指标。七、柴油机主要工作参数1.最高爆发压力 p z燃烧过程中气缸内工质的最高压力称为最高爆发压力。最高爆发压力是衡量柴油机机械负荷大小的重要参数，对柴油机的经济性也有重要影响。它可引起各受力部件的应力和变形，造成疲劳破坏、磨损和振动。提高 p z 已成为降低燃油消耗的主要技术措施之一。船舶低速二上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 冲程柴油机 pz 已达12.015.0MPa，中速四冲程柴油机已普遍提高到 13.015.0MPa，而高速机个别已达到 18.0MPa。2.排气温度 T r非增压柴油机的排气温度是指排气管内废气的平均温度，增压
18、柴油机的排气温度是指气缸盖排气道出口处废气的平均温度。对于同一台柴油机，排气温度的高低反映了缸内负荷的大小及燃烧质量的好坏，故用排气温度来衡量热负荷的大小。柴油机排气温度过高，不但标志着热负荷过高，而且还会令经济性和可靠性下降。为保证柴油机可靠运转，通常把排气温度的最高值作为限制标准。船用柴油机排气温度的最高值应低于 550。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 3.转速转速对柴油机性能和结构影响很大，单位用 r/min 表示。（1）最高转速 n max：受调速控制时，柴油机所能达到的最高转速。（2）最低稳定转速 n min：柴油机能够稳定工作的最低转速。在最低稳定转速和最高转速之间是柴油
19、机转速的工作范围。4.活塞平均速度 C m活塞在气缸中运动的速度是不断变化的，在行程中间较大，在止点附近较小，止点处为零。若已知内燃机转速 n，则活塞平均速度可由下式计算：式中，S行程（m）。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 活塞平均速度 C m 是表征柴油机机械负荷、热负荷和寿命的重要参数之一。提高 C m 可以提高柴油机的功率，但会使零件的机械负荷和热负荷同时增加，且机件的磨损也会相应增加，因而靠提高 C m 来提高功率是有限度的。近代船用大型二冲程柴油机多采用长或超长行程。为了维持较长的寿命和适当的 C m 值，均选用较低转速，如标定转速低于 100r/min，甚至仅为 6070
20、r/min，则有利于提高螺旋桨的推进效率。5.滑油消耗率柴油机在标定工况时，每千瓦小时所消耗滑油量的克数称为滑油消耗率，单位为g/（kWh）。上一页 下一页返回1.1 柴油机结构认知 柴油机的滑油是在机内不断循环使用的，其消耗的原因主要是：柴油机在运转时滑油经活塞窜入燃烧室内或由气阀导管流入气缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出；还有一部分滑油由于在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。柴油机的滑油消耗率一般为 0.54g/（kWh）。八、排气污染指标柴油机排气中包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO x）和二氧化硫SO 2，这些燃烧产物排入大气后不仅会污染环境且对人体健康有害
21、。MARPOL73/78 公约对船舶柴油机的排放规定见表 1-1-1。上一页返回1.2 柴油机工作原理分析 一、热工基本概念1.热力系统热力学中常把分析的对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递，这种被人为地分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫作热力系统，周围物体统称为外界。系统和外界之间的分界面称为边界。2.闭口系统一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则该系统称为闭口系统。闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统又叫作控制质量。返回下一页1.2 柴油机工作原理分析3.开口系统如果热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则该系统叫作开口系统。开口
22、系统中的能量和质量都可以变化，但这种变化通常是在某一划定的空间范围内进行的，所以开口系统又叫作控制容积或控制体。4.绝热系统当热力系统和外界无热量交换时，该系统称为绝热系统。5.孤立系统当一个热力系统和外界既无热量交换又无物质交换时，则该系统称为孤立系统。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析6.工质实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质。只有工质在热机中的状态发生变化（如膨胀）才能获得功，而做功只有通过工质才能传递热。7.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。二、柴油机的理想循环在柴油机中，为了连续实现燃料化学
23、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，其实上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析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，对它作了以下几点假定：（1）工质为理想气体，其分子量与比热和纯空气在物理标准状态时相同。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、定压或定容与定压的混合过程。（2）循环为闭口体系，无须更换工质，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，
24、与外界没有热交换，也不存在摩擦。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析（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，其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。由于是对工质所作的假定，故有人称它为空气标准循环。由热力学可知，按加热方式不同进行假设，可以得到三种内燃机的理论循环，分别是等容加热循环（OTTO循环）、等压加热循环（DIESEL循环）和混合加热循环（SABATLLE循环），如图1-2-1所示。1）等容加热循环由绝热压缩过程A-C、等容加热过程C-Z（加热量Q1）、绝热膨胀过程Z-B及等容放热过程B-A
25、（放热量Q2）所组成。汽油机按此循环工作。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析2）等压加热循环由绝热压缩过程A-C、等压加热过程C-Z、绝热膨胀过程Z-B及等容放热过程B-A所组成。现代高增压柴油机有向此循环发展的趋势。3）混合加热循环由绝热压缩过程A-C、等容加热过程C-Z（加热量QV）、等压加热过程Z-Z（加热量Q1-QV）、绝热膨胀过程Z-B及等容放热过程B-A所组成。一般柴油机都按此循环工作。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。（1）实际循环是一个开口热力体系，而不是闭口热力体系。因为它上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析需要通过进、排气过程更换工
26、质、排出废气及吸进新鲜空气，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。（2）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，将燃油的化学能转变为工质的热能，使其温度升高，因而存在不完全燃烧损失。由于燃烧速度的有限性以及与活塞运动速度不一致，故燃烧过程中的压力、容积均在改变，且燃烧亦会延续到膨胀过程。放热也常伴随废气排出。（3）工质的数量和成分变化。这是由于进、排气过程更换工质、燃烧、高温分解与低温复合作用以及漏气等原因造成的。比热亦随工质的成分和温度而变。（4）各个工作过程进行时，存在着热交换和摩擦。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析由此可知，实际的循环
27、过程都不是可逆的；从能量转换角度来看，除了冷源损失外，还有不可逆损失，即不完全燃烧、热交换、漏气和流动阻力等其他热损失。因而，柴油机循环不可能达到理想循环的热效率和平均压力。四、四冲程柴油机的工作原理1.进气冲程如图1-2-2（A）所示，活塞从上止点下行，进气阀A打开。由于气缸容积不断增大，缸内压力下降，依靠气缸内外的压差，新鲜空气充入气缸。进气阀一般在活塞到达上止点前提前开启（当曲柄位于点1），在活塞经过下止点后延迟关闭（当曲柄位于点2时），气阀开启的延续角图1-2-2（A）中阴影线部分为220250CA。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析2.压缩冲程如图1-2-2（B）所示，活塞从
28、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PC为36MPA；温度TC为600700。燃油自燃温度（210270）远低于此值，自燃温度随压缩压力而变。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，遇高温高压空气自燃。压缩冲程的曲柄转角为140160CA。3.燃烧膨胀冲程活塞在上止点附近，喷入气缸的燃油急剧燃烧，使缸内工质的压力和温度迅速升高，爆发压力PZ增高到58MPA，甚至15MPA以上。最高温度TZ上升到14001800或更高。在高温高压燃气的作上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析用下，活塞向下运
29、动做功，在上止点后某一时刻当曲柄位于图1-2-2（C）中点4时，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曲柄位于图1-2-2（C）中点5时，排气阀开启，膨胀过程结束。此时，气缸内的压力PB为0.30.6MPA，温度TB为600700，活塞继续下行到下止点。燃烧膨胀冲程持续角为130160CA。4.排气冲程在上一冲程末，排气阀开启时活塞尚在下行，废气靠气缸内外压力差经排气阀B自由排出，活塞从下止点上行时，废气被强制推出气缸，此时排气过程是气缸内气压在略高于大气压力且压力基本不变的情况下进行的。排气阀在活塞经过上止点后才关闭当曲柄位于图1-2-2（D）中点6
30、。排气阀开启的延续角度为230260CA。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析经过上述四个冲程，柴油机就完成了一个工作循环。活塞继续运动，新的循环按同样顺序重复进行。每个循环曲轴转两转，即720 曲轴转角。在四个行程中，只有膨胀行程才做功，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，则借助于其他气缸膨胀做功来供给。五、四冲程柴油机的正时图四冲程柴油机进、排气阀的启闭并不是刚好在活塞位于上、下止点的时刻，而是在活塞位于上、下止点的前、后某一时刻，它们的开启持续角均大于180CA。进、排气阀启闭的时刻称为气阀正时（定时），
31、通常气阀正时用气阀启闭时的曲轴转角（CA）表示。用曲轴转上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析角表示气阀正时的圆图称气阀正时（定时）图，如图1-2-3所示。在图1-2-3中，进气阀在活塞运动到上止点前曲柄位于点1时开启，在活塞经过下止点后曲柄位于点2时关闭，而其与相应止点的夹角1、2分别称进气提前角和进气滞后角。排气阀在活塞运动到下止点前曲柄位于点5时开启，在活塞经过上止点后曲柄位于点6时关闭，而其与相应止点的夹角3、4分别称为排气提前角和排气滞后角。由图1-2-3还可看出，活塞位于上止点前、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
32、，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，还可将新鲜空气吸进气缸，并利用此压力差用新上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析气将燃烧室内的废气扫出气缸，实现燃烧室扫气。这样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。六、二冲程柴油机的工作原理在四冲程柴油机中，一个工作循环是在活塞四个冲程内完成的。为了进一步提高柴油机的做功能力、减少专门的辅助冲程，于是就研制出了二冲程柴油机。它是通过专门的扫气泵或增压器将外界空气加压后
33、定时送入气缸，并按照一定的流动线路将上一循环的废气扫出气缸，同时完成进、排气过程的。根据扫气气流在气缸中的流动路线不同，扫气式二冲程柴油机可分为上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析 气阀气口式直流扫气 气口气口式 横流扫气式弯流扫气 回流扫气式 半回流扫气式如图1-2-4所示，气阀气口式直流扫气式二冲程柴油机是船用大型低速机的主要类型。这种扫气式柴油机的结构特点是：在气缸套下部开有一圈相对于气缸中心线和气缸半径有一定倾角的扫气口；在气缸盖上只设有排气阀（16个）。其工作原理如下：上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析1.第一冲程扫气和压缩冲程这一冲程活塞从下止点到上止点，完成扫气和压
34、缩过程。在活塞上行没有遮住扫气口之前（曲柄从B点到B1点），由废气涡轮增压器1供给的具有一定压力的新鲜空气由扫气箱6通过扫气口5进入气缸。由于扫气口倾角的作用，使进入气缸的空气有向上和绕气缸轴线旋转的运动，形成“气垫”，从而将上一循环残留在气缸中的废气从开启着的排气阀扫出。扫气一直进行到活塞将扫气口遮闭时为止曲柄运动到图1-2-4（A）中B1点，紧接着排气阀在配气机构的作用下定时关闭曲柄运动到图1-2-4（A）中B2点。活塞继续上行，留在气缸中的扫气空气被压缩，压力和温度升高，当活塞接近上止点时曲柄位于图1-2-4（A）中B3点，燃油喷射系统通过喷油器将燃油以良好的雾化状态喷入燃烧室并开始燃前
35、准备与发火燃烧。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析2.第二冲程燃烧膨胀、排气和扫气冲程这一冲程活塞从上止点运动到下止点，进行燃烧膨胀做功、自由排气和扫气过程。在上一冲程压缩终点附近，燃油喷入与空气混合并开始发火燃烧，当活塞刚越过上止点开始下行时，气缸内的压力和温度迅速增高，最高压力达58MPA,最高温度达20002200K。然后高温高压的燃气推动活塞下行做功，一直到排气阀打开为止。排气阀是在活塞还没有让开扫气口之前曲柄位于图1-2-4（B）中B2点打开，这时具有一定压力的废气经排气阀自由排出。当气缸内压力下降到接近扫气空气压力时，活塞将扫气口让开曲柄位于图1-2-4（B）中B1点，于是
36、扫气空气进入气缸进行扫气，一直扫到该冲程的下止点并延续到下一冲程扫气口关闭时止。就这样，活塞经过上下两个上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析冲程完成一个工作循环。排气阀的启闭由配气机构控制，扫气口的启闭由活塞来控制。和四冲程柴油机一样，不同系列柴油机有各自不同的最佳配气定时。七、二冲程与四冲程柴油机的比较二冲程柴油机与四冲程柴油机相比具有以下优点：（1）二冲程柴油机每两个冲程即曲轴转1R完成一个工作循环，由此可以提高柴油机功率。在气缸直径、活塞冲程及转速相同时，二冲程柴油机理论上的功率是四冲程的两倍，但由于二冲程柴油机存在冲程损失和扫气损失，故实际上二冲程柴油机的功率仅是四冲程柴油机功率
37、的1.61.8倍。上一页返回下一页1.2 柴油机工作原理分析（2）由于二冲程柴油机曲轴每转1R完成一个工作循环，因此，其回转比四冲程柴油机均匀，可使用较小的飞轮。（3）二冲程柴油机结构简单，便于维护和保养。二冲程柴油机具有以下不足之处：（1）二冲程柴油机换气质量较四冲程柴油机差。（2）在相同转速下，二冲程柴油机工作循环比四冲程柴油机多一倍，所以二冲程柴油机的热负荷比四冲程柴油机高。一般船用大型低速柴油机为了得到较大的单缸功率都采用二冲程柴油机。由于二冲程柴油机转速很低，所以换气质量和燃油系统的工作条件均能得到保证。高、中速大功率柴油机大多数为四冲程，这主要是上一页返回下一页1.2 柴油机工作原
38、理分析因为四冲程柴油机的热负荷低，易实现高增压。但随着二冲程柴油机的不断发展及其零件热负荷、换气质量以及增压系统等的逐步改善，高、中速大功率二冲程柴油机将得到广泛的应用。上一页返回图 1-1-1四冲程柴油机返回1机座；2喷油器；3主轴承；4机体；5进气管；6气缸套；7气缸盖；8活塞；9活塞销；10连杆；11连杆螺栓；12排气管；13曲轴；14凸轮轴；15推杆；16摇臂；17进气阀；18排气阀；19气阀弹簧；20喷油泵；21高压油管图 1-1-2柴油机主要几何术语返回图 1-1-3筒形活塞式与十字头式柴油机的构造返回（a）筒形活塞式；（b）十字头式1活塞；2活塞杆；3十字头；4滑块；5导板；6连
39、杆图 1-1-4柴油机主要几何术语返回（a）直列式；（b）V 形表 1-1-1船舶柴油机排放限制返回g/（kWh）图 1-2-1典型的理论循环 pV 示意图返回（a）等容加热循环；（b）等压加热循环；（c）混合加热循环图 1-2-2四冲程柴油机工作原理返回（a）进气冲程；（b）压缩冲程；（c）燃烧膨胀冲程；（d）排气冲程图 1-2-3四冲程柴油机气阀正时图返回图 1-2-4气阀气口式直流扫气式二冲程柴油机返回1增压器；2，4排气阀；3喷油器；5扫气口；6扫气箱；7空冷器；8十字头组件第2章 柴油机主要部件拆装 2.1 气缸盖的拆装气缸盖的拆装2.2 气缸套的拆装气缸套的拆装2.3 活塞、连杆组
40、件拆装活塞、连杆组件拆装2.4 曲轴臂距差测量曲轴臂距差测量2.5 机座、机体、贯穿螺栓与主轴承的维护管理机座、机体、贯穿螺栓与主轴承的维护管理2.1 气缸盖的拆装 一、气缸盖的功用气缸盖用螺栓紧固于机体顶部，成为柴油机的顶端部件，俗称气缸头。其功用如下：（1）封闭气缸套顶部，与活塞、缸套共同组成封闭的气缸工作空间；（2）将气缸套压紧于机体的正确位置上，使活塞运动正常；（3）安装柴油机各种附件，如喷油器，进、排气阀装置，气缸启动阀，示功阀，安全阀以及气阀摇臂装置等；（4）布置进、排气道及冷却水道等。在小型高速机的气缸盖中还布置有涡流室或预燃室等。下一页返回2.1 气缸盖的拆装 二、气缸盖的工况
41、和要求气缸盖的工作条件十分恶劣，受到螺栓预紧力和缸套支反力的作用；底面直接与高温、高压的燃气接触，其冷却水腔还受到水的腐蚀。气缸盖结构复杂，孔道繁多，各孔处壁厚不均且各部位温差很大。因此，气缸盖承受着很大、分布很不均匀的机械应力和应力，容易在气缸盖底面、孔座和肋板等处产生裂纹，尤其在各阀孔之间的狭窄区域（称“鼻梁区”）工作条件更为恶劣。对气缸盖的要求：具有足够的强度和刚度，保证不会因为应力较大而断裂或产生严重变形以致影响密封性；气缸下平面要平直，以保证接合面处良好密封；气缸盖与气缸套之间的气密通常可通过采用紫铜或软钢垫床来保证；进、排气道流动阻力应最小，有的柴油机上一页 下一页返回2.1 气缸
42、盖的拆装为了进一步改善燃油与空气的混合，将进气道做成螺旋形以利于产生进气涡流；缸盖水腔要有较好的冷却效果，力求各处温度均匀；气缸盖上各种阀件的拆装、维护方便，冷却水腔的水垢容易清除。三、气缸盖的材料气缸盖一般采用强度较好、刚度较高、耐热较好、膨胀系数小、浇铸性能好的材料制成，一般有铸铁、铸钢和锻钢气缸盖。为了提高铸铁气缸盖的强度和热稳定性，往往在其中加入铬、镍、钼等合金元素。缸径在400MM以下的气缸盖多用HT400之类的灰铸铁；400MM以上的多用球墨铸铁，如QT600-2等。不少大型低速柴油机采用铸钢缸盖或铸铁铸钢组合式缸盖；形状简单的气缸盖可用耐热钢（如钼钢）铸造；增压度较高的大型二冲程
43、柴油机的气缸盖现多用锻钢制造，锻钢材质结实，质量容易保证。上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装 四、气缸盖的类型气缸盖的类型很多，其分类方法也很多，按气缸盖与气缸之间的数量关系可分为以下几类。1.单体式气缸盖如图2-1-1所示，每一个气缸单独做一个气缸盖称为单体式气缸盖，可用同一材料整体制造或用不同材料分开制造，形成组合结构，以合理使用材料。这种气缸盖普遍应用于大功率中、低速柴油机以及强化度较高的高速柴油机上。其特点是气缸盖和气缸套接合面处的密封性好，制造、运输、拆装以及检修均较方便；但气缸的中心距加大，增加了柴油机的长度和重量。上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装2.整体式气缸盖把一排气
44、缸的气缸盖（一般46个气缸）做成一体，称为整体式气缸盖，一般用于缸径小于150MM的中、小型高速柴油机上。它的特点是气缸中心距小，结构紧凑，柴油机的刚度提高、重量减轻；但易变形，密封性差，结构复杂，加工不便，往往会因局部损坏而导致整个气缸盖报废。3.分组式气缸盖23个缸共用一个气缸盖，称分组式气缸盖，一般用在缸径较大的中、小型高速柴油机上。它的特点介于上述单体式和整体式气缸盖之间 五、气缸盖的构造1.大型低速柴油机气缸盖的构造上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装现代大型低速柴油机以直流阀式二冲程机占主导地位，下面仅介绍这种柴油机的气缸盖。图2-1-2所示为MANB&WL-MC/MCE型柴油机
45、气缸盖，其为圆形，由锻钢制造。在气缸盖中央设有排气阀孔1，排气阀用四个双头螺栓紧固在气缸盖上。另外气缸盖上还设有气缸启动阀孔14、安全阀与示功阀孔10以及两个喷油器孔8。在气缸盖中钻有许多径向冷却水孔，在气缸盖底部焊有圆环11，它与气缸盖底部构成冷却水腔7。排气阀装入排气阀孔1后，排气阀的插入气缸盖部分与孔内壁之间也构成一个冷却水腔。这两个冷却水腔通过钻出的冷却水孔2、3相沟通。冷却完气缸套的水，首先进入均匀分布在气缸盖底部的四个垂直钻孔6，再经水平钻孔、垂直钻孔5进入冷却腔7。由水腔7进入钻孔2冷却气缸盖底面后，再经过孔 3 进入阀孔与阀壳间的冷上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装却水腔，
46、以冷却排气阀和阀座，最后由三个垂直孔 4流入排气阀壳的上部冷却腔，冷却排气通道后排至冷却水出口管。由图2-1-2可以看出，这种气缸盖高度较大，但冷却水孔离燃烧室却很近，充分体现了薄壁强背的设计思想，使热负荷和机械负荷都保持在比较低的水平上，提高了可靠性。气缸盖底面是燃烧室壁面的一部分，上述气缸盖底面为倒锥形，这种倒锥形燃烧室有利于换气和燃烧。设置两只喷油器并对称布置，有利于油雾形状和燃烧室形状的配合，确保了油、气有良好的混合性能。气缸盖底最下部的圆柱形壁面使缸盖和缸套的结合面下移，以便接合处不受火焰的直接冲击，对结合面起到保护作用。冷却水由结合面的外部进入气缸盖，消除了冷却水通过结合面漏入气缸
47、内部的可能性，并且冷却完气缸套的水通过沿周向均布的四个通道进入缸盖，以确保燃烧室部位的冷却较均匀。上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装如图2-1-2所示的气缸盖是由16个固定在气缸体上的双头螺栓和螺母紧固在气缸套的顶部的，这些螺栓在圆周上均匀分布（螺栓的紧固是用气缸盖自带的液压拉伸器来完成的）。图2-1-3所示为气缸盖螺栓的液压紧固装置。在气缸盖本体13上用四个吊环螺栓12固定着钢环9，钢环中由油道2将所有气缸盖螺栓4上的液压活塞8下部空间沟通。气缸盖固紧螺母由内、外两个螺母组成，内螺母5的内、外圆柱面上都有螺纹，它安装在气缸盖螺栓上并压住液压活塞8；外螺母6拧在内螺母上，底面呈球面形，它压
48、在球面垫圈7上。当紧固气缸盖螺栓时，高压油由快速接头3引入，通过液压活塞和内螺母将液压力传给螺栓，从而将螺栓拉长，外螺母也跟着上移，上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装此时可将外螺母再拧到与球面垫圈相靠。当系统中的油压泄放后，螺栓的回复弹力通过内螺母移到外螺母，继而通过球面垫圈传到气缸盖。由于液压油可进入每个螺栓上的液压活塞，所以16个气缸盖螺栓是同时紧固或同时放松的，具体操作步骤要严格按说明书进行。如图2-1-3所示，气缸盖的快速接头3只有一个，设置在柴油机操纵侧的两个螺栓之间，在其他螺栓之间均设有放气旋塞1（当对该系统注油放气时打开这些放气旋塞）。气缸盖螺栓沿圆周均匀分布并同时紧固，以保
49、证气缸盖和气缸套受力均匀，并提高了密封性，便于拆装。2.中速柴油机气缸盖构造中速柴油机多为四冲程柴油机，气缸盖上设有进、排气阀。由于其气缸盖比低速柴油机的气缸盖体积小、阀件多，故其结构往往更为复杂上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装图2-1-4所示为W RTSIL 32型柴油机气缸盖，它用球墨铸铁制造，中央为喷油器孔3，左、右两侧分别有两个进气阀孔和排气阀孔，5为进气道，4为排气道，这种进、排气道左右分布的布置，减少了高温排气对低温进气的加热作用。触火面很薄，并由来自边缘流向中心的冷却水有效冷却；在各阀中间的鼻梁处钻有冷却通道，以提供最好的传热效果；排气阀座可直接得到冷却；机械负荷由中间隔板
50、及上面板和侧壁板所吸收；四个角上有气缸盖螺栓孔，气缸盖螺栓由液压上紧；气阀座圈由具有良好耐磨性能的合金铸铁制造，进、排气阀表面镀有司太立合金，阀杆镀铬，如使用重油，可使用镍钼合金的排气阀；气缸盖上采用多管道集合元件代替了传统柴油机上单独元件的结构，可以完成空气进入气缸、废气排至排气系统、冷却水从气缸盖排出等多项功能。上一页 下一页返回2.1 气缸盖的拆装 任务实施柴油机的吊缸就是把柴油机的气缸盖拆下，再吊出活塞连杆组件（必要时也可吊出缸套），然后对活塞连杆组件、缸盖和缸套进行清洁、检查、测量及钳工修配等工作。一、气缸盖的拆卸（1）准备拆装气缸盖所需的工具。（2）放掉气缸盖、缸套冷却水腔中的冷却
