課題一 船舶柴油機(jī)的基本知識(shí)
目的要求：
1．了解船舶柴油機(jī)的基本概念及優(yōu)缺點(diǎn)。
2．掌握柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)和主要系統(tǒng)。
3．掌握柴油機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。
4．掌握四、二沖程柴油機(jī)的工作原理。
5．比較四、二沖程柴油機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)上的差別。
6．了解船舶柴油機(jī)的基本分類和型號(hào)。
重點(diǎn)難點(diǎn)：
1．柴油機(jī)與汽油機(jī)的區(qū)別。
2．進(jìn)排氣重疊角、定時(shí)圖。
教學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)
教學(xué)方法：多媒體講授
課外思考題：
1． 柴油機(jī)與汽油機(jī)有哪些區(qū)別？
2． 柴油機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成和作用。
3．壓縮比ε意義及對(duì)柴油機(jī)工作性能有什么影響？
4．四沖程柴油機(jī)各工作過(guò)程特征及特點(diǎn)。
5．二、四沖程換氣在工作上原理及結(jié)構(gòu)上有什么差別？
6．四沖程柴油機(jī)進(jìn)、排氣為什么都要提前和滯后？氣閥重疊角有何作用？
課題一 船舶柴油機(jī)的基本知識(shí)
第一節(jié) 柴油機(jī)的概述及發(fā)展趨勢(shì)
一、柴油機(jī)的概述
1．熱機(jī)
熱機(jī)是指把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)以及柴油機(jī)、汽油機(jī)等是熱機(jī)中較典型的機(jī)型。
蒸汽機(jī)與蒸汽輪機(jī)同屬外燃機(jī)。在該類機(jī)械中，燃燒（燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能）發(fā)生在汽缸外部（鍋爐），熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能發(fā)生在汽缸內(nèi)部。此種機(jī)械由于熱能需經(jīng)某中間工質(zhì)（水蒸氣）傳遞，必然存在熱損失，所以它的熱效率不高，況且整個(gè)動(dòng)力裝置十分笨重。在能源問(wèn)題十分突出的當(dāng)前，它無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，因而已經(jīng)在船舶動(dòng)力裝置中消失。
2．內(nèi)燃機(jī)
汽油機(jī)、柴油機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)同屬內(nèi)燃機(jī)。雖然它們的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式（往復(fù)、回轉(zhuǎn)）不同，但具有相同的工作特點(diǎn)──都是燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)燃燒并直接利用燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)庠跉飧字信蛎涀鞴?。從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)，此類機(jī)械能量損失小，具有較高的熱效率。另外，在尺寸和重量等方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，因而在與外燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)取得明顯的領(lǐng)先地位。
在內(nèi)燃機(jī)中根據(jù)所用燃料不同，可大致分為汽油機(jī)、煤氣機(jī)、柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。它們都具有內(nèi)燃機(jī)的共同特點(diǎn)，但又都具有各自的工作特點(diǎn)。由于這些各自不同的特點(diǎn)使它們?cè)诠ぷ髟?、工作?jīng)濟(jì)性以及使用范圍上均存在一定差異。如汽油機(jī)使用揮發(fā)性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油與空氣在氣缸外部進(jìn)氣管中的汽化器進(jìn)行混合）形成可燃混合氣。缸內(nèi)燃燒為電點(diǎn)火式（電火花塞點(diǎn)火）。這種工作特點(diǎn)使汽油機(jī)不能采用高壓縮比，因而限制了汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性不能大幅度提高，而且也不允許作為船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用（汽油的火災(zāi)危險(xiǎn)性大）。但它廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸車輛。
3．柴油機(jī)
柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它使用揮發(fā)性較差的柴油或劣質(zhì)燃料油做燃料。采用內(nèi)部混合法（燃油與空氣的混合發(fā)生在氣缸內(nèi)部）形成可燃混合氣；缸內(nèi)燃燒采用壓縮式（靠缸內(nèi)空氣壓縮形成的高溫自行發(fā)火）。這種工作特點(diǎn)使柴油機(jī)在熱機(jī)領(lǐng)域內(nèi)具有最高的熱效率（已達(dá)到 55％左右），而且允許作為船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用。因而，柴油機(jī)在工程界應(yīng)用十分廣泛。尤其在船用發(fā)動(dòng)機(jī)中，柴油機(jī)已經(jīng)取得了絕對(duì)領(lǐng)先地位。
根據(jù)英國(guó)勞氏船級(jí)社統(tǒng)計(jì)，1985年全世界制造的船舶中（2000t以上）以柴油機(jī)作為推進(jìn)裝置者占99.89％，而到1987年100％為柴油機(jī)船。船用主機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、壽命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速機(jī)適用作船用主機(jī)，大功率四沖程中速機(jī)適用作滾裝船和集裝箱船，中、高速機(jī)適用作發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)通常具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
（1）經(jīng)濟(jì)性好。有效熱效率可達(dá)50％以上，可使用廉價(jià)的重油，燃油費(fèi)用低。
（2）功率范圍寬廣，單機(jī)功率從0.6kW～45600kW，適用的領(lǐng)域廣。
（3）尺寸小，重量輕，有利于船舶機(jī)艙布置。
（4）機(jī)動(dòng)性好。起動(dòng)方便，加速性能好，有較寬的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，可直接反轉(zhuǎn)，能適應(yīng)船舶航行的各種工況要求。
同時(shí)，柴油機(jī)也具有以下缺點(diǎn)：
（1）存在機(jī)身振動(dòng)、軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和噪音。
（2）某些部件的工作條件惡劣，承受高溫、高壓并具有沖擊性負(fù)荷。
二、現(xiàn)代船用柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
經(jīng)過(guò)近幾十年尤其是近十年的發(fā)展，現(xiàn)代船用柴油機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)較高的技術(shù)水平。今后，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，將會(huì)對(duì)船用柴油機(jī)提出更高的要求，船舶柴油機(jī)也將繼續(xù)發(fā)展改進(jìn)。當(dāng)前柴油機(jī)的發(fā)展可以概括為：以節(jié)能為中心，充分兼顧到排放與可靠性的要求，全面提高柴油機(jī)性能。根據(jù)此發(fā)展目標(biāo)，今后的研究趨勢(shì)大致為：
1）提高經(jīng)濟(jì)性的研究，包括燃燒、增壓、低磨損等的研究；
2）降低柴油機(jī)的排放的研究，排放是現(xiàn)代柴油機(jī)面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，隨著對(duì)船舶柴油機(jī)排放控制的限制，使得經(jīng)濟(jì)性的提高更加困難，這也是船舶柴油機(jī)發(fā)展中的新課題；
3）提高可靠性與耐久性的研究；
4）電子控制技術(shù)的研究；
5）代用燃料的研究。
1．現(xiàn)代船用柴油機(jī)提高經(jīng)濟(jì)性的主要措施
現(xiàn)代船用大型低速柴油機(jī)近十多年在提高經(jīng)濟(jì)性方面取得的成效超過(guò)了過(guò)去幾十年。各種節(jié)能措施相繼出現(xiàn)并日趨完善，這些措施主要有：
1）采用定壓渦輪增壓系統(tǒng)和高效率廢氣渦輪增壓器。
2）增大行程缸徑比S／D。
3）提高最高爆發(fā)壓力pz與平均有效壓力pe之比pz／pe。
4）增大壓縮比ε。
5）采用可變噴油定時(shí)（VIT）機(jī)構(gòu)。
6）降低摩擦損失功提高機(jī)械效率ηm。
7）采用動(dòng)力渦輪系統(tǒng)（TCS）。
8）軸帶發(fā)電機(jī)（PTO）。
9）柴油機(jī)廢熱再利用。
10）改進(jìn)噴射與燃燒技術(shù)。
2．現(xiàn)代船用低速柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1）燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)。
2）采用旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3）噴油泵采用可變噴油定時(shí)（VIT）機(jī)構(gòu)。
4）采用薄壁軸承。
5）采用獨(dú)立的氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)。
6）曲軸上增設(shè)軸向減振器。
7）焊接曲軸。
第二節(jié) 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
一、柴油機(jī)的基本工作原理
柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它的基本工作原理是使燃油直接在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，從而生成高溫高壓的燃?xì)?，因燃?xì)馀蛎?，推?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄連桿對(duì)外做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
柴油機(jī)必須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程才能完成了一個(gè)工作循環(huán)。然后不斷重復(fù)進(jìn)行這些過(guò)程，使柴油機(jī)持續(xù)工作。
二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（教材圖1-1）
圖1-l 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成
l-氣缸蓋；2-活塞；3-氣缸套；4-心活塞銷；5-連桿；6-連桿螺栓；7-曲軸；8-機(jī)座；9-主軸承；10-機(jī)體；11-凸輪軸；12-噴油泵；13-頂桿；14-進(jìn)氣管；15-搖臂；16-過(guò)氣閥；17-高壓油管；18-噴油器；19-排氣閥；20-氣閥彈簧；21-排氣管
（1）固定部件
主要由氣缸蓋、氣缸套、機(jī)體、機(jī)座、主軸承等構(gòu)成柴油機(jī)本體和運(yùn)動(dòng)件的支承，并和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件配合構(gòu)成柴油機(jī)的工作空間。
（2）運(yùn)動(dòng)部件
主要由活塞、活塞銷、連桿，連桿螺栓、曲軸等組成。它們與固定部件配合完成空氣壓縮及熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。
（3）配氣系統(tǒng)
它包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。
進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管件、氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)氣道、進(jìn)氣閥、氣閥彈簧、搖臂、頂桿、凸輪軸和凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等所組成，用來(lái)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向氣缸內(nèi)充入足夠的新鮮空氣。
排氣系統(tǒng)主要由排氣閥、氣閥彈簧、搖臂、頂桿、凸輪軸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及排氣管、排氣消音器等組成。用來(lái)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將氣缸內(nèi)作功后的廢氣排入大氣。
（4）燃油系統(tǒng)
它包括供應(yīng)和噴射兩個(gè)系統(tǒng)。前者由日用油柜、燃油濾清器，輸油泵等組成，后者由噴油泵、高壓油管和噴油器組成。其功用是供給柴油機(jī)燃燒作功所需的燃油。
（5）潤(rùn)滑系統(tǒng)
主要作用是潤(rùn)滑摩擦表面，以減少機(jī)件的磨損，延長(zhǎng)使用壽命，降低摩擦功率損失，提高機(jī)械效率。
（6）冷卻系統(tǒng)
主要作用是維持柴油機(jī)受熱零部件在合適的溫度狀態(tài)下工作。
（7）起動(dòng)系統(tǒng)
柴油機(jī)本身無(wú)自行起動(dòng)能力。起動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)就是使柴油機(jī)從停車狀態(tài)發(fā)動(dòng)起來(lái)。
（8）調(diào)速裝置
調(diào)速裝置的作用是使柴油機(jī)能按外界阻力矩的變化而自動(dòng)改變噴油泵的噴油量，從而使柴油機(jī)在選定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
此外，船舶柴油機(jī)還設(shè)有換向裝置，并將起動(dòng)、調(diào)速、換向和停車集中控制組成操縱系統(tǒng)。多數(shù)柴油機(jī)還設(shè)有增壓系統(tǒng)，用于進(jìn)一步提高柴油機(jī)作功能力。
三、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)（教材圖1-2）
（1）氣缸直徑D：氣缸套的名義內(nèi)徑。
（2）曲柄半徑R：曲軸的曲柄銷中心與主軸頸中心間的距離。
（3）上止點(diǎn)（TDC）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)的最上端位置，也就是活塞離曲軸中心線最遠(yuǎn)的位置。
（4）下止點(diǎn)（BDC）：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)的最下端位置，也就是活塞離曲軸中心線最近的位置。
（5）沖程（S），又稱行程：活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)間的直線距離。它等于曲軸曲柄半徑R的兩倍（S＝2R）。活塞移動(dòng)一個(gè)行程，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°（曲軸轉(zhuǎn)角）。
（6）氣缸余隙容積（壓縮室容積Vc）：活塞在氣缸內(nèi)上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂上的全部空間（活塞頂、氣缸蓋底面與氣缸套表面之間所包圍的空間）容積。
（7）余隙高度（頂隙）：上止點(diǎn)時(shí)活塞最高頂面與氣缸蓋底平面之垂直距離。
（8）氣缸工作容積（Vh）：活塞在氣缸中從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)所掃過(guò)的容積。
（9）氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞在氣缸內(nèi)位于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂以上的氣缸全部容積，亦稱氣缸最大容積。Va＝Vc＋Vh
（10）壓縮比（ε）：氣缸總?cè)莘e與壓縮室容積之比值，亦稱幾何壓縮比。ε＝Va／Vc＝1＋Vh／Vc
圖l-2 柴油機(jī)的主要幾何名稱
壓縮比ε是柴油機(jī)主要性能參數(shù)之一，表示缸內(nèi)工質(zhì)被壓縮程度。ε愈大，被壓縮終點(diǎn)的壓力、溫度愈高，柴油機(jī)易起動(dòng)，熱效率也高，ε過(guò)高使柴油機(jī)工作粗暴，機(jī)械負(fù)荷過(guò)大，磨損加劇，消耗壓縮功增大，機(jī)械效率降低，輸出功率減小。ε可通過(guò)改變Vc來(lái)調(diào)節(jié)。柴油機(jī)壓縮比約為12～22。中、高速機(jī)壓縮比高于低速機(jī)。低速機(jī)：13～15，中速機(jī)：14～17，高速機(jī)：15～22，增壓機(jī)：11～14（低散熱少，增壓后Pc、Tc相應(yīng)高）。
當(dāng)氣缸直徑與活塞沖程確定后，氣缸工作容積Vh也隨著確定了，所以若要調(diào)整壓縮比，可通過(guò)改變壓縮容積Vc來(lái)實(shí)現(xiàn)。
第三節(jié) 柴油機(jī)的工作原理
一、四沖程柴油機(jī)工作原理（教材圖1-3）
若柴油機(jī)工作循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程是通過(guò)四個(gè)沖程（即曲軸回轉(zhuǎn)兩周）來(lái)完成的，這種柴油機(jī)就叫四沖程柴油機(jī)。
第一沖程──進(jìn)氣沖程
這一沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。活塞由上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥已打開(kāi)，由于氣缸容積不斷增大，缸內(nèi)壓力下降，依靠氣缸內(nèi)外的氣壓差作用，新鮮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥被吸入氣缸。由于受流阻等影響，在進(jìn)氣過(guò)程的大部分時(shí)間里，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力，到下止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣壓的為0.08～0.95Mpa，溫度約為30～70℃。這時(shí)，排氣閥和噴油器均關(guān)閉。
為了使柴油機(jī)作功更完善，必須在進(jìn)氣過(guò)程盡可能多吸入新鮮空氣。進(jìn)氣閥開(kāi)啟始點(diǎn)至上上點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣提前角。下止點(diǎn)到進(jìn)氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣延遲角（利用慣性進(jìn)氣）。整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程所占的總角度約為220～250°CA。
第二沖程──壓縮沖程
這一沖程的任務(wù)是壓縮第一沖程吸入的空氣，提高空氣的溫度與壓力，為柴油機(jī)燃燒及膨脹作功創(chuàng)造條件?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，自進(jìn)氣閥關(guān)閉開(kāi)始?jí)嚎s，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)為止?；钊闲?，氣缸容積減少，缸內(nèi)氣體壓力和溫度隨之升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，壓力增高到 3～6MPa，溫度升至 600～700℃（柴油的自燃溫度為270℃左右），通常壓縮終點(diǎn)的氣體壓力和溫度分別用Pc和tc表示。
四沖程機(jī)壓縮過(guò)程所占的總角度約為140～160°CA。
圖1-3 四沖程柴油機(jī)工作原理
第三沖程──燃燒和膨脹沖程
這一沖程的任務(wù)是完成兩次能量轉(zhuǎn)換。在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，燃油經(jīng)噴油器以霧狀噴入氣缸的高溫高壓空氣中，并與其混合，在上止點(diǎn)附近自燃，由于燃油強(qiáng)烈燃燒，使氣缸內(nèi)氣體溫度迅速上升到1400～1800℃或更高些，壓力增加至5～8MPa，甚至13MPa以上。燃燒產(chǎn)生的最高壓力稱最高爆發(fā)壓力，用pz表示，最高溫度tz表示。高溫高壓燃?xì)猓垂べ|(zhì)）膨脹推動(dòng)活塞下行作功。在上止點(diǎn)后的某一時(shí)刻燃燒基本結(jié)束，燃?xì)饫^續(xù)膨脹，到排氣閥下止點(diǎn)前開(kāi)啟時(shí)膨脹過(guò)程結(jié)束。膨脹終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力pb約為0.25～0.45MPa，溫度tb約為600～700℃。
四沖程機(jī)燃燒膨脹過(guò)程所占的總角度約為130～160°CA。
第四沖程──排氣沖程
這一沖程的任務(wù)是將作功后的廢氣排出氣缸外，為下一循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)入提供條件。這一階段，要求廢氣排得越干凈越好，所以與進(jìn)氣閥啟閉一樣，排氣閥也是提前開(kāi)啟，延遲關(guān)閉。排氣閥開(kāi)啟時(shí)，活塞尚在下行，廢氣靠氣缸內(nèi)外壓力差進(jìn)行自由排氣。從排氣閥開(kāi)啟到下止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣提前角。當(dāng)活塞從下止點(diǎn)上行時(shí)，廢氣被活塞推出氣缸，此時(shí)排氣過(guò)程是在略高于大氣壓力（約1.05～1.1大氣壓），且在壓力基本不變的情況下進(jìn)行的。排氣閥一直延遲到活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后才關(guān)閉，這樣可利用氣流的慣性作用，繼續(xù)排出一些廢氣。上止點(diǎn)到排氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣延遲角。
四沖程機(jī)排氣沖程所占的總角度約為210～240°CA。
二、四沖程柴油機(jī)的定時(shí)（教材圖1-4）
以上、下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，用曲柄轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)排氣閥、噴油器、起動(dòng)閥開(kāi)啟和完全關(guān)閉的時(shí)刻總稱為柴油機(jī)的定時(shí)（正時(shí)）。各種柴油機(jī)的定時(shí)是不同的，說(shuō)明書(shū)上常用表格或定時(shí)圖來(lái)表示。
氣閥啟閉時(shí)刻稱為配氣定時(shí)，噴油器開(kāi)啟時(shí)刻稱為噴油定時(shí)。起動(dòng)閥啟閉時(shí)刻稱為起動(dòng)定時(shí)。
圖l-4 6350C型柴油機(jī)定時(shí)圖
由圖可以看出，在進(jìn)氣上止點(diǎn)前后進(jìn)排氣閥同時(shí)開(kāi)啟著，這段重疊的曲柄轉(zhuǎn)角稱為氣閥重疊角。適當(dāng)?shù)臍忾y重疊角不僅不會(huì)使廢氣倒灌入進(jìn)氣管，而且還有利于廢氣的清除和新空氣的充入。因?yàn)榇藭r(shí)廢氣因流動(dòng)慣性按原方向繼續(xù)排出氣缸，進(jìn)氣閥開(kāi)度尚小，故不會(huì)向進(jìn)氣管內(nèi)倒灌，且在慣性排氣時(shí)，在燃燒室內(nèi)形成低壓，造成抽吸氣體的有利條件，可將新氣吸入氣缸。新鮮氣充入后又可更好地將廢氣掃出，實(shí)行了所謂“燃燒室掃氣”。新鮮的空氣對(duì)燃燒室壁面能起到冷卻作用。
三、二沖程柴油機(jī)的工作原理（教材圖1-5）
二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)相同，主要差異在配氣機(jī)構(gòu)方面。二沖程柴油機(jī)沒(méi)有進(jìn)氣閥，有的連排氣閥也沒(méi)有，而是在氣缸下部開(kāi)設(shè)掃氣口、排氣口；或設(shè)掃氣口與排氣閥機(jī)構(gòu)。并專門設(shè)置一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件帶動(dòng)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(jiǎn)化了柴油機(jī)結(jié)構(gòu)。
第一沖程──掃氣及壓縮
活塞由下止點(diǎn)向上移動(dòng)，活塞在遮住掃氣口之前，由掃氣泵供給儲(chǔ)存在掃氣箱內(nèi)的空氣，通過(guò)掃氣口進(jìn)入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進(jìn)入氣缸的空氣通過(guò)排氣口f掃出氣缸?；钊^續(xù)上行，逐漸遮住掃氣口，當(dāng)掃氣口完全關(guān)閉后，空氣停止充入，排氣還在進(jìn)行，這階段稱為“過(guò)后排氣階段”。排氣口關(guān)閉時(shí)，氣缸中的空氣就開(kāi)始被壓縮。當(dāng)壓縮至上止點(diǎn)前時(shí)，噴油器將燃油噴入氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點(diǎn)附近發(fā)火，自行著火燃燒。
圖l-5 二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖
第二沖程──燃燒膨脹及排氣
活塞在高溫高壓燃?xì)獾耐苿?dòng)下，由上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外膨脹作功，活塞下行直至排氣口f打開(kāi)，膨脹作功結(jié)束，氣缸內(nèi)大量廢氣靠自身壓力從排氣口排入到排氣管。當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力降至接近掃氣壓力時(shí)（一般掃氣箱中的掃氣壓力為0.105～0.140MPa），下行活塞把掃氣口打開(kāi)，掃氣空氣進(jìn)入氣缸，同時(shí)把氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口f趕出氣缸。活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)，本沖程結(jié)束，但掃氣過(guò)程一直繼續(xù)到下一個(gè)沖程排氣口關(guān)閉為止。
四、二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)的比較
二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）提高了柴油機(jī)的作功能力
對(duì)于兩臺(tái)氣缸直徑、活塞行程及轉(zhuǎn)速等相同的柴油機(jī)，二沖程柴油機(jī)的功率似乎應(yīng)比四沖程大一倍。但實(shí)際上，由于二沖程柴油機(jī)氣缸上開(kāi)有氣口而使工作容積有所減少，機(jī)械傳動(dòng)的掃氣泵也要消耗一定的功率等因素，二沖程柴油機(jī)的功率只能增大60～80％。顯然，若兩者功率相同，則二沖程柴油機(jī)的尺寸較小，重量較輕。
（2）改善了柴油機(jī)的動(dòng)力性
由于二沖程柴油機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)360°各缸作功一次，而四沖程柴油機(jī)每轉(zhuǎn)720°各缸作功一次，因而二沖程柴油機(jī)要比四沖程柴油機(jī)回轉(zhuǎn)均勻，可使用較小的飛輪。
（3）簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)
省去了進(jìn)氣閥及其傳動(dòng)裝置。對(duì)有些二沖程柴油機(jī)，還省去了排氣閥及其傳動(dòng)裝置。所以，其維護(hù)保養(yǎng)就簡(jiǎn)單方便得多。
二沖程柴油機(jī)雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，但它也有其本身固有的缺點(diǎn)：
（1）換氣質(zhì)量差、熱效率低
因?yàn)槎_程柴油機(jī)換氣時(shí)間比四沖程柴油機(jī)短得多，且掃、排氣幾乎同時(shí)進(jìn)行，所以掃氣過(guò)程中新鮮空氣與廢氣滲混嚴(yán)重，還有部分新鮮空氣隨廢氣一起排出，增加了空氣消耗量，所以換氣質(zhì)量差，進(jìn)而影響燃油燃燒，熱能利用不充分，熱效率比四沖程柴油機(jī)低。
（2）熱負(fù)荷較高
在轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二沖程機(jī)氣缸內(nèi)每單位時(shí)間的燃燒次數(shù)是四沖程機(jī)的兩倍，因此，二沖程機(jī)與氣缸內(nèi)高溫燃?xì)庀嘟佑|部件熱負(fù)荷比較高。
二沖程柴油機(jī)的上述缺點(diǎn)，隨轉(zhuǎn)速的增加，會(huì)變得更加嚴(yán)重。所以，大型低速柴油機(jī)采用二沖程；小型高速柴油機(jī)采用四沖程；中型中速機(jī)，四沖程、二沖程均有采用，但以四沖程機(jī)為主。
二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)比較，除有以上優(yōu)缺點(diǎn)外，綜合而言尚有以下特點(diǎn)：
（1）二沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同；而四沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，即1∶2。
（2）一個(gè)工作循環(huán)中，二沖程柴油機(jī)下行對(duì)外作功，上行則靠外力驅(qū)動(dòng)，而四沖程機(jī)除燃燒膨脹沖程對(duì)外作功外，其它三個(gè)沖程都是耗功沖程。
（3）二沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣重疊角大約為80～100°CA，四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角較小，約為25～60°CA。
第四節(jié) 船舶柴油機(jī)的分類和型號(hào)
一、船舶柴油機(jī)的分類
柴油機(jī)的用途極為廣泛，型號(hào)較多，但不論何種柴油機(jī)，其基本工作原理都是一樣的，只是在不同的方面各有其特點(diǎn)而已。下面介紹一些常見(jiàn)的船舶柴油機(jī)分類型式：
（1）按工作循環(huán)特點(diǎn)分：四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。
（2）按柴油機(jī)進(jìn)氣方式分：增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)。
（3）按柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞平均速度分：
柴油機(jī)的速度可以用曲軸轉(zhuǎn)速對(duì)或活塞平均速度Cm來(lái)表示。船舶柴油機(jī)可分為：低速機(jī)、中速機(jī)、高速機(jī)。
低速機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好、轉(zhuǎn)速低、功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、可燃用劣質(zhì)燃料的特點(diǎn)，廣泛用于大型海輪主機(jī)。中速機(jī)常需經(jīng)過(guò)減速器才能與螺旋槳相連，它可選擇最佳的螺旋槳轉(zhuǎn)速，另外中速機(jī)還具有重量輕、尺寸小，可多臺(tái)柴油機(jī)聯(lián)用等特點(diǎn)，它多用作河船和部分海船的主機(jī)。近年來(lái)由于中速機(jī)單機(jī)功率提高，用作海船主機(jī)的數(shù)量有了明顯增加。高速柴油機(jī)在船上常用作應(yīng)急發(fā)電機(jī)、應(yīng)急救火泵、救生艇等的原動(dòng)機(jī)，或作為河船、機(jī)帆船等小型船舶的主機(jī)。
（4）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：筒形活塞式柴油機(jī)和十字頭式柴油機(jī)。
（5）按氣缸排列分：直列型（單列式）柴油機(jī)和V型排列柴油機(jī)。
（6）按柴油機(jī)能否倒轉(zhuǎn)分：可倒轉(zhuǎn)式和不可倒轉(zhuǎn)式。
（7）按動(dòng)力裝置的布置分：左機(jī)和右機(jī)。
二、船舶柴油機(jī)的型號(hào)解釋
每種柴油機(jī)都有自己特定的代號(hào)，稱為柴油機(jī)的型號(hào)。
（一）國(guó)產(chǎn)船用柴油機(jī)型號(hào)
（1）中小型柴油機(jī)：如SE350ZDC柴油機(jī)；
（2）大型低速機(jī)：如12VESDZ30／55B柴油機(jī)；
（二）幾種常見(jiàn)國(guó)外機(jī)型型號(hào)解釋
關(guān)干柴油機(jī)的型號(hào)表示，國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常由若干字母和數(shù)字組成，但各國(guó)柴油機(jī)制造廠有自行的規(guī)定和說(shuō)明?，F(xiàn)列舉常見(jiàn)幾個(gè)國(guó)外廠家的船用低速柴油機(jī)型號(hào)。
（1）瑞士SULZER船用低速柴油機(jī)
瑞士蘇爾壽公司生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)有RD、RND、RMD—M、RLB、RTA、RTA—M等系列產(chǎn)品，如：6RTA84M柴油機(jī)。
（2）德國(guó)MAN船用低速柴油機(jī)
德國(guó)曼恩公司生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)系列有KZ、KSZ—A、KSZ—B等系列產(chǎn)品，如：KSZ90／160B柴油機(jī)。
（3）丹麥B＆W船用低速柴油機(jī)
丹麥柏瑪斯特──韋恩公司生產(chǎn)的低速船用柴油機(jī)有VTBF、VT2BF、K－EF、KFF、KGF、L—GF、S—MC、S—MCE等系列產(chǎn)品，如：S35MCE柴油機(jī)。
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