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【结论】：二冲程柴油机
结构上，全部或部分取消进、排气阀
二冲程柴油机曲柄1个回转中作功1次，四
单缸2冲程柴油机.swf
图为采用特设的活塞式扫 气泵的二冲程柴油机（横 流换气） 扫气泵活塞，柴油机的曲 柄连杆机构带动
扫气泵气缸a 扫气泵吸入阀b 排出阀c 扫气箱d 扫气口e 排气口f 排气管g
空气准备：空气泵吸入阀b
泵气缸a压缩泵排出阀c 扫气箱d 换气过程：l—2—3—4
1－气缸；2－气缸盖；3－活塞； 4－连杆；5－连杆上轴承；（活塞销轴承） 6－连杆下轴承（曲柄销轴承）；7－曲柄臂； 8－主轴；9－主轴承；10－飞轮
参考：柴油机名词解释.swf
压缩室容积（Vc）：活塞位于上止点时，
活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容 积
间的容积称为一个汽缸的工作容积
Vh
时，以曲柄上下止点为基准，按一定的转向， 用曲柄转角位置来表示在同一个圆上的图形。
四冲程机正时图
进气阀开 喷油开始
起动开始
排气阀关
起动结束
进气阀关
排气阀开

气阀重叠角：进、排气阀同时开启，这段 时间用曲轴转角来表示，称为气阀重叠角
排气快终了时，废气流有惯性，且惯性流在燃烧 室内造成一定的低压，帮助抽吸新鲜空气充入 气缸气阀重叠角不会引起废气倒灌
凸轮传动机构
齿轮传动（四冲程）
链条传动（四、二冲程）
【总结】四冲程柴油机
四冲程柴油机完成一个循环，活塞往复4个行程，曲轴
回转2转（720o），吸气阀、排气阀各启、闭一次
每个循环中，只有工作行程（第3行程）作功。其它3
个行程都是为工作行程服务的，都要消耗功（压缩气 体，克服进、排气阻力） 柴油机转速不均匀 运动零件受到冲击，磨损严重 柴油机上必须安装飞轮（单缸机飞轮尺寸、质量相当大）， 利用飞轮的转动惯量，使曲轴在四个行程中连续、均 匀运转。
现代船用大型柴油机主要换气形
式
二冲程.swf
2）横流扫气：
气缸盖没有排气阀，扫气口与排气 口布置在气缸下部圆周两侧，排气 口高于扫气口。 新气由一侧扫气口进，同时将废气 从对面排气口逐出
优点：结构简单，管理方便。 缺点：活塞上行，先关扫气口后 关排气口， 形成过后排气，损失部 分新鲜空气， 扫气有死角，易新、 废气混合，且两侧气缸受热不同， 易产生变形，校中时活塞中心线偏 向排气口的对侧。
膨胀行程中，活塞下行 点1处排气口出 废气出P↘ 点2处扫气口出d中空气入（进、 排气同时进行） 到下止点活塞上行 点3除扫气口闭 点4处排气口闭
压缩、燃烧和膨胀过程
为保证先进行自由排气，排气
口f略高于扫气口e
扫气泵气缸a 扫气泵吸入阀b 排出阀c 扫气箱d 扫气口e 排气口f 排气管g
四冲程柴油机正时圆周 （曲柄的回转角度 ） 参考：四冲程正时.swf
进、排气阀开闭不能任意提前或迟后
进气阀开启过早，废气将通过进气阀冲入进气
管，产生废气倒灌 进气阀关闭过晚，活塞上行会使部分新鲜空气 向外排出，降低压缩压力
排气阀打开过早，会使有效功损失增大
排气阀关闭太迟，会使废气重新吸入
该类型柴油机正时圆数 据：
约上止点前6o开始喷油，
上止点后36o燃烧结束 扫、排气口的开闭时刻 分别为下止点前后40o和 30o左右
扫气泵气缸a 扫气泵吸入阀b 排出阀c 扫气箱d 扫气口e 排气口f 排气管g
二冲程柴油机的换气形式
1）直流扫气： 气缸盖上装有排气阀，气缸套下部 设周围均匀开设一圈有一定倾斜角 的扫气口 优点：排气干净，换气质量好， 不易混气。适用于超长行程机；缸 套、活塞受热均匀，不易变形和产 生裂缝。 缺点：有排气阀，结构复杂
排气行程，排气阀提前打开、
延后关闭
5c，为减小排气上行的时的缸
内压力，提前开启排气阀 ca：活塞上行，强制排气 a6：排气流有惯性，利用惯性， 尽可能排气
c a
正时（定时）：以曲柄上下止点为基准，
用曲柄转角表示的进排气阀、喷油器、起动 阀刚刚开启和完全关闭的时刻
正时圆周（定时图）：将柴油机的各种正
进气行程，进气阀提前打开、
延后关闭
1a：进气准备。原因，气阀不能
瞬时全开，初始时气流流通面积 小 ab：活塞从上止点～下止点，p< 大气压力 b2：补充进气。利用内外压差， 多进气，且气阀不能瞬时全关
a
b
喷油提前角：由于柴油存在发
火延迟期（0.001~0.005秒） 在上止点前10~35度曲柄转角时 开始将雾化的的燃料喷入汽缸
四冲程柴油机正时圆周 （曲柄的回转角度 ） 参考：四冲程正时.swf
四冲程中吸、排气
阀的正时
早开晚闭
进气阀 →气阀不能瞬时全开，
且开启之初流通面积小， 则进气早开
→气阀不能瞬时全闭，
且利用气缸内外压差多 进气，进气晚闭
四冲程柴油机正时圆周 （曲柄的回转角度 ） 参考：四冲程正时.swf
排气阀
机构参数，柴油机一般=11-20，过大or过小，
柴油机的经济性均下降【汽油机8-12，点火】 压缩比愈大，压缩终点的压力和温度愈高，易于 着火起动；but过大，最高燃烧压力提高，机件 受力增大，影响工作可靠性和使用寿命，压缩室 容积减小，混合气形成和燃烧带来困难，机械效 率降低 压缩比愈小，压缩终点的压力和温度下降，燃油 不易自燃、燃烧耗油量增加，功率下降，起动困 难 非增压高，增压小
增压时，气阀重叠角加大（进气提前角、排气 滞后角增加；喷油提前角减小）
换气机构
换气机构：保证按规定顺序和时刻完成进、
排气过程的机构 功能：实现对柴油机换气过程的控制。即依 照柴油机各气缸的工作次序，定时地打开或 关闭进排气阀。以保证气缸里废气的排除和 新鲜空气的充入。 组成：气阀机构、气阀传动机构、凸轮和凸 轮轴传动机构
用途：船用大型低速柴油机
筒 形 活 塞 式
十 字 头 式
按照气缸数目
单缸机
多缸机
按照气缸排列方式分类
直列 V形
活塞—连杆机构
上止点：e，活塞距离曲轴
中心最远的位置 下止点：c，活塞距离曲轴 中心最近的位置
活塞冲程（行程，S ）：
活塞上止点和下止点间 的距离，S=2R
前例
3）回流扫气： 气缸盖无排气阀，由扫气口和排气 口进气、排气。扫气口、排气口在 气缸同一侧，排气口在上。气口与 气缸在纵、横方向均有倾斜角，以 控制气流方向。 新气由扫气口进，先冲向对缸 壁， 折回转向上，驱赶废气，再回向下， 将废气从排气口逐出。
优点：结构简单，扫、排气口位 于同侧，便于增压器管理布置。 缺点：路程长，换气差，新废气 易混
高速机：>1000 r/min （活塞平均速度v>9m/s）
按结构特点分类
筒形活塞柴油机 缺点：活塞裙部起向导作用，在侧推力的作 用下，活塞与缸套磨损较大。 优点：结构简单，紧凑，轻便
用于中，高速柴油机
十字头活塞柴油机 优点：活塞与缸套间无侧推力， 侧推力由十字头滑块和导板承受， 活塞和缸套磨损较小，不易擦伤 和老死 缺点：柴油机高度和重量大，结 构复杂需在汽缸下部设横隔板， 以免汽缸内的脏油，烟灰，燃气 等漏入曲轴箱，污损曲轴箱底部 的滑油
柴油机的基本结构
运动件：活塞、 连杆、曲轴飞 轮
固定件：机座、 机架、缸套、主 轴承、缸盖、贯 穿螺栓
系统部分：燃油系统、配气系统、润滑系统、 冷却系统、操纵系统、增压系统
WARTISA 四冲程柴油机结构剖分图
四冲程柴油机工作原理
柴油机的一个工作循环：由进气、压缩、燃烧、
膨胀、排气5个过程完成
船用连杆的杆身于大端分开，用 螺栓联接。 δ 1船用连杆大端垫片 改变垫片厚度，相当于改变连杆 长度，达到调整压缩比的目的 （可用于使柴油机各缸压比一 致，或改变压比） 增加连杆长度，压缩室容积减小， 压比增加
c
h
1
2
Vh h 1 =1+ Vc c 加厚连杆大端垫片 c1 c2 1 2 即加厚连杆大端垫片厚度，压缩比增加
第三行程：工作行 程，燃烧膨胀
燃油剧烈燃烧 ｐ，ｔ急剧↗ ，p＝ 6～8Mpa，ｔ＝ 1400～1800℃ 膨胀作功，容积↗p, ｔ↘p＝0.25～ 0.45Mpa，ｔ＝600～ 700℃
第四行程：排气
燃气排出气缸，为下次循 环做准备
只有一个冲程作功, 其他三个冲程靠惯性完
成 发动机的输出端加飞轮，增加惯性，运行平 稳性增加 单缸发动机飞轮转动惯量大
汽缸工作容积（Vh）：活塞上、下止点之

4 D2S
汽缸的最大容积（Va）：活塞在下止点时，
气缸的容积，即气缸工作容积与压缩容积的 之和： Va=Vh+Vc
汽缸的总容积V，总排量：室内燃机所有汽
缸工作容积的总和 V=Vh*i 式中 i——气缸数
压缩比：汽缸最大容积/压缩室容积
=1+Vh/VC
船舶动力系统
第二章 柴油机（1）
柴油机是一种“内燃机” 能量转换：
化学能热能机械能
绝大多数舰船上都以柴油机作为主机和发
电机的原动机
柴油机的分类
按工作循环分
四冲程柴油机
二冲程柴油机
按转速分
低速机：<300 r/min （活塞平均速度v=Sn/30 <6m/s） 中速机：300~1000 r/min （活塞平均速度v=6-9m/s）
并列连杆机.swf
二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机：
5个工作过程在活塞的2个行程中完成的柴油机 活塞 2冲程，曲柄1周360度
结构特点：
全部或部分取消进、排气阀，而采用气口换气，或者是二 者兼而有之