船舶船用柴油發動機的維修與工作原理

船舶柴油機概述

第一節：二沖程柴油機的基本工作原理

第二節：四沖程柴油機的基本工作原理

二沖程柴油機的基本工作原理

一、二沖程柴油機的主要組成，

   二沖程柴油機有筒形活塞式和十字頭兩種。

   (一)運動部件     活塞、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸等      (二)固定部件     機座，主軸承、機架、導板、氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、掃氣箱等。

（三）系統

   二沖程柴油機不管是哪種掃氣型式。都設有專門的掃氣泵或增壓器供給掃氣空氣。對于氣閥-氣口直流掃氣型式柴油機只有排氣閥及其傳動機構；對于彎流掃氣和氣口-氣口直流掃氣型式柴油機沒有氣閥

1-增壓器（a)， 掃氣泵(b)； 2、4-排氣閥；3-噴油器； 5-掃氣口； 6-掃氣箱；7-空冷器；8-十字頭組件;

二、二沖程柴油機的基本工作原理

   二沖程柴油機通過專門的掃氣泵或增壓器將外界空氣壓力提高后定時進入氣缸，并按照一定的流線將上一循環的廢氣驅掃出氣缸，同時完成進排氣過程。根據掃氣氣流在氣缸中的流動路線可分為

（一）  氣閥－－氣口直流掃氣式二沖程柴油機工作原理

    這種掃氣型式的結構特點是：在氣缸套下部開有一圈相對于氣缸中心線和氣缸半徑有一定傾角的掃氣口；氣缸蓋上只設有排氣閥（1～6個）。

三、二沖程柴油機與四沖程柴油機的比較

二沖程柴油機與四沖程柴油機相比具有如下優點：

（1）提高了柴油機的作功能力

   對于兩臺氣缸直徑、活塞行程及轉速等相同的柴油機，二沖程柴油機的功率似乎應比四沖程大一倍。但實際上，由于二沖程柴油機氣缸上開有氣口而使工作容積有所減少，機械傳動的掃氣泵也要消耗一定的功率等因素，二沖程柴油機的功率只能增大60～80％。顯然，若兩者功率相同，則二沖程柴油機的尺寸較小，重量較輕。

（2）改善了柴油機的動力性

由于二沖程柴油機曲軸每轉360?各缸作功一次，而四沖程柴油機每轉720?各缸作功一次，因而二沖程柴油機要比四沖程柴油機回轉均勻，可使用較小的飛輪。

（3）簡化了柴油機的結構

省去了進氣閥及其傳動裝置。對有些二沖程柴油機，還省去了排氣閥及其傳動裝置。所以，其維護保養就簡單方便得多。

二沖程柴油機雖然有以上優點，但它也有其本身固有的缺點：

（1）換氣質量差、熱效率低

    因為二沖程柴油機換氣時間比四沖程柴油機短得多，且掃、排氣幾乎同時進行，所以掃氣過程中新鮮空氣與廢氣滲混嚴重，還有部分新鮮空氣隨廢氣一起排出，增加了空氣消耗量，所以換氣質量差，進而影響燃油燃燒，熱能利用不充分，熱效率比四沖程柴油機低。

（2）熱負荷較高

     在轉速相同時，二沖程機氣缸內每單位時間的燃燒次數是四沖程機的兩倍，因此，二沖程機與氣缸內高溫燃氣相接觸部件熱負荷比較高。

二沖程柴油機的上述缺點，隨轉速的增加，會變得更加嚴重。所以，大型低速柴油機采用二沖程；小型高速柴油機采用四沖程；中型中速機，四沖程、二沖程均有采用，但以四沖程機為主。

綜合而言尚有以下特點

   （1）二沖程柴油機凸輪軸轉速與曲軸轉速相同；而四沖程柴油機凸輪軸轉速是曲軸轉速的一半，即1∶2。

   （2）一個工作循環中，二沖程柴油機下行對外作功，上行則靠外力驅動，而四沖程機除燃燒膨脹沖程對外作功外，其它三個沖程都是耗功沖程。

   （3）二沖程柴油機進排氣重疊角大約為80～100?CA，四沖程柴油機的氣閥重疊角較小，約為25～60?CA。

柴油機的基本組成

1）固定部件：包括氣缸蓋、氣缸、機架、機座、主軸承、導板、曲柄箱、貫穿螺栓等；

2）運動部件—曲柄連桿機構：活塞組件、十字頭、連桿、滑塊等；

3）配氣機構：凸輪與凸輪軸、凸輪軸傳動機構、氣閥驅動機構、氣閥機構。

4)燃油系統：

5)潤滑系統：

6)冷卻系統：

7)操縱系統（包括起動、換向、調速）：

8)增壓系統（包括進排氣管系）：

柴油機的基本結構參數

（1）上止點（T.D.C.）：

（2）下止點（B.D.C.）：

（3）行程：即S=2R。

（4）氣缸直徑：D

（5）氣缸工作容積Vs：               

（6）燃燒室容積（余隙容積）VC：

（7）氣缸總容積Va：

（8）余隙高度：

（9）壓縮比e：ε=Va/ VC=（Vs VC）/ VC=1 Vs/ VC

A. 船舶柴油發動機壓縮比：

表示缸內工質壓縮程度，也就是活塞從下止點運動到上止點時，把缸內空氣壓縮了多少倍。 它是柴油機的一個重要結構參數，對柴油機的經濟性、燃燒和起動性能以及機械負荷等有重要的影響。 大說明缸內空氣被壓縮厲害，壓縮終點的溫度和壓力就高，有利于燃油的燃燒和柴油機的起動，并可提高熱效率。但過大，會使柴油機PZ過高，工作粗暴，機械負荷和熱負荷過大，降低可靠性和縮短柴油機的壽命。則壓縮終點的氣體壓力和溫度過低，不利于燃燒，柴油機起動困難耗油率增加，功率下降。

B．不同的船舶柴油發動機機型特點：

①小型高速機的大型低速機。因小型高速機氣缸尺寸小，單位容積的散熱面積大，允許提高以增加熱效率.

②非增壓機的增壓機。因增壓機氣缸進氣壓力高，壓縮終點壓力和溫度高，燃燒最高爆炸壓力和溫度比非增壓機高，為了降低機械負荷和熱負荷，要小些。

C．影響船舶柴油發動機的因素：

①連桿大小端軸承嚴重磨損，使活塞組件下沉。 ②十字頭銷（活塞銷）與曲柄銷嚴重磨損。 ③活塞頂面、缸蓋底面被燒蝕或積碳，使VC改變。 ④船用大端桿身凸緣與大端軸承座之間的調整墊片厚度。 ⑤缸蓋底面密封墊片厚度。 ⑥連桿桿身發生彎曲。

船舶柴油機的型號

國產柴油機 

   1）低速柴油機    6ESDZ43/82B

   2）中小型柴油機 6300ZC

國外柴油機 

SULZER（NSD）－－－－ RD，RND，RLA，RTA，MAN－－B&W－－－－－－-MC,  L-MC/MCE, S-MC-C，三菱－－-UEC，

船舶柴油發動機的維修技術

1．柴油機主要機件的機械負荷有氣體作用力、運動慣性力、聯接預緊力，熱負荷有高溫、熱應力，以及受到燃氣的腐蝕，冷卻液的腐蝕和相對運動部件的摩擦等危害。柴油機通常表征機械負荷和熱負荷的參數是最高爆發壓力pz和排氣溫度tr。

2．連桿組件主要由連桿本體、連桿蓋、連桿螺栓、大小端軸承等組成。連桿大端定位抗剪結構型式止口定位、銷套定位、鋸齒定位、舌榫定位。

3．船用柴油機滑動軸承常用的幾種減磨合金有巴氏全金、銅鉛合金、鋁基合金，其中高錫鋁合金得到較廣泛的應用。

4．柴油機對噴射系統的要求是良好的霧化、 正確的噴油定時、可調節供油量。 噴射系統有三套偶件，分別是柱塞偶件、排油閥偶件、針閥偶件。排油閥的作用是蓄壓、止回、卸載。

5．當增壓器的離心式壓氣機出現小流量、高背壓時，進入壓氣機葉輪和擴壓器的氣流方向改變，從而使氣流脫離葉片形成強烈的氣流分離，最終產生喘振。

6．膨脹水箱設置在淡水冷卻系統的高處，功用是提供淡水熱脹冷縮余地，及時排出系統中氣體，及時給系統補充水，同時保證淡水泵具有一定吸入壓力。

船舶柴油機軸瓦損壞在柴油機故障和維修中所占的比率大約為30%。在結構設計正確、材料選用合理的情況下，軸瓦的損壞大都是裝配和使用不當造成的，其中以雜質進入柴油機嵌進軸瓦里所造成的損壞事故最多，大約占45%。軸瓦是船舶柴油機的易損件，因此分析軸瓦損壞的原因，采取有效的預防措施，延長軸瓦的使用壽命，具有重要的意義。

軸瓦損壞主要是軸瓦上的耐磨合金層的損壞。其主要損壞形式以下幾種:     1.軸瓦的早期磨損     損壞特征：軸瓦內圓表面出現線狀、帶狀的周向劃痕；或塊狀、片狀磨痕；或油槽出現葉狀沖磨痕等。損壞機理：軸瓦內圓表面,在油膜間斷處出現與軸頸表面或其它硬質異粒間的磨擦,由于磨擦力和磨擦溫升的作用,使該處的表面金屬分子產生位移并脫離金屬層。產生原因：潤滑油中混入硬質異粒、軸瓦內表面與軸頸外圓表面粗糙度之和大于油膜厚度是引起油膜間斷的兩個基本因素。

    軸瓦及其它零件的毛刺、屑末、油道中殘存的型砂等是潤滑油中異粒的來源。如果濾清效能不好或軸瓦合金層不能嵌藏這些異粒,則這些異粒隨潤滑油進入軸瓦,在軸的旋轉運動作用下,產生異粒磨損或侵蝕。從統計和試驗證明,造成軸瓦早期損壞因素中,雜質異粒約占31.2%。     軸頸與軸瓦內圓表面粗糙度太大,形狀尺寸超差,裝配傾斜,座孔或連桿剛度不足引起變形等都會使油膜間斷造成磨擦磨損。不僅使其早期損壞,而且在磨損過程中將不同程度地消耗磨擦功,出現加速無力,增加發動機的噪聲和震動。     預防辦法。①裝配時應將零件毛刺、屑末、型砂等清理干凈。②提高濾器的濾清效能，使其能將潤滑油中的大于15μm的異粒全部濾出；10μm以上的異粒95%濾出；5μm以上的異粒90%濾出。③軸瓦內圓和軸頸表面粗糙度應分別為Rz≤3.2μm、Rz≤1.0μm；修磨軸頸時應使曲軸反向旋轉,而拋光軸頸時與工作旋轉方向一致。④制造、裝配中嚴格控制尺寸與形位公差。⑤改善軸瓦內圓表面的嵌藏性。⑥及時更換機油。⑦選擇適當的工作間隙。⑧早期磨損使之較嚴重地出現拉、劃、磨痕,應予以更換軸瓦。     2.軸瓦的疲勞剝落     剝落的特征：軸瓦內圓合金層表面出現平行狀、鱗狀、網狀斷裂紋或合金呈點狀、塊狀、片狀脫掉。剝落機理：由于軸的旋轉及沖擊運動,軸頸與軸瓦間的油膜產生一種平行于合金層的剪切力和垂直于合金層的壓應力,循環不斷地作用于合金層，當作用力大于合金層材料本身的機械強度值時,表面產生裂紋。由于油膜的壓力滲透作用,促使裂紋向縱深發展, 直至接近鋼背面時, 再沿鋼背平行方向蔓延。當與其它裂紋相會合, 在壓力油的浮力作用下, 此處合金被托起, 離開合金層產生剝落。產生原因：軸承合金的承載負荷超過其合金層材料允許的最大承載能力,造成疲勞損壞。產生疲勞的根源通常是由于在最大周期性負荷重復作用的結果。引起早期疲勞的原因:設計或制造時,未按發動機的不同用途來進行選材, 或安全系數選得太小；合金層與鋼背的粘合強度小于合金的抗拉強度；軸瓦與瓦座間的貼合度太小；結構參數選擇不當；裝配不良；潤滑不佳；維修保養不善；油膜非連續性或被切斷后引起較高的壓力梯度, 使合金層內部產生剪應力和溫度的波動；以及操作不慎、拉缸等。