船舶船用柴油发动机的维修与工作原理

船舶柴油机概述

第一节：二冲程柴油机的基本工作原理

第二节：四冲程柴油机的基本工作原理

二冲程柴油机的基本工作原理

一、二冲程柴油机的主要组成，

   二冲程柴油机有筒形活塞式和十字头两种。

   (一)运动部件
    活塞、活塞杆、十字头、连杆、曲轴等
     (二)固定部件
    机座，主轴承、机架、导板、气缸体、气缸套、气缸盖、扫气箱等。

（三）系统

   二冲程柴油机不管是哪种扫气型式。都设有专门的扫气泵或增压器供给扫气空气。对于气阀-气口直流扫气型式柴油机只有排气阀及其传动机构；对于弯流扫气和气口-气口直流扫气型式柴油机没有气阀

1-增压器（a)， 扫气泵(b)； 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;

二、二冲程柴油机的基本工作原理

   二冲程柴油机通过专门的扫气泵或增压器将外界空气压力提高后定时进入气缸，并按照一定的流线将上一循环的废气驱扫出气缸，同时完成进排气过程。根据扫气气流在气缸中的流动路线可分为

（一）  气阀－－气口直流扫气式二冲程柴油机工作原理

    这种扫气型式的结构特点是：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；气缸盖上只设有排气阀（1～6个）。

三、二冲程柴油机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如下优点：

（1）提高了柴油机的作功能力

   对于两台气缸直径、活塞行程及转速等相同的柴油机，二冲程柴油机的功率似乎应比四冲程大一倍。但实际上，由于二冲程柴油机气缸上开有气口而使工作容积有所减少，机械传动的扫气泵也要消耗一定的功率等因素，二冲程柴油机的功率只能增大60～80％。显然，若两者功率相同，则二冲程柴油机的尺寸较小，重量较轻。

（2）改善了柴油机的动力性

由于二冲程柴油机曲轴每转360�各缸作功一次，而四冲程柴油机每转720�各缸作功一次，因而二冲程柴油机要比四冲程柴油机回转均匀，可使用较小的飞轮。

（3）简化了柴油机的结构

省去了进气阀及其传动装置。对有些二冲程柴油机，还省去了排气阀及其传动装置。所以，其维护保养就简单方便得多。

二冲程柴油机虽然有以上优点，但它也有其本身固有的缺点：

（1）换气质量差、热效率低

    因为二冲程柴油机换气时间比四冲程柴油机短得多，且扫、排气几乎同时进行，所以扫气过程中新鲜空气与废气渗混严重，还有部分新鲜空气随废气一起排出，增加了空气消耗量，所以换气质量差，进而影响燃油燃烧，热能利用不充分，热效率比四冲程柴油机低。

（2）热负荷较高

     在转速相同时，二冲程机气缸内每单位时间的燃烧次数是四冲程机的两倍，因此，二冲程机与气缸内高温燃气相接触部件热负荷比较高。

二冲程柴油机的上述缺点，随转速的增加，会变得更加严重。所以，大型低速柴油机采用二冲程；小型高速柴油机采用四冲程；中型中速机，四冲程、二冲程均有采用，但以四冲程机为主。

综合而言尚有以下特点

   （1）二冲程柴油机凸轮轴转速与曲轴转速相同；而四冲程柴油机凸轮轴转速是曲轴转速的一半，即1∶2。

   （2）一个工作循环中，二冲程柴油机下行对外作功，上行则靠外力驱动，而四冲程机除燃烧膨胀冲程对外作功外，其它三个冲程都是耗功冲程。

   （3）二冲程柴油机进排气重叠角大约为80～100�CA，四冲程柴油机的气阀重叠角较小，约为25～60�CA。

柴油机的基本组成

1）固定部件：包括气缸盖、气缸、机架、机座、主轴承、导板、曲柄箱、贯穿螺栓等；

2）运动部件—曲柄连杆机构：活塞组件、十字头、连杆、滑块等；

3）配气机构：凸轮与凸轮轴、凸轮轴传动机构、气阀驱动机构、气阀机构。

4)燃油系统：

5)润滑系统：

6)冷却系统：

7)操纵系统（包括起动、换向、调速）：

8)增压系统（包括进排气管系）：

柴油机的基本结构参数

（1）上止点（T.D.C.）：

（2）下止点（B.D.C.）：

（3）行程：即S=2R。

（4）气缸直径：D

（5）气缸工作容积Vs：               

（6）燃烧室容积（余隙容积）VC：

（7）气缸总容积Va：

（8）余隙高度：

（9）压缩比e：ε=Va/ VC=（Vs VC）/ VC=1 Vs/ VC

A. 船舶柴油发动机压缩比：

表示缸内工质压缩程度，也就是活塞从下止点运动到上止点时，把缸内空气压缩了多少倍。
它是柴油机的一个重要结构参数，对柴油机的经济性、燃烧和起动性能以及机械负荷等有重要的影响。
大说明缸内空气被压缩厉害，压缩终点的温度和压力就高，有利于燃油的燃烧和柴油机的起动，并可提高热效率。但过大，会使柴油机PZ过高，工作粗暴，机械负荷和热负荷过大，降低可靠性和缩短柴油机的寿命。则压缩终点的气体压力和温度过低，不利于燃烧，柴油机起动困难耗油率增加，功率下降。

B．不同的船舶柴油发动机机型特点：

①小型高速机的大型低速机。因小型高速机气缸尺寸小，单位容积的散热面积大，允许提高以增加热效率.

②非增压机的增压机。因增压机气缸进气压力高，压缩终点压力和温度高，燃烧最高爆炸压力和温度比非增压机高，为了降低机械负荷和热负荷，要小些。

C．影响船舶柴油发动机的因素：

①连杆大小端轴承严重磨损，使活塞组件下沉。
②十字头销（活塞销）与曲柄销严重磨损。
③活塞顶面、缸盖底面被烧蚀或积碳，使VC改变。
④船用大端杆身凸缘与大端轴承座之间的调整垫片厚度。
⑤缸盖底面密封垫片厚度。
⑥连杆杆身发生弯曲。

船舶柴油机的型号

国产柴油机 

   1）低速柴油机    6ESDZ43/82B

   2）中小型柴油机 6300ZC

国外柴油机 

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

船舶柴油发动机的维修技术

1．柴油机主要机件的机械负荷有气体作用力、运动惯性力、联接预紧力，热负荷有高温、热应力，以及受到燃气的腐蚀，冷却液的腐蚀和相对运动部件的摩擦等危害。柴油机通常表征机械负荷和热负荷的参数是最高爆发压力pz和排气温度tr。

2．连杆组件主要由连杆本体、连杆盖、连杆螺栓、大小端轴承等组成。连杆大端定位抗剪结构型式止口定位、销套定位、锯齿定位、舌榫定位。

3．船用柴油机滑动轴承常用的几种减磨合金有巴氏全金、铜铅合金、铝基合金，其中高锡铝合金得到较广泛的应用。

4．柴油机对喷射系统的要求是良好的雾化、 正确的喷油定时、可调节供油量。 喷射系统有三套偶件，分别是柱塞偶件、排油阀偶件、针阀偶件。排油阀的作用是蓄压、止回、卸载。

5．当增压器的离心式压气机出现小流量、高背压时，进入压气机叶轮和扩压器的气流方向改变，从而使气流脱离叶片形成强烈的气流分离，最终产生喘振。

6．膨胀水箱设置在淡水冷却系统的高处，功用是提供淡水热胀冷缩余地，及时排出系统中气体，及时给系统补充水，同时保证淡水泵具有一定吸入压力。

船舶柴油机轴瓦损坏在柴油机故障和维修中所占的比率大约为30%。在结构设计正确、材料选用合理的情况下，轴瓦的损坏大都是装配和使用不当造成的，其中以杂质进入柴油机嵌进轴瓦里所造成的损坏事故最多，大约占45%。轴瓦是船舶柴油机的易损件，因此分析轴瓦损坏的原因，采取有效的预防措施，延长轴瓦的使用寿命，具有重要的意义。

轴瓦损坏主要是轴瓦上的耐磨合金层的损坏。其主要损坏形式以下几种:
    1.轴瓦的早期磨损
    损坏特征：轴瓦内圆表面出现线状、带状的周向划痕；或块状、片状磨痕；或油槽出现叶状冲磨痕等。损坏机理：轴瓦内圆表面,在油膜间断处出现与轴颈表面或其它硬质异粒间的磨擦,由于磨擦力和磨擦温升的作用,使该处的表面金属分子产生位移并脱离金属层。产生原因：润滑油中混入硬质异粒、轴瓦内表面与轴颈外圆表面粗糙度之和大于油膜厚度是引起油膜间断的两个基本因素。

    轴瓦及其它零件的毛刺、屑末、油道中残存的型砂等是润滑油中异粒的来源。如果滤清效能不好或轴瓦合金层不能嵌藏这些异粒,则这些异粒随润滑油进入轴瓦,在轴的旋转运动作用下,产生异粒磨损或侵蚀。从统计和试验证明,造成轴瓦早期损坏因素中,杂质异粒约占31.2%。
    轴颈与轴瓦内圆表面粗糙度太大,形状尺寸超差,装配倾斜,座孔或连杆刚度不足引起变形等都会使油膜间断造成磨擦磨损。不仅使其早期损坏,而且在磨损过程中将不同程度地消耗磨擦功,出现加速无力,增加发动机的噪声和震动。
    预防办法。①装配时应将零件毛刺、屑末、型砂等清理干净。②提高滤器的滤清效能，使其能将润滑油中的大于15μm的异粒全部滤出；10μm以上的异粒95%滤出；5μm以上的异粒90%滤出。③轴瓦内圆和轴颈表面粗糙度应分别为Rz≤3.2μm、Rz≤1.0μm；修磨轴颈时应使曲轴反向旋转,而抛光轴颈时与工作旋转方向一致。④制造、装配中严格控制尺寸与形位公差。⑤改善轴瓦内圆表面的嵌藏性。⑥及时更换机油。⑦选择适当的工作间隙。⑧早期磨损使之较严重地出现拉、划、磨痕,应予以更换轴瓦。
    2.轴瓦的疲劳剥落
    剥落的特征：轴瓦内圆合金层表面出现平行状、鳞状、网状断裂纹或合金呈点状、块状、片状脱掉。剥落机理：由于轴的旋转及冲击运动,轴颈与轴瓦间的油膜产生一种平行于合金层的剪切力和垂直于合金层的压应力,循环不断地作用于合金层，当作用力大于合金层材料本身的机械强度值时,表面产生裂纹。由于油膜的压力渗透作用,促使裂纹向纵深发展, 直至接近钢背面时, 再沿钢背平行方向蔓延。当与其它裂纹相会合, 在压力油的浮力作用下, 此处合金被托起, 离开合金层产生剥落。产生原因：轴承合金的承载负荷超过其合金层材料允许的最大承载能力,造成疲劳损坏。产生疲劳的根源通常是由于在最大周期性负荷重复作用的结果。引起早期疲劳的原因:设计或制造时,未按发动机的不同用途来进行选材, 或安全系数选得太小；合金层与钢背的粘合强度小于合金的抗拉强度；轴瓦与瓦座间的贴合度太小；结构参数选择不当；装配不良；润滑不佳；维修保养不善；油膜非连续性或被切断后引起较高的压力梯度, 使合金层内部产生剪应力和温度的波动；以及操作不慎、拉缸等。

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