[分享]船舶相关知识

来源：百度文库编辑：超级军网时间：2024/04/29 06:28:36

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构成 
船舶是由许多部分构成的.按各部分的作用和用途,可综合归纳为船体,船舶动力装置,船舶舾装等3大部分. 
 船体： 
船体是船舶的基本部分,可分为主体部分和上层建筑部分.
主体部分一般指上甲板以下的部分,它是由船壳(船底及船侧)和上甲板围成的具有特定形状的空心体,是保证船舶具有所需浮力,航海性能和船体强度的关键部分,一般用于布置动力装置,装载货物,储存燃油和淡水,以及布置其他各种舱室.为保障船体强度,提高船舶的抗沉性和布置各种舱室,通常设置若干强固的水密横舱壁(或同时包括纵舱壁)和内底,在主体内形成一定数量的水密舱,并根据需要加设中间甲板(一层或数层)或平台,将主体水平分隔成若干层. 
上层建筑位于上甲板以上,由左,右侧壁,前,后端壁和各层甲板围成,其内部主要用于布置各种用途的舱室,如工作舱室,生活舱室,贮藏舱室,仪器设备舱室等.上层建筑的大小,层楼和型式因船舶用途和尺度而异,一般都设首楼,而上层建筑的主要部分则位于机(炉)舱区域之上.运输货物船舶的上层建筑长度较短,而客船和科学考察船的上层建筑则是很讲究的.
船体结构大都用钢材,由板材和型材组合成板架结构. 
船舶动力装置
 船舶动力装置包括:推进装置——主机经减速装置,传动轴系以驱动推进器（螺旋桨是主要的型式);为推进装置的运行服务的辅助机械设备和系统,如燃油泵,滑油泵,冷却水水泵,加热器,过滤器,冷却器等;船舶电站(发电机,配电板等),它为船舶的甲板机械,机舱内的辅助机械和船上照明等提供电力;其他辅助机械和设备,如锅炉,压气机(和空气瓶),船舶各系统的泵,起重机械设备,维修机床等(它们并不全是为主机服务的).通常把主机(及锅炉)以外的机械统称为辅机. 
 船舶舾装和其他装备： 
船舶舾装包括舱室内装结构(内壁,天花板,地板等),家具和生活设施(炊事,卫生等),涂装和油漆,门窗,梯和栏杆,桅杆,舱口盖等.
船舶的其他装置和设备中,除推进装置外,还有:①锚设备与系泊设备;②舵设备与操舵装置;③救生设备(救生衣,救生筏,救生艇及其收放装置);④消防设备(探火和灭火设备与系统);⑤船内外通信设备(船内电话,无线电台);⑥照 明设备;⑦信号设备(号灯,号旗等);⑧导航设备(雷达,各种定位仪,测探仪,计程仪等);⑨起货设备;⑩通风,空调和冷藏设备(食品库和冷藏货舱用); 海水和生活用淡水系统; 压载水系统; 液体舱的测深系统和透气系统; 舱底水疏干系统; 船舶电气设备,包括电缆,电气控制板(箱),蓄电池,变压器和变流机等.船舶设备中的照明,通信,信号,导航等设备也可归入电气设备; 其他特殊设备(依船舶的特殊需要而定).

分类 
船舶分类方法很多,可按用途,航行状态,船体数目,推进动力,推进器等分类. 
 按用途分类这种分类方法最常用,可分为军用和民用船舶两大类.
军用船舶通常称为舰艇或军舰.其中,有直接作战能力或海域防护能力者称为战斗舰艇,如航空母舰,驱逐舰,护卫舰,导弹艇和潜艇,以及布雷,扫雷舰艇等,担负后勤保障者称为军用辅助舰艇.
民用船舶指各种非军用船舶.某些小船习惯上也称为艇.民用船舶一般又分为运输船,工程船,渔船,港务船等.
①运输船:用于港口之间的运输,如客船(包括渡船),货船,客货船.货船又按货物种类,运输方式和装卸方法分为:散件杂货船(统货或杂货船),集装箱船,滚装船(包括车辆渡船),散货船(多指谷物,煤,矿砂运输船),运木船,油船,液化天然气(和石油气)船,驳船,拖驳船队,顶推驳船队(分节驳)等.有的船舶能运载集装箱,矿砂,木材,谷物等多种货物,称为多用途船;有的专业船舶兼能运载石油,矿砂和其他粒状散货,称为兼用船.
②工程船:如挖泥船,打桩船,起重船,打捞船,布缆船,疏浚船和炸礁船.
③渔业船:如各类捕捞船(拖网渔船,围网渔船,刺网渔船,流网渔船,钓鱼船,蟹工船,捕鲸船和狩猎渔船),水产品加工船,水鲜冷藏运输船,渔政船等.
④港务船:如港作拖船,引水船,航标船,港监船,供油船,供水船,消防船和交通船.
⑤海难救助船.⑥海洋开发船:如海洋调查船,钻井船,多用途拖船和潜水器.
 按航行状态分类 
通常分为排水型船舶,滑行艇,水翼艇和气垫船.
①排水型船舶:水面船舶航行时,重力全靠水的浮力来支承,绝大多数船舶属于此类.
②滑行艇:高速航行时,仅部分艇底接触水面,重力大部分靠作用于艇底的动压力支承.
③水翼艇:船体下装有水翼,高速航行时靠水翼的升力使船体部分或全部离开水面.
④气垫船:靠向艇底不断输送高于大气压力的空气把艇体全部或部分升起,以降低水阻力而高速航行.气垫船又分全垫式和侧壁式两种. 
 按船体数目分类
 分为单体船(绝大多数船舶属此类)和多体船.
在多体船型中双体船较为多见.双体船具有二个相同的片体(成一定距离并列),在距水面一定高度处用连接桥连接成一体,多用作客船和车辆渡船,具有甲板面积大,装载地位多和稳性好的优点.为改善双体船的耐波性和快速性,又有一种小水线面船,片体自水面下一定高度起缩小为流线型,狭窄柱体伸出水面与连接桥相接. 
 按推进动力分类 
可分为机动船和非机动船.
机动船按推进主机的类型又分为蒸汽机船(活塞式,现已淘汰),(蒸)汽轮机船,柴油机船,燃气轮机船,联合动力装置船,电力推进船,核动力船等. 
 按推进器分类
 有螺旋桨船(主要型式),喷水推进船,喷气推进船,明轮船,平旋轮船等.
空气螺旋桨只用于少数气垫船.
按推进器数目还可分为单桨船,双桨船,三桨船等. 
 按机舱部位分类有尾机型船(机舱在船的尾部),中机型船和中尾机型船.
 按主体连续甲板的层数分类有单甲板船,双甲板船,三甲板船等. 
 按船体结构材料分类有钢船,铝合金船,木船,钢丝网水泥船,玻璃钢艇,橡皮艇,混合结构船等.

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船舶制造 人类造船已有悠久的历史.从史前刳木为舟起,在漫长的时期内人类制造的都是利用人力或风力推进的木船.1807年,美国的R.富尔顿建成世界上第一艘蒸汽机船,当时采用明轮推进.1879年,世界上第一艘钢船问世.从此船舶进入了以钢船为主,以机器为动力的时代.
从20世纪50年代起,船舶推进装置由汽轮机和柴油机逐步取代蒸汽机,并开始应用核能作为推进动力.由于航运的发展和军事上的需要,船舶趋于大型化和专业化,造船技术随之迅速发展,造船业已成为世界上最主要的重工业部门之一. 
 船舶由成千上万种零件构成,几乎与各个工业部门都有关系.除特有的船体建造技术外,造船还涉及到机械,电气,冶金,建筑,化学以至工艺美术等各个领域.因此,造船是以全部工业技术为基础的一门综合技术,反映一个国家的工业技术水平. 
 由于船舶的航区,任务和要求不同,船舶产品具有品种多,生产批量小的特点.为了有节奏地生产,缩短制造周期,造船厂从接受订货至完工交船为止,都必须有周密的生产管理和技术管理.
造船用的材料品种多,数量大,其中以钢材的使用量为最大.例如,制造一艘装载量为 1万吨的货船需要钢材3000～4000吨.船体结构用的材料主要是碳素钢和低合金高强度钢(见钢).采用高强度钢可减轻船体自重,降低推进功率,达到多装客货,增加装备或提高航速的目的.小型舰艇还采用铝合金,玻璃钢或钛合金作为船体材料.船舶需要在严酷的环境下营运,对于船用材料,除保证冶炼方法,化学成分和机械性能外,在可焊性能和耐蚀性能等方面都有较高的要求. 
 造船厂 
造船厂均位于沿海或江河之滨,应有一定的岸线长度和水深.厂区内设有船台,造船坞,滑道,舾装码头和大型起重机等专用造船设备.造船厂内设有各种生产车间.
①船体加工车间:担负船体放样,号料以及船体零件的加工.
②船体装备焊接车间:完成船体零件,部件,分段,总段的装焊和船体总装工作.
③安装车间:负责船上机械设备及其附件的安装和调试.
④管子加工车间:进行管子及其附件的加工和安装.
⑤电工车间:负责电器和无线电设备的安装和调试.
⑥木工车间:负责木质家具,舱室的制作和安装,以及绝缘工作.
⑦油漆帆缆车间:负责除锈,涂漆和帆缆索具的制作和安装.
⑧起重运输车间:负责船舶的上墩,下水,进出坞以及船台,滑道,码头区的起重运输作业.
此外还有各种辅助车间,主要有机修车间,工具车间,动力车间和中央试验室等. 车间的划分常根据船厂的生产规模,性质,习惯而有所不同. 
 过去很多造船厂除进行钢材加工,船体装配,焊接和设备系统安装外,还具有一定的铸,锻和机械加工能力,在制造船体的同时还制造主机,辅机,锅炉等设备.20世纪50年代以来,随着造船及其配套工业的发展,造船厂已向总装方向发展,即以建造船体为主,大量的机电设备和舾装件则由专业或非专业的协作厂配套提供,船厂只进行安装,以提高造船质量和效率. 
 造船工序 
造船的主要工艺流程如下. 
 钢材预处理
 在号料前对钢材进行的矫正,除锈和涂底漆工作.船用钢材常因轧制时压延不均,轧制后冷却收缩不匀或运输,储存过程中其他因素的影响而存在各种变形.为此,板材和型材从钢料堆场取出后,先分别用多辊钢板矫平机和型钢矫直机矫正,以保证号料,边缘和成型加工的正常进行.矫正后的钢材一般先经抛光除锈,最后喷涂底漆和烘干.这样处理完毕后的钢材即可送去号料.这些工序常组成预处理自动流水线,利用传送滚道与钢料堆场的钢料吊运,号料,边缘加工等后续工序的运输线相衔接,以实现船体零件备料和加工的综合机械化和自动化. 
 放样和号料
 船体外形通常是光顺的空间曲面.由设计部门提供的用三向投影线表示的船体外形图,称为型线图,一般按1:50或1:100的比例绘制.由于缩尺比大,型线的三向光顺性存在一定的误差,故不能按型线图直接进行船体施工,而需要在造船厂的放样台进行1:1的实尺放样或者是1:5,1:10的比例放样,以光顺型线,取得正确的型值和施工中所需的每个零件的实际形状尺寸与位置,为后续工序提供必要的施工信息.船体放样是船体建造的基础性工序. 
 号料是将放样后所得的船体零件的实际形状和尺寸,利用样板,样料或草图划在板材或型材上,并注以加工和装配用标记.最早的放样和号料方法是实尺放样,手工号料.20世纪40年代初出现比例放样和投影号料,即按1:5或1:10的比例进行放样制成投影底图,用相应的低倍投影装置放大至实际尺寸;或将投影底图缩小到1/5～1/10摄制成投影底片,再用高倍投影装置放大50～100倍成零件实形,然后在钢材上划线.比例放样还可提供仿形图,供光电跟踪切割机直接切割钢板用,从而省略号料工序.投影号料虽在手工号料的基础上有了很大改进,但仍然未能摆脱手工操作.
60年代初开始应用电印号料,即利用静电照相原理,先在钢板表面喷涂光敏导电粉末,进行正片投影曝光,经显影和定影后在钢板上显出零件图形.适用于大尺寸钢板的大型电印号料装置采用同步连续曝光投影方式,即底图和钢板同步移动,在运动过程中连续投影曝光.适用于小尺寸钢板的小型电印号料装置,则在钢板上一次投影出全部图形.这种号料方法已得到较广泛的应用.
随着电子计算机在造船中的应用,又出现数学放样方法.即用数学方程式表示船体型线或船体表面,以设计型值表和必需的边界条件数值作为原始数据,利用计算机进行反复校验和计算,实现型线修改和光顺,以获得精确光顺和对应投影点完全一致的船体型线.船体的每条型线都由一个特点的数学样条曲线方程表示,并可通过数控绘图机绘出图形.数学放样可取消传统的实尺放样工作,还可为切割和成形加工等后续工序提供控制信息,对船体建造过程的自动化具有关键的作用,是造船工艺的一项重要发展. 
 船体零件加工
 包括边缘加工和成形加工.边缘加工就是按照号料后在钢材上划出的船体零件 实际形状,利用剪床或氧乙炔气割,等离子切割进行剪割.部分零件的边缘还需要用气割机或刨边机进行焊缝坡口的加工.气割设备中的光电跟踪气割机能自动跟踪比例图上的线条,通过同步伺服系统在钢板上进行切割,它可与手工号料,投影号料配合使用.采用数控气割机不但切割精度高,而且根据数学放样资料直接进行切割,可省略号料工序,实现放样,切割过程自动化. 
 对于具有曲度,折角或折边等空间形状的船体板材,在钢板剪割后还需要成形加工,主要是应用辊式弯板机和滚压机进行冷弯;或采用水火成形的加工方法,即在板材上按预定的加热线用氧-乙炔烘炬进行局部加热,并用水跟踪冷却,使板材产生局部变形,弯成所要求的曲面形状.对于用作肋骨等的型材,则多应用肋骨冷弯机弯制成形.随着数字控制技术的发展,已使用数字控制肋骨冷弯机,并进而研制数字控制弯板机.船体零件加工已从机械化向自动化进展. 
 船体装配和焊接 
将船体结构的零部件组装成整个船体的过程.普遍采用分段建造方式,分为部件装配焊接,分段装配焊接和船台装配焊接3个阶段进行. 
 ①部件装配焊接:又称小合扰.将加工后的钢板或型钢组合成板列,T 型材,肋骨框架或船首尾柱等部件的过程,均在车间内装焊平台上进行. 
 ②分(总)段装配焊接:又称中合拢.将零部件组合成平面分段,曲面分段或立体分段,如舱壁,船底,舷侧和上层建筑等分段;或组合成在船长方向横截主船体而成的环形立体分段,称为总段,如船首总段,船尾总段等.分段的装配和焊接均在装焊平台或胎架上进行.分段的划分主要取决于船体结构的特点和船厂的起重运输条件.随着船舶的大型化和起重机能力的增大,分段和总段也日益增大,其重量可达800吨以上. 
 ③船台(坞)装配焊接:即船体总装,又称大合拢.将船体零部件,分段,总段在船台(或船坞)上最后装焊成船体.排水量10万吨以上的大型船舶,为保证下水安全,多在造船坞内总装.
常用的总装方法有:
以总段为总装单元,自船中向船首,船尾吊装的称总段建造法,一般适用于建造中小型船舶;
 先吊装船中偏尾处的一个底部分段,以此作为建造基准向船首,船尾和上层吊装相邻分段,其吊装范围呈宝塔状的称塔式建造法;设有2～3个建造基准,分别以塔式建造法建造,最后连接成船体的称岛式建造法;
在船台(或船坞)的末端建造第一艘船舶时,在船台的前端同时建造第二艘船舶的尾部,待第一艘船下水后,将第二艘船的尾部移至船台末端,继续吊装其他分段,其至总装成整个船体,同时又在船台前端建造第三艘船舶的尾部,依此类推,这种方法称为串联建造法;
将船体划分为首,尾两段,分别在船台上建成后下水,再在水上进行大合拢的称两段建造法.
各种总装方法的选择根据船体结构特点和船厂的具体条件而定. 
 船体装配和焊接的工作量,占船体建造总工作量的75%以上,其中焊接又占一半以上.故焊接是造船的关键性工作,它不但直接关系船舶的建造质量,而且关系造船效率.
自20世纪50年代起,焊接方法从全手工焊接发展为埋弧自动焊,半自动焊,电渣焊,气体保护电弧焊.自60年代中期起,又有单面焊双面成形,重力焊,自动角焊以及垂直焊和横向自动焊等新技术.焊接设备和焊接材料也有相应发展.由于船体结构比较复杂,在难以施行自动焊和半自动焊的位置仍需要采用手工焊. 
 结合焊接技术的发展,自60年代起,在船体部件和分段装配中开始分别采用 T型材装焊流水线和平面分段装焊流水线.
T 型材是构成平面分段骨架的基本构件.平面分段在船体结构中占有相当的比重,例如在大型散装货船和油船上,平面分段可占船体总重的50%以上.
平面分段装焊流水线包括各种专用装配焊接设备,它利用输送装置连续进行进料,拼板焊接以及装焊骨架等作业,能显著地提高分段装配的机械化程度,成为现代造船厂技术改造的主要内容之一.世界上有些船厂对批量生产的大型油船的立体分段也采用流水线生产方式进行装焊和船坞总装. 
 船体总装完成后必须对船体进行密闭性试验,然后在尾部进行轴系和舵系对中,安装轴系,螺旋桨和舵等.在完成各项水下工程后准备下水. 
 船舶下水 
将在船台(坞)总装完毕的船舶从陆地移入水域的过程.船舶下水时的移行方向或与船长平行,或与船长垂直,分别称为纵向下水和横向下水.下水滑道主要为木枋滑道和机械化滑道.前者依靠船舶自重滑行下水,使用较普遍;后者利用小车承载船体在轨道上牵引下水,多用在内河中小型船厂. 纵向下水之前先将搁置在墩木上的船体转移到滑板和滑道上,滑道向船舶入水方向有一定倾斜.当松开设置于滑板与滑道间的制动装置后,船舶由于自重连同滑板和支架一起滑入水中,然后靠自身的浮力飘浮于水面.为减少下滑时的摩擦阻力,在滑板与滑道之间常涂上一定厚度的下水油脂;也可用钢珠代替下水油脂,将滑动摩擦改为滚动摩擦,进一步减少摩擦力.
在船坞内总装的船,只要灌水入坞即能浮起,其下水操作比在船台下利用滑道下水简单和安全得多. 
 下水意味着船舶建造已完成了关键性的,主要的工作.按传统习惯,大型船舶下水常举行隆重的庆祝仪式. 
 码头安装(设备和系统的安装) 船舶下水后常是靠于厂内舾装码头,以安装船体设备,机电设备,管道和电缆,并进行舱室的木作,绝缘和油漆等工作.码头安装涉及的工种很多,相互影响也较大.而随着船舶设备和系统的日趋复杂,安装质量的要求也不断提高,故安装工作直接关系下水后能否迅速试航和交船.
为了缩短下水后的安装周期,应尽可能将上述安装工作提前到分段装配和船体总装阶段进行,称为预舾装.将传统的单件安装改为单元组装,也可大大缩短安装周期,即根据机舱和其他舱室设备的布置和组成特点确定安装单元的组成程度,如主机冷却单元可包括换热器,泵,温度调节器,带附件的有关管道和单元所必需的电气设备.在车间内组成安装单元,然后吊至分段,总段或船上安装,这样可使18～25%的安装工作量由船上提前到内场进行,能使船上的安装周期缩短15～20%. 
 系泊试验和航行试验 
在船体建造和安装工作结束后,为保证建造的完善性和各种设备工作的可靠性,必须进行全面而严格的试验,通常分为两个阶段,即系泊试验和航行试验. 
 系泊试验俗称码头试车,是在系泊状态下对船舶的主机,辅机和其他机电设备进行的一系列实效试验,用以检验安装质量和运转情况.系泊试验以主机试验为核心,检查发电机组和配电设备的工作情况,以便为主机和其他设备的试验创造条件.对各有关系统的协调,应急,遥测遥控和自动控制等还需要进行可靠性和安全性试验.系泊试验时船舶基本上处于静止状态,主机,轴系和有关设备系统不能显示全负荷运转的性能,所以还需要进行航行试验. 
 航行试验是全面地检查船舶在航行状态下主机,辅机以及各种机电设备和系统的使用性能.通常有轻载试航和重载试航.在航行试验中测定船舶的航速,主机功率以及操纵性,回转性,航向稳定性,惯性和指定航区的适航性等.试验结果经验船机构和用户验收合格后,由船厂正式交付订货方使用. 
 发展 
近代造船技术的发展过程是由手工操作向机械化,自动化迈进的过程.自50年代起,船体建造用焊接取代了铆接,使船体建造由过去长期使用的零星散装方式改进为分段装配方式,大大提高了造船效率.由于船体结构和形状比较复杂,手工操作在船体建造中一直占较大比重.
电子计算机和数控技术的应用正进一步改变造船业的面貌.
电子计算机首先应用于数学放样,进而出现数字输入和图形输出的数控绘图机,数控切割机,数控肋骨冷弯机,数控螺旋桨加工机床和管子加工机床等.同时电子计算技术还在造船厂的生产管理,计划编制,材料设备供应和成本核算等方面逐渐得到应用.为减少信息准备工作,消除设计与生产之间的脱节现象,又研制成大型造船集成数控系统,它包括船舶设计,生产和管理等所有功能的通用信息,能协调地完成从设计到生产的整个工作过程.
因此,继续扩大计算机在造船中的应用,是现代发展造船技术,进一步提高造船自动化程度的主要方向.

支持科普！！！！！

基础知识要大力支持的，感谢ladon兄弟[em01]

看完这些，《造船大意》差不多可以考及格啦[em07]

嗯！不错不错。科普好文[em10]

[B]以下是引用[I]ddg167[/I]在2005-11-7 22:28:00的发言：[/B][BR]基础知识要大力支持的，感谢ladon兄弟[em01]

呵呵，不客气
[em07]
还有些内容就是跟俺的本行－柴油机有关的，需不需要？
需要的话，是继续跟贴还是另开新贴？
另外，版主有没有渠道弄到关于船用燃气轮机的资料？

楼主！有没有最新的轿车用柴油机资料（共轨直喷技术）

[B]以下是引用[I]ladon[/I]在2005-11-7 22:49:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]ddg167[/I]在2005-11-7 22:28:00的发言：[/B][BR]基础知识要大力支持的，感谢ladon兄弟[em01]</div>
呵呵，不客气
[em07]
还有些内容就是跟俺的本行－柴油机有关的，需不需要？
需要的话，是继续跟贴还是另开新贴？
另外，版主有没有渠道弄到关于船用燃气轮机的资料？

要的要的，这种资料大家都很有必要学习嘛。
都放这个帖子下面吧，一并收藏，加精华[em01]
燃气轮机的资料Kirov、Plumge版主那里多些，偶是不敢出来现了，召唤他们来说说[em02]

坐下来听课.....

[此贴子已经被作者于2005-11-8 21:43:58编辑过]

内燃机发展史 内燃机是将燃料燃烧释放出来的热能转变成有用机械能的一种能量装置。内燃机中的燃料与空气混合、燃烧，产生高温、高压的工作气体，它作为热能的载体推动活塞，通过连杆、曲轴箱外输出机械功。由于这一能量转变过程完全是在发动机的内部完成的，所以称为内燃机。广义的说，内燃机包括往复活塞式内燃机、转动式燃气轮机、复合式发动机和喷气推进机，这些热机可以统称为内燃动力装置。
引言
 内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的的最重要的热能机械。
 当然内燃机同样也存在着不少的缺点，主要是：对燃料的要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造的困难，单机功率的提高受到限制，现代内燃机的最大功率一般小于4万千瓦，而蒸汽机的单机功率可以高达数十万千瓦；内燃机不能反转；内燃机的噪声和废气中有害成分对环境的污染尤其突出。可以说这一百多年来的内燃机的发展史就是人类不断革新，不断挑战克服这些缺点的历史。
 内燃机发展至今，约有一个半世纪的历史了。同其他科学一样，内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结。内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进。在它的发展史中应当特别提到的是德国人奥托和狄塞尔，正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上，对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环，才使得到他们为止几十年间无数人的实践和创造活动得到了一个科学地总结，并有了质的飞跃，他们将前任粗浅的、纯经验的、零乱无序的的经验，加以继承、发展、总结、提高，找出了规律性，为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础，为内燃机的发展做出了伟大的贡献。
 往复活塞式内燃机
 往复活塞式内燃机的种类很多，主要的分类方法有这样一些：
按所用的燃料的不同，分为汽油机，柴油机、煤油机、煤气机（包括各种气体燃料内燃机）等；
按每个工作循环的行程数不同，分为四冲程和二冲程；
按着火方式不同，分为点燃式和压燃式；
按冷却方式不同，分为水冷式和风冷式；
按气缸排列形式不同，分为直列式、V型、对置式、星型等；
按气缸数不同，分为单缸内燃机和多缸内燃机等；
按内燃机的用途不同，分为汽车用、农用、机车用、船用以及固定用等等。
 最早的内燃机——煤气机
 最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机。1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74—1.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围（冲程）尽量长。在此基础上，他在1862年提出了著名的等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。
 1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min）。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。这是一部非常成功的发动机，其热效率相当于当时蒸汽机的两倍。奥托把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。
 煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性,但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低(约1.75×107～2.09×107J/m3),故煤气机转速慢,比功率小。到19世纪下半叶,随着石油工业的兴起,用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。
 汽油机的出现
 1883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用白炽灯管解决了点火问题。以前内燃机的转速都不超过200r/min，而戴姆勒的汽油机转速一跃为800—1000r/min。它的特点是功率大，质量轻、体积小、转速快和效率高，特别适用于交通工具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器。
 到十九世纪末，活塞式内燃机大体上进入了实用阶段，并且很快显示出巨大的生命力。内燃机在广泛应用中不断地得到改善和革新，迄今已达到一个较高的技术水平。在这样一个漫长的发展历史中，有两个重要的发展阶段是具有划时代意义的：一是50年代兴起的增压技术在发动机上的广泛应用；再就是70年代开始的电子技术及计算机在发动机研制中的应用，这两个发展趋势至今都方兴未艾
 首先我们来看一下汽油机在本世纪的发展历程。
在汽车和飞机工业的推动下汽油机取得了长足的发展。按提高汽油机的功率、热效率、比功率和降低油耗等主要性能指标的过程，可以把汽油机的发展分为四个阶段。
 第一阶段是本世纪最初二十年，为适应交通运输的要求，以提高功率和比功率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增加缸数和改进相应辅助装置。这个时期内，转速从上世纪的500—800r/min提高到1000—1500r/min，比功率从3.68W/Kg提高到441.3—735.5W/Kg，对提高飞机的飞行性能和汽车的负载能力具有重大的意义。
 第二阶段时间在20年代，主要解决汽油机的爆震燃烧问题。当时汽油机的压缩比达到4时，汽油机就发生爆震。美国通用汽车公司研究室的米格雷和鲍义德通过在汽油中加入少量的四乙基铝，干扰氧和汽油分子化合的正常过程，解决了爆震的问题，使压缩比从4提高到了8，大大提高了汽油机的功率和热效率。当时另一严重影响汽油机功率和热效率的因素是燃烧室的形状和结构，英国的里卡多及其合作者通过对多种燃烧室及燃烧原理的研究，改进了燃烧室，使汽油机的功率提高了20%。
 第三阶段是从20年代后期到40年代早期，主要是在汽油机上装备增压器。废气涡轮增压可使气压增至1.4—1.6大气压，他的应用为提高汽油机的功率和热效率开辟了一个新的途径。但是其真正的广泛应用，却是在50年代后期才普及的。
 第四阶段从50年代至今，汽油机技术在原理重大变革之前发展已近极致。它的结构越来越紧凑，转速越来越高。其技术现状为：缸内喷射；多气门技术；进气滚流，稀薄分层燃烧；电子控制点火正时、汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理；废气在循环及三元催化等排气净化技术等。其集中体现在近年来研制成功并投产的缸内直喷分层充气稀燃汽油机（GDI）。
 随着70年代开始的电子技术在发动机上的应用，为内燃机技术的改进提供了条件,使内燃机基本上满足了目前世界各国有关排放、节能、可靠性和舒适性等方面的要求。内燃机电子控制现已包括电控燃油喷射、电控点火、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断、失效保护等诸多方面。
 同样内燃机电子控制技术的发展也大致可分为四个阶段：
 1、内燃机零部件或局部系统的单独控制,如电子油泵、电子点火装置等。
 2、内燃机单一系统或几个相关系统的独立控制,如燃油供给系统控制、最佳空燃比控制等。
 3、整台内燃机的统一智能化控制,如内燃机电子控制系统。
 4、装置与内燃机动力的集中电子控制,如汽车、船舶、发电机组的集中电子控制系统。
 电子控制系统一般由传感器、执行器和控制器三部分组成。由此构成各种不同功能、不同用途的控制系统。其主要目标是保持发动机各运行参数的最佳值，以求得发动机功率、燃油耗和排放性能的最佳平衡，并监视运行工况。如Caterpillar公司的3406PEPC系统是在3406柴油机上采用可变程序的发动机控制系统，具有电子调速功能，采用电子控制空燃比，可将喷有提前角始终保持在最佳值。美国Stanaclyne公司将其生产的DB型分配泵改为电子控制喷油泵，称为PFP系统，采用步进电机作为执行元件来控制喷油量和喷油定时
 柴油机——内燃机家族的另一个明星
 柴油机几乎是与汽油机同时发展起来的，它们具有许多相同点。所以柴油机的发展也与汽油机有许多相似之处，可以说在整个内燃机的发展史上，它们是相互推动的。
 德国狄塞尔博士于1892年获得压缩点火压缩机的技术专利，1897年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机，即柴油机。
 柴油机的高压缩比带来众多的优点：
 1、不但可以省去化油器和点火装置，提高了热效率，而且可以使用比汽油便宜得多的柴油作燃料。
 2、柴油机由于其压缩比大,最大功率点、单位功率的油耗低。在现代优秀的发动机中,柴油机的油耗约为汽油机的70%。特别像汽车,通常在部分负荷工况下行驶,其油耗约为汽油机的60%。柴油机是目前热效率最高的内燃机。
 3、柴油机因为压缩比高,发动机结实,故经久耐用、寿命长。
 但高压缩比也同时带来了缺点:
 1、柴油机的结构笨重。通常柴油的单位功率质量约为汽油机的1.5～3倍。柴油机压缩比高,爆发压力也高,可达汽油机的1.5倍左右(不增压的情况下)。为承受高温高压,就要求结实的结构。所以柴油机最初只是作为一种固定式发动机使用。　　
 2、在同一排量下,柴油机的输出功率约为汽油机的1/3。因为柴油机把燃料直接喷入气缸,不能充分利用空气,相应功率输出低。假设汽油机的空气利用率为100%,那么柴油机仅有80%～90%。柴油机功率输出小的另一原因是压缩比大,发动机的摩擦损失比汽油机大。这种摩擦损失与转速成正比,不能期望通过增加转速来提高功率。转速最高的汽油机每分钟可运转10000次以上(如赛车发动机),而柴油机的最高转速却只有5000r/min。
 近百年来,柴油机的热效率提高近80%,比功率提高几十倍,空气利用率达90%。当今柴油机的技术水平表现为:优良的燃烧系统；采用4气门技术；超高压喷射；增压和增压中冷；可控废气再循环和氧化催化器；降低噪声的双弹簧喷油器；全电子发动机管理等,集中体现在以采用电控共轨式燃油喷射系统为特征的新一代柴油机上。目前,日本的Nippondeno公司(ECDU2),德国Bosch(ZECCEL)和美国Caterpilla公司(HELII)是研究和生产共轨式电控喷油系统的主要公司。
 增压技术在柴油机上的应用要比汽油机晚一些。早在20年代就有人提出压缩空气提高进气密度的设想，直到1926年瑞士人A.J.伯玉希才第一次设计了一台带废气涡轮增压器的增压发动机。由于当时的技术水平和工艺、材料的限制，还难以制造出性能良好的涡轮增压器，加上二次大战的影响，增压技术为能迅速普及，直到大战结束后，增压技术的研究和应用才受到重视。1950年增压技术才开始在柴油机上使用并作为产品提供市场。
 50年代，增压度约为50%，四冲程机的平均有效压力约为0.7—0.8MPa，无中冷，处于一个技术水平较低的发展阶段。其后20多年间，增压技术得到了迅速的发展和广泛地采用。
 70年代，增压度达200%以上，正式作为商品提供的柴油机的平均有效压力，四冲程机已达2.0MPa以上，二冲程机已超过1.3MPa，普遍采用中冷，使高增压（>2.0MPa）四冲程机实用化。单级增压比接近5，并发展了两级增压和超高增压系统，相对于50年代初期刚采用增压技术的发动机技术水平，30年来有了惊人的发展。
 进入80年代，仍保持这种发展势头。进排气系统的优化设计，提高充气效率，充分利用废气能量，出现谐振进气系统和MPC增压系统。可变截面涡轮增压器，使得单级涡轮增压比可达到5甚至更高。采用超高增压系统，压力比可达10以上，而发动机的压缩比可降至6以下，发动机的功率输出可提高2—3倍。进一步发展到与动力涡轮复合式二级涡轮增压系统。由此可见，高增压、超高增压的效果是可观的，将发动机的性能提高到了一个崭新的水平。
 转动式内燃机
 在蒸汽机的发展历史中有从往复活塞式蒸汽机到蒸汽轮机的演化。这一点,对内燃机的发展大有启发的。往复式内燃机运动要通过曲轴连杆机构或凸轮机构、摆盘机构、摇臂机构等,转换为功率输出轴的转动，这样不仅使机构复杂，而且由于转动机构的摩擦损耗,还会降低机械效率。另外由于活塞组的往复运动造成曲柄连杆机构的往复惯性力,这个惯性力与转速的平方成正比。随转速的提高，轴承上的惯性负荷显著增加，并由于惯性力的不平衡而产生强烈的振动。此外，往复式内燃机还有一套复杂的气门控制机构。于是人们设想:既然工具机的运动形式大部分都是轴的转动，能否效法从往复活塞式蒸汽机到蒸汽轮机的路子，使热能直接转化为轴的转动呢？于是人们开始了在这一领域的探索。
 燃气轮机
 1873年布雷顿(GeorgeBrayton)制造了一种定压燃烧的发动机。该机能提供使燃气完全膨胀到大气压所发出的功率。20世纪初法国的阿曼卡(BeneArmangaud)等成功地应用布雷顿循环原理制成燃气轮机。但是，因当时条件限制,热效率很低未能得到发展。
 到30年代,由于空气动力学及耐高温合金材料和冷却系统的进展,为燃气轮机进入实用创造了条件。
燃气轮机虽然是内燃机,但它没有像往复式内燃机那样必须在封闭的空间里和限定的时间内燃烧的限制，所以不会发生像汽油机那样令人担心的爆震，也很少像柴油机那样受摩擦损失的限制；且燃料燃烧所产生的气体直接推动叶轮转动，故它的结构简单(与活塞式内燃机相比，其部件仅为它的1/6左右)、质量轻、体积小、运行费用省，且易于采用多种燃料，也较少发生故障。
虽然燃气轮机目前尚存在一些缺点：寿命短、需要高级耐热钢材和成本高及排污(主要是NOx)较严重等，致使至今燃气轮机的应用仍局限于飞机、船舶、发电厂和机车，但是由于布雷顿循环的优越性和燃气轮机对燃油的限制少及上述的其它优点,使得它仍为现在和将来人们致力研究的动力技术之一。若突破涡轮入口温度，大大提高热效率，且克服其它缺点，燃气轮机有望取代汽、柴油机。
 旋转活塞式发动机（转子发动机）
 一直以来人们都在致力于建造旋转式发动机，其目标是避免往复式发动机固有的复杂性。在1910年以前，人们曾提出过2000多个旋转发动机的方案。20世纪初，又有许多人提出不同的方案，但大多因结构复杂或无法解决气缸密封问题而不能实现。直到1954年，德国人汪克尔(FelixWankel)经长期研究，突破了气缸密封这一关键技术，才使具有长短幅圆外旋轮线缸体的三角旋转活塞发动机首次运转成功。转子每转一圈可以实现进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程，按奥托循环运转。1962年三角转子发动机作为船用动力，到80年代日本东洋工业公司把它用于汽车引擎。
 转子发动机有一系列的优点：
 1、它取消了曲柄连杆机构、气门机构等，得以实现高速化。
 2、质量轻(比往复式内燃机质量下降1/2到1/3)、结构和操作简单(零件数量比往复式少40%，体积减少50%)。
 3、在排气污染方面也有所改善，如NOx产生较少。
 但转子发动机也存在着严重的不足之处：
 1、.这种结构的密封性能较差，至今只能作为压缩比低的汽油机使用。
 2、由于高速带来了扭矩低，组织经济的燃烧过程困难。
 3、寿命短、可靠性低以及加工长短轴旋轮线的专用机床构造复杂等。
 内燃机的发展趋势
 内燃机的发明，至今已有100多年的历史。如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命,那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。随着科技的发展,内燃机在经济性、动力性、可靠性等诸多方面取得了惊人的进步，为人类做出了巨大贡献。蒸汽机从初创到完成花去了一个世纪的时间，从完成到极盛又走了一个世纪，从极盛到衰落大约也是一个世纪。内燃机的发明也经历了一个世纪的历程，从那时起，人类又前进了一个世纪，可以说如今内燃机已进入了极盛时期。在世纪之交的今天，我们关注内燃机的未来，人们在拭目以待的同时，更希望内燃机能在新的世纪再创辉煌的业绩。
 内燃机增压技术
 从内燃机重要参数(压力、温度、转速)的发展规律来看，可以发现这三个参数在1900年以前随着年代的推移提高得很快。而在1900年以后，尤其是1950年以后，温度、转速提高变慢，而平均有效压力随着年代的增加仍直线上升。
实践证明：提高平均有效压力可以大幅度地提高效率，减轻质量。而提高平均有效压力的技术就是提高增压度。如柴油机增压可大幅度地缩小柴油机进气管尺寸，并使气缸有足够大的充气效率用于提高柴油机的功率，使之能在一个宽广的转速范围内既提高功率又有大的扭矩。一台增压中冷柴油机可以使功率成倍提高，而造价仅提高15%～30%，即每马力造价可平均降低40%。所以增压、高增压、超高增压是当前内燃机重要的发展方向之一。
但是这只是问题的一个方面，另一个方面发动机强化和超强化会给零部件带来过大的机械负荷和热负荷，特别是热负荷问题已成为发动机进一步强化的限制；再就是单级高效率、高压比压气机也限制了增压技术的进一步发展，因此，不是增压度越高越好的。
 内燃机电子控制技术
 内燃机电子控制技术产生于20世纪60年代后期,通过70年代的发展,80年代趋于成熟。随着电子技术的进一步发展,内燃机电子控制技术将会承担更加重要的任务,其控制面会更宽,控制精度会更高,智能化水平也会更高。诸如燃烧室容积和形状变化的控制、压缩比变化控制、工作状态的机械磨损检测控制等较大难度的内燃机控制将成为现实并得到广泛应用。
内燃机电子控制是由单独控制向综合、集中控制方向发展,是由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度发展的。随着人类进入电子时代,21世纪的内燃机也将步入“内燃机电子时代”,其发展情况将与高速发展的电子技术相适应。内燃机电子控制技术是内燃机适应社会发展需求的主要技术依托,也是内燃机保持21世纪辉煌的重要影响因素。
 内燃机材料技术
 内燃机使用的传统材料是钢、铸铁和有色金属及其合金。在内燃机发展过程中，人们不断对其经济性、动力性、排放等提出了更高的要求，从而对内燃机材料的要求相应提高。
根据内燃机今后的发展目标，对内燃机材料的要求主要集中在绝热性、耐热性、耐磨性、减摩性、耐腐蚀性及热膨胀小、质量轻等方面。要促进内燃机材料的发展,除采用改变材料化学成分与含量来达到零部件所要求的物理、机械性能这一常规方法外，也可采用表面强化工艺来使材料达到所需的要求，但内燃机材料的发展更需要我们去开发适应不同工作状态的新材料。
与内燃机传统材料相比，陶瓷材料具有无可比拟的绝热性和耐热性，陶瓷材料和工程塑料(如纤维增强塑料)具有比传统材料优越的减摩性、耐磨性和耐腐蚀性,其比重与铝合金不相上下而比钢和铸铁轻得多。因此,陶瓷材料(高性能陶瓷)凭借其优良的综合性能，可用在许多内燃机零件上，如喷油点火零件、燃烧室、活塞顶等，若能克服脆性、成本等方面的弱点，在新世纪里将会得到广泛应用。工程塑料也可用于许多内燃机零件，如内燃机上的各种罩盖、活塞裙部、正时齿轮、推杆等，随着工艺水平的提高及价格的降低,未来工程塑料在内燃机上的应用将会与日俱增。综合内燃机的各种材料，为扬长避短，在新材料的基础上又开发出了以金属、塑料或陶瓷为基材的各种复合材料,并开始在内燃机上逐渐推广使用。
 展望新世纪，在今后一段时期内，钢、铸铁和有色金属及其合金，仍将是内燃机的主要材料。各种表面强化工艺将更加先进，并得到广泛应用。以金属、塑料、陶瓷为基材的各种复合材料将在10年之后进入惊人的高速推广时期，新材料在内燃机上的使用也将同时加速。
 内燃机制造技术
 内燃机的发展水平取决于其零部件的发展水平，而内燃机零部件的发展水平，是由生产制造技术等因素来决定的。也就是说，内燃机零部件的制造技术水平，对主机的性能、寿命及可靠性有决定性的影响。同样制造技术与设备的关系也是密不可分的，每当新一代设备或工艺材料研制成功，都会给制造技术的革新带来突破性的进展。进入新世纪后，科学技术的发展会异常迅猛,新设备的研制周期将越来越短，因此新世纪内燃机制造技术必将形成迅速发展的局面。
 由于铸造技术水平的提高，气冲造型、静压造型、树脂自硬砂造型制芯、消失模铸造，使内燃机铸造的主要零件如机体、缸盖可以制成形状复杂曲面及箱型结构的薄壁铸件。这不仅在很大程度上提高了机体刚度,降低了噪声辐射，而且使内燃机达到轻量化。
由于象喷涂、重熔、烧结、堆焊、电化学加工、激光加工等局部表面强化技术的进步，使材料功能得到完善的发挥；由于设备水平提高，加工制造技术向高精度、高效率、自动化方向发展，带动了内燃机零部件生产向高集中化程度发展。另一方面，柔性制造技术的推广，使内燃机产品更新换代具有更大的灵活性和适应性。多品种小批量生产的柔性制造系统引起了内燃机制造商们的广泛认同，也顺应了生产技术发展及市场形势的变化。
电子技术及计算机在设计、制造、试验、检测、工艺过程控制上的应用,推动了行业的技术进步，提高了内燃机的产品质量。新材料的发展也推动了内燃机零部件生产工艺的变革，特别是工程塑料、陶瓷材料及复合材料在内燃机上的运用，有力地促进了内燃机制造技术的发展。随着内燃机电控技术的发展，电控系统三大组成部分(传感器、执行器、控制单元)将成为内燃机零部件行业的重要分支，同时向传统的内燃机制造业提出了新的课题。
 由此可以推断:在21世纪,内燃机制造技术将向高精度、多元化方面飞速发展。它的发展速度和方向不仅关系到内燃机的质量,还直接对内燃机的未来产生重大影响。就其产品技术进步快慢而言,汽车内燃机发展最快,其次是机车、船舶、发电机组、工程机械、农业机械等。
 内燃机代用燃料
 由于世界石油危机和发动机尾气对环境的污染日益严重，内燃机技术的研究转向高效节能及开发利用洁净的代用燃料。以汽油机和柴油机为基础进行改造或重新设计，开发以天然气、液化石油气和氢气等为燃料的气体发动机为目前和今后一段时间内内燃机技术的重点之一。其中气体发动机的功率恢复技术和氢气发动机的燃烧控制等是其中的重中之重。
 综述
 内燃机在应用中不断发展，各种内燃机彼此相互竞争，相互渗透，相互综合，从中演化出各种新的混合式发动机。如燃气轮机的发明和发展一方面对柴油机形成竞争，另一方面也补充了柴油机，使柴油机废气涡轮增压得到完善，反过来增强了柴油机的竞争能力。燃气轮机本来也是蒸汽轮机的竞争对手，但人们把燃气轮机和蒸汽轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起，构成一种崭新的高效循环:燃气——蒸汽轮机联合循环。热力学第二定律告诉我们，要提高热效率，应尽可能提高热机的加热温度和降低排热温度。蒸汽机的排热温度较低(约300K)，但由于水蒸气本身特性和设备条件的限制，其加热温度不可能太高，目前稳定在800～900K以下。随着冶金和冷却技术的发展，燃气轮机的加热温度一直在上升，目前已达1300～1500K左右；但其排热温度却不能太低，一般为700～800K，甚至更高。所以这两种热机目前的实际热效率都未超过40%。燃气——蒸汽联合循环，将燃气轮机的排气送进余热锅炉生产蒸气，供蒸汽轮机利用。联合循环可以同时取得燃气轮机加热温度高和蒸汽轮机排热温度低的双重优点。目前此联合循环机组最高热效率已达47%以上。如果把它作为热电并供机组使用，其燃料利用率可达80%左右。
 混合动力的意义越来越广，如电动马达加汽油机或柴油机，以应用各自的优点，屏蔽各自的缺点。而日产汽车工业公司则把高性能的发电机兼电动机装入柴油机飞轮的位置,成功地研制出名符其实的混合式发动机，即成功地开发了使两种原理同时作用的原动机(HIMR发动机)。混合式发动机是未来动力技术的热点之一，它极有望成为既不损害人类已获得的方便，又能保持美好环境的机械。
 内燃机的发展史表明，具有本质上优越性的新技术，是富有生命力的新生事物，必有广阔的发展前途。第一台实用内燃机热效率只有4%，而当时蒸汽机的热效率已达8%～10%；但内燃机“内燃”本质上的优越性决定了它很快地就超过了蒸汽机。
 综上所述,21世纪的内燃机将面临来自各方面的挑战,它将朝着节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向迅猛发展。在21世纪,天然气、醇类、植物油及氢等代用燃料将为内燃机增添新的活力,而内燃机电子控制技术在提高品质的同时也延长了内燃机行业的“生命”。新材料、新工艺的技术革命,为21世纪内燃机的发展产生了新的推动力。21世纪的内燃机,将在造福人类的同时不断弥补自身缺陷,以尽可能完美的形象为人类作出新的贡献。

先发一个内燃机发展史，还有关于船舶柴油机和船舶辅机的内容，因最近工作忙，而且需要整理，可能要迟些日子。
版主要帮忙呼唤几个大侠来救场啊[em07]

[此贴子已经被作者于2005-11-8 22:17:23编辑过]

[B]以下是引用[I]ladon[/I]在2005-11-8 20:20:00的发言：[/B][BR]先发一个内燃机发展史，还有关于船舶柴油机和船舶辅机的内容，因最近工作忙，而且需要整理，可能要迟些日子。版主要帮忙呼唤几个大侠来救场啊[em07]

ladon大哥工作要紧，慢慢来吧……召唤各位发动机大佬,hehe

好像科普贴不怎么对口味啊
[em04]
CD果然是人才济济，俺真是低估了众兄弟的水准啦。
俺看陈年旧贴，还有好多比俺NB的大大，
怎么就忍心让俺一个人献丑呢
[em04]
看在俺们共同的圣物－－活塞老大的分上
大大们快快出来救命啦[em07]

好象没有舱容系数，载重系数，积载因数啊，写的很好啊，希望补充一下，多谢了~~~

[此贴子已经被作者于2005-11-11 20:22:59编辑过]

不好意思这个偶还是拿板凳记笔记的好！KIROV怎么也不出来说几句撒？还有其它这方面知识比较熟的都出来说说啊[em04]

[此贴子已经被作者于2006-2-18 20:18:50编辑过]

第二节柴油机的基本结构 一,柴油机的基本工作原理 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机.它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧,将燃油的化学能转变成热能,从而生成高温高压的燃气,因燃气膨胀,推动活塞运动,通过曲柄连杆对外做功,将热能转变为机械能. 柴油机必须经过进气,压缩,燃烧,膨胀和排气五个过程才能完成了一个工作循环.然后不断重复进行这些过程,使柴油机持续工作. 二,柴油机的基本结构 (1)固定部件 主要由气缸盖,气缸套,机体,机座,主轴承等构成柴油机本体和运动件的支承,并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间. (2)运动部件 主要由活塞,活塞销,连杆,连杆螺栓,曲轴等组成.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. (3)配气系统 它包括进气系统和排气系统. 进气系统主要由空气滤清器,进气管件,气缸盖内的进气道,进气阀,气阀弹簧,摇臂,顶杆,凸轮轴和凸轮轴传动机构等所组成,用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气. 排气系统主要由排气阀,气阀弹簧,摇臂,顶杆,凸轮轴和传动机构以及排气管,排气消音器等组成.用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气. (4)燃油系统 它包括供应和喷射两个系统.前者由日用油柜,燃油滤清器,输油泵等组成,后者由喷油泵,高压油管和喷油器组成.其功用是供给柴油机燃烧作功所需的燃油. (5)润滑系统 主要作用是润滑摩擦表面,以减少机件的磨损,延长使用寿命,降低摩擦功率损失,提高机械效率. (6)冷却系统 主要作用是维持柴油机受热零部件在合适的温度状态下工作. (7)起动系统 柴油机本身无自行起动能力.起动系统的任务就是使柴油机从停车状态发动起来. (8)调速装置 调速装置的作用是使柴油机能按外界阻力矩的变化而自动改变喷油泵的喷油量,从而使柴油机在选定转速下稳定运转. 此外,船舶柴油机还设有换向装置,并将起动,调速,换向和停车集中控制组成操纵系统.多数柴油机还设有增压系统,用于进一步提高柴油机作功能力. 三,柴油机的基本结构参数 (1)气缸直径D:气缸套的名义内径. (2)曲柄半径R:曲轴的曲柄销中心与主轴颈中心间的距离. (3)上止点(TDC):活塞在气缸中运动的最上端位置,也就是活塞离曲轴中心线最远的位置. (4)下止点(BDC):活塞在气缸中运动的最下端位置,也就是活塞离曲轴中心线最近的位置. (5)冲程(S),又称行程:活塞从上止点移动到下止点间的直线距离.它等于曲轴曲柄半径R的两倍(S=2R).活塞移动一个行程,相当于曲轴转动180°(曲轴转角). (6)气缸余隙容积(压缩室容积Vc):活塞在气缸内上止点时,活塞顶上的全部空间(活塞顶,气缸盖底面与气缸套表面之间所包围的空间)容积. (7)余隙高度(顶隙):上止点时活塞最高顶面与气缸盖底平面之垂直距离. (8)气缸工作容积(Vh):活塞在气缸中从上止点移动到下止点时所扫过的容积. (9)气缸总容积(Va):活塞在气缸内位于下止点时,活塞顶以上的气缸全部容积,亦称气缸最大容积.Va=Vc+Vh (10)压缩比(ε):气缸总容积与压缩室容积之比值,亦称几何压缩比.ε=Va/Vc=1+Vh/Vc 压缩比ε是柴油机主要性能参数之一,表示缸内工质被压缩程度.ε愈大,被压缩终点的压力,温度愈高,柴油机易起动,热效率也高,ε过高使柴油机工作粗暴,机械负荷过大,磨损加剧,消耗压缩功增大,机械效率降低,输出功率减小.ε可通过改变Vc来调节.柴油机压缩比约为12～22.中,高速机压缩比高于低速机.低速机:13～15,中速机:14～17,高速机:15～22,增压机:11～14(低散热少,增压后Pc,Tc相应高). 当气缸直径与活塞冲程确定后,气缸工作容积Vh也随着确定了,所以若要调整压缩比,可通过改变压缩容积Vc来实现.

第三节柴油机的工作原理 一,四冲程柴油机工作原理若柴油机工作循环的进气,压缩,燃烧,膨胀和排气五个过程是通过四个冲程(即曲轴回转两周)来完成的,这种柴油机就叫四冲程柴油机. 第一冲程——进气冲程 这一冲程的任务是使气缸内充满新鲜空气.活塞由上止点下行,进气阀已打开,由于气缸容积不断增大,缸内压力下降,依靠气缸内外的气压差作用,新鲜空气通过进气阀被吸入气缸.由于受流阻等影响,在进气过程的大部分时间里,气缸内压力低于大气压力,到下止点时,缸内气压的为0.08～0.95Mpa,温度约为30～70℃.这时,排气阀和喷油器均关闭. 为了使柴油机作功更完善,必须在进气过程尽可能多吸入新鲜空气.进气阀开启始点至上上点的曲柄转角叫做进气提前角.下止点到进气阀关闭位置的曲柄转角叫做进气延迟角(利用惯性进气).整个进气过程所占的总角度约为220～250°CA. 第二冲程——压缩冲程 这一冲程的任务是压缩第一冲程吸入的空气,提高空气的温度与压力,为柴油机燃烧及膨胀作功创造条件.活塞从下止点向上运动,自进气阀关闭开始压缩,一直到活塞到达上止点为止.活塞上行,气缸容积减少,缸内气体压力和温度随之升高,到达压缩终点时,压力增高到 3～6MPa,温度升至 600～700℃(柴油的自燃温度为270℃左右),通常压缩终点的气体压力和温度分别用Pc和tc表示. 四冲程机压缩过程所占的总角度约为140～160°CA. 第三冲程——燃烧和膨胀冲程 这一冲程的任务是完成两次能量转换.在活塞到达上止点前,燃油经喷油器以雾状喷入气缸的高温高压空气中,并与其混合,在上止点附近自燃,由于燃油强烈燃烧,使气缸内气体温度迅速上升到1400～1800℃或更高些,压力增加至5～8MPa,甚至13MPa以上.燃烧产生的最高压力称最高爆发压力,用pz表示,最高温度tz表示.高温高压燃气(即工质)膨胀推动活塞下行作功.在上止点后的某一时刻燃烧基本结束,燃气继续膨胀,到排气阀下止点前开启时膨胀过程结束.膨胀终了时气缸内气体压力pb约为0.25～0.45MPa,温度tb约为600～700℃. 四冲程机燃烧膨胀过程所占的总角度约为130～160°CA. 第四冲程——排气冲程 这一冲程的任务是将作功后的废气排出气缸外,为下一循环新鲜空气的进入提供条件.这一阶段,要求废气排得越干净越好,所以与进气阀启闭一样,排气阀也是提前开启,延迟关闭.排气阀开启时,活塞尚在下行,废气靠气缸内外压力差进行自由排气.从排气阀开启到下止点的曲柄转角叫做排气提前角.当活塞从下止点上行时,废气被活塞推出气缸,此时排气过程是在略高于大气压力(约1.05～1.1大气压),且在压力基本不变的情况下进行的.排气阀一直延迟到活塞到达上止点之后才关闭,这样可利用气流的惯性作用,继续排出一些废气.上止点到排气阀关闭位置的曲柄转角叫做排气延迟角. 四冲程机排气冲程所占的总角度约为210～240°CA. 二,四冲程柴油机的定时以上,下止点为基准,用曲柄转角表示的进排气阀,喷油器,起动阀开启和完全关闭的时刻总称为柴油机的定时(正时).各种柴油机的定时是不同的,说明书上常用表格或定时图来表示. 气阀启闭时刻称为配气定时,喷油器开启时刻称为喷油定时.起动阀启闭时刻称为起动定时. 在进气上止点前后进排气阀同时开启着,这段重叠的曲柄转角称为气阀重叠角.适当的气阀重叠角不仅不会使废气倒灌入进气管,而且还有利于废气的清除和新空气的充入.因为此时废气因流动惯性按原方向继续排出气缸,进气阀开度尚小,故不会向进气管内倒灌,且在惯性排气时,在燃烧室内形成低压,造成抽吸气体的有利条件,可将新气吸入气缸.新鲜气充入后又可更好地将废气扫出,实行了所谓"燃烧室扫气".新鲜的空气对燃烧室壁面能起到冷却作用. 三,二冲程柴油机的工作原理二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同,主要差异在配气机构方面.二冲程柴油机没有进气阀,有的连排气阀也没有,而是在气缸下部开设扫气口,排气口;或设扫气口与排气阀机构.并专门设置一个由运动件带动的扫气泵,及贮存压力空气的扫气箱,利用活塞与气口的配合完成配气,从而简化了柴油机结构. 第一冲程——扫气及压缩 活塞由下止点向上移动,活塞在遮住扫气口之前,由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气,通过扫气口进入气缸,气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口f扫出气缸.活塞继续上行,逐渐遮住扫气口,当扫气口完全关闭后,空气停止充入,排气还在进行,这阶段称为"过后排气阶段".排气口关闭时,气缸中的空气就开始被压缩.当压缩至上止点前时,喷油器将燃油喷入气缸,与高温高压的空气相混合,随即在上止点附近发火,自行着火燃烧.第二冲程——燃烧膨胀及排气 活塞在高温高压燃气的推动下,由上止点向下运动,对外膨胀作功,活塞下行直至排气口f打开,膨胀作功结束,气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管.当气缸内的压力降至接近扫气压力时(一般扫气箱中的扫气压力为0.105～0.140MPa),下行活塞把扫气口打开,扫气空气进入气缸,同时把气缸内的废气经排气口f赶出气缸.活塞运行到下止点,本冲程结束,但扫气过程一直继续到下一个冲程排气口关闭为止. 四,二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. 二冲程柴油机与四冲程柴油机比较,除有以上优缺点外,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.

第四节船舶柴油机的分类和型号 一,船舶柴油机的分类 柴油机的用途极为广泛,型号较多,但不论何种柴油机,其基本工作原理都是一样的,只是在不同的方面各有其特点而已.下面介绍一些常见的船舶柴油机分类型式: (1)按工作循环特点分:四冲程柴油机和二冲程柴油机. (2)按柴油机进气方式分:增压柴油机和非增压柴油机. (3)按柴油机转速和活塞平均速度分: 柴油机的速度可以用曲轴转速对或活塞平均速度Cm来表示.船舶柴油机可分为:低速机,中速机,高速机. 低速机具有经济性好,转速低,功率大,结构简单,工作可靠,可燃用劣质燃料的特点,广泛用于大型海轮主机.中速机常需经过减速器才能与螺旋桨相连,它可选择最佳的螺旋桨转速,另外中速机还具有重量轻,尺寸小,可多台柴油机联用等特点,它多用作河船和部分海船的主机.近年来由于中速机单机功率提高,用作海船主机的数量有了明显增加.高速柴油机在船上常用作应急发电机,应急救火泵,救生艇等的原动机,或作为河船,机帆船等小型船舶的主机. (4)按结构特点分:筒形活塞式柴油机和十字头式柴油机. (5)按气缸排列分:直列型(单列式)柴油机和V型排列柴油机. (6)按柴油机能否倒转分:可倒转式和不可倒转式. (7)按动力装置的布置分:左机和右机. 二,船舶柴油机的型号解释 每种柴油机都有自己特定的代号,称为柴油机的型号. (一)国产船用柴油机型号 (1)中小型柴油机:如SE350ZDC柴油机; (2)大型低速机:如12VESDZ30/55B柴油机; (二)几种常见国外机型型号解释 关干柴油机的型号表示,国际上没有统一标准,通常由若干字母和数字组成,但各国柴油机制造厂有自行的规定和说明.现列举常见几个国外厂家的船用低速柴油机型号. (1)瑞士SULZER船用低速柴油机 瑞士苏尔寿公司生产的船用低速柴油机有RD,RND,RMD—M,RLB,RTA,RTA—M等系列产品,如:6RTA84M柴油机. (2)德国MAN船用低速柴油机 德国曼恩公司生产的船用低速柴油机系列有KZ,KSZ—A,KSZ—B等系列产品,如:KSZ90/160B柴油机. (3)丹麦B&W船用低速柴油机 丹麦柏玛斯特——韦恩公司生产的低速船用柴油机有VTBF,VT2BF,K-EF,KFF,KGF,L—GF,S—MC,S—MCE等系列产品,如:S35MCE柴油机.

支持科普！！！！！～～ [em01][em01][em01]

似乎MAN和B&W合并了，还有国内常用的瓦锡兰，外文的不会拼，似乎是荷兰的，记不清了，还请那位大虾指正！

<div class="quote">以下是引用ladon在2005-11-8 22:14:00的发言： 14缸RTA96C船用柴油主机

这是曲轴（不是14缸的）详情请见下面地址：<a href="http://www.bath.ac.uk/~ccsshb/12cyl/" target="_blank">http://www.bath.ac.uk/~ccsshb/12cyl/</a>[em07] </div>这是我见过的最大的曲轴!

<div class="quote">以下是引用闲云潭影在2005-11-8 13:44:00的发言： 坐下来听课.....</div>努力学习!!!

[em06]感觉象课本还好<轮机概论>是选修

<div class="quote">以下是引用shipbuilder8064在2006-2-18 22:13:00的发言： 似乎MAN和B&W合并了，还有国内常用的瓦锡兰，外文的不会拼，似乎是荷兰的，记不清了，还请那位大虾指正！</div>MAN和B&W的确合并了， 瓦锡兰吃掉了苏尔寿， 但是编号规则似乎没变，毕竟一个品牌的成长是极其艰难的， 况且是在船机这种寡头垄断的市场。 俺觉得这个无伤大雅，非本行的不需要知道，所以没改。 反观我们的“红旗”，实在是令人扼腕啊[em04]

<div class="quote">以下是引用AIM-47在2006-2-19 11:13:00的发言： [em06]感觉象课本还好<轮机概论>是选修</div>恭喜猎鹰猜中了[em07]就是从课本里摘出来的。猎鹰是读什么专业的？？？既然有《轮机概论》，应该也是半个同行啊[em02]

瓦锡拉是芬兰的.我好歹也在X65厂干过几年喷油嘴调速器.我们上面机种的配件都做过(500HP以上的)

<div class="quote">以下是引用轰炸东京！在2006-2-19 13:11:00的发言： 瓦锡拉是芬兰的.我好歹也在X65厂干过几年喷油嘴调速器.我们上面机种的配件都做过(500HP以上的)</div>老兄也是半个同行啊[em02]幸会，幸会[em10]给俺们上些喷油系统的资料吧，最好是大型中速机的[em07]

[此贴子已经被作者于2006-2-20 10:42:34编辑过]

俺也算是个学动力的，楼上的诸位能不能说说大连的那个5万马力的重柴？

可能很多朋友都想不到，在天朝的柴油机技术现代化进程里，除了我们耳熟能详的MTU、皮尔斯蒂克之外，在中小型柴油机领域，还有一个奥地利的AOL公司。某厂原来的12V190机功率是900Kw，而与AOL合作开发的新12V190机功率是1700Kw。

是和奇瑞合作的那家吗?

正是此店[em07]

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