之前我在讲到船舶大型低速柴油机的时候，有简要讲过大型低速柴油机是靠压缩空气起动，今天我再写压缩空气起动，是想借助瓦锡兰的14RT-flex96C船用低速柴油机，来详细讲解柴油机压缩空气起动的原理。

大型船舶

什么是柴油机的起动

要知道柴油机是如何靠压缩空气起动，我们首先还是要搞懂什么是柴油机的起动。柴油机的起动，是依靠外力作用，使柴油机克服运转时的阻力，来完成柴油机的吸气、压缩、喷油等工作行程，使其达到一定的运转速度，满足发火条件，而实现自行发火运转。这样想起动柴油机的话就必须要有足够大的外作用力使其达到一定的转速。

柴油机的工作原理

为何说要有足够大的外作用力？这是因为想要通过外力让柴油机转动起来，就必须要克服柴油机运转时的阻力，这个阻力除了柴油机运转部件的摩擦阻力，最大的阻力来自于气缸。想让燃油发火，就必须通过活塞压缩缸内空气，使其达到发火条件。外力驱使活塞去压缩空气的话，被压缩的空气也会产生一个反力来阻止被压缩，如果外力不够大，就无法继续压缩，也就达不到发火条件。

为何说要达到一定的转速呢？这是因为柴油机的转速过低的话，压缩过程进程缓慢，气体通过气缸壁散热较多和气体通过活塞环泄漏较多，导致柴油机压缩终点温度较低，无法满足燃油自燃发火条件，使柴油机无法正常起动。一般来说各型柴油机的最低起动转速有一定的差异，高速柴油机：80~150r/min；中速柴油机：60~70r/min；低速柴油机：10~30r/min。

外力如何使柴油机运转

知道了什么是柴油机的起动后，那么外力是如何使柴油机运转的？柴油机的外力作用可分为两种：一种是外力矩作用在曲轴上，使曲轴运转起来，比如手摇、电动机起动和气动马达起动等；第二种就是外力作用在活塞上，使活塞运动，带动曲轴运转，比如压缩空气起动。

手摇起动柴油机

为何14RT-flex96C会选用压缩空气起动

为何14RT-flex96C会选用压缩空气起动呢？咱们先看它的数据：14RT-flex96C是一款采用直列14缸设计的船用柴油发动机，功率接近10.9万马力，长27.3米，高13.5米，装机总重2446吨（净重2300吨），转速102转/分，使用重油，可倒转，热效率达到50%。

14RT-flex96C船用柴油机

通过它的参数我们可以知道该款柴油机的缸径达到了960mm；同时因为其低转速，所以柴油机的冲程也比较长。如果外力作用在曲轴上来驱动柴油机的话，因为柴油机的冲程较长，那么曲轴的回转半径也大，这样作用在曲轴上的扭矩一定时，力臂越长，其能作用在活塞上的作用力越小；而通过千斤顶的原理也可以知道，压力一定时，活塞的面积越大，其作用力越大。这样如果想在曲轴端来驱动柴油机运转的话，就需要更大的扭矩；反之如果把外力直接作用在活塞上，需要的力可以更小。这也就是为何14RT-flex96C适合用压缩空气起的原因之一。

低速机的曲轴

除了结构上原因，压缩空气本身具有很大的能量，也非常适合柴油机的启动。用来起动柴油机的压缩空气压力一般在2.5~3.0MPa之间，如果选用的是3.0MPa的压缩空气来起动柴油机，那么作用在一个平方厘米面积上的力，就高达三十公斤。我们假设直径50厘米的活塞，它的顶部面积有1962.5平方厘米，3.0Mpa的压力作用在上面就会有58875公斤也就是577KN左右的的作用力。这么大的作用力来推动活塞运动的话，实在是太容易了。实际上普通的低速柴油机大于1.5MPa的压力，新型低速柴油机大于1.0MPa的压力，就能正常启动了。当然除了大型低速柴油机，很多中小型的柴油机也有采用压缩空气起动的。

发动机的工作

压缩空气起动装置的组成

压缩空气起动装置的主要组成部分：空气压缩机、空气瓶、主起动阀、空气分配器、起动控制阀和气缸起动阀等。

气缸起动阀和空气分配器的结构原理

压缩空气起动装置的原理

在起动前，空压机要向空气瓶充气，以达到规定压力（2.5~3.0MPa）作为备用。

将要起动时，先打开空气瓶出气阀、截止阀，使压缩空气沿管路通至主起动阀和起动控制阀等处等候。

起动时，当接到起动指令时，将起动手柄推到“起动”位置。这时，起动控制阀开启，控制用的压缩空气进入主起动阀，开启主起动阀。主起动阀打开后，压缩空气分为两路：一路经空气总管进入各缸的气缸起动阀处等候；另一路作为控制用的压缩空气，进入空气分配器，根据柴油机的发火循序，依次控制打开各缸气缸起动阀，使在此等候的压缩空气进入气缸，推动活塞运动来驱动曲轴旋转。当柴油机达到了要求的起动转速后，迅速将燃油手柄推至起动供油位置。

当柴油机启动后，立即关闭起动控制阀，切断起动空气。主起动阀随即关闭，气缸起动阀上部的控制空气经空气分配器释放，气缸起动阀关闭。至此，起动过程结束。

压缩空气起动装置的原理

后话

上面讲的起动方法，其实只能算是空气起动的最基本原理，在电控机越来越普遍的时代，压缩空气起动的过程可以由电控系统来控制，有了很大的改变。有兴趣的小伙伴们可自行去查阅相关资料。

差点忘了还有一个问题：有些人可能会担心如果一次没能起动成功该怎么办呢？其实规范对于压缩空气起动装置作了要求：主机的起动空气瓶至少应有两个，其总容积应在不充气的条件下，满足每台可换向（柴油机倒转）的主机，能从冷机连续起动不少于12次；对每台不能换向的主机能从冷机连续起动不少于6次。

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作者：小船人的梦想 2019年1月6号