之前我在講到船舶大型低速柴油機的時候，有簡要講過大型低速柴油機是靠壓縮空氣起動，今天我再寫壓縮空氣起動，是想借助瓦錫蘭的14RT-flex96C船用低速柴油機，來詳細講解柴油機壓縮空氣起動的原理。

大型船舶

要知道柴油機是如何靠壓縮空氣起動，我們首先還是要搞懂什么是柴油機的起動。柴油機的起動，是依靠外力作用，使柴油機克服運轉時的阻力，來完成柴油機的吸氣、壓縮、噴油等工作行程，使其達到一定的運轉速度，滿足發火條件，而實現自行發火運轉。這樣想起動柴油機的話就必須要有足夠大的外作用力使其達到一定的轉速。

柴油機的工作原理

為何說要有足夠大的外作用力？這是因為想要通過外力讓柴油機轉動起來，就必須要克服柴油機運轉時的阻力，這個阻力除了柴油機運轉部件的摩擦阻力，最大的阻力來自于氣缸。想讓燃油發火，就必須通過活塞壓縮缸內空氣，使其達到發火條件。外力驅使活塞去壓縮空氣的話，被壓縮的空氣也會產生一個反力來阻止被壓縮，如果外力不夠大，就無法繼續壓縮，也就達不到發火條件。

為何說要達到一定的轉速呢？這是因為柴油機的轉速過低的話，壓縮過程進程緩慢，氣體通過氣缸壁散熱較多和氣體通過活塞環泄漏較多，導致柴油機壓縮終點溫度較低，無法滿足燃油自燃發火條件，使柴油機無法正常起動。一般來說各型柴油機的最低起動轉速有一定的差異，高速柴油機：80~150r/min；中速柴油機：60~70r/min；低速柴油機：10~30r/min。

知道了什么是柴油機的起動后，那么外力是如何使柴油機運轉的？柴油機的外力作用可分為兩種：一種是外力矩作用在曲軸上，使曲軸運轉起來，比如手搖、電動機起動和氣動馬達起動等；第二種就是外力作用在活塞上，使，帶動曲軸運轉，比如壓縮空氣起動。

手搖起動柴油機

為何14RT-flex96C會選用壓縮空氣起動呢？咱們先看它的數據：14RT-flex96C是一款采用直列14缸設計的船用柴油發動機，功率接近10.9萬馬力，長27.3米，高13.5米，裝機總重2446噸（凈重2300噸），轉速102轉/分，使用重油，可倒轉，熱效率達到50%。

14RT-flex96C船用柴油機

通過它的參數我們可以知道該款柴油機的缸徑達到了960mm；同時因為其低轉速，所以柴油機的沖程也比較長。如果外力作用在曲軸上來驅動柴油機的話，因為柴油機的沖程較長，那么曲軸的回轉半徑也大，這樣作用在曲軸上的扭矩一定時，力臂越長，其能作用在活塞上的作用力越小；而通過千斤頂的原理也可以知道，壓力一定時，活塞的面積越大，其作用力越大。這樣如果想在曲軸端來驅動柴油機運轉的話，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。這也就是為何14RT-flex96C適合用壓縮空氣起的原因之一。

低速機的曲軸

除了結構上原因，壓縮空氣本身具有很大的能量，也非常適合柴油機的啟動。用來起動柴油機的壓縮空氣壓力一般在2.5~3.0MPa之間，如果選用的是3.0MPa的壓縮空氣來起動柴油機，那么作用在一個平方厘米面積上的力，就高達三十公斤。我們假設直徑50厘米的活塞，它的頂部面積有1962.5平方厘米，3.0Mpa的壓力作用在上面就會有58875公斤也就是577KN左右的的作用力。這么大的作用力來推動的話，實在是太容易了。實際上普通的低速柴油機大于1.5MPa的壓力，新型低速柴油機大于1.0MPa的壓力，就能正常啟動了。當然除了大型低速柴油機，很多中小型的柴油機也有采用壓縮空氣起動的。

發動機的工作

壓縮空氣起動裝置的主要組成部分：空氣壓縮機、空氣瓶、主起動閥、空氣分配器、起動控制閥和氣缸起動閥等。

氣缸起動閥和空氣分配器的結構原理

在起動前，空壓機要向空氣瓶充氣，以達到規定壓力（2.5~3.0MPa）作為備用。

將要起動時，先打開空氣瓶出氣閥、截止閥，使壓縮空氣沿管路通至主起動閥和起動控制閥等處等候。

起動時，當接到起動指令時，將起動手柄推到“起動”位置。這時，起動控制閥開啟，控制用的壓縮空氣進入主起動閥，開啟主起動閥。主起動閥打開后，壓縮空氣分為兩路：一路經空氣總管進入各缸的氣缸起動閥處等候；另一路作為控制用的壓縮空氣，進入空氣分配器，根據柴油機的發火循序，依次控制打開各缸氣缸起動閥，使在此等候的壓縮空氣進入氣缸，推動來驅動曲軸旋轉。當柴油機達到了要求的起動轉速后，迅速將燃油手柄推至起動供油位置。

當柴油機啟動后，立即關閉起動控制閥，切斷起動空氣。主起動閥隨即關閉，氣缸起動閥上部的控制空氣經空氣分配器釋放，氣缸起動閥關閉。至此，起動過程結束。

壓縮空氣起動裝置的原理

上面講的起動方法，其實只能算是空氣起動的最基本原理，在電控機越來越普遍的時代，壓縮空氣起動的過程可以由電控系統來控制，有了很大的改變。有興趣的小伙伴們可自行去查閱相關資料。

差點忘了還有一個問題：有些人可能會擔心如果一次沒能起動成功該怎么辦呢？其實規范對于壓縮空氣起動裝置作了要求：主機的起動空氣瓶至少應有兩個，其總容積應在不充氣的條件下，滿足每臺可換向（柴油機倒轉）的主機，能從冷機連續起動不少于12次；對每臺不能換向的主機能從冷機連續起動不少于6次。

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作者：小船人的夢想 2019年1月6號