柴油機基礎知識

（優(yōu)選）柴油機基礎知識目前一頁\總數(shù)六十五頁\編于點目錄第一章內燃機車柴油機的基本知識

第二章柴油機的受力分析第三章固定件第四章運動件第五章柴油機的配氣機構

第六章進、排氣系統(tǒng)

第七章燃油的供給與燃燒

第八章柴油機的調節(jié)與控制

第九章機油系統(tǒng)

第十章冷卻水及預熱系統(tǒng)

第十一章柴油機總成及工作特性

目前二頁\總數(shù)六十五頁\編于點第一章內燃機車柴油機的基本知識第一節(jié)柴油機的主要特點

第二節(jié)柴油機的基本知識

第三節(jié)柴油機的分類、型號及轉向目前三頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前四頁\總數(shù)六十五頁\編于點?#?返回3目前五頁\總數(shù)六十五頁\編于點

船用中速柴油機

低速柴油機

目前六頁\總數(shù)六十五頁\編于點一、概述

發(fā)動機：將一種能量轉變?yōu)闄C械能的機器。根據(jù)能量轉變方式不同，分為：風力機、水力機、熱機等。

熱機：把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉化為機械能的發(fā)動機。根據(jù)燃料進行燃燒過程所處的地點不同，分：外燃機、內燃機。

外燃機：燃料在發(fā)動機的外部進行燃燒的熱機，如蒸汽機、汽輪機等。

內燃機：燃料直接在發(fā)動機內部進行燃燒的熱機。又分為：往復運動活塞式內燃機（汽油、柴油、煤氣機等）旋轉式內燃機（燃氣輪機、旋轉活塞發(fā)動機等）第一節(jié)柴油機的主要特點目前七頁\總數(shù)六十五頁\編于點返回機體曲軸連桿氣缸套進氣濾清器進氣門噴油器排氣門排氣管氣缸蓋活塞活塞銷挺住凸輪軸目前八頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前九頁\總數(shù)六十五頁\編于點二、柴油機的主要特點１、熱效率高柴油機的最高有效效率達46％，而往復式蒸汽機只有11—16％，汽油機是35％，燃氣輪機是30％。熱效率高，標志著發(fā)動機的經(jīng)濟性好，即燃料的消耗量少。２、功率范圍廣、適應性好目前柴油機氣缸直徑一般為55~1600mm；單機功率0.59~40440kW；同一型號柴油機經(jīng)過少量改裝，又可以適應多種不同用途的需要。目前十頁\總數(shù)六十五頁\編于點３、結構緊湊４、使用操作方便、啟動快通常情況下，柴油機能在3～5秒內起動起來，并能在很短時間內達到最大功率，正常運行過程中不需要進行繁重的復雜操作。５、工作壽命長６、結構復雜、工藝要求高、修理運用技術高。目前十一頁\總數(shù)六十五頁\編于點第二節(jié)柴油機的基本知識

一、柴油機的一些術語（一）氣缸直徑Ｄ（毫米），氣缸的內圓孔直徑。

（二）止點活塞在氣缸內運動的極端位置稱為止點，或死點。上止點：當活塞距曲軸中心線最遠的位置。下止點：當活塞距曲軸中心線最近的位置。（三）沖程即活塞行程，指上、下止點的距離，Ｓ（毫米）?；钊苿右粋€行程曲軸旋轉180度，Ｓ＝2r（r為曲柄半徑）。目前十二頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前十三頁\總數(shù)六十五頁\編于點（四）氣缸容積活塞頂、氣缸套及氣缸蓋間包圍的空間，單位為升。燃燒室容積Ｖｃ：活塞位于上止點時氣缸容積，最小容積；氣缸工作容積Ｖh：活塞從一個止點到另一個止點所掃過的氣缸容積；氣缸總容積Ｖa：活塞位于下止點時氣缸容積；最大容積。Ｖa＝Ｖh＋Ｖc

活塞排量：Ｖh代表單個活塞工作一次后的理論排氣量。（五）工質氣缸內的工作介質。目前十四頁\總數(shù)六十五頁\編于點（六）壓縮比氣缸總容積與燃燒室容積之比值，稱幾何壓縮比或名義壓縮比，用ε表示。ε＝Ｖa／Ｖc＝（Ｖc＋Ｖh）／Ｖc

＝1＋Ｖh／Ｖc

ε表示工質在缸內被壓縮的程度，對運轉可靠性和經(jīng)濟性有較大影響。一般為ε＝12～22，機車用ε＝12～14.5。（七）工作循環(huán)（八）四沖程和二沖程目前十五頁\總數(shù)六十五頁\編于點二、柴油機的工作原理（一）四沖程柴油機的工作原理

１、進氣過程：活塞從上止點移動到下止點，進氣門開，排氣門關。進氣過程開始時，活塞位于上止點位置，氣缸內殘留著上次循環(huán)未排凈的殘余廢氣，它的壓力稍高于大氣壓力，約為110～120KPa。當曲軸旋轉時，通過連桿帶動活塞向下移動，同時進氣門打開，隨著活塞下移，氣缸內部容積增大，壓力隨之減少，當壓力低于大氣壓力時，外部新鮮空氣開始被吸入氣缸，直到活塞移動到下止點位置，氣缸內充滿了新鮮空氣。目前十六頁\總數(shù)六十五頁\編于點在新鮮空氣進入氣缸的過程中，由于受空氣濾清器、進氣管、進氣門等阻力的影響，進氣終了時氣缸內氣體壓力Ｐ＝80～90KPa，又因空氣從高溫的殘余廢氣和燃燒室壁吸收熱量，ｔ＝50～70度。進氣門早開晚關。進氣提前角θi，進氣滯后角θi′。目前十七頁\總數(shù)六十五頁\編于點２、壓縮過程活塞由下止點移到上止點，進、排氣門全關。過程開始活塞在下止點，活塞上移，氣缸內容積逐漸減小，新鮮空氣被壓縮，壓力和溫度隨著升高。為實現(xiàn)高溫氣體引燃柴油的目的，柴油機都具有較大的壓縮比，使壓縮終了時，Ｔ＝780～1000Ｋ，Ｐ＝2500～3500KPa。噴油提前。目前十八頁\總數(shù)六十五頁\編于點３、燃燒膨脹過程噴入氣缸內的燃料在高溫空氣中著火燃燒，產(chǎn)生大量熱能，使氣缸內的溫度、壓力急劇升高，高溫、高壓氣體推動活塞向下移動，通過連桿帶動曲軸轉動。實現(xiàn)熱能轉化為機械能，工作行程。Ｐz＝10000～14000KPaＴ＝1700～2100K目前十九頁\總數(shù)六十五頁\編于點４、排氣過程過程開始氣缸內充滿了燃料燃燒并膨脹作功的廢氣，排氣門打開后，廢氣隨著活塞上移，被排出氣缸之外。排氣門早開晚關。排氣提前角θe，排氣滯后角θe′。目前二十頁\總數(shù)六十五頁\編于點?#?返回26目前二十一頁\總數(shù)六十五頁\編于點（二）實際工作循環(huán)特點１、進、排氣門早開晚關，氣門重疊角。２、燃燒膨脹過程為工作過程，其余為輔助過程，消耗能量。３、借助于外力啟動。４、進、排氣門各啟閉一次，噴油一次，一個工作循環(huán)內，曲軸轉２轉，凸輪軸轉１轉。目前二十二頁\總數(shù)六十五頁\編于點（三）曲軸轉角和配氣相位圖１、曲軸轉角通常將曲軸轉一轉時等分成360度，它的０度和360度皆與活塞上止點位置相對應。四沖程柴油機在一個工作循環(huán)中每一缸活塞有兩個上止點，一個是壓縮上止點或稱發(fā)火上止點，曲軸轉角通常作為０度，另一個是換氣上止點，曲軸轉角通常作為360度。目前二十三頁\總數(shù)六十五頁\編于點２、配氣相位圖在直角坐標圖上，活塞的上、下止點分別位于縱坐標的上方和下方，坐標的中心代表曲軸轉動中心，按曲軸的轉動方向標出進氣門和排氣門啟、閉位置的圖形稱為配氣相位圖。目前二十四頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前二十五頁\總數(shù)六十五頁\編于點第一沖程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內。

第二沖程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮。二沖程汽油機的工作原理

目前二十六頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前二十七頁\總數(shù)六十五頁\編于點二沖程柴油機的工作原理

二沖程柴油機和二沖程汽油機工作類似，所不同的是，柴油機進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的沖行程柴油機工作過程如下目前二十八頁\總數(shù)六十五頁\編于點第一沖程：活塞從下止點向上止點運動，行程開始前不久，進氣孔和排氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當活塞繼續(xù)向上運動進氣孔被關閉，排氣門也關閉，空氣受到壓縮，當活塞接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使氣缸內壓力增大。

目前二十九頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前三十頁\總數(shù)六十五頁\編于點第二沖程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向下運動，對外作功，當活塞下行到大約2/3行程時，排氣門開啟，排出廢氣，氣缸內壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運動1/3行程進氣孔關閉結束。

目前三十一頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前三十二頁\總數(shù)六十五頁\編于點三、柴油機的基本組成

（一）固定件作用：安裝和支承的基礎。組成：機體、主軸承、氣缸、氣缸蓋、油底殼等。

（二）運動件主要指柴油機中作功、傳遞和輸出功率的曲柄連桿機構。作用：改變運動形式、傳遞作用力、輸出功率。組成：活塞組、連桿組、曲軸組。目前三十三頁\總數(shù)六十五頁\編于點（三）配氣機構作用：控制進、排氣門的開啟和關閉，保證吸新排廢，使柴油機正常工作。組成：凸輪軸、推桿、挺柱、搖臂、氣門及氣門彈簧等。

（四）進、排氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)：空濾器、壓氣機、中冷器、穩(wěn)壓箱、進氣管道等；

排氣系統(tǒng)：排氣支管、排氣總管、排氣消聲器、渦輪機等。目前三十四頁\總數(shù)六十五頁\編于點?#?返回40目前三十五頁\總數(shù)六十五頁\編于點（五）燃油系統(tǒng)作用：定時、定量地向燃燒室噴入燃油。組成：燃油箱、燃油輸送泵、燃油濾清器、噴油泵、噴油器及有關管路。（六）調控系統(tǒng)作用：調節(jié)每一工作循環(huán)供油量與負荷相適應，并能防止飛車和過載。

組成：調速器、杠桿系統(tǒng)、超速保護裝置、緊急停車裝置等。目前三十六頁\總數(shù)六十五頁\編于點（七）機油系統(tǒng)作用：將機油送到柴油機運動件各摩擦表面，以減少運動件的磨損和摩擦阻力。

組成：啟動機油泵、主機油泵、機油濾清器、熱交換器及機油管道。（八）冷卻水系統(tǒng)

作用：傳遞和散發(fā)柴油機工作時產(chǎn)生的熱量，防止柴油機過熱。組成：膨脹水箱、高低溫水泵、中冷器、散熱器及有關管路。目前三十七頁\總數(shù)六十五頁\編于點第三節(jié)柴油機的分類、型號及轉向一、柴油機的分類（一）以氣缸布置的型式來分１．立式柴油機２．Ｕ型柴油機３．對動活塞式柴油機４．Ｖ型柴油機目前三十八頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前三十九頁\總數(shù)六十五頁\編于點（二）以完成工作循環(huán)所需的沖程數(shù)分１．四沖程柴油機２．二沖程柴油機（三）按曲軸轉速及活塞平均速度分

曲軸轉速ｎ（轉／分）：

低速≤300中速＝300～1000高速〉1000活塞平均速度cｍ（米／秒）：

低速<6中速＝6～9高速＝9～13目前四十頁\總數(shù)六十五頁\編于點（四）按進氣狀態(tài)分⑴以空氣進入氣缸的狀態(tài)分：１．非增壓柴油機２．增壓柴油機

⑵以壓氣機的驅動方式分：１．機械增壓柴油機２．廢氣渦輪增壓柴油機

⑶以空氣被增壓的程度分：

１．低增壓≤166.6２．中增壓＝166.6～245３．高增壓＝245～343４．超高增壓〉343目前四十一頁\總數(shù)六十五頁\編于點（五）按燃燒室的結構特征分１．直接噴射燃燒室式柴油機２．間接噴射式燃燒室式柴油機目前四十二頁\總數(shù)六十五頁\編于點二、柴油機的型號、氣缸編號及曲軸轉向

１、型號：⑴首部：系列符號、換代標志符號；⑵中部：缸數(shù)符號氣缸排列型式：Ｖ－Ｖ型Ｐ－平臥型無－直立式或單缸臥式?jīng)_程符號：Ｅ－二沖程無－四沖程缸徑符號目前四十三頁\總數(shù)六十五頁\編于點⑶后部：

結構特征符號：無－水冷式Ｆ－風冷式Ｎ－凝氣冷卻Ｓ－十字頭式Ｄ－可逆轉（直接換向）Ｚ－增壓式用途特征符號：無－通用型Ｔ－拖拉機用Ｍ－摩托車用Ｇ－工程機械用Ｑ－車用Ｊ－鐵路機車用Ｄ－發(fā)電機組用

⑷尾部：區(qū)分符號。如：16V240ZJB、10E207J目前四十四頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前四十五頁\總數(shù)六十五頁\編于點我國于1982年頒布于新的國家標準(GB725-1982)，對內燃機產(chǎn)品的名稱飛型號及編制規(guī)則進行了規(guī)范廣該標準的主要內容如下：(1)內燃機產(chǎn)品的名稱均按所采用的燃料類型命名，例如柴油機、汽油機、石油天然氣發(fā)動機等。(2)內燃機型號由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。目前四十六頁\總數(shù)六十五頁\編于點(3)內燃機型號由四部分組成，其排列順序及符號意義如下面框圖所示：例：12V110F——表示十二缸、V形排列、四行程、缸徑110mm、風冷、不增壓發(fā)動機；1E65F——表示單缸、二行程、缸徑65mm、風冷、通用型發(fā)動機；4100Q-4——表示四缸、直列式、四沖程、缸徑100mm、汽車用第四種變型發(fā)動機。目前四十七頁\總數(shù)六十五頁\編于點２、曲軸轉向站在輸出端向自由端看，凡輸出端曲軸順時針轉為“右轉”，逆時針旋轉為“左轉”。多軸式柴油機的轉向以主輸出軸轉向為準。

３、氣缸編號由功率輸出端朝自由端看，以垂直于輸出軸中心線的水平線為基準，從該水平線右側逆時針方向依次決定氣缸列數(shù)Ⅰ、Ⅱ…。氣缸編號從Ⅰ列自由端開始，由前向后依次編號，整臺柴油機的氣缸號碼誤應連續(xù)。目前四十八頁\總數(shù)六十五頁\編于點柴油機的汽缸編號目前四十九頁\總數(shù)六十五頁\編于點第四節(jié)柴油機的技術經(jīng)濟指標目前五十頁\總數(shù)六十五頁\編于點

1、動力性能指標①有效轉矩Te

②有效功率Pe

式中：Te—有效轉矩，N·m；

n—曲軸轉速，r/min。

③平均有效壓力pme:單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功④發(fā)動機轉速n：即曲軸轉速，r/min目前五十一頁\總數(shù)六十五頁\編于點在發(fā)動機產(chǎn)品標牌上規(guī)定的有效功率及其相應的轉速分別稱作標定功率和標定轉速。發(fā)動機在標定功率和標定轉速下的工作狀況稱作標定工況。目前五十二頁\總數(shù)六十五頁\編于點②有效熱效率:燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉化為有效功的百分數(shù)稱為有效熱效率，記作

ηe。2、經(jīng)濟性能指標①有效燃油消耗率ge：單位時間內單位有效功的燃油消耗量，通常用ge表示，其單位為g/kW·h3、強化指標強化指標是指發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標，一般包括升功率和強化系數(shù)等。4、緊湊性指標用來表征發(fā)動機總體結構緊湊程度的指標，通常用比容積和比質量衡量。①比容積②比質量目前五十三頁\總數(shù)六十五頁\編于點

5、環(huán)境性能指標

①排放：有害氣體CO、HC、NOx、顆粒物PM

②噪音③溫室氣體：

二氧化碳CO2等6、可靠性指標表征發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標。7、耐久性指標指發(fā)動機主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間。目前五十四頁\總數(shù)六十五頁\編于點1、速度特性曲線發(fā)動機在油量調節(jié)機構(節(jié)氣門開度)保持不變的情況下，性能指標隨發(fā)動機曲軸轉速變化的關系稱為發(fā)動機的速度特性曲線。第五節(jié)發(fā)動機特性曲線發(fā)動機的主要性能指標隨其調整狀況及運行工況(負荷、轉速)變化而變化的關系曲線稱為發(fā)動機的特性曲線。目前五十五頁\總數(shù)六十五頁\編于點當油量控制機構在最大位置時，測得的特性為全負荷速度特性(簡稱外特性，只有一條）油量低于最大位置時的速度特性，稱為部分負荷速度特性。（無數(shù)條）由于外特性上反映了內燃機所能達到的最高性能，確定了最大功率、最大轉矩以及對應的轉速，因而是十分重要的，所有發(fā)動機出廠時都必須提供該特性。目前五十六頁\總數(shù)六十五頁\編于點發(fā)動機負荷率：發(fā)動機在某一轉速下發(fā)出的有效功率與相同轉速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值。

2、發(fā)動機工作狀況通常用功率和曲軸轉速來表示。目前五十七頁\總數(shù)六十五頁\編于點目前五十八頁\總數(shù)六十五頁\編于點解放CA6102型發(fā)動機，其活塞行程為114.3mm，試計算出該發(fā)動機的排量