柴油机的知识

1、柴油机知识第一节 概述自然界蕴藏着各种丰富的能量资源，如水力、风力、燃料、原子能等。人们在长期的劳 动实践中，逐步探索研究出了许多种类型的机器，利用自然界的能源来为人类做功。柴油机 就是人类利用柴油燃烧产生的热能使之转化为机械能，带动绞车、钻井泵等进行工作的一种 机器。凡是将某种能量转变为机械能的装置统称为发动机。根据所使用的能量不同，发动机可 分为风力发动机、水力发动机、电力发动机、原子能发动机、热力发动机等等。把燃料燃烧产生的热能转变为机械能的机器称做热力发动机（简称热机） 。在热机中， 根据燃料燃烧时的地点不同，热机又可分为外燃机和内燃机两大类。燃料在发动机外部燃烧 的热机叫外燃机， 如

2、蒸汽机、 汽轮机等。 燃料在发动机内部燃烧的热机叫内燃机， 如柴油机、 汽油机等。由于内燃机在许多方面优于外燃机，因而内燃机在各方面得到了广泛的应用。一、内燃机的分类 内燃机按照所采用的燃料、工作循环过程、结构型式和用途等的不同，可分为以下几种 类型。（1）按照所用的燃料分类可分为柴油机、汽油机、天然气机等。（ 2）按照工作过程分类可分为二冲程、四冲程。二冲程是活塞移动两个冲程，完成一 个工作循环。四冲程是活塞移动四个冲程，完成一个工作循环。（ 3）按照缸数分类可分为单缸、多缸。单缸是指一台内燃机只有一个汽缸。多缸是指 一台内燃机具有两个或两个以上汽缸。多缸内燃机根据汽缸排列方式不同，又可分为

3、以下几 种型式： 直列立式是指所有汽缸中心线在同一垂直平面内； 直列卧式是指所有汽缸中心线在同一水平平面内； “V”形式是指汽缸中心线分别在两个平面内，并且两平面相交呈“V ”形； “W”形式是指汽缸中心线分别在三个平面内，并且三平面相交呈“W ”形。（4）按照冷却方式分类可分为风冷、水冷。风冷是利用空气作为冷却介质。水冷是利 用水作为冷却介质。（5）按照进气方式分类可分为增压、非增压。非增压是指内燃机上没有增压器，空气 是靠活塞的抽吸作用进入汽缸。增压是指在内燃机上安装有增压器，空气通过增压器提高压 力，然后进入汽缸。增压内燃机根据进入汽缸内的空气压力不同，又可分为低增压、中增压 和高增压。

4、（ 6）按照点火方式分类可分为点燃式、压燃式。点燃式是利用外界热源点燃燃料，使 其着火燃烧。汽油机、天然气机就属于点燃式。压燃式是利用汽缸内的空气被高度压缩后所 产生的高温，使燃料自行着火燃烧。柴油机就属于压燃式。（7） 按照转速分类可分为高速（1000r/min以上）、中速（6001000r/min）和低速 （600r/ min 以下）。（8） 按照用途分类可分为固定式 （发电）、移动式（船舶、工程机械、机车）等。二、内燃机的名称和型号为了便于对内燃机的管理和使用，国家对内燃机的名称和型号的编制方法做了统一规 定，主要有以下几项内容。1 内燃机的名称内燃机的名称一般按照所使用的燃料来命名，如

5、柴油机、汽油机、天然气机等。2.内燃机的型号内燃机的型号应能反映出它的主要结构及性能，其主要内容有以下四项：（1） 汽缸数用数字表示每台机器具有的汽缸数目，一般放在型号的首部，如4、6、12 分别表示4缸、6缸、12缸。（2）机型系列汽缸直径和冲程数，一般标注在中部，汽缸直径用数字表示，其单位为mm，如160、190表示其汽缸直径为 160mm、190mm，二冲程用 E表示，四冲程不加标记。（3） 变型符号用数字表示内燃机属于该机型的第几次变型产品，如2表示第二次变型产品，有的内燃机用 A、B、C来表示其变型次数，如PZ12V190B型柴油机中的B即表示第二次变型产品。（4）用途及结构特点符号

6、用字母表示内燃机的主要用途和不同的结构特点，常见的字母符号有Q （汽车用）、T （拖拉机用）、C （船用）、J （铁路牵引用）、G （工程机械）、Z （增 压）、F （风冷）等，后两项内容标在型号的尾部。内燃机的型号排列顺序如下：变型符号特征符可冲程缸數型号举例：如国产Z12V190B型柴油机，Z表示增压、12表示12只缸、V表示汽缸“V ” 形排列、190表示汽缸直径为190mm、B表示第二次改进。海上钻井平台常用进口的CATERPILLAR 柴油机主要是 3500系列有3516A、3512B、 3516B、12、16 表示缸数B 电控35-表示柴油机系列A 机械第二节柴油机工作原理由于柴油

7、机具有功率大、 结构紧凑、轻巧、便于搬动和安装、燃料和水消耗较小等特点, 目前在石油钻井中，多数采用它作为动力机械，因此在这里仅对柴油机进行分析。一、柴油机工作条件及过程燃料的燃烧必须具备两个条件：一是要有充足的氧气；二是要达到一定的温度。柴油机 是通过吸入新鲜空气并使之压缩来满足上述条件的。要保证柴油机能够连续地对外做功仅此 是不够的，还要有对外做功和排除废气的过程。因此，柴油机是通过以下四个过程来实现由 燃料燃烧产生热能到对外做功的：（1）进气过程将新鲜空气吸入汽缸，提供燃料燃烧所需的氧气；（2）压缩过程将吸入汽缸的空气进行压缩，使其温度升高，达到燃料燃烧所需的温度；（3）燃烧膨胀过程燃料

8、燃烧，气体膨胀，推动活塞下行对外做功；（4）排气过程将废气排出，为再吸人新鲜空气做准备。柴油机通过上述过程的周而复始，不断完成由燃料燃烧产生热能到对外做功。柴油机每 个过程完成一遍称为一个工作循环。二、四冲程柴油机工作原理在活塞连续运行四个冲程（曲柄旋转两周）的过程中完成一个工作循环的柴油机叫做四 冲程柴油机。四冲程柴油机的工作原理如图1-2所示。图1*2四冲程柴汕机工作原示意图第一冲程：进气冲程。活塞在旋转曲柄的带动下从上止点移动到下止点，这时进气门开 启、排气门关闭。随着活塞的不断下移、汽缸容积逐渐变大，致使汽缸内的气压低于外面的 空气压力，在汽缸内、外压差的作用下，外面的新鲜空气通过进气

9、门进入汽缸。第二冲程：压缩冲程。活塞在旋转曲柄的带动下从下止点移动到上止点， 在此期间，进、 排气门都处于关闭状态。随着活塞的不断上移、汽缸容积逐渐变小，第一冲程吸人的新鲜空气不断被压缩，压力和温度不断升高。到压缩终了时，缸内气体温度可达到500700 C,柴油喷入后即可自行燃烧（柴油的自燃温度约为200300 C）。第三冲程：做功冲程。在压缩冲程接近终了时，安装在汽缸顶部的喷油器将柴油以雾状 喷入汽缸。雾状柴油迅速与压缩空气混合，形成可燃混合气体后立即燃烧。燃料燃烧使汽缸 内空气的温度和压力急剧升高，推动活塞由上止点往下止点运行，通过连杆带动曲轴旋转而 对外做功。第四冲程：排气冲程。活塞在旋

10、转曲轴的带动下，又从下止点移动到上止点，此时进气 门关闭、排气门开启。随着活塞的不断上移、汽缸容积逐渐变小，迫使燃烧后的废气排出汽 缸，为下一个工作循环做好准备。当排气终了时，活塞又回到了上止点。至此，在曲轴旋转720之内，柴油机完成了一个工作循环。随后，曲轴依靠飞轮的惯性（单缸）继续旋转，工作循环不断进行，实现四冲 程柴油机连续的对外做功。三、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作时同样要完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个过程。与四冲程柴油机所不同的是完成这四个过程活塞只需运行两个冲程（曲柄旋转一周）。其工作原理如下：第一冲程： 进气和压缩冲程。 活塞在曲柄的带动下由下止点移动到上止点。 当活

11、塞由下止点 向上止点移动而未遮盖住扫气口前， 由扫气泵送来的空气经扫气口进入汽缸形成一个回流路线清 扫废气。 在清扫废气的同时， 新鲜空气也充满了汽缸。 当活塞上移遮盖了进气口时， 汽缸内的空 气被逐渐压缩，开始了压缩过程。到压缩终了时，汽缸内的温度就达到了柴油自燃的温度。第二冲程：做功排气冲程。压缩终了时，燃油喷入汽缸立即燃烧，汽缸内空气的温度和 压力急剧升高，推动活塞由上止点往下止点运行，通过连杆带动曲轴旋转而对外做功。当活 塞移动一段距离后，排气门打开，燃烧后的废气利用自身的压力自行排气。当活塞运行到进 气口显露位置后，扫气泵将新鲜空气压入汽缸再进行扫气。直到活塞到达下止点时，第二冲 程

12、便结束。同四冲程柴油机一样，上述过程的周而复始，使二冲程柴油机连续对外做功。 从二冲程柴油机与四冲程柴油机的工作过程相比较中，我们可以看出：二冲程柴油机大 大缩短了辅助过程所占用的时间，当曲轴旋转一圈，便完成一个工作循环。从理论上讲，当 两种类型的柴油机工作容积与转速都完全相同的情况下，二冲程柴油机应比四冲程柴油机功 率大一倍，但实际上达不到这一水平。其原因是：（ 1）二冲程柴油机必须借助于扫气泵进行扫气，扫气泵工作时要消耗掉一部分功率；（2）二冲程柴油机的换气过程，达不到像四冲程柴油机那样的完善，残余废气量较大。 同时，由于进气孔的存在，缩短了有效冲程。因此，二冲程柴油机的功率，实际上只能达

13、到相同工作容积和转速的四冲程柴油机功率的 1.5 1.7 倍。四、多缸柴油机的工作特点在柴油机的一个工作循环过程中，我们可以看到只有燃烧膨胀过程是做功的，而进气、压缩、排气三个辅助过程是不做功的。它们不仅不做功，而且还要消耗一部分能量用来克服 进、排气和压缩气体时产生的阻力。因此，在柴油机运行时，由于各冲程中能量的消耗和获 得不同，从而造成了柴油机运转的不均匀。柴油机运转的不均匀既满足不了生产的需要，又使各运动件承受冲击载荷，引起运动件 的严重磨损，甚至造成破坏。因而，提高柴油机运转的均匀性是十分必要的。要提高柴油机运转的均匀性通常采用的方法有两种：一是在曲轴上安装飞轮；二是采取 多缸结构。安

14、装在曲轴上的飞轮利用其转动惯性，可以将柴油机燃烧膨胀过程中的部分能量储存起 来，而当其他三个过程需要能量时再释放出来，这样就可缓和柴油机运转的不均匀性。要保 证单缸柴油机的正常运转，就必须安装一个尺寸与重量相当大的飞轮，这样势必造成柴油机 结构庞大，重量增加。此外，对单机功率要求较大的柴油机，若仍采用单缸型式，就必须将 汽缸直径做得很大。为了解决这一难题，人们采用了多缸柴油机。多缸柴油机是指在同一台机器上安装两只或两只以上的汽缸。采取多缸结构的柴油机可 以利用安装在同一根曲轴上的活塞连杆，把处于不同工作过程中的汽缸相互联系起来，平衡 产生能量与消耗能量的冲程给柴油机带来的运转不均匀，使柴油机的

15、运转平稳。常见的多缸 柴油机有2、4、6、8、12、16缸等类型。多缸柴油机在工作时，同一时刻各缸的工作过程并不相同，它是按照一定的工作顺序， 以一定的曲轴间隔角来进行的。若柴油机有i个汽缸，则每个汽缸的工作间隔角(0)为:I多缸柴油机根据各缸排列的方式不同，可分为直列式和“V”形式两类。为了方便使用和管理，国家标准对汽缸编号进行了规定。主要的内容如下：(1) 同一台柴油机连续编号；(2) 直列式柴油机从自由端开始依次向功率输出端编号；(3) “V”形式柴油机从自由端看先分左右列，后从右列自由端向功率输出端编号，再 从左列自由端向功率输出端依次编号。钻井平台常用的3512B型柴油机有12只“

16、V”形排列的汽缸，工作间隔角为 60,发 火顺序为：1 12 9 4 58 11 2 310 7 6。第三节柴油机常用名词术语柴油机常用名词术语解释如下。(1) 上止点：活塞离开曲轴中心最远位置时活塞顶相对于汽缸的位置。(2) 下止点：活塞离开曲轴中心最近位置时活塞顶相对于汽缸的位置。(3) 冲程：也叫行程，是活塞从一个止点移动到另一个止点时所经过的距离，用S表 示，单位为 mm。(4) 缸径：汽缸的直径，用 D表示，单位为 mm。(5) 汽缸工作容积：活塞从一个止点移动到另一个止点时所扫过的空间容积，用Vs表 示，单位为 m3。(6) 燃烧室容积：活塞位于上止点时，其顶以上的空间容积，用Vc

17、表示，单位为 m3。(7) 汽缸容积：活塞位于下止点时其顶以上的空间容积，用Va表示，单位为 m3。(8) 压缩比：汽缸容积与燃烧室容积之比，用表示，表达式为VzVs Vc乂二Vc压缩比的大小标志着柴油机工作时汽缸内气体被压缩的程度，压缩比越大，压缩终了时 汽缸内温度和压力就越高，喷人柴油后越易燃烧，柴油机启动就越容易。一般柴油机的压缩 比限定在1320之间。(9) 最大爆发压力：燃料燃烧时汽缸内产生压力的最大值，用Px表示，单位为 MPa。(10) 发动机排量：各缸工作容积之和，用V表示，若用i表示汽缸数，则 v=iVs，单 位为m3。(11) 供油提前角：在压缩冲程上止点前，喷油泵出油阀刚

18、刚开始出油时所对应的曲轴 转角。(12 )配气相位：用曲轴转角来表示进排气门的开关时刻与持续时间。(13 )进气门提前角：进气门在上止点前提前打开的时间所对应的曲轴转角。(14 )进气门迟闭角：进气门在下止点后延迟关闭的时间所对应的曲轴转角。(15 )排气门提前角：排气门在下止点前提前打开的时间所对应的曲轴转角。(16) 排气门迟闭角：排气门在上止点后延迟关闭的时间所对应的曲轴转角。(17) 气门间隙：气门在完全关闭状态下，气门杆端面与摇臂端面间的间隙。(18 )临界转速：柴油机曲轴发生共振时的转速。第四节 柴油机的机构、系统及技术规格一、柴油机的机构与系统对于四冲程柴油机来讲，要完成工作循环

19、、实现变热为功的工作过程，一般要有以下机 构与系统。(1) 机体组件：构成柴油机的骨架，支承所有的运动件和辅助系统。(2) 曲柄连杆机构：完成柴油机活塞往复运动向曲轴旋转运动的转换，实现对外做功。(3) 配气机构与进、排气系统：实现柴油机换气过程，提供燃料燃烧所需的氧气。(4) 燃料供给系统：提供柴油机燃烧所需的燃料，创造燃烧条件、满足燃烧过程的需要。(5) 润滑系统：将机油送到各摩擦表面，实现润滑。(6) 冷却系统：将受热零件的热量传递出去，保证柴油机正常工作。(7) 启动系统：实现柴油机由静止到运转的过程。(8) 增压系统：提高进气压力，增加柴油机有效功率。二、3500型柴油机技术规格35

20、12B型柴油机技术规格见表1-2。表1-2 3500B型柴油机技术规格续表基本型号 项目3508A3512B3516B额定转速1000 - 1800气缸及排列60度 V860度 V1260度 V16缸径170mm(6.7inch)冲程190mm(7.5inch)类型四冲程循环压缩比14 : 1吸气类型涡轮增压式冷却涡轮增压后的空气方法独立回路后冷（可选）水套水后冷每缸排量4.3L (263in)总排量34.5L (2105in)51.8L ( 3158in)69.1L (4210in)旋转方向（从飞轮端看）标准旋转方向：反时针方向可选旋转方向：顺时针方向燃油喷射方式机械燃油喷油器电子燃油喷射器

21、启动方式空气启动马达/电启动马达排气背压（设计）2.5 kpa最大允许背压6 kpa进气门间隙0.5mm排气门间隙1mm燃油喷射器高度64.34mm净质量（kg）488255547795最低空载稳定转速（r/ min）300-900kl润滑油加 注量标准油底壳227L318L405L深油底壳443L625L807L冷却液加注量（机体）114L160 L235 L发火顺序1-2-7 3- 4- 5- 6-81- 12 - 9-4- 5-8 - 11-2-3- 10-7-61 - 2-5-6-3 - 4-9- 10-15- 16-11- 12- 13- 14-7- 8燃油消耗率（g/kw h）23

22、0199208润滑方式压力和飞溅润滑第五节机体组件机体组件包括机体、汽缸套、汽缸盖等零部件，是柴油机的固定部分。一、机体（一）功用（1）支持运动件，使它们工作时保持相互正确位置。（2）加工有油道、水道，保证有关零件在工作时必要的冷却与润滑。（3）安装柴油机各辅助系统。（4）作为柴油机使用和安装时的支承。（二）结构型式 机体一般采用铸铁制成，也有的采用铝合金铸造或钢板焊接制成。 机体是由汽缸体和曲轴箱两部分组成。按其两者结合的型式不同，可分为整体式和分开 式两种型式。1整体式汽缸体与曲轴箱制成一个整体，如 Z12V190B 、 4135、 4125型柴油机的机体就属于这种 型式。整体式机体的特点

23、是结构紧凑、刚性好，但加工制造困难。2分开式汽缸体与曲轴箱分开制造，然后安装在一起，如 3500 型柴油机就属于这种型式。分开式 机体的特点是加工制造方便，但结构复杂，刚性差。二、汽缸体 汽缸体部分的作用是用来安装汽缸套。根据其冷却方式的不同，可分为风冷式和水冷式 汽缸体两种，石油矿场所使用的柴油机大多数是水冷式。1风冷式汽缸体 依靠流经汽缸体外表面的空气，带走汽缸所吸收的热量。为了增加汽缸体表面的散热面 积、提高冷却效果，风冷式柴油机的汽缸体一般都制做成单体型式，并在汽缸体外表面上铸 有许多皱折状的散热片，钻井平台使用的应急空压机的柴油机驱动部分一般都采用这种形 式。2水冷式汽缸体 依靠流经

24、汽缸体内部的冷却水进行冷却。这种型式的汽缸体内部都铸有冷却水腔。冷却 水腔构成型式有两种：一种是整个汽缸套座孔内为一整个空腔，与汽缸套外壁构成一个环行 空间；另一种是围绕汽缸座孔周围，铸有一个封闭的环行空间，冷却水从环行空间流过，将 汽缸套所吸收的热量带走。水冷式柴油机汽缸体部分，通常做成整体结构，一个汽缸体上加工有多个汽缸套座孔， 每个汽缸套座孔内的冷却水腔互相贯通。三、曲轴箱 曲轴箱部分的作用是支承曲轴，使柴油机各运动部件保持一定的相对位置；它有三种基 本型式：悬挂式、隧道式和底座式。石油矿场所使用的柴油机大多数是悬挂式曲轴箱。四、汽缸套1功用（1）与活塞、汽缸盖组成气体压缩、燃料燃烧、气

25、体膨胀的空间。（2）作为活塞来回运动的导向面。（3）向周围介质散发部分热量。2工作条件及要求 汽缸套所处的工作环境十分恶劣，内表面直接受到高温、高压燃气作用，工作过程中温 度变化剧烈，燃烧过程中燃气温度最高可达 2000C，而进气过程中冷空气温度只有几十度。 汽缸套外壁还受到冷却水的作用，产生严重的腐蚀作用。活塞往复运动时，又会造成汽缸套 严重地磨损，是柴油机上最易损坏的零件之一。汽缸套的使用可靠性，在很大程度上决定着柴油机的使用期限。为了保证汽缸套工作的可靠性，汽缸套必须满足下列要求：（1）要有足够的强度，能承受热负荷和机械负荷的作用；（2）缸套内壁要具有高的精度、低的粗糙度，要有耐磨、抗腐

26、蚀的能力；（3）外表面对冷却水应有一定抗腐蚀能力；（4）能保证对汽缸工作容积及冷却水具有可靠的密封。汽缸套一般采用优质铸铁离心浇铸加工而成。铸铁材料除了具有成本低、制造方便和具 有足够的强度性能外，它的耐磨性也较好。3结构型式 现场上，常见的汽缸套有干式与湿式两种型式。（1）干式汽缸套：缸套外壁不与冷却水相接触。冷却水是在汽缸体封闭空间内流动， 不需要特殊的密封装置，避免了冷却水对汽缸套外壁的腐蚀，但散热效果较差。（2）湿式汽缸套：缸套外壁直接与冷却水相接触。特点是散热效果好，但冷却水腔密 封困难，冷却水对汽缸套外壁腐蚀严重。五、汽缸盖1功用（1）密封汽缸，与活塞、汽缸套组成气体压缩、燃料燃烧

27、、气体膨胀的空间。（2）构成进、排气通道。（3）安装有关零件。2结构型式 汽缸盖结构必须满足下列要求：（1）具有足够的强度和刚度，以保证在气体压力和热应力作用下可靠地工作，并与汽 缸套结合面具有良好的密封性；（2）汽缸盖内进、排气道应使气体通过时流动阻力最小；（3）具有可靠的冷却，以保证安装在汽缸盖上面的各零件可靠地工作。 汽缸盖一般采用铸铁制成， 常见的型式有单缸、 双缸及多缸式等结构型式。 单缸式是每个汽 缸有独立的汽缸盖；双缸式是两个汽缸共用一个汽缸盖；多缸式是每排汽缸共用一个汽缸盖。汽缸盖底平面压在汽缸套上凸缘平面上（在两者之间还有汽缸垫），用以密封燃烧室。 在汽缸盖底面上有气门座孔，

28、通过内部气道，将燃烧室空间与大气连通。根据每个汽缸相对 应的汽缸盖上所设置的气门数量不同，汽缸盖又可分为双气阀（一个进气阀和一个排气阀） 和四气阀（两个进气阀和两个排气阀）结构。双气阀结构的汽缸盖结构简单，工作可靠，但 气体流通面积小， 广泛使用在中、 小功率的柴油机上； 四气阀结构的汽缸盖气体流通面积大， 但结构复杂，广泛使用在缸径较大的柴油机上。布置在汽缸内的进、排气道占有整个汽缸盖的很大空间，它不仅直接影响柴油机的换气 效果，也影响着汽缸盖工作的可靠性。气道布置型式多种多样，柴油机都是将进、排气道分 别布置在汽缸盖两测。四气阀结构的气道布置有两种不同的型式，即串联式和并联式。所谓 串联式

29、是指两同名气门共用一个气道；并联式是指两同名气门分别与一个独立气道相通。第六节 曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括活塞组件、 连杆组件、曲轴组件、飞轮等，它是柴油机的主要运动件。 通过它把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。一、活塞组件活塞组件主要包括活塞、活塞环、活塞销等零件。（一）功用（1）与汽缸盖、汽缸套组成气体压缩、燃料燃烧、气体膨胀的空间。（2）将燃气的压力通过连杆传递给曲轴。（3）密封汽缸，防止燃气窜人曲轴箱，阻止过多的机油进入汽缸内（二）工作条件及要求1 活塞承受着很高的气体压力作用燃料燃烧产生高压，作用在活塞顶部的最高压力可达几十千牛2，因此要求活塞应具有较高的强度。2 活塞承受着往

30、复惯性力的作用活塞在工作中，高速往复运动，产生极大的惯性力。柴油机转速越高，产生的惯性力就 越大。因此要求活塞组在保证足够强度的前提下，尽量减轻重量。3 活塞组受到高温燃气的加热作用随着温度的升高，材料的强度就会降低；同时受热后，活塞会膨胀，使其与汽缸之间的 间隙发生变化。因此要求活塞要有较好的导热性，能及时把热量传递出去；同时热膨胀系数 要小，以保持合理的配合间隙。此外还要求受热后材料强度降低尽量小。4 具有良好的耐磨性活塞组沿汽缸内壁高速往复运动，又受到连杆摆动时的侧压力作用，引起严重的磨损。 因此要求活塞组各零件具有良好的耐磨性。（三）结构型式1.活塞活塞是柴油机的主要零件之一。它承担着

31、活塞组的主要任务，活塞组的所有零件都安装 在它上面。活塞大部分是用铝合金铸造或锻造而成，只有个别的低速柴油机活塞采用铸铁制成。 活塞一般由顶部、环槽（油、气）、活塞销孔和裙部组成。活塞的顶部与汽缸盖、汽缸壁组成燃烧室，直接承受着高温燃气压力的作用。根据柴油 机燃烧室型式不同，顶部制成各种不同的形状。常见的形状有平顶形、浅凹形、深凹形、凸 顶形等四种形式。推活塞上有若干道环槽，以安装活塞环。活塞环槽分为气 环槽和油环槽两种，环槽数目根据各种柴油机性能要求而不 等。高速柴油机一般为 2-3道气环槽（多数为3道），1-2道 油环槽（多数为2道）。在油槽的下边缘和槽底部，加工有 回油孔。A A图1-3

32、括塞外形形狀示意图活塞销孔位于活塞中部， 用来安装活塞销。活塞所承受 的作用力，都经活塞销传给连杆， 因此要求活塞销孔必须十 分牢固，通常用加强筋将销座孔与活塞顶联接在一起。裙部是活塞往复运动的导向部分。由于连杆的摇摆运动，而产生活塞对汽缸壁的侧压力。为使活塞裙部承受侧压力的两侧承压均匀，并使裙部与缸壁间保持最小而又安全的间隙，要 求活塞在工作时必须具有正确的圆柱形。由于活塞结构厚度很不均匀，工作时在气体压力、侧压力和热负荷的作用下，活塞外形 产生很大变形。从活塞高度方向来看，活塞顶部受到热负荷和气体压力作用大，变形也大， 而裙部变形小；从活塞销座孔处来看，沿活塞销轴向的变形要比垂直方向大得多

33、。因此，为 使活塞工作时，在上述负荷作用下发生变形后，形成正确的圆柱形，就必须在常温下将活塞加工成如图1-3所示的形状，使变形较大的顶部尺寸比裙部小些，形成圆锥体形状；同时在活塞销座孔处，使变形较大的销孔轴向尺寸比垂直方向小些，形成一椭圆形。使活塞在外负荷 作用下变形后，形成圆柱体形状。2 .活塞环按其功用的不同，活塞环又可分为气环和油环两类。图14气环的密封原理1 一汽虹口一活獰环;3往塞(1) 气环：密封汽缸，防止燃气窜人曲轴箱，并传送活塞顶 部所吸收的热量。气环的密封原理如图1-4所示。气环切有开口，具有弹性，在 自由状态下的外径大于汽缸直径。将气环装人汽缸后， 在自身弹力Pi的作用下与

34、汽缸壁贴合，使压缩气体不能从环外圆与汽缸壁之间 通过，有少量压缩气体通过开口间隙窜人活塞环槽内，作用在活塞环背面，增大了活塞环对汽缸壁的压力(称活塞环背压力P2),使活塞环密封性能显著提高。活塞环的背压力，对每一道活塞环来说 是不等的，第一道活塞环的背压力最大，约为气体压力的76%左右， 以下几道环依次减小，并且减小的程度很大。但是，尽管活塞环因自身弹力所引起对汽缸壁 的压力比背压小得多，但活塞环本身的弹力却是前提，若活塞环本身弹力消失，即环周与缸 壁间出现间隙(所谓 漏光”)，气体就直接从漏光处漏出，则任何大小的背压也无法建立, 势必出现严重漏气现象。根据气环的截面形状不同，气环又可分为矩形

35、环、斜面环、扭曲环、梯形环和桶面环等 形式。气环的接口形状有直接口、斜接口和搭接口三种。自由状态下活塞环切口具有较大的间隙，装入汽缸后，切口处仍要求具有一定间隙，通 常称为开口间隙。该间隙值有一定的规定要求。间隙过大造成漏气严重；间隙过小，活塞环 受热膨胀时，又会造成卡死或折断事故。活塞环装在活塞上，各道环的切口方向应相互错开一定角度，不可装在一个方向上，以 免影响密封性。活塞环装入环槽后，环与环槽平面间也有一定间隙要求，称为环槽端面间隙。该间隙过 小，工作时会使环卡死在环槽内，而丧失密封作用。间隙过大，又会产生泵油现象，造成严 重的烧机油。(2) 油环：将汽缸壁上过多的润滑油刮下，防止机油窜

36、人燃烧室。油环有凹槽环、斜 面环、切角环和弹簧组合环四种。3.活塞销（1）功用：活塞销的功用是联接活塞与连杆，将活塞承受的力传给连杆。（2）结构：活塞销一般用低碳合金钢制成。表面经渗碳淬火，具有很高的硬度，以提 高耐磨性。而内部可保持较高的韧性，以利于承受冲击力的作用。（3）联接方式：活塞销与连杆的联接方式有以下三种。 活塞销固定在连杆小头上。活塞销与连杆小头内孔为过盈配合，与活塞销座孔为间隙 配合。 活塞销固定在活塞销座上。活塞销与销座为过盈配合，与连杆小头为间隙配合。 活塞销浮动于销座及连杆小头中。此种联接方法又称浮动式活塞销联接。当活塞温度 较低时（一般在7585 C以下），活塞销仅在连

37、杆小头铜套中滑动，而当温度增高时，销座 与活塞销之间也有滑动，即工作中活塞销既可在连杆小头中转动，又可在活塞销座中转动。 这种联接方式摩擦速度小，活塞销磨损均匀，载荷分布也均匀，可提高活塞销的疲劳强度， 增加了活塞销的使用寿命。为防止浮动式活塞销工作时产生轴向窜动而刮伤汽缸壁，在活塞销两端装有堵头或卡簧。二、连杆组件连杆组半主要包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓、螺母和连杆轴瓦等零件。（一）功用联接曲轴和活塞， 把作用于活塞上的力传给曲轴， 将活塞往复运动转变为曲轴的旋转运动。（二）连杆的结构型式 在工作时，连杆进行着复杂的摆动，同时还承受着活塞传来的气体压力、往复运动惯性 力和它本身摆动所产生的惯

38、性力的作用。 所有这些力， 其大小和方向都在不断地变化。 因此， 要求连杆应具有足够的强度与刚度。其次，为了减轻惯性力的影响，应尽量减轻连杆重量。连杆的结构按照它的作用可分为连杆小头、连杆杆身、连杆大头三部分。1连杆小头 连杆小头一般做成空心圆柱体形状， 下端与连杆杆身连成一体。 连杆小头孔中装有衬套， 通常用铝青铜或锡青铜制成。为了减少连杆衬套与活塞销之间的摩擦，要求衬套处具有一定的润滑条件。常见的有以 下润滑方式。（1）飞溅润滑：在连杆小头上方或侧边钻有集油孔，曲轴箱内曲轴上飞溅起来的润滑 油通过此孔进入衬套工作面，以供润滑。（2）压力润滑：在连杆杆身内钻有油孔，将连杆小头与连杆大头连通，

39、润滑油通过此 孔从连杆轴颈处压送到连杆小头衬套工作面。2连杆杆身 连杆杆身是连杆大头与小头的联接部分。通常都做成“工 ”形截面的直杆。因为 “工 ”形断面在同样断面面积下，抗弯性能最好，可获得较高的刚度与强度，并使连杆重量大大减轻。3连杆大头 连杆大头是连杆与曲轴的联接部分。连杆大头一般都做成分开型式。连杆体上的大头部 分与连杆盖组合在一起构成曲轴连杆轴颈的轴承。连杆大头剖分型式有平切口和斜切口两 种。“V形柴油机两排汽缸相对应两个汽缸的连杆，联接在曲轴的同一连杆轴颈上，按照不 同的联接方式，产生了下列不同的结构型式。（1）并列连杆：对应两个连杆并排地装在同一个连杆轴颈上，每个连杆结构与前述完

40、 全相同。（2）主副式连杆：一排汽缸的连杆直接联接于曲轴连杆轴颈上，称为主连杆。另一排 汽缸的连杆，不直接与连杆轴颈相连，而是通过一圆柱销与主连杆的耳销孔相联接，称为副 连杆。（3）叉片式连杆：联接于同一连杆轴颈上的两连杆，一个将大头端做成叉状，叫做叉 形连杆。在叉形连杆的大头内孔，装有连杆轴承，固定在大头座孔内。而另一个连杆的大头 部分插在叉形连杆中间的空档里，称片式连杆。片式连杆的大头联接于叉形连杆轴承的外圆 上。三、曲轴组件（一）功用 曲轴组件的功用是把连杆传来的力转变成旋转扭矩，通过飞轮向外传递动力，并驱动其 他装置工作。（二）曲轴的结构型式 曲轴在工作时受到很大的气体压力和惯性力的作

41、用，传递很大的转矩，因此使曲轴受到 数值很大而方向变化着的扭矩、弯曲、压缩和拉伸等周期性的交变负荷作用，引起曲轴的疲 劳破坏和振动。同时曲轴轴颈与轴承间产生摩擦而造成严重的磨损。因此，要求曲轴具有足 够的强度与刚度；轴颈表面应耐磨，保证良好的润滑条件；在使用转速范围内不发生扭转振 动共振现象；具有良好的平衡，保证柴油机运转平稳；重量要轻。常见的有整体式和组合式两大类。 整体式曲轴是将所有曲拐及自由端、 功率输出端做成 一个整体零件。它的优点是具有较高的强度和刚度、结构紧凑、重量轻。它的缺点是加工困 难。组合式曲轴是将曲轴分成若干个零件，分别进行加工，然后组装在一起，构成完整的曲 轴。它的优点是

42、加工方便， 便于系列产品通用。 缺点是结构刚度与强度较差， 装配工作复杂。1主轴颈 主轴颈是曲轴的支承点，安装在机体主轴承内，用螺栓固紧主轴承盖，曲轴便靠此支承 点运转。为了润滑，在主轴颈内钻有与连杆轴颈相通的油道。为了减轻重量，提高曲轴的刚 度，大功率柴油机的曲轴一般做成中空的。轴颈表面具有较高的加工精度和较低的表面粗糙 度。为了提高耐磨性，轴颈表面经过高频淬火或氮化处理。2连杆轴颈 连杆轴颈是用来安装连杆大头的。连杆轴颈的表面同主轴颈一样，具有较高的加工精度 和较低的表面粗糙度。它一般也做成中空的，作为润滑油路，可利用离心原理使润滑油进一 步得到净化。3曲柄 曲柄用来联接主轴颈和连杆轴颈。

43、常见的形状有矩形、椭圆形和圆形。高速大功率的柴 油机多采用椭圆形曲柄，它具有较高的弯曲和扭曲刚度，材料利用率高。4自由端 自由端上面安装有扭振减振器和密封装置等。5功率输出端功率输出端安装有从动装置联接机构， 用以输出功率， 常见的联接方式有以下三种形式。（1）键联接：飞轮联接套与曲轴之间用平键或花键联接在一起。（2）静压锥度过盈配合联接：曲轴功率输出端为一光滑圆锥体。带有孔的飞轮联接套 压装在它上面，两者靠一定的过盈量紧密压合在一起。（3）螺栓联接：在曲轴功率输出端有法兰盘，利用螺栓将飞轮联接在它上面，用以与 被驱动机械联接。第七节 配气机构与进排气系统配气机构主要有凸轮轴、挺柱、推杆、气门

44、摇臂、气门组件等组成；进排气系统主要有 空气滤清器、进气管、防爆装置、排气管、消音灭火器等组成。一、配气机构（一）功用按照柴油机各缸工作顺序，定时打开和关闭进、排气门，以保证吸足新鲜空气，并把燃 烧后的废气排出。（二）结构型式 柴油机工作时，每一工作循环中，进气和排气过程所占的时间极为短促。高速柴油机在 百分之几秒或千分之几秒的时间内就要完成一次进气或排气过程。配气机构的零件在急剧变 化的速度下运动着，由于惯性作用，而受到很大的冲击力，同时还受到很高的热负荷作用和 高温废气的腐蚀。配气机构各零件所处工作环境润滑条件很差，容易造成零件严重磨损。对配气机构的主要要求是要有足够大的气体流通面积，保证

45、适时地开启与关闭进、排气 孑L,以使废气充分地排除干净，尽可能多地吸进新鲜空气。并要求结构简单，工作可靠， 调整维修方便。配气机构常见的有两种型式：气门式配气机构和气孔式配气机构。1气门式配气机构 它是由凸轮驱动气门来控制进、排气过程，是四冲程柴油机常用的一种型式。2气孔式配气机构 它是在汽缸套中间开有进、排气孔，通过活塞位移来控制进、排气过程，这是二冲程柴 油机常用的一种型式。气门式配气机构主要有凸轮轴、挺柱、摇臂、气门、气门弹簧和定时齿轮传动机构等组 成。根据气门安放位置不同，它又可分为顶置式和侧置式两类。二、气门组件气门组件包括气门、气门导管、气门弹簧和弹簧座及锁紧装置等零件。1气门气门

46、的功用是控制进排气道的开启和关闭，分为进气门和排气门两种。 气门的工作条件十分恶劣，它直接与高温燃气接触，特别是排气门经常受到高温燃气的冲刷，受热特别严重，温度一般为 500 700 C,强化柴油机可高达900 C。特别在排气开始 阶段， 汽缸内的气体压力还比较高， 而气门开度还很小， 高温废气以很高的流速冲洗排气门， 使排气门强烈地受热和腐蚀。此外，气门头部与气门座之间，在惯性力和气门弹簧弹力的作 下，承受着频繁的冲击力。当气门出现跳动或配气机构间隙增大时，冲击负荷将显著增加。 因此，对气门提出以下要求：（1）具有足够的热强度，在高温下能够承受很大的冲击负荷作用；（2）具有合理的外形和尺寸，

47、对气流的阻力小，以增加充气效率；（3）具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。2气门导管 气门导管为一光滑的圆柱筒，外圆上有一凸肩，装在汽缸盖内。 气门导管的作用是作为气门运动的导向面，控制气门运动方向，保证气门准确地座落到 气门座上，不致发生歪斜而造成漏气。气门所吸收的一部分热量，也要通过它传送出去。工作时气门导管处的温度较高，可达 250 300C，很容易形成积碳，从而阻碍气门在导 管内运动。导管中没有专门润滑油路供油，几乎是在没有润滑的条件下工作，因此要求气门 导管应具有良好的耐磨性。气门导管一般采用铸铁或铁基粉末冶金制成。 气门导管内孔与气门杆部配合精度要求较高，配合间隙应适当。间隙过大使气门运动

48、时 产生摆动冲击，造成气门座磨损不均匀，引起漏油、漏气，甚至使气门烧损。间隙过小，气 门杆部受热后膨胀，会产生气门卡死现象。3气门弹簧及其锁紧装置 气门弹簧的作用是保证气门驱动机构不因运动件的质量惯性力使各构件在接触处分离； 气门关闭时保持气门与气门座之间严密密封。气门弹簧装在气门杆部外边，一端支承在汽缸盖上，另一端则通过锁紧装置固定在弹簧 座上。三、气门驱动机构气门驱动机构是由凸轮轴、挺柱、推杆和气门摇臂等零件所组成。1凸轮轴 凸轮轴的作用是通过传动机件（挺柱、推杆、摇臂），准确地按一定时间控制气门的开 启与关闭，保证柴油机按一定规律进行换气。凸轮轴是由若干个进气与排气凸轮和支承轴颈所构成，

49、通常做成一个整体轴，工作时凸 轮外表面与挺柱间呈线接触而不是面接触，它又受到传动机件冲击力作用，接触应力很大。 因此，对凸轮轴的要求是凸轮表面具有较高的耐磨性，凸轮轴要有足够的韧性和刚度，能承 受冲击载荷，受力后变形较小。凸轮轴一般是采用优质碳素钢或合金钢锻制成，表面进行高频淬火，硬度为HRC52-63。凸轮是构成凸轮轴的基本部分，它的外形决定着配气机构各元件的运动规律和惯性负荷 的大小，各种类型柴油机的凸轮都具有不同外形形状。多缸柴油机各缸进气及排气凸轮相互 位置错开一定的角度，它是根据各缸工作顺序来确定的。凸轮轴通过支承轴颈支承在机体的轴承上。2挺柱和推杆 挺柱和推杆的作用是把凸轮的运动传

50、到气门机构去，以控制气门的开闭。 挺柱的型式很多，常见的有平面挺柱、滚子挺柱和摇臂挺柱等型式。3摇臂摇臂是推杆与气门间的传动元件。它的作用是改变推杆的运动方向，驱动气门启闭。摇臂上加工有油孔，机油通过摇臂座上的油孔，送到摇臂轴内，一部分作为摇臂衬套润 滑用；另一部分则通过摇臂轴内的油孔送到摇臂两端供传动元件润滑用。四、进气系统进气系统主要是由进气管和空气滤清器、汽缸盖中的进气道等所组成。1功用把新鲜空气经过滤清净化后，送人汽缸内，以满足柴油机工作过程所需空气。2结构型式 柴油机工作时，新鲜空气通过进气管和汽缸盖中的进气道送到汽缸内。为了使进入汽缸 内的空气不致受热而影响进气量，柴油机一般都将进

51、气管与排气管分别装在汽缸盖的两侧。 并要求进气通道截面积应足够大，内表面应平整光滑，空气流通阻力最小。进气管一般是用钢板冲压焊接或用铸铝、铸铁制成。3500系列柴油机为增压、中冷型式。进气管路分左排和右排，左排进气管与功率输出端 一侧的增压器相连；右排进气管与置于自由端一侧的增压器相连。为提高进气效率，整个进 气管路都要求有良好的密封性， 为此在增压器出气弯管与进气弯管、 进气腔与进气管结合处， 均装有密封接头。密封接头一端固定在进气管联接盘上，另一端插人被联接件密封盘内，中 间装有密封盘、密封圈、法兰盘和垫片，用螺栓将其一并压紧，使其保持良好的密封性。五、排气系统柴油机排气系统包括汽缸盖中的

52、排气道、排气管和消音灭火器等。1功用排出柴油机燃烧后的废气，降低噪音，增加安全性。2结构型式 柴油机排气温度很高，因此除要求排气管阻力小外，还必须能够承受高温。排气管一般 由铸铁制成。3500系列柴油机采用废气涡轮增压装置，因此要求排气系统必须将燃烧后排出的废气引 入增压器涡轮机中，以充分利用排出废气的余能。主要有排气管、排气弯头、排气总管和波 纹管等组成。每三个相邻的汽缸与一组排气支管相连，每组排气支管则由排气管和排气弯头构成，两 者之间用波纹管联接在一起。每组排气支管的上方均有一总排气口，通过波纹管与增压器涡 轮壳进气口相连。左、右两排相应的两组排气支管与同一台增压器相连。第八节燃料供给系

53、统燃料供给系统主要是由燃油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器、调速器和燃油 输送管系等组成。1、左右主燃油道2、柴油滤清器3、手油泵4、喷油器单体泵5、燃油压力调节器6、燃油回油通路7、燃油初级滤清器8、燃油输油泵9、输油泵出油管10、初级滤至输油泵管路11、进油管至手油泵管路 重要参数：1正常工作燃油压力520KPA2调压阀弹簧（保压阀）自由长度57.2，压缩长度28.5（ 38-43N） 压力 420-600KPA燃油供给系统的功用是：根据柴油机的工况要求，定时、定量、定压地将柴油喷人燃烧 室内，并使其雾化且与空气充分混合，以实现燃烧、做功过程。同时，通过系统内的喷油泵 及调速器的作用

54、，以控制柴油机在给定的工况下稳定运行。一、输油泵1. 功用将燃油箱内的柴油提高到一定的压力，克服其通过滤清器的阻力，保证连续不断地向喷 油泵输送足量的燃油。2. 结构型式输油泵的结构型式很多，常见的型式有摆线转子式、叶片式、柱塞式等。3500系列柴油机采用摆线转子式输油泵。二、喷油泵传动装置喷油泵传动装置的功用是：支承喷油泵部件，传递齿轮系动力用以驱动喷油泵工作。三、喷油泵喷油泵（又称为高压油泵）是柴油机的心脏，它是燃料供给系统中最重要的部件。1. 功用提高柴油的压力，并根据柴油机工作过程的要求，定时、定量、定压地向燃烧室内输送 燃油。2. 工作要求为了保证柴油机的正常工作，对喷油泵的基本要求

55、是：(1) 根据柴油机工作循环要求，保证一定的供油开始时间和供油延续时间。(2) 根据柴油机负荷大小，供应所需之燃油量。负荷大时，供油量应增多，负荷小时, 供油量相应地减少。同时，供应各缸的燃油量应严格相等(一般要求各缸供油量差别不超过 2%3%)。(3) 根据燃烧室型式和混合气形成方法的不同，要求向喷油器提供一定压力的燃油， 保证喷出的燃油细散，能与燃烧室中的空气均匀混合。(4) 供油既要能急速开始，又要保证停油迅速，避免喷油器产生滴油现象。喷油泵的结构型式很多，目前最常用的是柱塞式喷油泵。3结构在喷油泵中，有两对非常精密的偶件，它们是柱塞套筒偶件和喷油嘴偶件。1) 柱塞套筒偶件柱塞套筒偶件

56、结构如图1 5所示。它是利用柱塞在套筒内上下移动来泵油的。213 1-5柱塞勾套筒结构1 一粪同吃一铀孔汩一直槽沁一撼碇槽泊一柱瘙*&凸块订一小头套筒1为一光滑的圆柱筒，上部有油孔2。套筒装在油泵壳体内，油孔 2与泵体内的低压油道相通。柱塞5为一光滑的圆柱体，它的上部开有直槽3和螺旋槽4,下端有凸块6和小头7。柱塞装在套筒内，两者之间具有严格的配合间隙(一般约为0.00150.0025mm)，为保证获得所需之燃油压力，又要保证柱塞套筒偶件间必要的润滑间隙。柱塞套筒偶件都是经研磨选 配成对的，不能互换。图1-6所示为柱塞式喷油泵工作过程示意图。(1)进油过程：喷油泵凸轮由曲轴带动，当凸轮尖离开推杆时，柱塞在弹簧的作用下 向下移动，套筒上部空间增大，形成真空，当柱塞下行让开套筒进油孔时，柴油被吸入并充 满柱塞上部空间，这个过程即为进油过程，如图1-6a所示。(2)压油过程：当凸轮继续转动，顶起推杆时，柱塞上行，当套筒上的油孔被柱塞封 闭时，柴油开始受压缩，油压逐渐升高，当达到规定压力时将出油阀顶开，高压柴