第1章柴油机基础知识

1、内燃机车柴油机目录目录第一章第一章 内燃机车柴油机的基本知识内燃机车柴油机的基本知识第二章第二章 柴油机的受力分析柴油机的受力分析第三章第三章 固定件固定件第四章第四章 运动件运动件第五章第五章 柴油机的配气机构柴油机的配气机构第六章第六章 进、排气系统进、排气系统第七章第七章 燃油的供给与燃烧燃油的供给与燃烧第八章第八章 柴油机的调节与控制柴油机的调节与控制第九章第九章 机油系统机油系统第十章第十章 冷却水及预热系统冷却水及预热系统第十一章第十一章 柴油机总成及工作特性柴油机总成及工作特性第一章第一章 内燃机车柴油机的基本知识内燃机车柴油机的基本知识第一节第一节 柴油机的主要特点柴油机的主要

2、特点第二节第二节 柴油机的基本知识柴油机的基本知识第三节第三节 柴油机的分类、型号及转向柴油机的分类、型号及转向# 返回返回3 船用中速柴油机 低速柴油机 一、概述一、概述 发动机：发动机：将一种能量转变为机械能的机器。将一种能量转变为机械能的机器。 根据能量转变方式不同，分为：风力机、水力机、热机等。根据能量转变方式不同，分为：风力机、水力机、热机等。 热机：热机：把燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的发动机。把燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的发动机。 根据燃料进行燃烧过程所处的地点不同，分：外燃机、内燃机。根据燃料进行燃烧过程所处的地点不同，分：外燃机、内燃机。 外燃机：外燃机：燃料在发动

3、机的外部进行燃烧的热机，如蒸汽机、燃料在发动机的外部进行燃烧的热机，如蒸汽机、汽轮机等。汽轮机等。 内燃机：内燃机：燃料直接在发动机内部进行燃烧的热机。燃料直接在发动机内部进行燃烧的热机。 又分为：又分为： 往复运动活塞式内燃机（汽油、柴油、煤气机等）往复运动活塞式内燃机（汽油、柴油、煤气机等） 旋转式内燃机（燃气轮机、旋转活塞发动机等）旋转式内燃机（燃气轮机、旋转活塞发动机等）第一节第一节 柴油机的主要特点柴油机的主要特点返回返回机体曲轴连杆气缸套进气滤清器进气门喷油器排气门 排气管气缸盖活塞活塞销挺住凸轮轴二、柴油机的主要特点二、柴油机的主要特点 、热效率高、热效率高 柴油机的最高有效效率

4、达柴油机的最高有效效率达46，而往复式蒸汽机只有，而往复式蒸汽机只有1116，汽油机是，汽油机是35，燃气轮机是，燃气轮机是30。 热效率高，标志热效率高，标志着发动机的经济性好，即燃料的消耗量少。着发动机的经济性好，即燃料的消耗量少。 、功率范围广、适应性好、功率范围广、适应性好 目前柴油机气缸直径一般为目前柴油机气缸直径一般为551600mm； 单机功率单机功率0.5940440kW；同一型号柴油机经过少量改装，又可以适应多种不同用途同一型号柴油机经过少量改装，又可以适应多种不同用途的需要。的需要。、结构紧凑、结构紧凑 、使用操作方便、启动快、使用操作方便、启动快 通常情况下，柴油机能在通

5、常情况下，柴油机能在35秒内起动起来，并秒内起动起来，并能在很短时间内达到最大功率，正常运行过程中不能在很短时间内达到最大功率，正常运行过程中不需要进行繁重的复杂操作。需要进行繁重的复杂操作。 、工作寿命长、工作寿命长、结构复杂、工艺要求高、修理运用技术高。、结构复杂、工艺要求高、修理运用技术高。第二节第二节 柴油机的基本知识柴油机的基本知识一、柴油机的一些术语一、柴油机的一些术语 （一）气缸直径（一）气缸直径 （毫米），气缸的内圆孔直径。（毫米），气缸的内圆孔直径。 （二）止点（二）止点 活塞在气缸内运动的极端位置称为止点，或死点。活塞在气缸内运动的极端位置称为止点，或死点。 上止点：当活塞

6、距曲轴中心线最远的位置。上止点：当活塞距曲轴中心线最远的位置。 下止点：当活塞距曲轴中心线最近的位置。下止点：当活塞距曲轴中心线最近的位置。 （三）冲程（三）冲程 即活塞行程，指上、下止点的距离，（毫米）。即活塞行程，指上、下止点的距离，（毫米）。 活塞移动一个行程曲轴旋转活塞移动一个行程曲轴旋转180度，度，2r（r为曲柄半径）。为曲柄半径）。 （四）气缸容积（四）气缸容积 活塞顶、气缸套及气缸盖间包围的空间，单位为升。活塞顶、气缸套及气缸盖间包围的空间，单位为升。 燃烧室容积燃烧室容积：活塞位于上止点时气缸容积，最小容积；：活塞位于上止点时气缸容积，最小容积； 气缸工作容积气缸工作容积h：

7、活塞从一个止点到另一个止点所扫过：活塞从一个止点到另一个止点所扫过的气缸容积；的气缸容积； 气缸总容积气缸总容积a：活塞位于下止点时气缸容积；：活塞位于下止点时气缸容积；最大容积。最大容积。 ahc 活塞排量：活塞排量：h代表单个活塞工作一次后的理论排气量。代表单个活塞工作一次后的理论排气量。 （五）工质（五）工质 气缸内的工作介质。气缸内的工作介质。（六）压缩比（六）压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比值，称几何压缩比或名义气缸总容积与燃烧室容积之比值，称几何压缩比或名义压缩比，用压缩比，用表示。表示。 ac（ch）c 1hc 表示工质在缸内被压缩的程度，对运转可靠性和经济性表示工质在缸内被压

8、缩的程度，对运转可靠性和经济性有较大影响。一般为有较大影响。一般为1222，机车用，机车用1214.5。 （七）工作循环（七）工作循环 （八）四冲程和二冲程（八）四冲程和二冲程二、柴油机的工作原理二、柴油机的工作原理 （一）四冲程柴油机的工作原理（一）四冲程柴油机的工作原理 、进气过程：、进气过程： 活塞从上止点移动到下止点，进气门开，排气门关。活塞从上止点移动到下止点，进气门开，排气门关。 进气过程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内残留进气过程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内残留着上次循环未排净的残余废气，它的压力稍高于大气压力，着上次循环未排净的残余废气，它的压力稍高于大气压力，约为约为

9、110120KPa。 当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进气门打开，随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减气门打开，随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减少，当压力低于大气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸，少，当压力低于大气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸，直到活塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。直到活塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。在新鲜空气进入气缸的过程中，由于受空气滤在新鲜空气进入气缸的过程中，由于受空气滤 清器、进清器、进气管、进气门等阻力的影响，进气终了时气缸内气体压气管、进气门等阻力的影响，进气终

10、了时气缸内气体压力力8090KPa，又因空气从高温的残余废气和燃烧，又因空气从高温的残余废气和燃烧室壁吸收热量，室壁吸收热量，5070度。度。 进气门早开晚关。进气门早开晚关。 进气提前角进气提前角i，进气滞后角，进气滞后角i。、压缩过程、压缩过程 活塞由下止点移到上止点，进、排气门全关。活塞由下止点移到上止点，进、排气门全关。 过程开始活塞在下止点，活塞上移，气缸内容积逐渐过程开始活塞在下止点，活塞上移，气缸内容积逐渐减小，新鲜空气被压缩，压力和温度随着升高。减小，新鲜空气被压缩，压力和温度随着升高。 为实现高温气体引燃柴油的目的，柴油机都具有较大为实现高温气体引燃柴油的目的，柴油机都具有较

11、大的压缩比，使压缩终了时，的压缩比，使压缩终了时，7801000，25003500KPa。 喷油提前。喷油提前。、燃烧膨胀过程、燃烧膨胀过程 喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧，产生大喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧，产生大量热能，使气缸内的温度、压力急剧升高，高温、高压气量热能，使气缸内的温度、压力急剧升高，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴转动。体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴转动。 实现热能转化为机械能，工作行程。实现热能转化为机械能，工作行程。 z1000014000KPa 17002100K 、排气过程、排气过程 过程开始气缸内充满了燃料燃烧并膨胀作功的废气，

12、过程开始气缸内充满了燃料燃烧并膨胀作功的废气，排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。 排气门早开晚关。排气门早开晚关。 排气提前角排气提前角e，排气滞后角，排气滞后角e。# 返回返回26（二）实际工作循环特点（二）实际工作循环特点 、进、排气门早开晚关，气门重叠角。、进、排气门早开晚关，气门重叠角。 、燃烧膨胀过程为工作过程，其余为辅助过程，消耗、燃烧膨胀过程为工作过程，其余为辅助过程，消耗能量。能量。 、借助于外力启动。、借助于外力启动。 、进、排气门各启闭一次，喷油一次，一个工作循环内，、进、排气门各启闭一次，喷油一次，一个工作循环

13、内，曲轴转转，凸轮轴转转。曲轴转转，凸轮轴转转。（三）曲轴转角和配气相位图（三）曲轴转角和配气相位图 、曲轴转角、曲轴转角 通常将曲轴转一转时等分成通常将曲轴转一转时等分成360度，它的度和度，它的度和360度皆与活塞上止点位置相对应。四冲程柴油机在一度皆与活塞上止点位置相对应。四冲程柴油机在一个工作循环中每一缸活塞有两个上止点，一个是压缩上个工作循环中每一缸活塞有两个上止点，一个是压缩上止点或称发火上止点，曲轴转角通常作为度，另一个止点或称发火上止点，曲轴转角通常作为度，另一个是换气上止点，曲轴转角通常作为是换气上止点，曲轴转角通常作为360度。度。、配气相位图、配气相位图 在直角坐标图上，

14、活塞的上、下止点分别位于纵在直角坐标图上，活塞的上、下止点分别位于纵坐标的上方和下方，坐标的中心代表曲轴转动中心，坐标的上方和下方，坐标的中心代表曲轴转动中心，按曲轴的转动方向标出进气门和排气门启、闭位置的按曲轴的转动方向标出进气门和排气门启、闭位置的图形称为配气相位图。图形称为配气相位图。 第一冲程：第一冲程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。器被吸入活塞下方的曲轴箱内。第二冲程：第二冲程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方

15、进活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。预压缩。 二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理 二冲程柴油机的工作原理二冲程柴油机的工作原理 二冲程柴油机和二冲程汽油机工作类似，所二冲程柴油机和二冲程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的冲行程柴油机工而是纯空气。例如带有扫气泵的冲行程柴油机工作过程如下作过程如下第一冲程：第一冲程： 活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进活塞从下止点向上止点运

16、动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。力增大。 第二冲程：第二冲程： 活塞从上止点向下止点运动，开始时气活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活体膨胀，推动活塞向下运动，

17、对外作功，当活塞下行到大约塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进行程进气孔关闭结束。气孔关闭结束。 三、柴油机的基本组成三、柴油机的基本组成 （一）固定件（一）固定件 作用：安装和支承的基础。作用：安装和支承的基础。 组成：机体、主轴承、气缸、气缸盖、油底壳等。组成：机体、主轴承、气缸、气缸盖、油底壳等。 （二）运动件（二）运动件 主要指柴油机中作功、传递和输出功率的曲柄连杆机构。主要指柴油机中作功、传递和输出功率的

18、曲柄连杆机构。 作用：改变运动形式、传递作用力、输出功率。作用：改变运动形式、传递作用力、输出功率。 组成：活塞组、连杆组、曲轴组。组成：活塞组、连杆组、曲轴组。（三）配气机构（三）配气机构 作用：作用：控制进、排气门的开启和关闭，保证吸新排废，使控制进、排气门的开启和关闭，保证吸新排废，使柴油机正常工作。柴油机正常工作。 组成：组成：凸轮轴、推杆、挺柱、摇臂、气门及气门弹簧等。凸轮轴、推杆、挺柱、摇臂、气门及气门弹簧等。 （四）进、排气系统（四）进、排气系统 进气系统进气系统：空滤器、压气机、中冷器、稳压箱、进气管道：空滤器、压气机、中冷器、稳压箱、进气管道等；等； 排气系统：排气系统：排气

19、支管、排气总管、排气消声器、涡轮机排气支管、排气总管、排气消声器、涡轮机等。等。 # 返回返回40（五）燃油系统（五）燃油系统作用：作用：定时、定量地向燃烧室喷入燃油。定时、定量地向燃烧室喷入燃油。 组成：组成：燃油箱、燃油输送泵、燃油滤清器、喷油泵、喷燃油箱、燃油输送泵、燃油滤清器、喷油泵、喷油器及有关管路。油器及有关管路。 （六）调控系统（六）调控系统 作用：作用：调节每一工作循环供油量与负荷相适应，并能防调节每一工作循环供油量与负荷相适应，并能防止飞车和过载。止飞车和过载。 组成：组成：调速器、杠杆系统、超速保护装置、紧急停车装调速器、杠杆系统、超速保护装置、紧急停车装置等。置等。（七）

20、机油系统（七）机油系统 作用：作用：将机油送到柴油机运动件各摩擦表面，以减少将机油送到柴油机运动件各摩擦表面，以减少运动件的磨损和摩擦阻力。运动件的磨损和摩擦阻力。 组成：组成：启动机油泵、主机油泵、机油滤清器、热交换启动机油泵、主机油泵、机油滤清器、热交换器及机油管道。器及机油管道。 （八）冷却水系统（八）冷却水系统 作用：作用：传递和散发柴油机工作时产生的热量，防止柴传递和散发柴油机工作时产生的热量，防止柴油机过热。油机过热。 组成：组成：膨胀水箱、高低温水泵、中冷器、散热器及有膨胀水箱、高低温水泵、中冷器、散热器及有关管路。关管路。第三节第三节 柴油机的分类、型号及转向柴油机的分类、型号

21、及转向一、柴油机的分类一、柴油机的分类 （一）以气缸布置的型式来分（一）以气缸布置的型式来分 立式柴油机立式柴油机 型柴油机型柴油机 对动活塞式柴油机对动活塞式柴油机 型柴油机型柴油机（二）以完成工作循环所需的冲程数分（二）以完成工作循环所需的冲程数分 四冲程柴油机四冲程柴油机 二冲程柴油机二冲程柴油机 （三）按曲轴转速及活塞平均速度分（三）按曲轴转速及活塞平均速度分 曲轴转速（转分）：曲轴转速（转分）： 低速低速 300 中速中速 3001000 高速高速 1000 活塞平均速度活塞平均速度c（米秒）：（米秒）： 低速低速 6 中速中速 69 高速高速 913 （四）按进气状态分（四）按进气

22、状态分 以空气进入气缸的状态分：以空气进入气缸的状态分： 非增压柴油机非增压柴油机 增压柴油机增压柴油机 以压气机的驱动方式分：以压气机的驱动方式分： 机械增压柴油机机械增压柴油机 废气涡轮增压柴油机废气涡轮增压柴油机 以空气被增压的程度分：以空气被增压的程度分： 低增压低增压 166.6 中增压中增压 166.6245 高增压高增压 245343 超高增压超高增压 343 （五）按燃烧室的结构特征分（五）按燃烧室的结构特征分 直接喷射燃烧室式柴油机直接喷射燃烧室式柴油机 间接喷射式燃烧室式柴油机间接喷射式燃烧室式柴油机 二、柴油机的型号、气缸编号及曲轴转向二、柴油机的型号、气缸编号及曲轴转向

23、 、型号：、型号： 首部：首部： 系列符号、换代标志符号；系列符号、换代标志符号； 中部：中部： 缸数符号缸数符号 气缸排列型式：气缸排列型式： 型型 平卧型平卧型 无直立式或单缸卧式无直立式或单缸卧式 冲程符号：冲程符号： 二冲程二冲程 无四冲程无四冲程 缸径符号缸径符号后部：后部： 结构特征符号：结构特征符号： 无水冷式无水冷式 风冷式风冷式 凝气冷却凝气冷却 十字头式十字头式 可逆转（直接换向）可逆转（直接换向） 增压式增压式 用途特征符号：用途特征符号： 无通用型无通用型 拖拉机用拖拉机用 摩托车用摩托车用 工程机械用工程机械用 车用车用 铁路机车用铁路机车用 发电机组用发电机组用 尾

24、部：尾部： 区分符号。区分符号。 如：如：16V240ZJB、10E207J 我国于我国于1982年颁布于新的国家标准年颁布于新的国家标准(GB725-1982)，对内，对内燃机产品的名称飞型号及编制规则进行了规范广该标准的燃机产品的名称飞型号及编制规则进行了规范广该标准的主要内容如下：主要内容如下： (1)内燃机产品的名称均按所采用的燃料类型命名，内燃机产品的名称均按所采用的燃料类型命名，例如柴油机、汽油机、石油天然气发动机等。例如柴油机、汽油机、石油天然气发动机等。 (2)内燃机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。内燃机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。 (3)内燃机型号由四部分组成，其

25、排列顺序及符号意义内燃机型号由四部分组成，其排列顺序及符号意义如下面框图所示：如下面框图所示： 例：例： 12V110F表示十二缸、表示十二缸、V形排列、四行程、缸形排列、四行程、缸径径110mm、风冷、不增压发动机；、风冷、不增压发动机； 1E65F表示单缸、二行程、缸径表示单缸、二行程、缸径65mm、风冷、风冷、通用型发动机；通用型发动机； 4100Q-4表示四缸、直列式、四冲程、缸径表示四缸、直列式、四冲程、缸径100mm、汽车用第四种变型发动机。、汽车用第四种变型发动机。 、曲轴转向、曲轴转向 站在输出端向自由端看，凡输出端曲轴顺时针转站在输出端向自由端看，凡输出端曲轴顺时针转为为“右

26、转右转”，逆时针旋转为，逆时针旋转为“左转左转”。 多轴式柴油机的转向以主输出轴转向为准。多轴式柴油机的转向以主输出轴转向为准。 、气缸编号、气缸编号 由功率输出端朝自由端看，以垂直于输出轴中心由功率输出端朝自由端看，以垂直于输出轴中心线的水平线为基准，从该水平线右侧逆时针方向依次决线的水平线为基准，从该水平线右侧逆时针方向依次决定气缸列数定气缸列数、。气缸编号从。气缸编号从列自由端开始，由列自由端开始，由前向后依次编号，整台柴油机的气缸号码误应连续。前向后依次编号，整台柴油机的气缸号码误应连续。输输 出出 端端自自 由由 端端1 16 6 1 15 5 1 14 4 1 13 3 1 12

27、2 1 11 1 1 10 0 9 98 87 76 65 54 43 32 21 18 87 76 65 54 43 32 21 18 87 76 65 54 43 32 21 16 65 54 43 32 21 11 12 2 1 11 1 1 10 0 9 98 87 7（ c c）左左右右（ b b）（ a a）柴油机的汽缸编号柴油机的汽缸编号第四节第四节 柴油机的技术经济指标柴油机的技术经济指标 1、动力性能指标动力性能指标有效转矩有效转矩Te 有效功率有效功率Pe 3210()609550eeeT nnpTkW式中：式中：Te有效转矩，有效转矩，Nm； n曲轴转速，曲轴转速，r/m

28、in。 平均有效压力平均有效压力pme:单位气缸工作容积发出的有效功单位气缸工作容积发出的有效功发动机转速发动机转速n：即曲轴转速，即曲轴转速，r/min 在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。速分别称作标定功率和标定转速。 发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。定工况。有效热效率有效热效率: 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作效热效率，记作 e。2、经济性能指标、经济性能指标 有效燃油

29、消耗率有效燃油消耗率ge：单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用ge表示，其单位为表示，其单位为g/kWh3、强化指标、强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括包括升功率升功率和和强化系数强化系数等。等。4、紧凑性指标、紧凑性指标用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。比容积比容积比质量比质量 5、环境性能指标、环境性能指标 排放：排放：有害气体有害气体CO、HC、NOx、颗粒

30、物、颗粒物PM 噪音噪音温室气体：温室气体： 二氧化碳二氧化碳CO2等等6、可靠性指标、可靠性指标表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。7、耐久性指标、耐久性指标指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。1、速度特性曲线、速度特性曲线发动机在油量调节机构发动机在油量调节机构(节气门开度节气门开度)保持不变的保持不变的情况下，性能指标随发情况下，性能指标随发动机曲轴转速变化的关动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特系称为发动机的速度特性曲线。性曲线。第五节第五节 发动机特性曲线发动机特性曲线 发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况 (负荷、转速负荷、转速)变化而变