《柴油机原理与构造》

柴油机原理与构造目录柴油机的基本工作原理和总体构造1主要固定件3配气机构及进排气系统34曲柄连杆机构32燃料供给系统5润滑、冷却、启动系统36第一章柴油机的基本工作原理和总体构造2.5柴油机的主要性能指标和型号规则2.4柴油机的总体构造2.3多缸柴油机曲柄排列与发火顺序2.2柴油机基本工作原理2.1概述第一章柴油机的基本工作原理和总体构造第一节概述一、什么是柴油机发动机：将某一种能量转变为机械能而驱动其它机械做功的机器，称为发动机。热力发动机：将燃料的化学能通过燃烧产生热能，再通过机械本身将热能转变为机械能的机器。热力发动机可分为：内燃机、外燃机内燃机：燃料在发动机内部（气缸内）燃烧，将其燃烧的热能直接转变为机械能的热力发动机，称为内燃机。外燃机：燃料在发动机外部燃烧的热力发动机，称为外燃机。在内燃机中，根据所用燃料的不同，又可分为柴油机、汽油机和煤气机等。其中，柴油机是以柴油作为燃料的内燃机，其工作特点为空气在气缸内被压缩成高温、高压气体，使喷入的柴油自燃，并由燃气膨胀而做功。目前，内燃机车的动力装置一般都采用柴油机。二、柴油机的特点及用途1.优点：（1）对能量的利用率高。（2）功率和转速范围广，能适应各种不同用途。（3）结构紧凑、轻巧便于移动。（4）启动迅速、工作可靠、便于自动控制，并能在启动后很快达到全负荷运转。（5）消耗水量少。2.缺点：（1）对燃油要求严格。（2）结构复杂，零部件的加工、装配、使用和维修要高。（3）排气中含有毒性物质，污染大气；振动和噪音也会对环境造成污染。三、柴油机的一般构造和基本工作情况构造为了燃烧与做功的需要，在柴油机上设置了由活塞组、连杆组和曲轴组等组成的曲柄连杆机构；气缸套和气缸盖；包括气门、摇臂、横臂、挺柱及凸轮轴等组成的配气机构；包括喷油泵、喷油器及管道输送等组成的燃油供给系统；机体及其它配属系统等几大部分。2.单缸柴油机的基本工作情况首先由曲轴带动活塞自上而下运动，空气经进气管、进气门进入气缸内，当活塞接近最下端位置时，进气门关闭，然后活塞向上移动，气缸内的空气受到活塞的压缩，使空气的压力和温度都有较大的升高。然后柴油通过进油管经喷油器喷入燃烧室与被压缩的高温、高压空气接触而着火燃烧，燃气膨胀产生的巨大推力推动活塞向下运动并通过连杆使曲轴旋转，从而对外输出功率，最后活塞由下向上移动，将膨胀后的废气排出气缸，至此，完成一个工作循环。柴油机的工作循环：进气、压缩、燃烧膨胀做功和排气。四、柴油机的基本名词术语活塞的止点与冲程活塞在气缸内作上、下往复运动的两个极端位置称为止点。上止点：活塞在气缸中作上下往复运动所能达到的最上方的位置，称为上止点。下止点：活塞在气缸中作上下往复运动所能达到的最下方的位置，称为下止点。上、下止点之间的距离称为活塞冲程。2.气缸容积（1）燃烧室容积：当活塞位于上止点时，活塞顶上面的气缸空间叫燃烧室，这个空间的容积称为燃烧室容积。

（2）气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所扫过的空间容积称为气缸工作容积。（3）气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积。它等于燃烧室容积与气缸工作容积之和。3.压缩比气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。压缩比表明进入气缸的空气被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了的空气的压力和温度就会高一些，柴油机启动就容易，柴油机的热量利用程度也就更高。五、柴油机的分类根据完成一个工作循环的冲程数：

二冲程柴油机：活塞连续运行两个冲程（曲轴转一圈）完成一个工作循环的柴油机。

四冲程柴油机：活塞连续运行四个冲程（曲轴转二圈）完成一个工作循环的柴油机。按气缸数目排列方式分类（1）按气缸数目分：单缸柴油机多缸柴油机（2）根据气缸的布置形式分

立式卧式V形对置活塞H形3.按冷却方式分类

水冷式柴油机：利用水作为冷却介质。

风冷式柴油机：利用空气作为冷却介质。4.按进入气缸的空气压力分类

增压柴油机

：空气通过增压器提高压力后进入气缸非增压柴油机：空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸。目前，机车用柴油机几乎全部采用增压柴油机。5.根据柴油机的用途分类（1）固定式柴油机（转速固定不变）（2）船舶柴油机（3）机车柴油机（4）汽车拖拉机用柴油机

第二节柴油机基本工作原理一、四冲程柴油机工作原理

柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀作功和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。活塞上下往复四次走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。1.进气冲程进气提前角：从进气门开启到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为进气提前角。

进气延迟角：将活塞行至下止点到进气门关闭的曲轴转角，称为进气延迟角。2.压缩冲程供油提前角：喷油泵开始供油的瞬间到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为供油提前角。喷油提前角：喷油器开始喷油的瞬间到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为喷油提前角。3.燃烧膨胀作功冲程4.排气冲程

排气提前角：从排气门开启的瞬间，到活塞行至下止点时的曲轴转角，称为排气提前角。自由排气阶段：从排气门开启到活塞行至下止点这一阶段为自由排气阶段。强迫排气阶段：活塞由下止点向上止点运动，废气被活塞强迫推出缸外，这一阶段的排气称为强迫排气阶段。过后气排阶段：将活塞在上止点以后的排气称为过后排气阶段。排气延迟角：从活塞行至上止点到排气门完全关闭时的曲轴转角称为排气延迟角。气门重叠：进、排气门处于同时开启的状态，通常将这个现象称为气门重叠。同一气缸的进、排气门同时开启的曲轴转角，称为气门重叠角。二、四冲程柴油机的配气相位图三、二冲程柴油机工作原理活塞在两个冲程内完成一个工作循环的柴油机，称为二冲程柴油机。二冲程柴油机的工作循环中，也包括进气、压缩、燃烧膨胀作功及排气四个过程。但这四个过程是在活塞的两个冲程中完成的。第一冲程——辅助冲程第二冲程——作功冲程四、二冲程与四冲程柴油机的比较（1）二冲程柴油机大大缩短了辅助冲程所占用的时间，曲轴每转一圈，就有一个作功冲程。而四冲程柴油机曲轴每转两圈才有一个作功冲程。（2）由于二冲程柴油机每两个冲程即作功一次，所以运转比较平稳，结构简单。（3）燃烧不充分，功率低；热负荷与油耗率相对比较高。第三节多缸柴油机曲柄排列与发火顺序一、几个概念输出端（后端）：曲轴可连接到被驱动机械上的一端。自由端（前端）：对应的另一端。柴油机左右侧：面对输出端朝自由端看，左手一侧为柴油机左侧，右手一侧为柴油机右侧。4.气缸编号：从自由端开始向输出端顺序对气缸编号。自由端输出端右左123456781011121314151695.柴油机曲轴的旋转方向：从输出端朝自由端看凡顺时针旋转的称为“右旋”；逆时针旋转的称为“左旋”。6.曲柄：多缸柴油机曲轴是由形状尺寸相同，彼此位置不同的多个曲柄组成。曲柄由主轴颈、曲柄臂和曲柄销组成。7.曲柄排列：多缸柴油机曲轴上的各曲柄，按一定规律，一定角度位置布置，这种布置方式称为曲柄排列。以16V240ZJB型柴油机为例：为达到曲轴对外平衡及均匀发火，通常采用十字形镜面对称曲柄排列。其特点是：曲轴的前半段、后半段曲柄，对称于中间主轴颈。123456781.84.52.73.6二、直列式柴油机的发火顺序发火顺序：柴油机的各气缸按一定次序、一定时间间隔轮流发火，这种发火的先后次序，称为发火顺序。以16V240ZJB型柴油机为例：161141012911151316375862415040四冲程柴油机曲轴每转动两圈（720°）完成一个工作循环。三、V型柴油机的发火顺序V型柴油机发火顺序分为填补式发火和交叉式发火两种。填补式发火

填补式发火方式，左、右两列气缸的发火顺序不相同，每列中有连续发火，但是整机发火可以是均匀的。2.交叉式发火

交叉式发火方式，左、右两列气缸的发火顺序完全相同，每列都是均匀发火两列相间发火。整台柴油机发火不一定均匀。（1）连续发火——左、右两列同名气缸连续发火。（2）错开发火——左、右两列同名气缸错开一定的曲轴转角发火。

第四节柴油机的总体构造一、曲柄连杆机构由活塞组、连杆组、曲轴组等运动件组成，是柴油机中最重要的运动部件。它的功用是将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的燃气压力转变为扭矩，通过曲轴向外输出。二、柴油机主要固定件由气缸体、曲轴箱（或机体）、气缸套和气缸盖等组成的固定部件是柴油机的骨架，所有运动部件和辅助系统都支承和安装在它上面。三、进、排气及增压系统进、排气系统由进、排气管，空气滤清器和进、排气控制机构组成。四冲程柴油机的进、排气控制机构称为配气机构，由气门机构和气门驱动机构组成。根据工作循环的需要，按一定时间开启和关闭进、排气门，排出废气，引入清洁的新鲜空气。对增压柴油机，进排气系统中还装有增压器，其作用是提高进入空气的压力，从而可加大进气量。四、燃料供给系统它的功用是定时、定量、定质地将柴油喷入燃烧室内，并创造良好的燃烧条件，满足燃烧过程的需要。燃料供给系统由燃油箱、输油泵、燃油滤清器、喷油泵、喷油器、调速器或联合调节器等组成。五、润滑系统功用是将机油送到柴油机各运动件的摩擦表面，起减磨、冷却、净化、密封和防锈等作用，用以减小摩擦阻力和减小磨损，并带走摩擦产生的热量，从而保证柴油机能正常工作并延长使用寿命。它主要由机油泵、机油滤清器、机油冷却器、阀门和各种管路等组成。六、冷却系统功用是将受热零件所吸收的热量及时传导出去，使柴油机在工作时能保持温度正常，不致因过热而损坏机件，影响柴油机运转。冷却系统可分为水冷式和风冷式两种。七、启动系统要使柴油机由静止状态转入运转状态，必须借助于外力使曲轴旋转并达到一定的转速，以使气缸内形成可燃混合气并实现第一次着火燃烧而转为自行运转。施加外力的装置称为启动装置。有人力启动、电力启动、压缩启动等。第五节柴油机的主要性能指标和型号规则一、柴油机的主要性能指标柴油机的性能指标包括动力性指标、经济性指标、排放性能指标、可靠性耐久性指标等。1.动力性指标（1）有效扭矩：柴油机曲轴上对外输出的扭矩称为有效扭矩。（2）有效功率：柴油机在单位时间内对外作功的量称为有效功率。A:15分钟功率：柴油机允许连续运转15分钟的最大有效功率。B:1小时功率：柴油机允许连续运转1小时的最大有效功率。C:12小时功率：柴油机允许连续运转12小时的最大有效功率。D:持续功率：柴油机允许长期连续运转的最大有效功率。（3）转速：柴油机可在很宽广的转速范围内的任意转速下运转。2.经济性指标（1）有效热效率：柴油机一个工作循环所发出的有效功与得到此功所消耗燃料中的热量之比称为有效热效率。（2）有效燃油消耗率：柴油机每发出1kw有效功率，在1h内所消耗的燃油量，称为有效燃油消耗率。3.排放性能指标：柴油机的有害排放物主要包括有害气体排放物和有害固体排放物——颗粒。排放性能指标由单位体积排气中有害排放物的体积表示。4.可靠性耐久性指标：可靠性是指柴油机在规定的运转条件下，具有持续工作不致因故障而影响柴油机正常运转的能力。二、柴油机的型号编制规则例如：16V240ZJB——16缸，V型，四冲程，缸径240mm，水冷增压，机车用柴油机，变型结构型。第二章曲柄连杆机构

第一节活塞组活塞组包括活塞、活塞环、活塞销及其固定件。一、活塞1.活塞的功用（1）活塞在气缸中作往复运动进行力的传递，完成柴油机的工作循环。（2）活塞、气缸盖、气缸一起组成燃烧室。其中，活塞组起密封作用，使燃气基本上不漏入曲轴箱，同时，也限制机油进入燃烧室。（3）有些二冲程柴油机的活塞，还起到控制气孔开闭的作用。活塞的工作条件（1）高温（2）高压（3）高速活塞材料制造活塞的材料主要有三类：铝合金、铸铁和耐热钢。（1）铝合金优点：导热系数大，活塞所吸收的热量能很快导出，从而保持活塞温度不致过高；比重小，也使往复惯性力减小。缺点：受热变形大；在高温下的强度、刚度和耐磨性较低。（2）铸铁优点：强度高、硬度大、耐磨、耐高温。缺点：比重大。（3）耐热钢优点：热强度高，能承受很高的热负荷。缺点：比重大。采用钢顶铝裙组合式活塞。活塞构造活塞基本上可分为四个部分：顶部、环槽部、裙部和销座。（1）活塞顶部（2）环槽部分（3）活塞裙部（4）活塞销座活塞的冷却机车柴油机的活塞，通常采用机油循环强制冷却，以提高活塞组的工作可靠性，其冷却方式有：（1）喷射冷却把机油用喷嘴直接喷射到活塞顶的背面，以冷却活塞。（2）内油道冷却

在活塞体内设有螺旋环形或环形内油道，机油通过连杆、活塞销和活塞销座通道引入内油道，冷却活塞头部后，从另一销座的通道流回曲轴箱。二、活塞环活塞环包括气环和油环两种。1.活塞环的功用：（1）气环的作用是密封活塞与气缸之间的间隙，防止高温、高压燃气从该间隙中大量漏入曲轴箱；导热作用。（2）油环的作用是上行布油，下行刮油。

2.活塞环的工作条件（1）气环直接受到高温燃气和高温活塞的加热，其温度较高。（2）气环在环槽中的运动十分复杂，剧烈的运动使气环受到交变的弯曲甚至扭转应力，严重时会使环折断。活塞环的材料活塞环要求耐磨、耐热、耐冲击，导热性好，与气缸的磨合性好，还要有一定的弹性。通常以合金铸铁应用最为广泛。气环的密封原理气环在自由状态时，外形尺寸要比气缸内径大。将它套装在活塞环槽内装入气缸后，气环由于弹性而产生径向压力，使气环紧贴在气缸壁上，形成第一道密封面。在高压燃气的作用下，将气环压紧在气缸和环槽上，切断了燃气向下漏气的通道，形成第二道密封面。第一道气环阻止了大量燃气泄漏，仍有少量气体从气环开口处泄漏，但经第二、三、四道气环密封后，漏气量已很微小。气环的切口气缸中燃气漏入曲轴箱的唯一通道是活塞环的切口，因此，切口的形状和装入气缸后间隙的大小对漏气量有一定程度的影响。闭口间隙：活塞环装入气缸后的切口间隙叫做闭口间隙。切口的形状有：直切口、斜切口、搭切口三种。常用的是直切口。气环的截面形状（1）矩形环（2）扭曲环（3）桶面环（4）梯形环7.气环的泵油作用气缸的下部靠飞溅润滑。气缸中、上部的润滑，是通过气环的泵油作用来达到的。当活塞下行时，气环因惯性而贴靠在环槽的上侧面，被气环刮下的机油，聚积在气环与油环槽的下方及气环背面间隙内，待活塞上行时，气环则贴靠在环槽的下平面上，此时机油被挤压在气环的上侧

面间隙内。这样活塞不断地往返运动，形成机油从气缸壁下部，曲折上升的泵油现象。头几道气环的泵油作用，主要发生在进气和排气过程中，而在压缩和燃烧膨胀时，由于气压的作用，在活塞下行时，气环仍贴靠在环槽的下平面，使泵油作用受到限制。油环的作用和结构形式（1）油环的作用活塞与气缸之间的摩擦靠飞溅的机油进行润滑，润滑油膜的厚度，是通过油环来控制的。当活塞下行时，靠油环本身的弹力，时油环外圆面得刃口与气缸面密贴，滑过气缸面，刮下粘附在气缸壁上多余的机油。为保证油环顺利刮油，在油环背面及油环下方的活塞壁面上开有排油孔，使刮下的机油，直接流回油底壳。当活塞上行时，油环外圆面的上边缘倒角形成油楔，把机油均匀地分布在气缸壁上。

上行布油，下行刮油。（2）油环的结构形式油环分为普通油环和组合式油环两种。普通油环一般是用合金铸铁制造的。在它的外圆住表面中间车削出一个油环嘴，并对它的上、下唇倒角。为使油环有较强的刮油能力，采用弹簧涨圈环。三、活塞销活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销与活塞销座孔以及连杆小头衬套孔德配合有三种方式：（1）摆动式：活塞销固定在连杆小头衬套内，对于活塞销座右相对的摆动。（2）固定式活塞销固定在销座孔内，对于连杆小头衬套可相对转动。（3）浮动式

活塞销在连杆小头衬套内和活塞销座内，都可自由转动，圆柱面的磨损比较均匀。四、活塞组常见故障活塞顶面疲劳裂纹环与环槽的磨损活塞环己环岸的断裂销和销座的疲劳裂纹活塞裙部磨损

第二节连杆组连杆组包括连杆（连杆体和连杆盖）、连杆螺栓和连杆轴承。一、连杆连杆的作用连杆用来把活塞承受的气体压力传递给曲轴，同时把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。2.连杆的工作条件连杆在工作时承受着活塞传来的气体压力、活塞运动的往复惯性力和曲轴对连杆的反作用力。要求具有足够的强度和刚度。强度不足：导致连杆断裂，打坏机体或其他零部件，造成严重事故。刚度不足：连杆大头孔失圆，轴瓦的润滑油膜被破坏而使轴颈或轴瓦烧损、连杆弯曲，造成活塞与气缸套偏磨、活塞环漏气窜油等。3.连杆材料连杆应采用强度、刚度和冲击韧性均较高的材料制造。机车柴油机的连杆几乎全部采用中碳合金钢制造。4.连杆构造连杆主要由连杆小头、连杆杆身和连杆大头三部分组成。（1）连杆小头连杆小头从小头孔轴向看是一个近似的圆环与杆身连接。由于向下的压力大于向上的力，因此连杆小头孔宽带常做成上部窄下部宽的结构。

连杆小头孔内通常有一个压配的衬套，其材料为铅青铜或钢背铜铅锡合金层组成的双金属衬套，与活塞销构成一对摩擦副。机车柴油机连杆小头多采用强制润滑，在连杆杆身内钻一个油道，使从曲轴的曲柄销油孔内来的压力油经此油道进入连杆小头衬套。还在连杆小头顶部装一个小喷嘴，利用压力油喷到活塞顶底面来冷却活塞。（2）连杆杆身杆身的截面形状一般采用工字型。（3）连杆大头为使连杆能装到曲轴上，连杆大头是分开结构；由连杆杆身大头部分和连杆盖合成为一个圆，用螺栓或螺钉装配在一起。连杆大头体与盖的剖分面形式有两种，一种为平切口，另一种为斜切口。二、V型柴油机连杆V型柴油机左、右两列气缸中，对应的左缸和右缸的两根连杆是装在同一个曲柄销上的。按连接方式的不同，V型柴油机连杆形式有下列三种：1.并列连杆两根结构形式完全一样的连杆一前一后装在一个曲柄销上。优点：两列气缸的活塞连杆组运动规律相同，动力性能一样，连杆可以互换，因而便于生产和维修。缺点：两列气缸的中心线沿曲轴轴向要错开一段距离（错缸距），所以曲轴长度、机体长度要增加，刚度下降，机体的结构和受力不对称。2.主副连杆一列气缸的每个连杆大头直接装在曲柄销上，称为“主连杆”；另一列气缸的连杆装在对应的主连杆大头的凸耳上，通过圆柱形粗销压入凸耳中连接起来，这种连杆称为副连杆。优点：柴油机整体长度短，主连杆大头刚度大，轴承承压状况好。缺点：连杆无互换性，副连杆对主连杆要产生附加作用力，而且左、右两缸的活塞连杆组运动规律不一样，两缸的压缩比不一致，燃烧过程不同。3.叉片式连杆同一曲柄销上连接的两根对应连杆与气缸中心线在同一平面内。其中一个连杆的大头做成叉形，称为“叉形连杆”，另一个连杆的大头做成片状，插在叉形连杆的大头叉形内。优点：两列气缸中活塞连杆组的运动规律一样，动力性能相同，不存在错缸距；缺点：叉形连杆大头结构和工艺复杂，刚度差受力变形较大。三、连杆轴瓦在连杆大头孔内装有滑动轴承，由于连杆大头是剖分结构，所以滑动轴承也是两块分开的轴瓦，称为连杆轴瓦。连杆上瓦：为受力瓦，为了保证上瓦的承载面积和油膜的承载能力，在工作面上一般不设油槽和油孔。连杆下瓦：为非受力瓦，在其工作面的中央设有一道油槽，槽内分布有10个油孔。过盈量四、连杆螺栓连杆螺栓用于将连杆盖与连杆体连接成一体。

第三节曲轴组曲轴组通常由曲轴、联轴器、扭振减震器、传动齿轮和油封装置等组成。一、曲轴曲轴的功用将活塞的往复运动转变成旋转运动，活塞上的燃气压力通过连杆转换为曲轴的扭转力矩输出，同时保证活塞在进、排气和压缩冲程期间的运动，另外还要带动柴油机自身的一些附件如凸轮轴、配气机构、喷油泵、调速器、水泵等的运转。2.工作条件（1）受力复杂，容易产生疲劳破坏。（2）轴颈与轴承之间有强烈的摩擦和磨损。3.曲轴的材料常用的曲轴材料有两种，一种为钢，另一种为合金球墨铸铁。（1）钢优点：强度高，经调质处理和表面处理后有一定的疲劳强度，耐磨性较好。（2）合金球墨铸铁优点：对应力集中不敏感，耐磨性好，有较好的吸振性能，价廉，可浇铸成合理的形状，以有利于减轻重量和提高强度。缺点：强度低，刚度差，为保证刚度，曲轴尺寸必须做的很大，增加了曲轴的重量。4.曲轴的总体构造课本39页5.曲轴的分类（1）按主轴颈的数目分全支承式曲轴：在相邻的两个曲柄之间都设置有主轴颈的曲轴。非全支承式曲轴：（2）按结构形式分整体式曲轴：曲轴的各组成部分铸成为一根整体。组合式曲轴：曲轴各部分毛坯单独铸造，经机械加工后再组合在一起的。3.按曲柄臂形式分曲柄式曲轴：一个曲柄上既有主轴颈和曲柄销，也有曲柄臂的。盘形曲轴：只有主轴颈和曲柄销，由主轴颈兼做曲柄臂的曲轴。6.曲轴的构造（1）曲柄排列方式（2）曲柄结构形式曲柄由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成。二、联轴器柴油机曲轴的功率输出端（后端）要连接从动机械，并带动其转动，因此必须有一个联轴器。联轴器可以是刚性的，如法兰盘，也可以是弹性的。弹性联轴节的作用（1）可以起飞轮作用，并能均匀地传递扭矩。（2）减少曲轴与从动机械转轴之间因不同心造成的振动和噪音。（3）能缓和柴油机启动、变速和停车时对从动机械的冲击。（4）还可以改变曲轴轴系的扭振动力性能，起一定的减振和避振的作用。2.弹性联轴节的构造采用径向簧片式弹性联轴节3.弹性联轴节工作原理柴油机输出扭矩的传递，是通过与曲轴一起转动的花键轴来驱动弹簧片，经簧片组将扭矩传递到传递机械的转轴上。由于是通过簧片组传递力矩，使得柴油机与从动机械之间成为弹性联结，起到了缓和冲击的作用。当曲轴轴系发生扭转振动时，簧片产生反复的反向变形，迫使联轴器内机油的流动反复换向，因而产生较大的粘滞摩擦阻尼，同时由于簧片的变形，产生弹性反力矩，起到了一定的抑制扭振振幅的作用。三、减振器为避免曲轴产生强烈的扭振共振，对运转平稳性要求较高的机车柴油机都装有减振器。减振器一般安装在扭振振幅最大的曲轴自由端。根据减振原理的不同，减振器可分为两类：动力式减振器：依靠自身的动力作用产生反力矩来抵制干扰力矩。在工作转速范围内可对一定的扭振共振起抑制作用。阻尼式减振器：利用阻尼元件来吸外界加给曲轴的干扰力矩能量，以起到衰减振动的目的。16V240ZJB型柴油机采用动力式和阻尼式相结合的硅油簧片减振器，其中硅油起阻尼作用，簧片起动力作用。减振器通过平键热装到曲轴的自由端。工作原理：当柴油机曲轴发生扭振时，减振器随曲轴一起扭摆，而惯性体由于没有刚性约束，仍按惯性保持等速转动，因此与减振器产生相对位移，使簧片产生弯曲变形，并使黏度极大地硅油层受到剪切，同时弹簧片变形产生的弹性反力矩也迫使硅油运动。于是产生了与振动方向相反的硅油粘滞阻力矩和弹簧片的弹性阻力矩，从而抑制和减弱了曲轴系统的扭振，使扭振振幅减小，曲轴的扭转应力降低。这时干扰力矩加给曲轴轴系的一部分扭振能量转换为热能，并通过硅油和减振器体、盖向外散逸。四、曲轴组其它零件传动齿轮曲轴要带动柴油机的附件如凸轮轴、水泵、油泵等一起运转，因此必须有一套传动机构。最常用的传动装置是齿轮传动装置。驱动凸轮轴转动的齿轮称为正时齿轮，驱动冷却水泵和机油泵的齿轮称为传动齿轮。2.油封装置为了防止润滑油沿曲轴前后端漏到机体外面，通常在曲轴的前、后端轴段上设置油封装置。3.曲轴的轴向定位装置柴油机工作时受到从动机械和传动装置的轴向力作用，会引起曲轴沿轴向窜动，所以必须对曲轴进行轴向定位。机车柴油机的止推轴瓦一般设在最末位主轴颈上，如16V240ZJB型柴油机止推轴瓦在第九位主轴颈上。五、曲轴组常见故障曲轴的常见损坏形式主要是两类：一是轴颈磨损，二是疲劳裂纹。第三章主要固定件柴油机主要固定件包括机体、气缸套和气缸盖。第一节机体机体由气缸体、上、下曲轴箱或油底壳组成。一、机体的功用和工作条件作用：构成了柴油机的骨架是所有零部件的安装基础。形成油、水、气的通道工作条件：承受气体压力、运动件的惯性力、紧固零部件的螺栓预紧力。所以要求机体具有足够的强度和刚度。二、机体的材料铸铁铸铁机体一般是整体铸造成型。优点：成本低，工艺性好，减振性好，对应力集中不明显。缺点：重量大。2.钢钢制机体可以是整体铸造成型，也可以是完全用钢板焊接成型，也有一部分为铸造，另一部分为焊接的铸焊组合式结构。优点：强度高，材料的弹性摸量大，重量轻。缺点：铸造性能较差，造价高，全焊接机体刚度不足，焊接工艺复杂。3.铝合金铝合金机体多为整体铸造成型。优点：重量轻，导热性好。缺点：强度、刚度较差。机车柴油机的机体全都是采用铸铁或钢制造的。三、机体的结构形式按照主轴承（盖）的安装形式，机体可分为下列几种形式：正置曲轴机体主轴承座在下曲轴箱上，主轴承盖正扣，曲轴箱下面必须是机座。2.悬挂曲轴机体主轴承座设在上曲轴箱的横臂上，曲轴悬挂在曲轴箱内，主轴承盖倒扣在主轴承座上。曲轴箱下面可以是机座，也可以是重量佷轻的油底壳。3.隧道式机体有些柴油机机体的上、下曲轴箱不剖分开，主轴承盖和主轴承座做成一个整体，称为隧道式机体。四、机车柴油机机体机车柴油机常用的机体形式有三种：机座式悬挂曲轴机体油底壳型悬挂曲轴机体隧道式机体机车柴油机由于要安装到内燃机车上，在机体上一般都设有支承装置。例如16V240ZJB型柴油机用机体侧下方的四个弹性支承安装到机车车架上。采用弹性支承可消除或缓和机车车架与柴油机之间振动的干扰和相互间影响。防爆安全阀16V240ZJB型柴油机曲轴箱左侧的7个检查孔盖上设有防爆安全阀。当曲轴箱内气体压力超过一定值时，防爆安全阀自动开启，排出气体，防止爆炸。差示压力计

第二节气缸套一、气缸套的功用和工作条件1.作用：（1）气缸与活塞、气缸盖组成燃烧室空间。（2）气缸套内壁对活塞起导向作用。2.工作条件：（1）承受很大的气体压力和活塞侧压力。（2）内、外壁温差大、轴向温度也较大。（3）气缸套内壁磨损较大。二、气缸套材料气缸套一般采用合金铸铁制造，即在优质灰铸铁中加入合金元素，使铸铁的机械强度提高，更加耐磨，以适应气缸套高温、高压、高的表面相对运动速度以及润滑不良的工作条件。三、气缸套结构形式气缸套的内表面为圆筒形状，缸径为240毫米，表面为镜面并进行电火花淬火等处理。常用的气缸套有干式缸套和湿式缸套两种。干式缸套干式缸套外壁不直接与冷却水接触。2.湿式缸套在气缸套外壁有冷却水腔。四、气缸套的常见故障气缸套的磨损气缸套的穴蚀第三节气缸盖一、气缸盖的功用和工作条件1.功用：（1）密封气缸的上平面，并与活塞顶部及气缸套一起形成封闭的燃烧空间。（2）内部形成进、排气道与冷却水道；安装进、排气门，喷油器以及气门驱动机构。2.工作条件：受到气体压力和将气缸盖装在机体上的缸盖螺栓预紧力。二、气缸盖材料铸铁优点：铸造性能好，热强度高，热膨胀系数小，价格低廉。缺点：导热性能差。2.钢优点：热强度高。缺点：熔点高，流动性差，收缩大，不易浇铸成复杂的形状。3.铸铝优点：导热系数大，熔点低，流动性好，可铸成任意复杂的形状。缺点：强度低，塑性变形大，气缸的密封性差，价格昂贵。机车柴油机的气缸盖一般都用合金铸铁或球墨铸铁。三、气缸盖的结构形式整体式柴油机机体上几个气缸共用一个气缸盖。优点：结构紧凑，零部件数量少，适合用于中、小型柴油机。缺点：结构受力不匀，密封性差，产生漏气现象。2.单体式每个气缸单独用一个气缸盖。优点：密封性好，压力分布均匀，便于制造维修，具有通用性和互换性，有利于产品的系列化、通用化。缺点：零部件数量多，柴油机缸心距大，整体长度加大。机车柴油机一般均采用一缸一盖的单体式气缸盖结构。四、气缸盖螺栓用来紧固气缸盖和气缸体的连接件。五、气缸盖与机体间的密封在气缸盖和气缸套与机体之间，必须采取密封措施。否则即使少量的漏气也会引起气缸盖螺栓过热而使预紧力下降，造成进一步的漏气和漏水。所以在气缸盖下面一般都有气缸盖垫片，在螺栓预紧力的作用下，压紧而起密封作用。气缸垫片有时还有另外一个作用，即通过调整它的厚度来调整气缸内的压缩间隙，使压缩比符合柴油机设计的规定值。六、气缸盖的常见故障气缸盖在工作时的常见故障是热疲劳裂纹。

第四节油底壳

油底壳的功用是储存润滑油，它是一个薄壳形的非承载式焊接结构。用8毫米厚的钢板围成油底壳的主体。在油底壳的上部设有滤网，它有两个作用：一是使流回油底壳的机油泡沫经过滤网后消除，以免影响机油泵的泵油效率，二是当轴承合金有剥离、紧固件松脱或其它零件破损时，掉在滤网上，以便及时发现。为了检查油底壳机油量的多少，在油底壳两侧中部均设有油标尺的安装座孔，座内安装一根深入油底壳内的管子，管内装有油标尺，以检查油底壳的储油量。第五节连接箱泵支承箱一、连接箱连接箱的作用是把机体和牵引发电机的定子连接在一起，成为柴油机—发电机组。在连接箱的一端呈五边形的结合面与柴油机机体后端面用螺栓固定。另一端设有与牵引发电机相连的圆形法兰。箱体内装有弹性联轴节和盘车机构。盘车机构：人为地使曲轴转动的装置，称为盘车机构。二、泵支承箱

泵支承箱用来安装主机油泵和水泵以及机油、燃油精滤器等部件。

第六节曲轴箱的防护装置一、差示压力计差示压力计装在动力室后墙壁上，它是用来测试曲轴箱压力，并且当曲轴箱压力升高到一定限度时，使柴油机自动停机的一种安全保护装置。二、防爆安全阀在曲轴箱左侧7个检查孔盖上均设有防爆安全阀。当曲轴箱内压力超过一定值时，防爆安全阀自动开放，排出压力气体，防止爆炸。第四章配气机构及进排气系统

第一节配气机构作用：

配气机构是柴油机换气过程的控制机构。它的作用是根据柴油机气缸的发火顺序和配气相位，适时地开启进、排气门，并与进排气系统相配合，保证柴油机各气缸尽量干净地排出废气，尽可能多地进入新鲜空气。形式：柴油机采用的配气机构的形式有气孔式、气孔—气门式和气门式三种。四冲程柴油机广泛采用气门式配气机构；二冲程柴油机则多采用气孔式配气机构，利用活塞运动控制气缸的开闭来实现换气。有些二冲程柴油机进气靠气缸上的气孔，排气则利用气缸盖上的气门，称为气孔—气门式配气机构。一、气门配气机构的布置和传动气门式配气机构的形式有许多种，按气门的布置位置可分为顶置式气门和侧置式气门；按凸轮轴的位置可分为上置式凸轮轴和下置式凸轮轴；按曲轴与凸轮轴之间传动方式可分为齿轮传动式与链条传动式；按每气缸气门数目可分为二气门、四气门，甚至更多的气门配气机构。气门布置有顶置式气门和侧置式气门顶置式气门配气机构的进、排气门都装在气缸盖上。气门开启过程如下：凸轮轴由曲轴通过齿轮带动旋转，凸轮的尖端顶起挺柱、推杆和调整螺钉，使杠杆式的摇臂压紧气门的杆端，压缩气门弹簧，使气门下行而开启。气门关闭过程如下：当凸轮继续旋转时，在气门弹簧恢复力的作用下，气门上升关闭，并推动摇臂反向转动压回推杆和挺柱。侧置式气门配气机构的进、排气门都装在机体上气缸体的一侧。其动作过程与顶置式气门机构类似。2.凸轮轴的布置凸轮轴的布置有上置式凸轮轴和下置式凸轮轴两种。顶置式气门配气机构的凸轮轴可以上置或下置，侧置式气门配气机构的凸轮轴只能下置。上置式凸轮轴布置在气缸盖上，凸轮直接驱动或通过横臂驱动气门杆上端。下置式凸轮轴布置在气缸盖下方，一般装在机体内。机车柴油机多为V型柴油机，都是顶置式气门、下置式凸轮轴。凸轮轴布置在机体的两侧，即两根凸轮轴，每列气缸用一根，这样布置的凸轮轴易于维修。3.凸轮轴的传动从曲轴到凸轮轴的传动方式有两种：齿轮式传动和链条式传动。机车柴油机中都采用齿轮式传动。由曲轴带动的正时齿轮在柴油机自由端，即通过一组齿轮来驱动一根或两根凸轮轴，使曲轴与凸轮轴的速比为2：1.

4.气门数目及布置气门数目影响到每循环进、排气量。压力一定时，气门数目多，循环进气量大。四冲程柴油机的气缸直径都大于150毫米，几乎都采用四气门机构。气门的布置主要与气缸盖内气道的标准形式有关，可分为两种：（1）串联气道（2）并联气道二、配气机构的组成分为气门机构和气门驱动机构气门机构气门机构的零件有：气门、气门导管、气门座、气门弹簧、锁夹等。（1）气门

用来控制气缸盖上进气道和排气道的开启和关闭。要求气门耐热、耐磨，气门与气门座圈密封性好。柴油机的进气门一般采用普通合金钢，排气门采用耐热合金钢。气门由气门头部和杆部组成。气门头部的形状有三种，即平顶气门、凹顶气门和凸顶气门。气门杆为圆柱形截面，它在气门导管中往复运动，表面经过磨光，以提高耐磨性，杆的端部为安装气门锁夹的缩颈。（2）气门导管

气门导管的作用是在气门作往复直线运动时为其导向，使气门与气门座正确配合，并传导气门的部分热量到冷却介质。

（3）气门座

气门座是气门座合面的支承面，与气门头部一起配合构成对气缸的密封，并传导气门头部的部分热量。目前国内机车柴油机的进排气门均镶有气门座圈。（4）气门弹簧

气门弹簧的功用是保证气门与气门座紧密配合，并防止气门在开启过程中因气门、挺柱、推杆等运动件惯性力作用而产生彼此脱开现象，它还是气门关闭时主动力的来源。因此，气门弹簧应具有足够大的弹力，安装到机构上时应有足够大的预紧力，以避免柴油机振动引起气门弹跳，破坏了气门的密封性。

气门弹簧为圆柱形螺旋弹簧，通过气门杆尾端的气门弹簧盘和锁夹连接到气门上。机车柴油机上一个气门有时采用两根气门弹簧同心安装，并且粗细不同，旋向相反，目的是利用两根弹簧自振频率的不一致来防止共振，并且其中一根弹簧折断时，另一根弹簧还可继续工作，同时还可减少弹簧的总体高度。旋向相反是为了避免工作时折断的弹簧卡入另一弹簧圈内。2.气门驱动机构气门驱动结构零件有挺柱、推杆、摇臂、气门横臂和凸轮轴等。（1）挺柱

挺柱的作用是将凸轮的推力通过推杆、摇臂传到气门。挺柱一般安装在气缸体一侧圆柱形座孔内，挺柱的底面随凸轮的转动而升起或降落，因此要求挺柱表面耐磨，有足够的硬度。挺柱的结构形式有平面挺柱和滚子挺柱两种。（2）推杆

用它来传递从凸轮经过挺柱传来的推力。推杆一般为空心直圆钢管，推杆两端有不同形状的端头，上端头一般为凹球窝，气门摇臂上调节螺钉的球体头部落座其中，下端头与挺柱配合，一般也为球窝，与挺柱上球体头部配合。（3）摇臂与气门横臂摇臂是推杆与气门之间的传动零件，与推杆配合工作。它的作用是将推杆传来的推力改变方向后传给气门杆端部，使气门开启。

气门横臂是四气门机构中使一根摇臂能驱动两个同名气门同时开启和关闭而设的机构，是装在摇臂与气门之间的“T”字形横臂。（4）凸轮轴是配气机构中起决定作用的元件，它控制各气缸气门开启关闭是否正确和准时。

16V240ZJB型柴油机的一根凸轮轴是分成四段制造，然后用螺栓连接在一起的。凸轮和凸轮轴一般也做成一体，每个气缸至少有一个进气凸轮，一个排气凸轮，对于采用单体式喷油泵的柴油机，凸轮轴对应每气缸还有一个油泵凸轮。三、气门间隙及其调整柴油机工作时气门的温度很高，受热膨胀后长度增加，气门驱动机构也会因温度升高而膨胀。若传动链中各零件的结合面都密贴无隙，则只有气门可以向气缸内伸长，即造成气门在高温下自动开启的情况。这样一来气门座合面就会积碳、漏气，使柴油机功率下降，燃烧过程恶化，甚至可能造成气门被烧损的事故。因此配气机构在冷机时必须预留一定的间隙，通常称为气门冷态间隙。间隙太小，不能保证气门在非开启情况下紧密闭合；间隙太大，会使气门关闭和开启时造成严重冲击，产生强烈的噪音，同时还会加速气门座合面的磨损，影响进排气的质量。在装配时或运用了一个时期之后，必须对气门间隙在冷机状态下进行检查和调整。气门间隙的调整必须在气门关闭时进行，因为只有这时才有间隙存在。

16V240ZJB型柴油机的气门冷态间隙是指冷机状态下气门横臂顶面与压球座之间的预留间隙。进气门为0.4毫米，排气门为0.5毫米。调整时松开摇臂和横臂上的调整螺钉及锁紧螺母，将测量片或塞尺插入气门横臂顶面与压球座之间，旋动气门间隙调整螺钉，直至横臂顶面与测量片接触，并以手能自由移动测量片为准，然后拧紧螺母。四、配气机构常见故障1.排气门烧损2.气门座合面磨损3.气门头破裂4.气门断裂5.气门杆卡滞6.凸轮工作面损坏第二节进排气系统

16V240ZJB型柴油机的进、排气系统主要由两台空气滤清器、两台废气涡轮增压器、两台空气中间冷却器、进气稳压箱、排气总管、进、排气支管等组成。进、排气系统的作用是向气缸内供给充足、清洁的空气，同时尽可能干净地排出气缸中燃烧膨胀后的废气，并将废气的能量充分地加以利用，以提高柴油机的进气压力。16V240ZJB型柴油机的进、排气通路：一、进气通路：大气

空气滤清器涡轮增压器的压气机扩散通道空气中间冷却器收敛通道进气稳压箱进气支管各气缸盖进气道进气门气缸。二、排气通路：气缸排气门各气缸盖排气道排气支管排气总管涡轮增压器的涡轮排烟道大气。一、进、排气管机车柴油机绝大多数为V型柴油机，一般都利用V型夹角中间的空间来安装进气管或排气管，或是进、排气管都放在V型夹角上方空间。16V240ZJB型柴油机的进、排气总管都布置在V型夹角上方，其中进气总管利用了机体V型夹角内的部分空间，排气总管则在其上方。16V240ZJB型柴油机的排气管是分段焊接而成，而各段之间用螺栓连接。由于排气管直接与高温废气接触，因此采用耐热合金钢制造。为适应排气管受热伸长且两端接在两台涡轮增压器上不允许总长发生变化的要求，每两段之间的连接采用波纹管。二、空气滤清器空气滤清器的功用是清除空气中的灰尘和杂质，将清洁的空气送入气缸内，减少由于进气空气带进的机械杂质对活塞、气缸套、进气门等组件的磨损。空气滤清器的滤清方法主要有三种。第一种称为惯性法，它利用空气中所含尘土和杂质的比重比空气比重大的特点，当气缸吸入空气时，引导气流急剧旋转，由于离心力的作用，使较重的物质自动地从空气中甩出或分离出去。第二种称为油浴法，它是使滤清的空气通过油液进行清洗。第三种称为过滤法，即通过引导气流经过滤芯，使尘土和杂质被隔离或黏附在滤芯上，达到滤清的目的。滤芯有金属丝网和纸质滤芯等几种。

16V240ZJB型柴油机采用“旋风—钢板网”复式空气滤清器，分成两级来滤清。第一级是惯性法过滤，采用旋风除尘器；第二级是过滤法滤清，采用板式滤网。一共有四组旋风除尘器，每组由箱体、旋风除尘器单体、集尘袋组成。

箱体上按上、中、下三排安装着21个旋风除尘器单体，构成空气滤清器的第一级，装在机车车体侧墙上。当含有杂质的空气流过旋风除尘器体时，由于旋转叶片的作用，空气被迫作螺旋运动，空气中杂质由于质量较大，在离心力的作用下被分离出来，落入集尘袋中，干净的空气从出风口去往钢板网滤清器。钢板网滤清器组是空气滤清器的第二级，它和旋风除尘器之间是串联关系。每一钢板网滤清器由四个相同的滤网元件组成，它装在同一个框架内。每一滤网元件又由六片钢板网构成，滤网元件的两侧为两片粗滤网，中间四片为细滤网。组装时相邻两片网按鱼眼方向相互错开叠放，空气流过滤网时只能曲折流动，这样可提高过滤效果。最后，过滤后的空气经帆布软管进入增压器的压气机。第三节柴油机增压与废气涡轮增压器一、柴油机增压所谓增压就是利用增压器把进入柴油机的空气预先进行压缩，是在柴油机进气过程中充入气缸内的空气量增大。由于充入气缸的空气量增大，气缸里就可以喷入更多的柴油，并得到充分燃烧，从而发出更大的功率。因此。增压是提高柴油机功率、改善柴油机经济性的有效途径。二、废气涡轮增压器的总体结构及型号

45GP802型废气涡轮增压器主要由涡轮进、出气壳、喷嘴环、涡轮、转子轴、压气机工作轮、导风轮、叶轮罩、扩压器、蜗壳、导流壳、轴承和密封装置等组成。涡轮进气壳对废气起导流作用。它的一端与柴油机排气总管相连接；另一端与涡轮出气壳相连接。涡轮出气壳用作涡轮增压器的支架；喷嘴环安装在涡轮进气壳和出气壳之间。涡轮工作轮有工作叶片和轮盘组成，叶片采用扭转叶型。

涡轮工作轮和压气机工作轮安装在同一根转子轴上，并成为一个整体，称为涡轮增压器的转子，转子是高速回转的部件。压气机叶轮由导风轮和工作轮两部分组成，导风轮在前，工作轮在后。压气机采用单级离心式压气机，即空气沿轴向流入而沿径向流出。扩压器是将工作叶轮流出的高速空气流的动能转变成压力能。

涡轮机是将柴油机排出的废气中能量转换成机械能的一种叶片式动力机械，用来驱动压气机转动。按燃气在涡轮中流动方向的不同，涡轮机可分为轴流式和径流式两种。径流式涡轮机用于小流量的增压器中，轴流式涡轮则用于大流量的增压器中。轴流式涡轮机中燃气的流动方向与转子轴轴线方向一致，机车柴油机的增压器都采用单级轴流式涡轮机。45GP802型涡轮增压器采用内置式滑动轴承。所谓内置式轴承就是将两个轴承设在涡轮和压气机叶轮之间，其中一个是止推轴承设在压气机端；另一个为径向支承轴承设在涡轮端。型号：书81页三、废气涡轮增压器的工作原理目前，柴油机普遍采用废气涡轮增压。废气涡轮增压是指柴油机和涡轮增压器联合工作，增压器的涡轮在柴油机废气的推动下工作，而柴油机燃烧所需要的空气则由增压器的压气机供给。涡轮增压器由装在同一根轴上的涡轮和压气机组成。柴油机排气管连接到涡轮增压器的涡轮进气壳上。柴油机排出的具有高温、高压的废气，经涡轮进气壳进入喷嘴环。由于喷嘴环的形状做成进口大、出口小，因而废气的压力和温度下降，而速度却迅速提高。这个高速的废气气流，按照一定的方向流入涡轮，使涡轮高速旋转。废气的压力、温度和速度越高，涡轮转的越快。通过涡轮的废气最后排入大气。

因为涡轮与压气机叶轮固装在同一根转子轴上，所以压气机叶轮也与涡轮以相同的速度旋转，将经空气滤清器滤清的空气吸入压气机壳。高速旋转的压气机叶轮把空气甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加，并进入扩压器。扩压器的形状做成进口小出口大，因此，气流的速度下降压力升高，再通过断面由小到大的压气机蜗壳，使空气气流的压力继续提高。压力空气经柴油机进气管进入气缸与柴油混合燃烧，从而保证柴油机发出更大的功率。涡轮增压器的工作于柴油机本身没有任何机械联系，它不仅不消耗柴油机的有效功率，而且还能有效地利用废气的能量实现增压，以提高柴油机功率。因此，它是最常用的增压方式。目前，机车柴油机多采用涡轮增压。四、废气涡轮增压器常见故障压气机喘振增压压力下降增压压力过高4.增压器强烈振动

第四节废气涡轮增压系统主要形式一、恒压涡轮增压系统恒压涡轮增压是指涡轮前的废气压力基本恒定。柴油机工作时各缸轮流排气，排气过程中废气的压力是极不稳定的，即使对一个气缸来说也是如此。开始排气时废气压力极高，排气快结束时则压力很低。为使进入涡轮机的废气压力基本保持恒定，以使涡轮机运转平稳，可以将各气缸的排气支管连接到一根较粗大的排气总管中，使废气压力在排气总管中均匀恒定后再进入涡轮机。二、变压涡轮增压系统为了充分利用废气中能量，有些柴油机采用变压涡轮增压。它一般是将气缸分成若干组，同一组中几个气缸的排气管是连通的，与其它气缸的排气管不连通。由于每根排气管连接的气缸数目较少，排气管可以做的比较细，将它直接通到涡轮机膨胀环入口处。这样，在气缸开始排气后不久，排气管内废气压力迅速提高，并接近于气缸内废气压力。排气的脉冲能量可以被有效地利用来驱动涡轮机，从而提高了废气能量的利用率。当废气流入涡轮后，排气管内压力迅速下降，直到同一组中另一气缸排气时，该排气管内压力又再次迅速升高，然后迅速降低，从而形成排气管内压力的周期性脉动。所以这种涡轮是在进口处废气压力有较大波动的情况下工作的，故称为变压涡轮增压，又称脉冲涡轮增压。变压涡轮增压由于利用了柴油机排气的压力波能量，而且由于排气管体积小，对压力波动的响应快，减少了节流损失，故能量利用率较高。

第五章燃料供给系统第一节柴油机燃料的主要性能热值：1kg柴油完全燃烧后所放出的热量称为柴油的热值。热值有高热值和低热值。高热值包括了燃烧产物中水蒸气具有的潜热，这部分潜热只有当水蒸气凝结时才有可能利用。低热值不包括这部分潜热。

柴油根据其黏度和比重的不同，可分为轻柴油和重柴油两类。中高速柴油机多用轻柴油，大型低速柴油机一般用重柴油。机车柴油机都采用轻柴油。下面说明柴油质量指标中几种较重要的性能指标。十六烷值黏度凝点馏程闪点第二节燃料供给系统的功用一、功用是按照柴油机的工况（负荷和转速的变化），定质、定时、定量地向气缸喷射雾化的燃油，使之与空气很好地混合以利于燃烧。二、燃料供给系统组成燃料供给系统主要由燃料输送装置、燃料喷射装置和调控装置三部分组成。三、燃油输送装置主要部件燃油箱输油泵将燃油从油箱内吸出，以一定的压力充满低压管路中，供喷油泵使用。燃油泵为齿轮泵。工作原理：主动齿轮带动从动齿轮转动。在吸油腔一侧，转动的齿轮不断将柴油沿箭头所示路线带走，造成吸油腔局部真空，使柴油从进油口不断被吸入补充；在压油腔一侧轮齿的转动使油腔内的油受压缩而压力升高，然后流进输油管道。3.燃油滤清器

燃油系统中设置有两级滤清装置。（1）燃油粗滤器（2）燃油精滤器4.燃油预热器燃油的黏度对燃油的雾化质量影响较大，黏度大则雾化质量差，燃烧过程滞后，柴油机经济性下降。而燃油

的黏度主要与温度有关，为确保燃油在一定黏度下进入喷油装置以使得雾化质量达到良好燃烧的要求，机车柴油机燃料供给系统中一般都设有燃油预热器。机车柴油机一般采用油—水换热的管式燃油预热器，管内通以冷却柴油机后的高温水，燃油在管外流动。

第三节燃烧室及燃烧过程

柴油机的燃烧室是可燃混合气形成和燃烧的场所，混合气形成质量是燃烧过程完善的关键，而混合气质量又与喷油装置、燃烧室以及进气空气的流动有密切关系。根据混合气形成的原理和燃烧室的结构特点，基本上可分为直接喷射式燃烧室和分隔式燃烧室两大类；直接喷射式燃烧室：开式燃烧室和半开式燃烧室。分隔式燃烧室：涡流式燃烧室和预燃式燃烧室。一、直接喷射式燃烧室

直接喷射式燃烧室是开式燃烧室和半开式燃烧室的统称。设在活塞顶上，采用多孔喷油器将燃油直接喷入燃烧室中。直接喷射式燃烧室按燃烧室深浅可分为开式和半开式两类。1.开式燃烧室开式燃烧室由气缸盖底平面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一空间所构成。活塞顶一般有浅的凹坑。特点：（1）.形状简单，结构紧凑，散热面积小，启动容易，经济性好。（2）.一般不组织进气涡流，混合气的形成主要靠喷油器将燃油喷成雾状，因此对喷油系统如喷油器、喷油泵要求较高，喷油压力要求高。（3）.着火前混合气形成数量多，一旦着火，燃烧比较粗暴，柴油机机械负荷大。（4）.对燃油质量要求高，对转速变化比较敏感。2.半开式燃烧室半开式燃烧室一般是在活塞顶面有较深的凹坑，目的是当活塞在压缩冲程中上升时在燃烧室内产生一定的挤压涡流以帮助空气与燃料的混合，因此，半开式燃烧室中混合气的形成不单依靠燃油的喷雾质量，还借助于进气涡流和挤压涡流来促进混合气的形成。二、分隔式燃烧室

分隔式燃烧室是涡流室式燃烧室和预燃室式燃烧室的统称。这种燃烧室被明显地分隔成两部分，一部分由活塞顶面及气缸盖底面空间构成，燃烧过程主要在这里进行，称为主燃烧室；另一部分在气缸盖内，称为辅助燃烧室，两部分之间由一个或几个通道相连接。1.涡流室式燃烧室

涡流室式燃烧室的辅助燃烧室即为涡流室，位于气缸盖内。涡流室容积占全部燃烧室容积的50℅---80℅,它与主燃烧室之间有一个较大切向通道相连。涡流室式燃烧室的混合气形成与燃烧主要依靠压缩涡流。压缩冲程时空气从主燃烧室被压入涡流室，由于通道与涡流室壁面相切，空气在涡流室中产生有规律的强烈涡流。活塞接近上止点时，单孔喷油器将柴油喷入涡流室，由于涡流的作用，燃料与空气迅速混合并着火燃烧，着火后涡流室内的压力与温度急剧上升，气流携带着尚未燃烧的燃油高速喷入主燃烧室，与主燃烧室中的空气进一步混合，促进燃烧迅速完成。2.预燃室式燃烧室

预燃室式燃烧室的辅助燃烧室即为预燃室，预燃室通常是用耐热钢制成的单独的零件，装在气缸盖中，容积占整个燃烧室容积的25℅—45℅，与主燃烧室之间用几个小直径的通道相连。

四气门柴油机的预燃室通常布置在气缸盖中间。预燃室式燃烧室，在压缩冲程时气缸内一部分空气经通道被压入预燃室中，形成不规则的气流运动。活塞接近上止点时，单孔喷油器将柴油喷入预燃室中，有少量燃油着火燃烧，预燃室中气体压力迅速升高，大部分未燃烧的柴油和正在燃烧的混合物以极高的速度经数个通道喷入主燃烧室中。在主燃烧室中产生强烈的燃烧涡流，使燃油及燃烧混合物与空气进一步混合，迅速完成燃烧过程。三、燃烧过程分析燃烧过程是柴油机循环中起决定作用的过程，燃烧过程的完善程度对柴油机的作功能力、经济性能和使用寿命均有很大影响。燃烧过程分为四个阶段：1.着火落后期从喷油器开始喷油到气缸内开始着火燃烧这一阶段称为着火落后期。

2.速燃期从柴油开始自燃着火到接近最高燃烧压力时的阶段称为速燃期。3.主燃期从气缸内压力接近最高时起，到缸内温度达到最高时，这一阶段称为主燃期。4.后燃期在后燃期，喷油结束，但燃烧并未结束，有时会持续到膨胀冲程的末期。第四节燃料喷射装置

燃料喷射装置的功用是根据柴油机的不同工况，定时、定量、定质地将雾化好的燃油按一定的规律喷入气缸内。由喷油泵、喷油器以及连接它们的高压油管组成。一、喷油泵1.喷油泵的作用将燃油泵送来的低压燃油升至高压，并定时、定量地送到喷油器。2.对喷油泵的要求和分类（1）按柴油机工作循环的要求，保证一定的供油开始时刻和供油持续时间。（2）根据柴油机负荷的大小，供应所需的燃油量。（3）根据燃烧室形式和混合气形成方式，保证以一定压力的高压油供给喷油器。（4）每循环供油结束时，喷油泵应迅速干脆地停止供油，以避免喷油器产生滴漏现象。（5）对多缸柴油机还应保证各缸供油次序符合柴油机发火次序；各缸供油量均匀；各缸供油提前角一致；各缸喷油持续时间一致等。喷油泵的结构形式按作用原理不同，大致可分为三类：柱塞式喷油泵、泵-喷油器和转子式分配泵。柱塞式喷油泵按构造区分为单体式和整体式。3.喷油泵的结构

16V240ZJB型柴油机采用单体柱塞式喷油泵。由泵体、柱塞偶件、调节齿圈与齿条、出油阀偶件、柱塞弹簧等组成。

喷油泵体用铸铁制成。它是喷油泵所有零件的安装基础。

柱塞偶件柱塞偶件由柱塞和柱塞套组成，成对研磨制成后不许单独更换其中的任何一个零件。柱塞全长173.5毫米，工作部直径为18毫米，几何行程为20毫米，其上部开有双螺旋槽，槽深2毫米。螺旋槽的上螺旋边与下螺旋边位置不同，螺距不同，旋向相反。在两个螺旋槽之间有环形槽和垂直槽，且三槽相通。柱塞顶面中心垂直油孔与环形槽中的两个径向孔相通。柱塞中部对称的切出两凸块做为键与调节齿圈上的键槽配合。柱塞地面与推杆头接触。柱塞套装于泵体内。在柱塞套圆柱体对应柱塞的两个螺旋槽边处，有两个直径为5mm的油孔，并与泵体内的进油腔相通，一个为上油孔，一个为下油孔。这两个油孔分别由柱塞上的上、下螺旋边来控制开闭。

柱塞在供油凸轮、推杆和柱塞弹簧的作用下，可以在柱塞套内作上、下往复运动。当喷油泵推杆的滚轮接触于供油凸轮的基圆部位时，柱塞处于下止点位置，柱塞顶面位于柱塞套上油孔之下，而柱塞套下油孔，则处于环形槽处；当喷油泵推杆滚轮和供油凸轮的顶点接触时，柱塞则处于上止点位置，这时，柱塞上油孔已处于环形槽处，下油孔已被下螺旋边以下的圆柱面遮盖。由下止点到上止点为柱塞的全行程。柱塞偶件的供油过程：

1.当柱塞自上止点向下止点移动时，柱塞顶部油腔通过柱塞套上油孔以及柱塞顶部的垂直油孔、径向油孔经下油孔分别与泵体内油腔连通。于是低压燃油从柱塞上、下油孔进入柱塞顶部空间，这是吸油过程。

2.当柱塞从下止点位置上行时，由于柱塞套上、下油孔尚未被遮盖，柱塞顶部燃油虽受压，但此时压力还小于出油阀弹簧预紧力及高压油管内剩余油压的合力，出油阀仍不能打开，此时压力油可上、下油孔处回泄至低压油管。当柱塞继续上行，首先柱塞顶部圆柱面封闭上油孔，而下螺旋边还没有封闭柱塞套下油孔，因此，柱塞顶部空间的燃油可通过轴向垂直孔、径向孔从下油孔流向低压油管。这段属于不供油的空走行程。空走行程持续到柱塞套上、下油孔全被遮盖为止。3.从柱塞下螺旋边刚封闭下油孔开始，当柱塞继续上行时，压缩被密封的燃油，燃油的压力剧增，这时燃油压力超过出油阀弹簧压力和高压油管内剩余油压之和而顶开出油阀，供入高压油管。下螺旋边封闭下油孔位置称为几何供油始点。柱塞继续上行，当上螺旋边刚打开上油孔时，又使柱塞顶部空间通过轴向垂直孔、径向孔、上油孔与泵体油腔相通，高压油便迅速回流，压力迅速下降，出油阀在高压油管存油压力和出油阀弹簧复原力作用下迅速落座，柱塞偶件停止供油。柱塞上螺旋边刚打开柱塞套上油孔的位置称为几何供油终点。柱塞从几何供油始点至几何供油终点所走的一段行程是柱塞偶件的供油行程，也叫有效行程。相应的下螺旋边为供油始边，上螺旋边为供油终边。

4.柱塞继续向上极端位置运动，并不产生供油作用，也为空行程，直至上止点为止。柱塞到达上止点位置后，开始下行，将重复上述过程。

4.柱塞继续向上极端位置运动，并不产生供油作用，也为空行程，直至上止点为止。柱塞到达上止点位置后，开始下行，将重复上述过程。

柱塞偶件供油量的调节：

柱塞供油行程的大小代表供油延续时间的长短，即代表供油量的大小，如果改变几何供油始点和几何供油终点，则供油行程变更，供油量随之改变。柱塞螺旋边的几何特性，转动柱塞，改变螺旋边与油孔的相对位置，可以得到不同的柱塞供油行程，就可以实现供油量的调节。当柱塞向左旋转到另一个位置时，使供油始点提前，供油终点延后，则供油行程加大，因而加大了供油提前角，增加了供油量。相反的，如柱塞向右旋转时，而使供油始点延后，供油终点提前，供油行程减小，因而减小了供油提前角，减小了供油量。这样随着柴油机负荷的改变而同时自动改变供油量提前角和供油量。调节齿圈与齿条，转动柱塞的机构采用“齿圈—齿条”型式。在柱塞套下部套装一个调节齿圈，齿圈下方内孔设有键槽，柱塞中部的键（凸块）插入此槽内，齿圈置于弹簧座上。圆柱形空心齿条（又称齿杆）穿过喷油泵体与齿圈啮合，拉动齿条便可转动齿圈与柱塞。齿条可作左、右往复运动，但不能转动。

出油阀偶件：出油阀偶件包括出油阀和阀座，是一对精密偶件，二者须成对研配，不能单独更换其中一个零件。1.调节和控制高压油管内剩余油压的大小。

柱塞的上螺旋边打开柱塞套的上油孔后，高压油迅速回流，高压油管中油压急剧下降，喷油迅速停止，出油阀借压迅速落座。出油阀落座不仅起到止回作用，而且使高压油管内保留有一定大小的剩余油压值，待下次供油时可迅速地将剩余油压升高至喷射压力。出油阀落座的速度对剩余油压有较大的影响，而剩余油压的大小又将影响喷油提前角及喷油量。

2.提高喷油泵的供油量

出油阀的止回作用可增加喷油泵的供油量。

3.防止空气进入高压油管由于出油阀偶件将柱塞顶部油腔与高压油管隔开，由低压燃油管路中泄入的空气就比较难以到达高压管路。二、喷油器

1.作用：控制喷射压力及喷射质量。靠自身建立起来的高压条件，把一定数量的燃油雾化成细小颗粒喷射到燃烧室内，促使混合气的良好形成，以利于着火和燃烧。

2.要求：（1）喷射出的燃油应具有一定的压力、一定的方向、一定的贯穿度，并与燃烧室的特性和形状相配合，使油雾均布