柴油機基礎知識

第一章   柴油機基礎知識

第一節(jié)  柴油機概述

內(nèi)燃機是一種復雜的能量轉(zhuǎn)換機器。隨著技術(shù)水平的不斷提高，各種類型內(nèi)燃機的構(gòu)造及其布置也就各有差異。往復活塞式內(nèi)燃機的基本構(gòu)造，都由下列二個機構(gòu)和五個系統(tǒng)所組成。

以柴油作燃料,當空氣在氣缸內(nèi)受壓縮而產(chǎn)生高溫，使噴入的柴油自然，燃氣膨脹而作功的內(nèi)燃機，稱為柴油機。

我國現(xiàn)生產(chǎn)柴油機的功率覆蓋面為2.2—47280kw，柴油機的氣缸直徑65—900mm，轉(zhuǎn)速5.6—4400r/min。特點：易于起動、操作維護方便、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、便于運輸安裝、經(jīng)濟性好、使用范圍廣，是較理想的動力機械，廣泛用作發(fā)電、船舶、排灌、汽車、拖拉機和工程機械等動力。

第二節(jié)         柴油機分類

      按照工作循環(huán)分類：二沖程柴油機和四沖程柴油機；

      按照氣缸數(shù)量分類：單缸柴油機和多缸柴油機；

      按照汽缸排列方式分類：立式、臥式、直列式、斜置式、v形、x形、w形、對置汽缸、對置活塞等；

      按照冷卻方式分類：水冷柴油機和風冷柴油機；

      按照進氣方式分類：自然吸氣式和增壓式；增壓式可分為：低增壓、中增壓、高增壓和超高增壓等；

      按照曲軸轉(zhuǎn)速分類：高速機、中速機、低速機；

      按照用途分類：固定式、移動式；

第三節(jié)         柴油機工作原理

       按照一定規(guī)律，不斷地將柴油和空氣送入氣缸，柴油在氣缸內(nèi)著火燃燒，放出熱能，高溫高壓的燃氣推動活塞作功，將熱能轉(zhuǎn)化成機械能。

四沖程柴油機的正常運轉(zhuǎn)通過以下四個工作過程來完成;

進氣過程: 活塞由上止點移動到下止點，即曲軸的曲柄內(nèi)0°轉(zhuǎn)到180°(活塞位于第一沖程上止點時，曲軸的曲柄位置定為0°)。在這個沖程中，進氣門打開，新鮮空氣被吸入氣缸。

壓縮過程: 活塞由下止點移動到上止點，即曲柄由180°轉(zhuǎn)到360°。在這個沖程中，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮;

燃燒膨脹過程（工作過程）: 活塞再由上止點移動到下止點，即曲柄由360°轉(zhuǎn)到540°。在這個沖程中燃氣膨脹做功，所以又稱為工作沖程或做功沖程。

排氣過程: 活塞再由下止點移動到上止點，即曲柄由540°轉(zhuǎn)到720°。在這個沖程中排氣門打開，燃燒后的廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸.

柴油機術(shù)語

       上止點：活塞離曲軸中心線Zui大距離時的位置；

     下止點：活塞離曲軸中心線Zui小距離時的位置；

活塞行程：活塞運行在上、下兩個止點間的距離；活塞行程等于兩倍的曲柄半徑長度，即s=2r。

曲柄半徑:曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心的距離;

活塞平均速度：cm=sn/30(米/秒)；cm--活塞平均速度   s—活塞行程      n—轉(zhuǎn)速

燃燒室容積vc：活塞位于上止點位置時，活塞頂上面的空間叫燃燒室，這個空間容積叫燃燒室容積；

氣缸工作容積vh：活塞從上止點移動到下止點，所掃過的空間容積；vh=（∏.d2/4）.s.106（升）；d單位為mm.

氣缸總?cè)莘eva：活塞位于下止點位置時，氣缸內(nèi)的容積；va=vc+vh

壓縮比：活塞從下止點移動到上止點時，氣體在汽缸內(nèi)被壓縮的程度，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值；一般柴油機壓縮比為12—20；

總排量：多缸柴油機所有氣缸工作容積之和；

指示功wi:表示氣缸內(nèi)的氣體完成一個工作循環(huán)時對活塞所作的功。

平均指示壓力pmi:表示在每個工作循環(huán)中，單位氣缸工作容積所作的  指示功wi，單位為pa或(n/m2)。

指示功率pi:表示單位時間內(nèi)所作的指示功，單位為kw。

指示燃油消耗率gei:指示燃油消耗率[單位為g/(kw·h)]表示單位指示功的耗油量，以指示功率每千瓦小時的耗油量表示。

有效功率ps:從內(nèi)燃機輸出軸上所獲得的功率，稱為有效功率(單位為kw)。

機械效率ηm:有效功率和指示功率之比稱為機械效率。

輸出扭矩tiq:內(nèi)燃機的有效功率，通常是從內(nèi)燃機輸出軸上測得的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速中計算出來的。內(nèi)燃機輸出軸的扭轉(zhuǎn)力矩稱為輸出扭矩tiq，簡稱為扭矩，單位為n·m，可由專用的水力或電力測功器測出。取所測某工況下的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速，應用下列公式計算該工況下的內(nèi)燃機有效功率ps(單位為kw)：

       ps=n·tiq/9550                                       

      式中  n——內(nèi)燃機輸出軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min

平均有效壓力pme:在評價內(nèi)燃機有效指標時，常用平均有效壓力pme，它是折合到單位氣缸工作容積的比參數(shù)，其物理概念與平均指示壓力pmi值相對應。平均有效壓力的定義為單位氣缸工作容積所發(fā)出的有效功。

有效燃油消耗率ge:單位有效功的耗油量稱為有效燃油消耗率，通常以每千瓦小時所消耗的燃料重量來表示，共單位為g／(kw.h)。

15分鐘功率：在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機連續(xù)運行15分鐘的Zui大有效功率；

1小時功率：在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機連續(xù)運轉(zhuǎn)l 小時的Zui大有效功率；

12小時功率：在標難環(huán)境條件下，內(nèi)燃機連續(xù)運行12小時的Zui大有效功率；

持續(xù)功率：在標準環(huán)境[大氣壓力0.1mpa，環(huán)境溫度298k(陸用內(nèi)燃機)、318k(船用內(nèi)燃機)]條件下內(nèi)燃機以標定轉(zhuǎn)速允許長期連續(xù)運行的Zui大有效功率。

15分鐘功率是對車用內(nèi)燃機而言，如汽車、摩托車和摩托艇等在超車或追擊時以Zui高速度行駛，在15分鐘內(nèi)允許以滿負荷運行。在正常行駛過程中，按內(nèi)燃機標定功率運轉(zhuǎn)。對車用內(nèi)燃機，通常以1小時功率為標定功率，15分鐘功率作為Zui大功率，相應的轉(zhuǎn)速為標定轉(zhuǎn)速和Zui大轉(zhuǎn)速。汽車經(jīng)常處在低于標定功率下行駛，因此車用內(nèi)燃機的標定功率可以標得高一些，以充分發(fā)揮內(nèi)燃機的工作能力。船用主機、工程機械和機車通常以持續(xù)功率為標定功率，1小時功率為Zui大功率。船舶在航行時對內(nèi)燃機的耐久性和可靠性要求很高，使用功率不能標定得太高。使用功率的標定是一項復雜的工作。使用功率標定得越高，使用壽命越短。目前產(chǎn)品使用功率的標定是根據(jù)用戶的要求和產(chǎn)品的性能，由生產(chǎn)廠標定。

負荷特性：保持柴油機轉(zhuǎn)速不變，其性能參數(shù)隨負荷變化的規(guī)律；對于用做恒轉(zhuǎn)速的從動機動力時，如發(fā)電用柴油機，負荷特性具有重要的使用價值。

速度特性：保持供油量不變的情況下，柴油機的性能參數(shù)轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系；供油量保持Zui大時的速度特性稱為全負荷速度特性，又叫做外特性；選擇車用和工程機械用柴油機時，著重考慮外特性。

調(diào)速特性：將調(diào)速手柄固定在某一位置不動，由調(diào)速器自動控制噴油泵齒條的移動，使負荷由零逐漸變到Zui大，此時柴油機扭矩和功率等參數(shù)與轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系；一般將調(diào)速手柄固定在Zui大功率位置。

螺旋槳特性：ne=an3  me=bn2    

式中，比例系數(shù)a、b取決于螺旋槳結(jié)構(gòu)、船的航速和水的密度等因素；當發(fā)動機按螺旋槳特性工作時，超速3﹪，功率就增加10﹪。

柴油機構(gòu)造

柴油機主要由以下構(gòu)造與系統(tǒng)組成：

機體組件：包括機體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋等；

曲柄連桿機構(gòu)：包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲軸和飛輪等；

配氣機構(gòu)與進、排氣系統(tǒng)：包括進、排氣門組件、推稈、挺柱、凸輪軸、正時齒輪、進、排氣管、空濾器等；

燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)：包括噴油泵、噴油器、輸油泵、柴濾器、調(diào)速器等；

潤滑系統(tǒng)：包括機油泵、機油濾清器、壓力調(diào)節(jié)閥、潤滑油道等；

冷卻系統(tǒng)：包括水泵、冷卻水腔、風扇、散熱水箱、機油散熱器、空氣冷卻器、節(jié)溫器及管路；

起動系統(tǒng)：包括氣啟動、電啟動；氣啟動由氣馬達或分配盤組成，電啟動由啟動電機、繼電器、電瓶、啟動按鈕及連線組成；

增壓系統(tǒng)：包括增壓器、空氣中冷器；

第二章                 主要固定件

第一節(jié)          機體

機體的功用與結(jié)構(gòu)：機體是柴油機的主體骨架，它的內(nèi)、外部安裝著柴油機的各種零部件。

機體由氣缸蓋、氣缸體—曲軸箱、油底殼等零部件所組成，它的作用是作為內(nèi)燃機各機構(gòu)各系統(tǒng)的裝配骨架和分別作為曲柄連構(gòu)機構(gòu)、配氣機構(gòu)、冷卻和潤滑等系統(tǒng)的組成部分。氣缸體的內(nèi)部有氣缸，氣缸中有作往復運動的活塞，其頂部有氣缸蓋，三者密封成燃燒室，燃油就在燃燒室內(nèi)燃燒，使氣體膨脹而推動活塞?；钊ㄟ^連桿與曲軸相連，組成曲柄連桿機構(gòu)。曲柄連桿機構(gòu)的功能是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機械能。

根據(jù)用途不同,濰柴發(fā)動機機體結(jié)構(gòu)主要分為:

1、半隧道式(龍門式),x6170、226b系列柴油機采用該結(jié)構(gòu)；

2、機座式，6160系列柴油機采用該結(jié)構(gòu)；

3、框架式，wd615、618柴油機采用該結(jié)構(gòu)；

wd615氣缸體：

     根據(jù)用途不同可分為：車用、船用、發(fā)電用、工程用氣缸體等。

車用：采用歐ii氣缸體（612600010373b）或在此基礎上變型；帶wevb排氣門制動機體（612600010815）；

     船用、發(fā)電用、部分客車：612600010988歐ii氣缸體；

     工程用：可分為左后取力機體（612600010649）、中后取力機體（612600010952）、右后取力機體（612600010669）、工程機械機體（61500010373b）；

     根據(jù)排放標準不同可分為：基本型、歐i（61560010096）、歐ii氣缸體（612600010373b）、歐i后取力氣缸體（612600010306）；

     歐i與歐ii氣缸體主要從以下幾方面區(qū)分：

1、機油冷卻器安裝位置；

2、歐ii氣缸蓋進水孔數(shù)量少兩個；

3、歐ii機體取消機體與框架之間的套管；

4、增加機體進水口密封膠圈（∮58*3）、機體與水泵通氣孔密封膠圈（∮11.3*2.4）。

     齒輪室61560010094b改為612600010932；612600010516改為612600010958；

第二節(jié)          氣缸套

     氣缸套與氣缸蓋、活塞共同構(gòu)成燃燒室。

     根據(jù)氣缸套結(jié)構(gòu)可分為干式和濕式兩種；干式缸套壁后較薄，一般在1.5—3.5mm之間，主要用于缸徑小于140mm的柴油機；

濰柴生產(chǎn)的wd615、618發(fā)動機采用該缸套，缸壁厚度為2mm，缸徑126mm。底孔尺寸∮130h6（+0.025）mm，缸套外徑∮130（-0.028+0.010）mm；缸心距150mm。

現(xiàn)用缸套61500010344與缸套61500010319區(qū)別在于缸套凸臺直徑大2mm，（從134.50加大136.50mm）,其它機型為濕式缸套。

     氣缸套磨損可分為三類：磨料磨損、熔著磨損、腐蝕磨損；

     磨料磨損主要由以下幾方面造成，

1、進氣不干凈；

2、裝配時不清潔；

3、燃燒不良造成積炭；

     熔著磨損主要是氣缸內(nèi)壁與活塞環(huán)受高溫或是潤滑不良；

     腐蝕磨損主要是燃油中含有硫分，以及燃燒的生成物，對缸壁形成酸性類腐蝕，脫離的微粒，又成為磨料磨損，因此腐蝕磨損危害性Zui大。

第三節(jié)          氣缸蓋

     氣缸蓋的主要功用：

1、密封氣缸；

2、構(gòu)成柴油機進、排氣通道；

3、控制燃料和空氣進入氣缸；

     氣缸蓋的分類：

第四節(jié)          曲柄連桿機構(gòu)

     活塞組主要功用：活塞與氣缸套和氣缸蓋共同圍成柴油機的燃燒室，依靠活塞的上下移動使柴油機工作；承受燃氣壓力，通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)；密封氣缸、防止燃氣泄漏，阻止過多的機油竄入燃燒室；

   &nb