柴油机结构及工作原理.ppt

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1、柴油机结构及工作原理柴油机概述 柴油机每循环冲程数（行程）可分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。 柴油机概述n上止点n下止点n活塞行程n曲柄半径n气缸工作容积n燃烧室容积n气缸最大面积n内燃机排量n压缩比柴油机概述 四冲程柴油机工作循环如图所示，由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成一个工作循环。 柴油机概述1、进气过程 进气过程是由进气门开始开启到进气门关闭为止。为了获得较多的进气量，活塞到达上止点前进气门就开始开启。当活塞到达上止点时，进气门和进气门座之间已有一定的通道面积。活塞由上止点下行不久，气缸内的压力很快低于大气压力，形成了真空，空气在大气压力作用下经空气滤清器、进气管道、进气门

2、充入气缸。当活塞到达下止点时，空气还具有较大的流动惯性继续向气缸内充气，为了充分利用气体流动的动量，使更多的空气充入气缸，进气门在下止点之后才关闭。 柴油机概述 在进气门关闭之前，由于气体流动惯性的作用使气缸内的气体压力有所回升，但由于气体流动的节流损失，气缸内的压力仍低于外界大气压力Pa，进气终点压力Ps约为(0.80.95)Pa。充入气缸的空气与燃烧室壁及活塞顶等高温机件的接触，以及与上一循环没有排净而留在气缸内残余废气的混合，使进气温度升高。进气终点温度Ts可达30一65。2、压缩过程 当进气行程终了时，活塞继续在曲轴的推动下越过下止点而向上止点移动。由于此时进气门和排气门都关闭，所以活

3、塞上移时气缸容积逐渐减小，缸内空气逐渐被压缩，其压力和温度也随之逐渐升高直至活塞到达上止点时，空气完全被压缩至燃烧室内，此时压力可达3050 Kg.f/cm2，温度可达680730，这就为柴油机概述 柴油喷入气缸后的着火燃烧和充分膨胀创造了必要条件。柴油的自燃温度约在300左右，为保证柴油喷入气缸后能及时迅速燃烧和冷启动时可靠着火，其压缩终点温度应高出于柴油自燃温度的一倍左右。压缩终了的状态参数主要决定于空气的压缩程度，也就是压缩前活塞处于下止点时气缸中气体所占有的容积(即气缸总容积Vt)与压缩后活塞处于上止点时气体所占有的容积(即燃烧室容积Vc)之比，此比值称为压缩比，以符号C表示。C=Vt

4、/VC=1+VS/VC、做功行程(膨胀行程) 在压缩行程接近终了，活塞到达上止点前的某一时刻，柴油开始(并经历一小段时间)从喷油嘴以高压喷入燃烧室而形成油雾状，并在高温压缩空气中迅速蒸发而混合成可燃混合气(这种在气缸内部形成可燃混合气的方式称为“内混合”)，随后便自行着火燃烧放出大柴油机概述 量热量，使气缸中的气体温度和压力急剧升高，最高温度可达2000左右，最高爆发压力可达60一90 Kg.f/cm2 (随燃烧室的结构型式不同而有所差异，增压及增压中冷柴油机此数值还要更高)。由于此时进气门和排气门是关闭着的，所以高温高压气体便膨胀而推动活塞内上止点迅速向下止点移动，并通过连杆的传递而迫使曲轴

5、旋转对外输出动力。这样，热能便转化成了机械功。随着活塞的下移，气缸内的气体压力和温度也随之逐渐降低，待活塞接近下止点时，做功行程便告终了，此时缸内压力降到34 Kg.f/cm2。，而温度降到800一900。柴油机概述4排气行程 做功行程终了，曲轴靠飞轮的转动惯性继续旋转，推动活塞越过下止点向上止点移动。这时排气门开启，进气门仍关闭。由于膨胀后的废气压力仍高于外界大气压力，所以废气在此压差作用下，以及受活塞的排挤作用下，迅速从排气门排出。出于受到排气系统的阻力作用，因此排气终了时的缸内废气压力仍略高于大气压力，约为1.051.25Kg.f/cm2温度约为300一700(在排气门附近)。 由于燃烧

6、室占有一定的容积，以及上述排气阻力的影响，因此废气不可能完全排出，留下的残余废气在下一工作循环进气时与新鲜空气混合而成为工作混合气。残余废气愈多，对下一工作循环的不良影响愈大，因此希望废气排得愈干净愈好。 柴油机概述柴油机一般由以下机构和系统组成：n曲柄连杆机构和机体组件 n配气机构 n燃料供给系 n润滑系 n冷却系 n起动系 机体组件 机体组件主要由气缸体、 气缸套、气缸盖和气缸垫等零部件组成。柴油机上几乎所有的零部件都安装在机体上，所以机体是柴油机的基础和骨架。 机体组件 机体组件主要由气缸体、 气缸套、气缸盖和气缸垫等零部件组成。柴油机上几乎所有的零部件都安装在机体上，所以机体是柴油机的

7、基础和骨架。 机体组件n气缸体机体组件n气缸套 由于气缸在高温、高压、活塞高速往复运动以及润滑不良的情况下工作，磨损是很大的。 为了提高气缸表面的耐磨性，有些发动机的气缸体用加入少量合金元素，如镍、钼、铬、 磷、硼等元素的优质铸铁材料制成。但气缸体全部使用优质耐磨材料，将会造成材料的极大浪费。 所以，近年来广泛采用在机体内镶入单独制成的气缸套结构。这样就可以用更加耐磨的材料做气缸套， 以延长气缸的使用寿命。而气缸体则用一般铸铁材料做成，以降低成本。 常用的气缸套有干式和湿式两种。 机体组件n飞轮壳 飞轮壳上一般铸有耳形平台，经铣削加工，其中下端两侧平台与发动机后支撑连接固定于车架上，起发动机支

8、撑作用。 机体组件n气缸盖n气缸垫n气缸盖螺栓 曲柄连杆机构 n曲轴n飞轮 曲柄连杆机构n曲轴 曲轴的功用是承受、 传递连杆传来的力，并驱动其它机构或装置工作。它通常由曲轴前端、主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、曲轴后端等部分组成。 曲轴可分为整体式和组合式两种。 曲柄连杆机构n飞轮 曲柄连杆机构 活塞连杆组成：n活塞n活塞环n活塞销n连杆1、2- 连杆轴瓦3-活塞肖4-连杆体 5-连杆盖6-连杆螺栓7-连杆衬套 8-活塞 9-挡圈 10-梯形环11-锥面环 12-螺旋撑簧油环 曲柄连杆机构n活塞 活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力， 并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部

9、还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 曲柄连杆机构n活塞环 活塞环包括气环和油环两种。n气环：用来密封活塞与气缸壁之间的间隙， 防止气缸中的高温、高压燃气从该间隙中大量涌入曲轴箱， 气环还能将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁。简而言之，气环的作用是密封和传热。n油环：用来刮除气缸壁上多余的润滑油， 并在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜，既可以防止润滑油窜入气缸燃烧， 导致积碳和耗费价格较高的润滑油；又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。 此外，油环还起到封气的辅助作用。油环一般分为普通油环、螺旋衬簧式油环和组合油环等。 曲柄连杆机构 活塞环的装配注意以下事项：n正确区分各道气环 n正确区分活塞环

10、的上下端面 n开口间隙、端隙及背隙合适 n活塞环的开口应相互错开合适的位置， 但开口应避开活塞销及活塞推力面一侧 n将活塞环装入活塞时，应注意将活塞环扩张至正好通过活塞顶部为宜 n将装有活塞环的活塞装入气缸时， 应使用专用工具 曲柄连杆机构n活塞销 活塞销用来连接连杆小头与活塞并传递动力。 活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷， 润滑条件差（一般采用飞溅润滑），因此要求有足够的刚度和强度高，表面耐磨，并且质量小。为此，活塞销通常被制成空心圆柱体，并采用低碳钢或低碳合金钢材料，经表面渗碳处理后进行精磨和抛光。 活塞销、活塞销座孔和连杆小头衬套孔的配合连接，一般采用“全浮式”，即在发动机运转过程

11、中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套内转动，还可在活塞销座孔内转动，以使活塞销各部分的磨损较为均匀。 曲柄连杆机构n连杆组 连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴， 并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 连杆组一般包括连杆、连杆铜套、连杆轴承等。连杆又由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。 连杆小头与活塞销相连， 工作时小头与活塞销之间相对转动，因此小头孔中一般压入减摩青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在连杆小头和衬套上均钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时被飞溅上来的机油,以便润滑。装配连杆铜套时应当注意：青铜衬套上的孔必须与连杆上端的油孔相通。 配气机构 配气机构的功用是按照发动机各缸

12、工作次序的要求， 在每一工作循环中按时开启和关闭各气缸的进、 排气门，以保证各缸准时吸进清洁空气，并及时排出废气。 配气机构 气门组包括：n气门n气门导管n气门座n气门弹簧配气机构 气门传动组主要包括：n凸轮轴n正时齿轮n挺柱n推杆n摇臂和摇臂轴等 配气机构n配气相位及气门间隙 n配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻 从理论上讲， 四冲程发动机的气门开启和关闭都应在活塞冲程的开始和终了时实现。即： 进气门应在上止点时开启，在下止点时关闭；排气门则在下止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占 180曲轴转角。n为了尽可能地增大进、 排气时间，以使气缸中能充气较充足、排气较彻底，现代柴油

13、机都采取延长进排气时间的方法。 1、进气门早开迟闭2、排气门早开迟闭3、气门重叠角 配气机构n气门间隙气门间隙是指气门杆尾端与气门摇臂之间留有的间隙，柴油机运转过程中，气门及各传动件会受热膨胀，导致气门密封不严。为了保证气门的密封性，必须在气门与传动件之间预留有一定的间隙。气门间隙的调整气门间隙的调整n一般调整法 检查和调整气门间隙时， 必须在所检查、调整的气门处于完全关闭状态下，即该缸正处于压缩上止点位置时进行。 对于多缸机来说，一般可根据飞轮壳上的刻线，判定第一缸的压缩上止点。刻度线标明的一般为2个气缸的上止点位置，这时可根据喷油状况断定第一缸压缩上止点， 也可根据工作次序，观察其它缸配气

14、机构的工作情况判定压缩上止点。第一缸调整结束后， 根据多缸柴油机工作次序，转动曲轴，逐缸进行调整。采用此方法比较可靠，但如果缸数多，则显得比较繁琐，熟练时可按此方法验证用快速调整法调整的气门间隙。 n快速调整法首先确定第一缸压缩上止点， 方法同前。运用柴油机各缸工作次序，推算出第一缸在压缩上止点时处于关闭状态的各缸气门，逐一进行调整。然后将曲轴旋转360，再调整剩余的气门。 配气机构123456上止点进排排进排进上止点排进排进进排进排气系统 n进排气系统 柴油机进排气系统由涡轮增压器、进气管、排气管、空气滤清器及消音器等组成。进排气系统n进排气管 n空气滤清器 n排气消声器 进排气系统n采用增

15、压、中冷的进排气系统 进排气系统n涡轮增压器的结构和工作原理 n结构涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成。 进排气系统n工作原理： 利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。柴油机排出的废气经过涡轮壳进入喷嘴，将废气的热能及静压能变成动能，并以一定的方向流向涡轮叶轮，从而使涡轮高速旋转，带动同轴上的压气机叶轮亦高速旋转，新鲜空气经过空气滤清器被吸入高速旋转的压气机叶轮，使气流速度增加，压力提高，再经过扩压器与压气机壳，使气流的动能变成静压能，压力进一步提高，增大密度的空气最后进入发动机的进气管，以实现进气增压提高发动机功率的目的。 燃油供给系统n燃油供给系统的组成： 一般由柴油箱、输油泵、柴

16、油滤清器、喷油泵、喷油器以及高、低压输油管路等组成。 燃油供给系统nP型喷油泵的结构 燃油供给系统燃油供给系统n出油阀总成出油阀总成是由出油阀及出油阀座组成的。 燃油供给系统n凸轮轴凸轮轴由发动机的驱动轴通过联轴节或齿轮、提前器回转，然后通过挺杆和偏心轮使柱塞和输油泵工作。 燃油供给系统n挺杆挺杆是将凸轮轴的回转运动转换为柱塞上下的往复运动。 燃油供给系统n调速器是在柴油机工作时，能够随着外界负荷的变化自动调节供油量，使柴油机的工作保持定。 燃油供给系统n喷油提前角调节装置 喷油提前角的大小对柴油机工作过程的影响很大，喷油提前角过大，由于喷油时气缸内的空气温度较低， 混合气形成的条件较差，备燃期延长，将导致柴油机工作粗暴。而喷油提前角过小将使燃烧过程延后过多，气缸内所能达到的最高压力较低，热效率也显著下降， 并且排气管中常有白烟冒出。因此，为了保证柴油机有良好的性能，必须选定最佳喷油提前角。 燃油供给系统n供油提前角的调整供油提前角的调整 n （1）将飞轮转到第一缸压缩行程上止点前规定的喷油提前角度位置。以WD615 型柴油机为例，FM泵为15-2，BOSCH泵为20-2。转动飞轮时要