柴油机结构原理

柴 油 机 结 构 原 理 课 程 内 容 提 纲l 柴 油 机 原 理l 柴 油 机 结 构 柴 油 机 的 功 能 是 将 燃 料 在 气 缸 内 燃 烧 使 其 热 能 转 换 成 机 械 能 ，从 而 输 出 动 力 。 能 量 的 转 换 是 通 过 不 断 地 依 次 反 复 进 行 “ 进 气 压 缩 做 功 排 气 ” 四 个 连 续 过 程 来 实 现 的 ， 每 进 行 这 样 一 个连 续 过 程 就 叫 做 一 个 工 作 循 环 。 （ 一 ） 柴 油 机 原 理 （ 一 ） 柴 油 机 原 理 （ 一 ） 柴 油 机 原 理 1、 进 气 冲 程 活 塞 由 曲 轴 带 动 从 上 止 点 向 下 止 点 运 动 ， 此 时 排 气门 关 闭 ， 进 气 门 开 启 。 活 塞 移 动 的 过 程 中 ， 气 缸 内 的 容 积 逐 渐 增大 ， 形 成 一 定 的 真 空 度 ， 于 是 经 过 虑 芯 的 空 气 通 过 进 气 门 进 入 气缸 。 直 至 活 塞 到 达 下 止 点 时 ， 进 气 门 关 闭 ， 停 止 进 气 。（ 一 ） 柴 油 机 原 理 2、 压 缩 冲 程 进 气 冲 程 结 束 时 ， 活 塞 在 曲 轴 的 带 动 下 ， 从 下 止 点向 上 止 点 运 动 ， 气 缸 容 积 逐 渐 减 小 ， 由 于 进 排 气 门 均 关 闭 ， 气 体被 压 缩 ， 气 缸 内 温 度 上 升 ， 直 至 活 塞 到 达 上 止 点 时 ， 压 缩 结 束 。（ 一 ） 柴 油 机 原 理 3、 做 功 冲 程 在 压 缩 冲 程 末 ， 高 压 油 嘴 喷 出 高 压 燃 油 与 空 气 混 合 ，在 高 温 、 高 压 下 混 合 气 体 迅 速 燃 烧 ， 使 气 体 的 温 度 、 压 力 迅 速 升高 而 膨 胀 ， 从 而 推 动 活 塞 由 上 止 点 向 下 止 点 运 动 ， 再 通 过 连 杆 驱动 曲 轴 转 动 做 功 ， 至 活 塞 到 下 止 点 时 ， 做 功 结 束 。（ 一 ） 柴 油 机 原 理 4、 排 气 冲 程 在 做 功 冲 程 结 束 时 ， 排 气 门 被 打 开 ， 曲 轴 通 过 连 杆 推 动活 塞 由 下 止 点 向 上 止 点 运 动 ， 废 气 在 自 身 剩 余 压 力 和 活 塞 的 推 力 作 用 下 ，被 排 出 气 缸 ， 直 至 活 塞 到 达 上 止 点 时 ， 排 气 门 关 闭 ， 排 气 结 束 。 排 气 冲程 终 了 时 由 于 燃 烧 室 容 积 存 在 ， 气 缸 内 还 存 少 量 废 气 ， 气 体 压 力 也 因 排气 门 和 排 气 管 的 阻 力 而 仍 高 于 大 气 压 。 （ 一 ） 柴 油 机 原 理 （ 二 ） 柴 油 机 概 述 柴 油 机 的 分 类l 按 照 冷 却 方 式 分 ： 水 冷 式 内 燃 机 、 风 冷 式 内 燃 机l 按 照 进 气 方 式 分 ： 自 然 吸 气 式 内 燃 机 、 增 压 式 内 燃 机l 按 照 用 途 分 ： 工 程 机 械 用 、 汽 车 用 、 拖 拉 机 用 、 船 用 、 发 电 机 用 等 l 曲 柄 连 杆 机 构 ： 由 活 塞 连 杆 组 、 曲 轴 飞 轮 组 、 机 体 组 三 部 分 组 成 。 机 体 部 件 气 缸 体 、 气 缸 盖 、 气 缸 套 、 主 轴 承 、 主 轴 承 盖 等 主 运 动 部 件 曲 轴 、 连 杆 、 活 塞 、 活 塞 环 、 飞 轮 、 皮 带 轮 等l 燃 油 系 统 燃 油 箱 、 输 油 泵 、 滤 油 器 、 油 水 分 离 器 、 喷 油 泵 、 喷 油 嘴 等l 配 气 机 构 配 气 定 时 齿 轮 、 凸 轮 轴 、 随 动 臂 、 推 杆 、 摇 臂 、 摇 臂 轴 、 进气 门 、 排 气 门 、 气 门 弹 簧 、 气 门 导 套 、 气 门 锁 销 、 空 气 滤 清 器 、 涡 轮 增 压器 、 消 音 器 、 中 冷 器 等l 润 滑 系 统 油 底 壳 、 油 泵 、 油 冷 器 、 滤 油 器 、 活 塞 冷 却 喷 嘴 等l 冷 却 系 统 散 热 器 、 水 泵 、 风 扇 、 节 温 器 等l 电 器 系 统 蓄 电 池 、 发 电 机 、 起 动 马 达 、 起 动 开 关 、 蓄 电 池 继 电 器 等 。（ 二 ） 柴 油 机 概 述 柴 油 机 整 体 系 统 简 图空 滤 器 燃 油 箱 消 音 器启 动马 达 油 底 壳蓄 电 池散 热 器 喷 油 泵发 电 机 l 四 缸 发 动 机 曲 轴 每 旋 转180 按 1-3-4-2缸 的 顺 序喷 油l 六 缸 发 动 机 曲 轴 每 旋 转120 按 1-5-3-6-2-4缸 的顺 序 喷 油 机 体 部 件 缸 体 、 缸 盖 、 缸 套 、 主轴 承 、 主 轴 承 盖l 缸 体 为 铸 造 件 ， 活 塞 和 曲 轴 在 缸 体 中 运 动 ， 用 主 轴 承 来 支 撑 曲 轴 旋 转l 主 轴 承 为 三 层 结 构 ， 钢 背 上 层 为 铅 青 铜 轴 承 合 金 ， 表 面 又 镀 一层 锡 铅 合 金l 在 主 轴 承 侧 面 装 有 止 推 环 以 防 止 曲 轴 前 后 移 动l 缸 体 中 有 圆 柱 形 气 缸 使 活 塞 上 下 移 动 ， 燃 油 在 气 缸 中 燃 烧 形 成高 温 ， 要 用 冷 却 水 对 其 周 围 进 行 冷 却l 通 常 气 缸 内 部 安 装 有 缸 套 机 体 部 件 缸 体 、 缸 盖 、 缸 套 、主 轴 承 、 主 轴 承 盖l 缸 套 为 铸 件 ， 分 干 式 缸 套 和 湿 式 缸套l 湿 式 缸 套 与 冷 却 水 直 接 接 触 ， 因 此上 方 要 压 住 缸 体 的 台 阶 ， 下 方 装 有O形 圈 或 U形 密 封 ， 以 防 止 漏 水l 干 式 缸 套 不 直 接 与 冷 却 水 接 触 ， 冷却 效 果 差l 缸 盖 为 铸 造 箱 体 ， 中 间 有 冷 却 水 通过 ， 并 有 进 气 通 道 和 排 气 通 道 l 缸 垫 安 装 在 缸 体 与 缸 盖 之 间 ， 防 止漏 气 漏 水 l 曲 轴 把 气 缸 内 活 塞 的 往 复 运 动通 过 连 杆 转 变 为 旋 转 运 动 ； 其 主 轴颈 安 装 在 缸 体 的 主 轴 承 上 ， 连 杆 轴颈 与 连 杆 相 连 ； 曲 轴 内 部 有 润 滑 油道 ， 使 润 滑 主 轴 颈 的 油 通 过 该 油 道流 进 连 杆 轴 颈l 曲 轴 采 用 含 铬 、 钼 等 元 素 的 高 碳 素钢 ， 经 模 锻 、 高 频 淬 火 加 工 处 理l 飞 轮 安 装 在 曲 轴 后 端 的 惯 性 轮 ，靠 转 动 惯 量 减 少 曲 轴 旋 转 中 的 损 失l 起 动 马 达 小 齿 轮 与 飞 轮 齿 圈 啮 合 ，使 发 动 机 旋 转 起 动主 运 动 部 件 曲 轴 、 连 杆 、 活 塞 、活 塞 环 、 飞 轮 、 皮 带 轮 等 主 运 动 部 件 曲 轴 、 连 杆 、 活 塞 、活 塞 环 、 飞 轮 、 皮 带 轮 等l 活 塞 将 燃 油 在 气 缸 内 燃 烧 产 生 的 热 能 转 变 为 使 活 塞 上 下 运 动 的 机 械 能 ， 通 过 连 杆 使曲 轴 旋 转l 气 环 防 止 气 缸 内 高 压 气 体 从 间 隙 中 跑 掉 ， 主要 作 用 是 密 封 和 导 热 ；l 油 环 将 气 缸 壁 上 附 着 的 油 刮 掉 并 保 持 适 当 的油 膜 配 气 定 时 齿 轮 、 凸 轮 轴 、 推 杆 、 摇 臂 、 摇 臂 轴 、 进 排 气 门 、 气 门 弹 簧 、气 门 导 套 、 空 气 滤 清 器 、 涡 轮 增 压 器 、 消 音 器 、 中 冷 器 等 l 进 排 气 系 统 将 空 气 吸 入气 缸 ， 与 燃 油混 合 燃 烧 ， 燃烧 后 再 将 废 气向 外 排 掉 气 门 机 构定 时 齿 轮 l 曲 轴 转 两 圈 时 凸 轮 轴 才 转 一 圈 ， 所 以 凸轮 轴 齿 轮 的 齿 数 是 曲 轴 齿 轮 的 两 倍l 相 互 啮 合 的 齿 与 齿 的 数 量 是 规 定 好 的 ，齿 上 打 印 有 相 配 的 标 记 l 该 齿 轮 传 动 系 靠 曲 轴 齿 轮 驱 动 旋 转 配 气 机 构 部 件 l 涡 轮 增 压 器 利 用 气 缸 排 出的 废 气 作 动 力 ， 将 高 密 度 的 空气 送 往 气 缸l 空 冷 式 中 冷 器 利 用 环 境 温度 的 空 气 冷 却 由 涡 轮 增 压 器 送出 的 空 气 ， 以 提 高 进 入 燃 烧 室空 气 的 密 度l 水 冷 式 中 冷 器 利 用 冷 却 系统 的 循 环 水 冷 却 由 涡 轮 增 压 器送 出 的 空 气 ， 以 提 高 进 入 燃 烧室 空 气 的 密 度涡 轮 增 压 器 空 冷 式 中 冷 器 水 冷 式 中 冷 器 配 气 机 构 部 件空 气 滤 清 器 灰 尘 指 示 器l 空 气 滤 清 器 通 过 滤 纸 的 方 式 将 送 入 发 动 机 的 空 气 过 滤 净 化 ， 滤 纸 被 叠 成 褶 状 以 扩 大 空 气 的 流 通 面 积 ， 工 程 机 械 多 用 双 层 滤 芯l 真 空 集 动 阀 当 发 动 机 停 机 负 压 消 失 后 ， 该 阀 自 动 打 开 ， 将 集 尘 箱 中 积 存 的 灰 尘 颗 粒 自 动 排出l 灰 尘 指 示 器 当 空 气 滤 清 器 被 堵 塞 时 ， 灰 尘 指 示 器 内 的 红 色 柱 塞 则 被 弹 出 ， 以 提 醒 驾 驶 员 清理 或 更 换 空 气 滤 芯 配 气 机 构 部 件 （ 消 音 器 ） l 废 气 如 果 由 排 气 歧 管 直 接 排 放 到 大 气 中 会 产 生 较 大 的 噪 音 ， 因 此 使 用 消 声 器可 以 减 小 这 种 噪 声 。 燃 油 系 统 燃 油 箱 、 输 油 泵 、 滤 油器 、 油 水 分 离 器 、 喷 油 泵 、 喷 油 嘴 等l 燃 油 系 统 喷 射 燃 油 ，并 根 据 需 要 可 改 变 喷 射的 时 间 和 喷 射 量l 要 求 在 压 缩 冲 程 中 的 适当 时 间 内 喷 射l 自 动 调 整 喷 射 量 以 维 持发 动 机 的 低 速 空 转 或 防止 其 超 速 运 转l 通 过 控 制 喷 射 量 ， 控 制发 动 机 的 功 率 输 出 或 使 其 停 机 燃 油 系 统 部 件 （ 燃 油 箱 、 油 水分 离 器 ）油箱 油水分离器 l 燃 油 箱 加 油 口 装 有 滤 网 ， 防 止 杂 质 进 入 ； 装 有 油 位 计 或 在 驾 驶 室 内 用 可 视 仪表 、 液 晶 显 示 、 指 示 灯 等 以 了 解 油 量 多 少 ； 每 天 作 业 前 须 排 放 水 等 沉 淀 物 ， 每 天作 业 结 束 后 需 将 油 箱 加 满 燃 油l 油 水 分 离 器 分 离 混 在 油 中 的 水 ， 若 浮 标 达 到 或 超 过 红 线 时 须 松 开 排 放 塞 放 水 ，放 水 后 应 通 过 手 油 泵 排 掉 燃 油 系 统 内 的 空 气 燃 油 系 统 部 件 （ 供 油 泵 、 燃油 滤 清 器 ） l 供 油 泵 安 装 在 喷 油 泵 的 侧 面 ， 靠 喷 油 泵 内 的 凸 轮 轴 使 阀 芯 动 作 ， 将 燃 油 输 送 给燃 油 喷 射 泵 ； 另 外 安 装 有 启 动 注 油 泵 （ 手 油 泵 ） 以 便 进 行 停 机 状 态 下 的 燃 油 输 送l 燃 油 滤 清 器 过 滤 燃 油 中 的 杂 质 、 污 垢 ， 滤 纸 被 叠 成 褶 状 以 扩 大 燃 油 通 过 的 面 积 ；滤 芯 需 要 定 期 更 换供 油 泵 燃 油 滤 清 器 燃 油 系 统 部 件 （ 喷 油 泵 ）喷 油 泵 喷 油 量 的 控 制l 形 成 高 压 燃 油l 在 压 缩 冲 程 的 适 当 时 间 内 喷 射 l 通 过 调 节 齿 轮 调 整 柱 塞 斜 槽 开 口 的 方 向 ， 调 整 柱 塞 供 油 的 有 效 行 程 ， 从而 改 变 喷 油 量l 喷 油 泵 柱 塞 与 其 各 自 的 喷 油 嘴 及 气 缸 相 对 应 燃 油 系 统 部 件 （ 调 速 器 ）调 速 器 原 理 l 调 速 器 控 制 调 节 齿 条 动 作 以改 变 喷 油 量l 当 发 动 机 负 荷 变 大 ， 转 速 下降 时 ， 调 速 器 自 动 增 加 喷 油量 ， 防 止 发 动 机 停 机l 当 发 动 机 负 荷 变 小 ， 转 速 提高 时 ， 调 速 器 自 动 减 少 喷 油量 ， 防 止 发 动 机 转 速 过 高l 操 作 驾 驶 室 内 的 油 门 控 制 杆 ，调 节 调 速 器 ， 可 在 全 程 范 围 内 改 变 转 速调 速 器 燃 油 系 统 部 件喷 油 嘴 喷 油 嘴 的 工 作 原 理 l 喷 油 嘴 针 阀 靠 喷 油 嘴 弹 簧 压 住 ， 关 闭 燃 油 出 口 ； 当 喷 油 压 力 达 到 燃 油 喷 射 压 力 时 ，针 阀 被 顶 起 ， 燃 油 成 雾 状 喷 出l 转 动 调 压 螺 钉 则 改 变 弹 簧 压 力 ， 即 调 整 燃 油 喷 射 压 力 燃 油 系 统 部 件 (共 轨 系 统 ）电 装 ECD-U2共 轨 系 统 工 作 原 理 燃 油 系 统 部 件 (共 轨 系 统 ）高 压 共 轨 燃料 室 高 压 燃 料 泵 精 密 喷 射 控 制 电 磁 阀高 压 燃 料 120MPa 润 滑 系 统 油 底 壳 、 油 泵 、 油 冷 器 、滤 油 器 、 活 塞 冷 却 喷 嘴 等润 滑 系 统 示 意 图 l 润 滑 发 动 机 各 运 动部 件 防 止 其 磨 损 ，延 长 使 用 寿 命l 冷 却 高 温 部 件 防 止其 烧 结l 清 洁 因 高 温 运 转 而在 发 动 机 内 部 形 成的 油 污 附 着 物l 防 止 轴 承 和 其 它 金 属 表 面 生 锈l 密 封 运 动 副 表 面 间间 隙 润 滑 系 统 部 件l 溢 流 阀 油 泵 泵 送 的 机 油必 须 保 持 适 当 的 油 压 ， 油 压过 低 则 不 能 到 各 润 滑 部 位 ，油 压 过 高 则 增 加 油 耗 ； 溢 流阀 通 常 设 定 值 36kg/cm2l 安 全 阀 防 止 机 油 滤 清 器堵 塞 时 油 路 不 通l 机 油 滤 清 器 清 除 油 中 的碳 沉 淀 物 、 金 属 粉 末 、 污 垢 ，防 止 被 污 染 的 油 再 次 流 进 润滑 部 位 l 滤 纸 被 叠 成 褶 状 ， 以 扩 大 油通 过 的 面 积l 定 期 更 换 机 油 滤 芯 润 滑 系 统 部 件机 油 冷 却 器 活 塞 冷 却 喷 嘴l 机 油 冷 却 器 降 低 油 温 ， 防 止机 油 高 温 裂 化 l 活 塞 冷 却 喷 嘴 喷 出 机 油 冷 却活 塞 ， 防 止 活 塞 烧 结l 旁 通 滤 清 器 使 机 油 得 到 充 分过 滤 ， 降 低 机 油 污 染 程 度 冷 却 系 统 散 热 器 、 水 泵 、 风 扇 、恒 温 器 等l 燃 油 在 气 缸 内 燃 烧 产 生 高 温 ，为 防 止 缸 盖 、 缸 套 、 缸 体 因高 温 产 生 裂 纹 或 活 塞 烧 伤 ，须 进 行 冷 却l 最 佳 水 温 78 93l 冷 却 水 必 须 加 防 冻 液 防 止 冻结 冷 却 系 统 部 件 （ 散 热 器 、 水 泵 ）l 散 热 器 安 装 在 发 动 机 前 面 ， 上 下 水 室 通 过 许 多 细 小 的 水 管 连 接 在 一 起 ； 来 自 发 动 机 的冷 却 水 进 入 上 水 室 ， 通 过 水 管 流 到 下 水 室 ； 利 用 风 扇 向 散 热 器 送 风 l 散 热 器 顶 部 安 装 有 减 压 阀 ， 防 止 内 部 压 力 过 高 或 成 为 负 压 ， 并 提 高 冷 却 水 的 沸 点l 水 泵 安 装 在 缸 体 前 面 ， 靠 内 部 叶 轮 的 旋 转 将 水 从 泵 排 出 ； 水 泵 壳 体 上 设 有 呼 吸 孔 ， 以保 证 水 封 的 正 常 密 封 和 水 泵 轴 承 的 正 常 润 滑 冷 却 系 统 部 件 （ 节 温 器 ）l 节 温 器 内 部 有 热 敏 元 件 （ 热 胀 冷 缩 的 石 蜡 ） ， 可 根 据 温 度 的 不 同 上 下 移 动 l 当 冷 却 水 温 度 较 低 时 石 蜡 收 缩 ， 将 去 散 热 器 的 水 道 口 关 闭 ， 同 时 打 开 去 水 泵 侧 的 开 口（ 小 循 环 ） ； 水 温 上 升 一 定 程 度 时 石 蜡 膨 胀 ， 将 去 散 热 器 的 水 道 口 开 启 ， 同 时 关 闭 去水 泵 侧 的 开 口 （ 大 循 环 ） 。 电 器 系 统 蓄 电 池 、 发 电 机 、 起 动马 达 、 起 动 开 关 、 蓄 电 池 继 电 器 等起 动 电 路 起 动 开 关 接 通 时 ， 控 制 电 流 ： 蓄 电 池 +发 电 机 B端 子 起 动 开 关 B端 子 起 动 开关 C端 子 起 动 马 达 S端 子 车 架 蓄 电 池 - 起 动 强 电 流 ： 蓄 电 池 + 起 动 马 达 B端 子 车 架 蓄 电 池 电 器 系 统 蓄 电 池 、 发 电 机 、 起 动马 达 、 起 动 开 关 、 蓄 电 池 继 电 器 等充 电 电 路 充 电 电 路 ： 发 电 机 B端 子 起 动 开 关 B端 子 蓄 电 池 + 蓄 电 池 - 车 架 发 电 机 E端 子