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柴油机基础知识

第一节柴油机概述

内燃机是一种复杂的能量转换机器。随着技术水平的不断提高，各种类型内燃机的构造及其布置也就各有差异。往复活塞式内燃机的基本构造，都由下列二个机构和五个系统所组成。

以柴油作燃料,当空气在气缸内受压缩而产生高温，使喷入的柴油自然，燃气膨胀而作功的内燃机，称为柴油机。

我国现生产柴油机的功率覆盖面为2.2-47280KW，柴油机的气缸直径65-900mm，转速5.6-4400r/min。特点：易于起动、操作维护方便、结构紧凑、体积小、重量轻、便于运输安装、经济性好、使用范围广，是较理想的动力机械，广泛用作发电、船舶、排灌、汽车、拖拉机和工程机械等动力。

第二节柴油机分类

按照工作循环分类：二冲程柴油机和四冲程柴油机；

按照气缸数量分类：单缸柴油机和多缸柴油机；

按照汽缸排列方式分类：立式、卧式、直列式、斜置式、V形、X形、W形、对置汽缸、对置活塞等；

按照冷却方式分类：水冷柴油机和风冷柴油机；

按照进气方式分类：自然吸气式和增压式；增压式可分为：低增压、中增压、高增压和超高增压等；

按照曲轴转速分类：高速机、中速机、低速机；

按照用途分类：固定式、移动式；

第三节柴油机工作原理

按照一定规律，不断地将柴油和空气送入气缸，柴油在气缸内着火燃烧，放出热能，高温高压的燃气推动活塞作功，将热能转化成机械能。

四冲程柴油机的正常运转通过以下四个工作过程来完成;

进气过程: 活塞由上止点移动到下止点，即曲轴的曲柄内0°转到180°(活塞位于第一冲程上止点时，曲轴的曲柄位置定为0°)。在这个冲程中，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。

压缩过程: 活塞由下止点移动到上止点，即曲柄由180°转到360°。在这个冲程中，气缸内的气体被压缩;

燃烧膨胀过程（工作过程）: 活塞再由上止点移动到下止点，即曲柄由360°转到540°。在这个冲程中燃气膨胀做功，所以又称为工作冲程或做功冲程。

排气过程: 活塞再由下止点移动到上止点，即曲柄由540°转到720°。在这个冲程中排气门打开，燃烧后的废气经排气门排出气缸.

柴油机术语

上止点：活塞离曲轴中心线最大距离时的位置；

下止点：活塞离曲轴中心线最小距离时的位置；

活塞行程：活塞运行在上、下两个止点间的距离；活塞行程等于两倍的曲柄半径长度，即S=2R。

曲柄半径:曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离;

活塞平均速度：Cm=sn/30(米/秒)；Cm--活塞平均速度 S-活塞行程 n-转速

燃烧室容积Vc：活塞位于上止点位置时，活塞顶上面的空间叫燃烧室，这个空间容积叫燃烧室容积；

气缸工作容积Vh：活塞从上止点移动到下止点，所扫过的空间容积；Vh=（∏.D2/4）.S.106（升）；D单位为mm.

气缸总容积Va：活塞位于下止点位置时，气缸内的容积；Va=Vc+Vh

压缩比：活塞从下止点移动到上止点时，气体在汽缸内被压缩的程度，即气缸总容积与燃烧室容积的比值；一般柴油机压缩比为12-20；

总排量：多缸柴油机所有气缸工作容积之和；

指示功Wi:表示气缸内的气体完成一个工作循环时对活塞所作的功。

平均指示压力pmi:表示在每个工作循环中，单位气缸工作容积所作的指示功Wi，单位为Pa或(N/m2)。

指示功率Pi:表示单位时间内所作的指示功，单位为kW。

指示燃油消耗率gei:指示燃油消耗率[单位为g/(kW·h)]表示单位指示功的耗油量，以指示功率每千瓦小时的耗油量表示。

有效功率PS:从内燃机输出轴上所获得的功率，称为有效功率(单位为kW)。

机械效率ηm:有效功率和指示功率之比称为机械效率。

输出扭矩Tiq:内燃机的有效功率，通常是从内燃机输出轴上测得的输出扭矩和转速中计算出来的。内燃机输出轴的扭转力矩称为输出扭矩Tiq，简称为扭矩，单位为N·m，可由专用的水力或电力测功器测出。取所测某工况下的转距和转速，应用下列公式计算该工况下的内燃机有效功率Ps(单位为kW)：

Ps=n·Tiq/9550

式中 n--内燃机输出轴转速，单位为r/min

平均有效压力pme:在评价内燃机有效指标时，常用平均有效压力pme，它是折合到单位气缸工作容积的比参数，其物理概念与平均指示压力pmi值相对应。平均有效压力的定义为单位气缸工作容积所发出的有效功。

有效燃油消耗率ge:单位有效功的耗油量称为有效燃油消耗率，通常以每千瓦小时所消耗的燃料重量来表示，共单位为g／(kW.h)。

15分钟功率：在标准环境条件下，内燃机连续运行15分钟的最大有效功率；

1小时功率：在标准环境条件下，内燃机连续运转l 小时的最大有效功率；

12小时功率：在标难环境条件下，内燃机连续运行12小时的最大有效功率；

持续功率：在标准环境[大气压力0.1MPa，环境温度298K(陆用内燃机)、318K(船用内燃机)]条件下内燃机以标定转速允许长期连续运行的最大有效功率。

15分钟功率是对车用内燃机而言，如汽车、摩托车和摩托艇等在超车或追击时以最高速度行驶，在15分钟内允许以满负荷运行。在正常行驶过程中，按内燃机标定功率运转。对车用内燃机，通常以1小时功率为标定功率，15分钟功率作为最大功率，相应的转速为标定转速和最大转速。汽车经常处在低于标定功率下行驶，因此车用内燃机的标定功率可以标得高一些，以充分发挥内燃机的工作能力。船用主机、工程机械和机车通常以持续功率为标定功率，1小时功率为最大功率。船舶在航行时对内燃机的耐久性和可靠性要求很高，使用功率不能标定得太高。使用功率的标定是一项复杂的工作。使用功率标定得越高，使用寿命越短。目前产品使用功率的标定是根据用户的要求和产品的性能，由生产厂标定。

负荷特性：保持柴油机转速不变，其性能参数随负荷变化的规律；对于用做恒转速的从动机动力时，如发电用柴油机，负荷特性具有重要的使用价值。

速度特性：保持供油量不变的情况下，柴油机的性能参数转速变化的关系；供油量保持最大时的速度特性称为全负荷速度特性，又叫做外特性；选择车用和工程机械用柴油机时，着重考虑外特性。

调速特性：将调速手柄固定在某一位置不动，由调速器自动控制喷油泵齿条的移动，使负荷由零逐渐变到最大，此时柴油机扭矩和功率等参数与转速的变化关系；一般将调速手柄固定在最大功率位置。

螺旋桨特性：Ne=An3 Me=Bn2

式中，比例系数A、B取决于螺旋桨结构、船的航速和水的密度等因素；当发动机按螺旋桨特性工作时，超速3﹪，功率就增加10﹪。

柴油机构造

柴油机主要由以下构造与系统组成：

机体组件：包括机体、曲轴箱、气缸套、气缸盖等；

曲柄连杆机构：包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等；

配气机构与进、排气系统：包括进、排气门组件、推秆、挺柱、凸轮轴、正时齿轮、进、排气管、空滤器等；

燃料供给与调节系统：包括喷油泵、喷油器、输油泵、柴滤器、调速器等；

润滑系统：包括机油泵、机油滤清器、压力调节阀、润滑油道等；