柴油機基本知識(濰柴動力)

1、WD615柴油機柴油機柴油機的能量轉換過程柴油機的能量轉換過程燃料的燃料的化學能化學能氣體壓氣體壓力能力能機械能機械能一、基本概念一、基本概念1.什么是柴油機？什么是柴油機？ 柴油機是以柴油為燃料的將化學能轉換柴油機是以柴油為燃料的將化學能轉換為機械能的動力裝置。為機械能的動力裝置。2.什么叫活塞的死點（或止點）？什么是上死點什么叫活塞的死點（或止點）？什么是上死點和下死點？什么是活塞的沖程（行程）？和下死點？什么是活塞的沖程（行程）？上死點上死點下死點下死點活塞行程活塞行程S S曲軸回曲軸回轉中心轉中心曲柄半徑曲柄半徑R R活塞行程活塞行程S S曲柄半徑曲柄半徑R R= =2 2曲軸旋轉時，

2、活塞所能到達的兩個極限位置稱作活塞的死點；距離曲軸旋轉中心最遠的稱作活塞的上死點；距離曲軸旋轉中心最近的稱作活塞的下死點；上下死點之間的距離稱作活塞的沖程（行程）。3.什么是氣缸壓縮容積？工作容積？氣缸總容積？什么是氣缸壓縮容積？工作容積？氣缸總容積？ 什么是柴油機的總排量？什么是柴油機的總排量？壓縮容積壓縮容積VcVc工作容積工作容積VsVs氣缸總氣缸總容積容積VaVa活塞位于上死點時其頂部與氣缸蓋底部活塞位于上死點時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作之間的氣缸容積稱作壓縮容積壓縮容積；活塞從上死點移到下死點所掃過的容積活塞從上死點移到下死點所掃過的容積稱作稱作工作容積工作容積；活塞位于下

3、死點時其頂部與氣缸蓋底部活塞位于下死點時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作之間的氣缸容積稱作氣缸總容積氣缸總容積；所有氣缸的工作容積之和稱為柴油機的所有氣缸的工作容積之和稱為柴油機的排量排量。 氣缸壓縮容積、工作容積、氣缸總容積和總排量氣缸壓縮容積、工作容積、氣缸總容積和總排量之間的關系：之間的關系：氣缸總容積氣缸總容積VaVa= =壓縮容積壓縮容積VcVc+ +工作容積工作容積VsVs柴油機排量柴油機排量VaVa= =氣缸數(shù)氣缸數(shù)工作容積工作容積VsVsL L按沖程數(shù)分：有四沖程和二沖程。按沖程數(shù)分：有四沖程和二沖程。 四沖程：曲軸旋轉兩周完成一個工作循環(huán)。四沖程：曲軸旋轉兩周完成一個工作

4、循環(huán)。 二沖程：曲軸旋轉一周完成一個工作循環(huán)。二沖程：曲軸旋轉一周完成一個工作循環(huán)。按氣缸排列方式分：有直列式、按氣缸排列方式分：有直列式、V V型、型、W W型和星型和星型排列等。型排列等。按氣缸數(shù)分：有單缸機和多缸機（二缸和二缸按氣缸數(shù)分：有單缸機和多缸機（二缸和二缸以上的）。以上的）。二、柴油機分類二、柴油機分類按進氣方式：有自然吸氣、增壓和增壓中冷。按進氣方式：有自然吸氣、增壓和增壓中冷。按冷卻介質分：有水冷和風冷柴油機。按冷卻介質分：有水冷和風冷柴油機。 按轉速分：有高速機、中速機和低速機。按轉速分：有高速機、中速機和低速機。 轉速：轉速： n n1000r/min 1000r/mi

5、n 高速機高速機 600r/min600r/minn1000r/min n1000r/min 中速機中速機 n600r/min n600r/min 低速機低速機按用途分：固定用柴油機和移動式柴油機。按用途分：固定用柴油機和移動式柴油機。三、柴油機主要性能指三、柴油機主要性能指主要性能主要性能動力性能動力性能經(jīng)濟性能經(jīng)濟性能可靠性可靠性排放性能排放性能維修性能維修性能轉速轉速功率功率動力性動力性能指標能指標扭矩扭矩動力性能指標是用來表征做功動力性能指標是用來表征做功能力大小的指標。能力大小的指標。 功率：在單位時間內柴油機對外輸出的有效功，單位為kW 。轉速：柴油機曲軸每分鐘所轉動的圈數(shù)，單位為

6、r/min。扭矩：柴油機對外輸出的有效扭矩轉動力矩，單位為Nm Pe=Men/9550 (kW)動力性能指標是滿足用戶的配套需求。動力性能指標是滿足用戶的配套需求。 經(jīng)濟性經(jīng)濟性能指標能指標機油消耗率機油消耗率有效熱效率有效熱效率經(jīng)濟性能指標表征柴油機經(jīng)濟性能指標表征柴油機的工作使用成本。的工作使用成本。 燃油消耗率燃油消耗率有效熱效率：燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉換成有效功的百分數(shù)。燃油消耗率：柴油機單位時間、單位功率所消耗的燃油量，單位為g/(kWh)。機油消耗率：柴油機單位時間、單位功率所消耗的機油量，單位為g/(kWh)。 以上指標是發(fā)動機在臺架試驗中測量考核的指標，與用戶的實際情況存在差異

7、，影響的因素也較復雜。四、四沖程柴油機基本工作原理四、四沖程柴油機基本工作原理柴油機一個工作循環(huán)由四個工柴油機一個工作循環(huán)由四個工作沖程組成，即：作沖程組成，即：進氣沖程進氣沖程壓縮沖程壓縮沖程做功沖程做功沖程排氣沖程排氣沖程柴油機的連續(xù)運轉是由無限個柴油機的連續(xù)運轉是由無限個工作循環(huán)構成。工作循環(huán)構成。在柴油機四個工作沖程中，只有燃燒做功沖程在柴油機四個工作沖程中，只有燃燒做功沖程對外做功，其他三個沖程消耗能量。對外做功，其他三個沖程消耗能量。吸氣沖程吸氣沖程 壓縮沖程壓縮沖程 做功沖程做功沖程 排氣沖程排氣沖程 180CA180CA180CA180CA進氣閥進氣閥 排氣閥排氣閥 進氣沖程進

8、氣沖程 活塞由上止點向下止點活塞由上止點向下止點移動，進氣閥打開，排移動，進氣閥打開，排氣閥關閉。氣閥關閉。 在柴油機進氣沖程中，在柴油機進氣沖程中，純凈空氣被吸入氣缸，純凈空氣被吸入氣缸，為柴油燃燒提供氧氣。為柴油燃燒提供氧氣。壓縮沖程壓縮沖程 活塞由下止點向上止點活塞由下止點向上止點移動，進氣閥和排氣閥移動，進氣閥和排氣閥全部關閉。全部關閉。 柴油機壓縮比較大，壓柴油機壓縮比較大，壓縮終點時氣缸內氣體壓縮終點時氣缸內氣體壓力可高達力可高達35MPa，溫度，溫度可達可達310340K，為氣缸，為氣缸內油氣混和與點火做好內油氣混和與點火做好準備。準備。做功沖程做功沖程 活塞由上止點向下止點移活

9、塞由上止點向下止點移動，進氣閥和排氣閥同時動，進氣閥和排氣閥同時關閉。關閉。 壓縮沖程結束時噴入燃燒壓縮沖程結束時噴入燃燒室內的柴油，與高溫高壓室內的柴油，與高溫高壓氣體混和并燃燒。燃氣受氣體混和并燃燒。燃氣受熱膨脹，推動活塞下移，熱膨脹，推動活塞下移，對外做功。對外做功。排氣沖程排氣沖程 活塞由下止點向上止點活塞由下止點向上止點移動，進氣閥關閉，排移動，進氣閥關閉，排氣閥打開。氣閥打開。 通過活塞將廢氣排出氣通過活塞將廢氣排出氣缸，為下一個工作循環(huán)缸，為下一個工作循環(huán)做好準備。做好準備。五、柴油機的基本組成五、柴油機的基本組成柴油機的基本組成柴油機的基本組成 機機體體組組件件曲曲柄柄連連桿桿

10、機機構構配配氣氣機機構構燃燃油油供供給給系系統(tǒng)統(tǒng)潤潤滑滑系系統(tǒng)統(tǒng)冷冷卻卻系系統(tǒng)統(tǒng)啟啟動動系系統(tǒng)統(tǒng)（一）機體組件（一）機體組件【功能功能】各機構和系統(tǒng)的裝備骨架，并作各機構和系統(tǒng)的裝備骨架，并作某些系統(tǒng)的組成部分。某些系統(tǒng)的組成部分?！窘M成組成】氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底殼等零部件。殼等零部件。WD615WD615柴油機機體柴油機機體（二）曲柄連桿機構（二）曲柄連桿機構【功能功能】將活塞的往復運動轉換為曲軸的將活塞的往復運動轉換為曲軸的旋轉運動，從而實現(xiàn)熱能向機械能的轉旋轉運動，從而實現(xiàn)熱能向機械能的轉換；曲軸飛輪組還承擔著柴油機功率輸換；曲軸飛輪組還承擔著柴油機功

11、率輸出的功能。出的功能?！窘M成組成】活塞組、連桿組、曲軸飛輪組?；钊M、連桿組、曲軸飛輪組。WD615WD615柴油機曲柄連桿柴油機曲柄連桿（三）配氣機構（三）配氣機構【功能功能】定時向柴油機氣缸內提供充足而定時向柴油機氣缸內提供充足而干凈的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排干凈的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出氣缸體。出氣缸體?！窘M成組成】進、排氣門、搖臂、凸輪軸、正進、排氣門、搖臂、凸輪軸、正時齒輪、氣門挺桿、氣門彈簧等。時齒輪、氣門挺桿、氣門彈簧等。WD615WD615柴油機配氣機構（一）柴油機配氣機構（一）WD615WD615柴油機配氣機構（二）柴油機配氣機構（二）WD615WD615柴油機配

12、氣機構（三柴油機配氣機構（三）（四）燃油供給系統(tǒng)（四）燃油供給系統(tǒng)【功能功能】按照柴油機工作循環(huán)所規(guī)定的時按照柴油機工作循環(huán)所規(guī)定的時間及柴油機負荷情況，向柴油機氣缸內間及柴油機負荷情況，向柴油機氣缸內噴入適量的柴油。噴入適量的柴油?！窘M成組成】柴油箱、低壓油管、輸油泵、濾柴油箱、低壓油管、輸油泵、濾清器、高壓油泵、高壓油管及噴油器等清器、高壓油泵、高壓油管及噴油器等零部件。零部件。WD615WD615柴油機燃油供給柴油機燃油供給系系（五）潤滑系統(tǒng)（五）潤滑系統(tǒng)【功能功能】將清潔的潤滑油以一定的壓力不間斷地將清潔的潤滑油以一定的壓力不間斷地送到柴油機各摩擦表面或高溫零件冷卻表面，送到柴油機各摩

13、擦表面或高溫零件冷卻表面，以減少摩擦阻力和零件的磨損，并帶走摩擦時以減少摩擦阻力和零件的磨損，并帶走摩擦時產(chǎn)生的熱量和金屬屑，以及高溫零件所吸收的產(chǎn)生的熱量和金屬屑，以及高溫零件所吸收的熱量，保證柴油機長期可靠工作。熱量，保證柴油機長期可靠工作?！窘M成組成】滑油泵、滑油濾清器、滑油冷卻器和滑滑油泵、滑油濾清器、滑油冷卻器和滑油管路等。油管路等。WD615WD615柴油機潤滑系統(tǒng)柴油機潤滑系統(tǒng)（六）冷卻系統(tǒng)（六）冷卻系統(tǒng)【功能功能】對柴油機的高溫零件進行適當冷對柴油機的高溫零件進行適當冷卻，以保證其正常的工作溫度，這也是卻，以保證其正常的工作溫度，這也是保證柴油機長期可靠工作的必要條件之保證柴油

14、機長期可靠工作的必要條件之一。一?！窘M成組成】水泵、水箱、散熱器及節(jié)溫器和水泵、水箱、散熱器及節(jié)溫器和管路等。管路等。WD615WD615柴油機冷卻系統(tǒng)柴油機冷卻系統(tǒng)（七）啟動系統(tǒng)（七）啟動系統(tǒng)【功能功能】為柴油機的啟動提供外部動力，為柴油機的啟動提供外部動力，并保證啟動的安全性和可靠性。并保證啟動的安全性和可靠性?！窘M成組成】電啟動方式：啟動鑰匙和開關，電啟動方式：啟動鑰匙和開關，啟動電源，啟動線路和電動馬達等。啟動電源，啟動線路和電動馬達等。WD615WD615柴油機起動系統(tǒng)柴油機起動系統(tǒng)（一）柴油機工況（一）柴油機工況 顧名思義，柴油機工況就是指柴顧名思義，柴油機工況就是指柴油機實際運行

15、的工作狀況。油機實際運行的工作狀況。表征內燃表征內燃機運行工況的參數(shù)可由下式給出：機運行工況的參數(shù)可由下式給出： PeTtqn 式中，式中，Pe為有效功率，為有效功率，Ttq為內為內燃機轉矩，燃機轉矩，n為內燃機的工作轉速。為內燃機的工作轉速。 六、柴油機的基本特性六、柴油機的基本特性 描述工況的三個參數(shù)只有兩個是獨描述工況的三個參數(shù)只有兩個是獨立變量，換句話說，當其中任意兩個參立變量，換句話說，當其中任意兩個參數(shù)固定之后，第三個參數(shù)就可以通過上數(shù)固定之后，第三個參數(shù)就可以通過上式求出。比較常用的是用式求出。比較常用的是用T Ttqtq與與n n或者或者PePe與與n n兩組參數(shù)來表征內燃機穩(wěn)

16、定運行的工兩組參數(shù)來表征內燃機穩(wěn)定運行的工況點。況點。 轉速轉速n n表示內燃機工作過程進行的表示內燃機工作過程進行的速度快慢，速度快慢， 而而TtqTtq或者或者PePe說明內燃機發(fā)說明內燃機發(fā)出功率或承受負荷能力的大小。出功率或承受負荷能力的大小。（二）柴油機工況分類（二）柴油機工況分類 內燃機的工作區(qū)域取決于內燃機的內燃機的工作區(qū)域取決于內燃機的用途。用途不同時，工作區(qū)域將有很大用途。用途不同時，工作區(qū)域將有很大的差異。通常將內燃機工況分為三類：的差異。通常將內燃機工況分為三類： 第一類工況第一類工況：特點是柴油機的功率變化特點是柴油機的功率變化時轉速幾乎保持不變。該工況又稱為固時轉速幾

17、乎保持不變。該工況又稱為固定式柴油機工況，如發(fā)電用內燃機等。定式柴油機工況，如發(fā)電用內燃機等。此工況屬線工況。灌溉用內燃機，除啟此工況屬線工況。灌溉用內燃機，除啟動和過度工況外，在運行過程中負荷與動和過度工況外，在運行過程中負荷與轉速基本均保持不變，稱為點工況。轉速基本均保持不變，稱為點工況。 第二類工況第二類工況：其特點是內燃機的功率與其特點是內燃機的功率與轉速接近于冪函數(shù)關系。當內燃機作為轉速接近于冪函數(shù)關系。當內燃機作為船用主機驅動螺旋槳時，內燃機所發(fā)出船用主機驅動螺旋槳時，內燃機所發(fā)出的功率必須螺旋槳吸收的功率相等，而的功率必須螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉速的高低，

18、吸收功率又取決于螺旋槳轉速的高低，且與轉速成冪函數(shù)關系。這樣內燃機功且與轉速成冪函數(shù)關系。這樣內燃機功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進工況，工況常被稱為螺旋槳工況或推進工況，也屬于線工況。也屬于線工況。 第三類工況第三類工況：其特點是功率和轉速都在其特點是功率和轉速都在較大范圍內變化，它們之間沒有特定的較大范圍內變化，它們之間沒有特定的關系。汽車及其他陸地運輸用內燃機，關系。汽車及其他陸地運輸用內燃機，都屬于這種工況。此時，內燃機的轉速都屬于這種工況。此時，內燃機的轉速取決于行駛速度，可以從最低穩(wěn)定轉速取決于行駛速度，可以從最低穩(wěn)

19、定轉速到一直變到最高轉速；負荷取決于行駛到一直變到最高轉速；負荷取決于行駛阻力，在同一轉速下，從零可以變到全阻力，在同一轉速下，從零可以變到全負荷。內燃機可能的工作區(qū)域就是該種負荷。內燃機可能的工作區(qū)域就是該種類型內燃機的實際工作區(qū)域，相應的工類型內燃機的實際工作區(qū)域，相應的工況區(qū)域稱為面工況。況區(qū)域稱為面工況。（三）柴油機性能特性（三）柴油機性能特性 所謂柴油機特性，就是指柴油所謂柴油機特性，就是指柴油機各性能參數(shù)隨參數(shù)調整或運轉工機各性能參數(shù)隨參數(shù)調整或運轉工況變化的規(guī)律。性能指標隨運行工況變化的規(guī)律。性能指標隨運行工況變化的特性稱為況變化的特性稱為性能特性性能特性。用來。用來表示特性的曲

20、線叫特性曲線。表示特性的曲線叫特性曲線。負荷特性負荷特性-指轉速不變時，柴油機指轉速不變時，柴油機性能指標隨負荷而變化的關系，用性能指標隨負荷而變化的關系，用曲線的形式表示出來就稱為負荷特曲線的形式表示出來就稱為負荷特性曲線。驅動發(fā)電機、壓縮機、風性曲線。驅動發(fā)電機、壓縮機、風機、水泵等動力裝置的內燃機，都機、水泵等動力裝置的內燃機，都是按照負荷特性運行的。是按照負荷特性運行的。 速度特性速度特性-指柴油機在油量調節(jié)機構指柴油機在油量調節(jié)機構（油量調節(jié)齒條）保持不變的情況下，（油量調節(jié)齒條）保持不變的情況下，其主要性能指標隨轉速的變化關系。其主要性能指標隨轉速的變化關系。 當油量控制機構在標定

21、位置時，測得當油量控制機構在標定位置時，測得的柴油機速度特性為的柴油機速度特性為全負荷速度特性全負荷速度特性，簡稱簡稱外特性外特性；油量低于標定位置時的；油量低于標定位置時的速度特性，稱為速度特性，稱為部分負荷速度特性部分負荷速度特性。 WD615T1-3A柴油機柴油機1850r/min負荷特性和外速度特性負荷特性和外速度特性柴油機負荷柴油機負荷 燃燃油油消消耗耗率率 由于外特性上反映了柴油機能由于外特性上反映了柴油機能夠達到的最高性能，確定了最大功夠達到的最高性能，確定了最大功率、最大扭矩以及對應的轉速，因率、最大扭矩以及對應的轉速，因而十分重要，所有的發(fā)動機出廠時而十分重要，所有的發(fā)動機出廠時都必須提供柴油機外特性。都必須提供柴油機外特性。萬有特性萬有特性-柴油機幾個主要特性參數(shù)之柴油機幾個主要特性參數(shù)之間相互關系的綜合特性成為柴油機的萬間相互關系的綜合特性成為柴油機的萬有特性。有特性。從萬有特性上，可以清晰地了解到內燃從萬有特性上，可以清晰地了解到內燃機在各種工況下的性能，很容易找出最機在各種工況下的性能，很容易找出最經(jīng)濟的負荷和轉速。經(jīng)濟的負荷和轉速。在萬有特性圖上，最內層的等燃油消耗在萬有特性圖上，最內層的等燃油消耗率相當于內燃機運轉的最經(jīng)濟區(qū)域，等率相當于內燃