柴油機基礎知識培訓精裝版

柴油機基礎知識

1.柴油機的特點內燃機可分為柴油機和汽油機,柴油機是通過柴油燃燒產生熱能轉換成機械能的一種壓縮燃燒反復式的內燃機。柴油機有那些特點呢，我們需要與汽油機來進行比較如下：汽油機就是以汽油為燃料，柴油機就是以柴油為燃料。然而，除了燃料不同，兩者還有以下區(qū)別：（1.汽油機是點燃式的，燃料在汽缸內靠電火花塞點燃；而柴油機是壓燃式的，燃料依靠汽缸內空氣壓縮產生的熱量引燃；2.汽油機的汽缸壓縮比較低，通常在10以下，而柴油機的汽缸壓縮比較高，一般都在14以上。通常柴油機缸壓是汽油機的2-3倍；3.汽油機震動小、轉速高、質量、啟動容易、快燃性、瞬時加速快，而柴油機功率大，壽命長，熱效率高，經濟性能好。）2.基本構造

柴油機機體由氣缸蓋、汽缸體、曲軸箱等三部分組成，由于他們是各機構工作基礎，承受發(fā)動機的各種負荷，故他們都具有足夠的剛度和硬度。柴油機由兩大機構和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和啟動系組成。(1)連桿曲柄機構曲柄連桿機構是發(fā)動機實現工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。(保證柴油機循環(huán)的連續(xù)性，四沖程反復運行)連桿曲軸機構由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿組成。

(2)配氣機構定時準確的開啟和關閉進氣門和排氣門，使燃油和空氣進入氣缸，混合成可燃混合物燃燒以后，使廢氣從氣缸內排出，實現換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，（單頂置凸輪軸每缸2氣門與雙頂置凸輪軸每缸4氣門，4氣門的空氣入缸出缸很快，可以在很短的時間內就提供更大的動力，2氣門的配氣機構比較簡單，自造成本低，維護也容易，對于輸出功率要求不太高的普通柴油機來說，2氣門足以）一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。(3)燃料供給系統(tǒng)燃油油路：燃油經過柴油機驅動的泵，以較低的壓力進入過濾器，清潔的柴油經進入柴油機兩側的低壓油管，然后由進油管進入每一個氣缸對應的高壓柱塞泵，將油壓提高后根據負荷的大小將一定量的高壓油經過噴射器后進入氣缸燃燒做功。柴油機曲軸每旋轉兩周，凸輪軸旋轉一周，活塞上、下運動四次，即往氣缸里送一次油。每一次打入氣缸的油量（即柱塞泵的柱塞行程）是可以調節(jié)的，這種調節(jié)就是所謂的開大或者關小“油門。柴油機燃料供給系統(tǒng)的功用是把柴油供入氣缸，在燃燒室內與空氣形成可燃混合物，最后將燃燒后的廢氣經消音器后排出到大氣中。

(4)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。(5)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。（節(jié)溫器是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中一個通過熱脹冷縮原理,制成的一個開啟冷卻水大、小循環(huán)的閘門,節(jié)溫器的作用是在水溫低時,控制冷卻水在小循環(huán)內流動,可以使冷卻水迅速升溫。當水溫高時,節(jié)溫器打開大循環(huán).）

(6)啟動系統(tǒng)輔助過程和柴油機本身附件的工作要消耗能量，所以要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發(fā)動機才能自行運轉，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的啟動。（一般一臺機器的啟動裝置有兩個，其中一個作為緊急備用。馬達啟動器、彈簧啟動器、液壓啟動器。由電動機的轉動帶動飛輪的轉動）

(7)增壓系統(tǒng)（為提高空氣進氣壓力、工作效率而增加的一個系統(tǒng)）一種是廢氣渦輪增壓（廢氣驅動渦輪機）二種是機械增壓（自身曲軸驅動）由于柴油機輸出功率的大小取決于進入氣缸的燃油和空氣數量及熱能的有效利用率，最經濟的辦法是在氣缸容積保持不變的條件下，增加進入氣缸的空氣密度，空氣密度和壓力成正比，與溫度成反比，故增加進氣壓力，降低進氣溫度。目前柴油機采用增壓器來提高空氣壓力，采用中冷器降低氣體溫度。（中冷器是在空氣增壓以后在進入汽缸前的中間道路上用專門設備對空氣進行冷卻，此設備就叫中間冷卻器）柴油機分類：一.按進氣狀態(tài)分：1.按空氣進入汽缸的狀態(tài)分：（1）分增壓柴油機新鮮空氣未經預先壓縮直接進入汽缸。（2）增壓柴油機用專門設備對新鮮空氣預先壓縮后送入汽缸的柴油機。2.按壓氣機的驅動方式分：（1）機械增壓柴油機由柴油機自身曲軸驅動壓氣機而增壓。（2）廢氣渦輪機械增壓柴油機由柴油機自身排出的廢氣驅動渦輪機。3.按空氣被增壓的程度分：（1）低增壓柴油機增壓空氣壓力Pk≤166.6kPa的柴油機（2）中增壓柴油機增壓空氣壓力166.6kPa＜PK≤245kPa的柴油機（3）高增壓柴油機增壓空氣壓力PK＞245kPa的柴油機4.按燃燒室的結構分：（1）直接噴射燃燒室式柴油機（2）分隔燃燒室式柴油機3.四行程柴油機的工作原理

四行程柴油機的運轉是按進氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復的。（1）進氣行程進氣沖程的目的是吸入新鮮空氣，為燃料燃燒做功作準備。（我們從其中的某個階段分析）由于曲軸的旋轉，活塞從上止點向下止點運動，這時排氣門關閉，進氣門打開。由于缸體內存在殘余廢氣，活塞運動使缸內容積的變化，故缸體內外存在壓力差，空氣經空氣濾清器被吸入進汽缸。實際柴油機的進氣門是在活塞到達上止點之前打開，并且延遲到下止點之后關閉，（早開遲關）以便吸入更多的可燃混合氣。上止點：活塞在汽缸的最上面，離曲軸中心線最遠的距離下止點：活塞在汽缸的最下面，離曲軸中心線最近的距離（2）壓縮行程目的是提高缸體內的溫度和壓力為燃料燃燒創(chuàng)造條件。曲軸繼續(xù)旋轉，活塞從下止點向上止點運動，這時進氣門和排氣門都關閉，缸體內空氣的壓力和溫度都隨著升高，當活塞到達上止點時，缸體內空氣壓力達3-6MPa,溫度達600-700℃。此時的壓力和溫度均超過柴油機燃料自燃的條件。(3)作功行程（最需要的行程即我們最終的目的）作功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點位置時，在高壓油泵的作用下通過噴油器噴入氣缸燃燒室中與空氣混合成可燃氣體，并立即自燃，由于燃料燃燒，氣缸內的溫度和壓力迅速上升到1800-2200℃，爆發(fā)壓力6-9MPa在高溫高壓氣體的推動下活塞向下止點運動，并通過連桿帶動曲軸旋轉作功。隨著氣體壓力逐漸降低直到排氣門打開。(4)排氣行程當作功接近終了時（此時的溫度為600—700℃、壓力為0.25—0.45MPa），排氣門開啟，進氣門仍然關閉，靠廢氣的壓力和活塞的下行推力把廢氣強制排出到大氣中去，活塞越過上止點后，(排氣門關閉前，此時排、進氣門是同時打開的)排氣門關閉，排氣行程結束。實際柴油機的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關閉，以便排出更多的廢氣。4.調速器（1）作用：（從理論上講，柴油機工作時，油門開度不變，則每循環(huán)的供油量應該不變。但實際工作中，由于負載存在變化，從而引起轉速的變化，使噴油泵的供油正時和供油量隨發(fā)動機轉速變化而變化，這使柴油機的工作穩(wěn)定性很差。）轉速較高時，由于供油提前和供油量增多，使柴油機的轉速過高而產生過大的離心力，柴油機容易產生“飛車”，甚至損壞柴油機；轉速較低時，而由于供油推遲和供油量減少，柴油機容易熄火。因此，柴油機的調速器是非常重要的。(2)調速器的組成：速度感受元件（轉速傳感器）、控制機構、執(zhí)行機構速度感受元件是分布在自由端的兩個轉度傳感器，控制機構分布在柴油機靠近發(fā)電機一側本體上的兩個“黑匣子”，兩個互為備用，執(zhí)行機構分布在自由端轉速傳感器的上部，其內部有管線和潤滑系統(tǒng)的一支管線相連，用作動力。(3)調速器的原理：通過改變氣缸內燃燒柴油的數量（加大或者減小“油門”）可以改變柴油機的轉速和負荷，當保持轉速不變，就可以通過“油門”的加大和減小來改變柴油機的負荷，反之亦然。（我們一般都是保持負荷的恒定，來通過改變“油門”使轉速恒定。）

(4)調速過程：通過控制高壓柱塞泵的柱塞行程來改變氣缸油量的多少，即所謂的關小和開大“油門”。先由速度探測器件感受到速度的變化，然后傳遞給速度控制機構，與速度設定值進行比較，決定是關小還是開大“油門”，該信號（電信號）傳遞給執(zhí)行機構，在執(zhí)行機構中，經過潤滑系統(tǒng)的壓力放大后（液壓調節(jié)）來驅動油門的關閉和開大。5.柴油機的一般故障現象及其原因1、運轉時聲音異常。清晰金屬敲擊聲原因：噴油時間過早；低沉不清晰聲音原因：噴油時間過遲；開始有聲響，機器過熱后好轉原因：活塞與汽缸套間隙過大。２、運轉異常。如柴油機不易啟動，工作時出現功率不足，轉速不穩(wěn)定等。３、外觀異常。如柴油機排煙管冒黑煙、藍煙、白煙，各系統(tǒng)出現漏油、漏水、漏氣等。４、溫度異常。機油及冷卻水溫度過高，排氣溫度過高，軸承過熱等。５、壓力異常。機油、冷卻水及燃油壓力過低，壓縮壓力下降等。

６、氣味異常。柴油機運行時，發(fā)出臭味、焦味、煙味等氣味?！捎诓裼蜋C燃油供給系統(tǒng)是一個獨立的大系統(tǒng)，也是做功行程中重最要的系統(tǒng)之一，它為柴油機的正常啟動與工作起著至關重要的作用燃油供給系統(tǒng)故障1、燃油油路系統(tǒng)：認真檢查油路系統(tǒng)中的接頭是否有漏油現象；燃油系統(tǒng)內有空氣；軟管是否有直角現象；燃油濾是否臟污或堵塞。

2、噴油泵：檢查噴油泵油量是否正確，柱塞／出油閥是否嚴重磨損。噴油泵的作用：提高柴油壓力，按照發(fā)動機的工作順序、負荷大小定時定量的向噴油器輸送高壓柴油，且各缸壓力相等。

3、噴油器：檢查噴油嘴是否霧化不良、滴油或卡死。噴油器的功用是將燃油霧化并合理分布到燃燒室內，以便與空氣混合形成混合氣。

4、噴油提前角。噴油提前角不正確，也會導致柴油機啟動困難或不能啟動。噴油提前角過大將導致柴油機工作粗暴，產生劇烈震動；提前角過小將導致最高壓力和溫度下降，燃燒不完全一、柴油機啟動困難

柴油機正常運轉的條件必須是霧化良好的柴油能準確及時的噴入燃燒室內，且需要達到足夠的溫度和壓力。柴油機不能正常啟動時，一般應從啟動工作、燃油和空氣供給及壓縮等方面找原因。

在控制線路正常、蓄電池電力充足、燃油箱有油和啟動馬達完好的情況下，如果柴油機連續(xù)三次啟動困難或不能啟動，則為啟動失敗，控制系統(tǒng)報警。應該重點檢查下列部位：1、供油系統(tǒng)2、氣缸壓縮壓力：氣缸壓縮壓力低，表明活塞環(huán)和缸套的磨損嚴重。3、空氣濾：如果空氣濾芯臟污、進氣管堵塞，會導致柴油機啟動困難或根本不能啟動。發(fā)動機在冬季起動為什么更困難發(fā)動機的起動，不僅決定于本身的技術狀況，還受外界氣溫的影響。冬季低溫下起動更困難，主要是由如下原因所致：⑴冬季氣候寒冷，環(huán)境溫度低，機油粘度增大，各運動機件的摩擦阻力增加，使起動轉速降低,難以起動。⑵蓄電池容量隨溫度下降而減少，使起動轉速進一步降低。由于起動轉速降低，壓縮空氣滲漏增多，氣缸壁散熱量增大，致使壓縮終了時空氣的溫度和壓力大為降低，使柴油發(fā)火的延遲期增長，嚴重時甚至不能燃燒。(3)低溫下的柴油粘度增大，使噴射速度降低，加上空氣在壓縮終溫度和壓力都比較低，使噴入氣缸的柴油霧化質量差，難以與空氣迅速形成良好的可燃氣體并及時發(fā)火燃燒，甚至不能著火，導致起動困難。二、柴油機功率不足

１、供油系統(tǒng)２、其它因素

ａ、氣門間隙：氣門間隙不正確，將使柴油機進排氣時間不對，影響柴油機的燃燒和做功，導致柴油機動力輸出不足。

ｂ、活塞環(huán)與缸套：兩者如果磨損太大，會使氣缸壓縮壓力低，燃油燃燒不充分，降低柴油機的有效輸出功率。

ｃ、空氣濾：如果空氣濾芯臟污，會導致進氣量不足，柴油機也會工作無力。

三、排煙煙色不正常柴油機在帶負載運行時，正常排氣煙色一般為淡灰色，負載略重時，短時間可能為深灰色也是正常（1）、柴油機冒黑煙１、空氣濾：如果空氣濾芯臟污，會導致進氣量不足，柴油機將嚴重冒黑煙。2、氣門間隙：氣門間隙不正確，將使柴油機進排氣開啟和關閉時間不對，導致進氣少，燃料未完全燃燒，會導致柴油機冒黑煙。

3、活塞環(huán)與缸套：兩者如果磨損太大，會使氣缸壓縮壓力低，燃油燃燒不充分，柴油機冒黑煙。4、轉速突然逐漸降低，聲音發(fā)悶，運轉吃力，冒黑煙，這表明柴油機超負荷。5、供油系統(tǒng)（2）、柴油機冒白煙

１、噴油提前角：如果噴油提前角不對，燃油噴入汽缸的時間錯過了最佳噴油時間，由于汽缸內的壓力和溫度太低，導致部分汽缸不工作，燃油以霧狀排出，所以柴油機冒白煙。２、噴油壓力和和噴油器霧化情況：如果噴油壓力不足或噴油器霧化不好，可能導致柴油機啟動時該缸不工作，燃油以霧狀排出，所以柴油機冒白煙。３、燃油中水分情況：如果燃油中所含水分太多，將導致柴油機冒白煙。

4、一般汽缸況下，柴油機冒白煙故障只發(fā)生在冷啟動后的一段時間內，柴油機全負荷工作后白煙現象就會消失。如果全負荷冒白煙，則一定是呼吸器或增壓器出了問題。（3）、柴油機冒藍煙

1、活塞環(huán)卡死或磨損過多，彈性不足使機油進入燃燒室燃燒。

2、機油油量：如果機油加油量太多，會造成曲軸箱廢氣壓力太大，柴油機也可能冒藍煙活塞環(huán)的磨損情況：3、如果活塞環(huán)磨損嚴重，將使機油上竄燃燒室，不僅導致柴油機冒藍煙，也將導致耗油量增加。一種故障可以表現為一種或多種異?，F象，如高壓噴油泵磨損后，既可以表現為啟動困難，也可表現為輸出功率不足，還可表現為低速運轉不穩(wěn)定等現象；一種異?，F象也可能是由一種或多種故障原因造成的，如柴油機功率不足，可能是由于柴油機噴油泵故障，也可能是配氣機構及進、排氣系統(tǒng)，也可能是汽缸壓縮壓力不足等等。

柴油機故障千變萬化，很難有一個固定的故障排除方法。但是，從某種意義上講，柴油機故障也有一定的規(guī)律性，只要我們注意經驗的積累和現場用心的觀察，任何疑難故障都是可以排除的.總結發(fā)動機起動性能良好的條件：⑴要有足夠的起動轉速。起動轉速高，缸內的氣體滲漏量少，壓縮空氣向氣缸壁傳熱的時間短，熱量損失少，使壓縮終了時的氣體溫度和壓力得以提高。⑵

氣缸的密封性要好。這可進一步減少漏氣量，保證壓縮終了時氣體有足夠的燃燒溫度和壓力.⑶

要求發(fā)動機相對于運轉機件之間的配合間隙適當，且潤滑良好。⑷

蓄電池要有足夠的起動電容量，且起動電路的技術狀況正常。⑸

起動油量符合規(guī)定，噴射質量良好，且噴油提前角要符合要求。⑹

使用符合要求的燃料。由于柴油機的工作原理大體相同，當所選的柴油機功率確定以后，其額定頻率、有效功率、額定電壓、額定功率、額定功率因素、轉速等都也已經確定下來且相同。由于絕緣等級、防護等級和穩(wěn)態(tài)電壓調整率都符合相關標準且相同。故相關的參數并不能說明一切，我們對柴油機的選擇需要考慮如下的主要因素：1.動力性2.經濟性3.可靠性4.耐久性5.用途6.使用環(huán)境（主要指海拔高度和溫度）7.自動化功能以下為上柴、康明斯、濟柴三種柴油機各自的特點：上柴發(fā)動機特點產品特點：采用新型縮口燃燒室，提高噴油壓力，改善燃燒過程，使燃料盡可能的完全燃燒，經濟性得到大大的提高，且排氣和噪音均達標；滑油和冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設計，減少外接管路和零部件數量，可靠性大大增強；采用廢氣渦輪增壓匹配，具有很強的高原工作能力，在海拔5000米高原工作，功率下降低于3%，使用環(huán)境更廣；采用進口空氣濾清器、低溫滲陶活塞環(huán)等，使柴油機在多粉塵或沙漠工作，不會早期造成磨損.但機組重量相對較重，排量相對較大。目前是國內發(fā)電機組使用最多的一種，也是國產柴油發(fā)電機組的首要選擇。上柴發(fā)動機康明斯發(fā)動機特點●每缸4氣門、水冷、廢氣渦輪增壓、四沖程、進氣為水對空氣中冷式，電子調速，電噴式燃油系統(tǒng)。1.具有由PT燃油噴油系統(tǒng)組成的先進的EFC電子調速器，柴油發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)調速率可任意在0（恒速）至5%之間設定，可實現遠距離操作控制及容易實