第二章 发电车柴油机

第二章发电车柴油机1 第二章 发电车柴油机

第一节 柴油机的基本知识

一、柴油机常用术语

柴油机就是以柴油为燃料的活塞式内燃机，其基本结构如图2－1所示。

柴油机常用术语有：

1、工作循环 柴油机活塞在气缸内往复运动，完成进气、压缩、作功、排气等四个过程，叫做完成了一个工作循环。简言之，即作一次功所经历的全过程。

2、上止点（或称上死点）活塞在气缸中向上运动所能达到的最高极限位置，也就是活塞距离曲轴中心线最远的位置。

3、下止点（或称下死点） 活塞在气缸中向下运动所能达到的最低极限位置，也就是活塞距离曲轴中心线最近的位置。 图2-1 柴油机的基本结构

4、活塞行程（也称活塞冲程） 是指上止点与下止点之间的距离。即活塞由上止点运动到下止点，或由下止点运动到上止点所走过的距离。

5、燃烧室容积（也称余隙容积） 活塞处于上止点时，活塞、气缸及气缸盖所包围的容积，称为燃烧室容积。以符号Vc表示。这时气缸的容积最小，又称为压缩容积。

6、气缸工作容积 活塞从上止点移动到下止点（或从下止点移动到上止点）时所扫过的气缸容积，称为气缸的工作容积，又称活塞排量，以符号Vh表示。

3210S4DV＝h（升）

式中：D－气缸直径（m）

S－活塞行程（m）

7、气缸总容积 当活塞位于下止点，活塞顶面以上的全部空间，称为气缸总容积，通常以Va表示。气缸总容积等于燃烧室容积与气缸工作容积之和。即：

Va＝VC＋Vh

8、压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比值，称为压缩比，以符号ε表示。

εchcchcaVV1VVVVV＋＝＋＝＝

压缩比表明空气进入气缸后被压缩的程度，它也是柴油机的重要参数，对柴 第二章发电车柴油机2 油机的经济性和安全性有较大的影响。压缩比如果大一些，压缩终了时气缸内燃气的压力和温度就会高一些，柴油机的起动就容易。热量的利用程度也就高。但如压缩比过大，将会导致柴油机工作粗野，机件容易损坏和磨损。压缩比过小，气缸内的压力和温度就低，柴油机起动困难，热量利用程度就低。因此柴油机的压缩比一般选择在Z＝12～22之间。康明斯柴油机的压缩比一般在13～17之间。

9、活塞总排量 多缸柴油机所有气缸工作容积之和，叫做活塞总排量，又称发动机工作容积，以（V总）表示。

V总＝Z×Vh（Z表示气缸数）

10、活塞平均速度 当曲轴匀速运动时，活塞往复直线运动的速度却在不断的变化着，活塞移动到上、下止点位置时速度等于零，而在中间某一位置时速度最高。根据曲轴转速和活塞行程，可以求出活塞在一个冲程内速度的平均值，称做活塞平均速度，单位为m/s。

二、柴油机的分类与型号

（一）柴油机的分类

1、按工作循环特点分

可分为：四冲程柴油机和二冲程柴油机。

四冲程柴油机，活塞连续运行四个冲程，（相当于曲轴旋转两周，共720º）完成由进气、压缩、燃烧膨胀（作功）、排气四个工作过程的柴油机。

二冲程柴油机的活塞连续运行两个冲程（即曲轴旋转一周），完成一个工作循环。

2、按柴油机进气方式分

可分为：自然吸气式柴油机和增压式柴油机。

自然吸气式柴油机又称为非增压柴油机。在增压柴油机中，进入气缸的空气是增压器将空气压力提高后泵入气缸的。其目的是增加每次循环进入气缸的空气量，以便相应地提高喷油量，提高柴油机的功率。常见的增压器是废气涡轮增压器，发电车柴油机均采用这种增压器。

3、按柴油机转速（曲轴转速）分

（1）高速：1350r／min以上，铁路发电车使用转速为1500r／min的高速柴油机；

（2）中速：750～1350r／min；

（3）低速：750r/min以下。

4、按机体结构分

单缸与多缸柴油机。其中多缸柴油机根据气缸的中心线位置又可分为：

（1）直立式柴油机 气缸中心线垂直布置

（2）V型柴油机 气缸中心线排列为“V”字型 第二章发电车柴油机3 （3）其它类型柴油机 气缸中心线排列是水平（卧式）、H型、A型、X型及星形柴油机。在发电车上，康明斯柴油机为直立式，而MTU柴油机为V型排列式柴油机。

5、按燃烧室冷却方式可分为水冷式和风冷式，铁路发电车用柴油机均为水冷式。

6、按起动方式分

可分为：人力、电力、汽油机、压缩机。发电车用柴油机均为电力起动方式。

（二）柴油机型号的编制规则

1、柴油机型号的编制规则

为便于柴油机的生产、管理和使用，在国标（GB725－82）中，对国产柴油机的产品名称和型号编制作了统一的规定，其主要内容应反映柴油机的主要结构特征及性能，包括以下4项内容：

（1）气缸数：用阿拉伯数字表示。

（2）机型系列：用阿拉伯数字表示柴油机气缸直径（单位为mm）用汉语拼音首位字母表示柴油机的冲程数。E表示两冲程，四冲程则不标代号。

（3）变型符号：表示原机经过改型后，其结构形式和性能发生了变化，用数字表示改型的顺序，并用符号短横（－）与前面隔开。

（4）用途和结构特点：必要时在短横前增加柴油机的特征符号，表示柴油机的主要用途和不同结构特征。

2、发电车用柴油机型号说明

（1）MTU型号：12V183TA12

12－气缸数；V－V型布置气缸；183－单缸排量（1.83L）；T－涡轮增压；

A－中冷器；1－铁路用；2－设计序号。

（2）KTA－19－G2型

K－K系列；T－增压；A－中冷器；19－总排量（19L）；G－发电用；2－设计序号。

三、单缸四冲程柴油机工作原理

四冲程柴油机工作过程由进气、压缩、作功和排气四个冲程组成。

第一冲程：进气过程 活塞从上止点移动到下止点，进气门打开，排气门关闭，新鲜空气进入气缸。 第二章发电车柴油机4 第二冲程：压缩过程 活塞由下止点移动到上止点，进、排气门全部关闭。气缸内新鲜空气被压缩，压力和温度上升，在活塞接近上止点时，喷油器将柴油喷入气缸。

第三冲程：燃烧膨胀过程 活塞又从上止点移到下止点，此时进、排门仍然关闭着。喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧，产生大量热能，使气缸温度、压力急剧升高。高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆，带动曲轴转动，对外做功。

第四冲程：排气过程 活塞又从下止点移动到上止点。此时，排气门打开，进气门关闭，将燃烧过程产生的废气排出气缸。

四、多缸柴油机工作过程的特点

四冲程柴油机每个工作循环中，只有燃烧膨胀冲程是作功的，而排气、进气和压缩等三个辅助冲程不但不作功，而且还要消耗一部分功，用来压缩气体和克服进、排气时的阻力。因此，在柴油机运行时，由于各冲程能量的消耗和获得不同，而造成转速不均匀，有时加速，有时减速。

柴油机运转不均匀，既达不到匀速运动的要求，又使各运动零件（包括被驱动机械在内）在工作过程中受到冲击载荷，引起零件的严重磨损，甚至造成破坏。因此，提高运转的均匀性是柴油机结构上的一个重要问题。

提高柴油机运转的均匀性，通常采用以下两种方法：（1）在曲轴上安装飞轮；（2）采用多缸结构型式。

飞轮是一个具有较大转动惯性的圆盘形零件，安装在柴油机曲轴上。柴油机工作过程中，在燃烧膨胀冲程时，气体压力通过活塞，连杆推动曲轴旋转，而飞轮也被带动着转动。此时飞轮将一部份能量“储存”起来。当柴油机运转到三个辅助冲程时，飞轮便放出所“储存”的能量，使曲轴仍然保持原有转速，使柴油机运转保持较好的均匀性。

因此，要保证单缸柴油机正常运

转，就必须装置一个尺寸与重量相当大的飞轮，造成单缸柴油机结构庞大，重量增加。对单机功率要求较大 图2－2 六缸柴油机结构示意图

的柴油机，仍采用单缸型式，就必须将气缸直径做得很大，但这在结构上难以实现。因此，出现了多缸柴油机。 第二章发电车柴油机5 多缸柴油机是具有两个或两个以上气缸，各缸的活塞连杆机构，都连接在同一根曲轴上。图2－2为六缸柴油机结构示意图。图2－3为四缸柴油机的结构示意图。它是由四个气缸组成，各气缸的活塞连杆机构都与曲轴1相连接。对每个

气缸来讲，都是一个完整的单缸机，

都按照前述单缸柴油机进行工作，

1－曲轴 2－连杆 3－气缸 4－活塞 5－飞轮

但在同一时刻，每缸所进行的工作 图2－3 四缸柴油机结构示意图

过程却不相同，它是根据气缸数目和结构排列方式不同，并按照一定的工作顺序，使各缸工作过程相互间隔一定的曲轴转角。四冲程柴油机，曲轴转动两周（即720º）的时间内；每个气缸都要完成一个循环。为了保证运转均匀性，必须使每缸的工作冲程均匀地分布在720º曲轴转角内。

若多缸柴油机有Z个气缸，则间隔角度应为：

φ＝720°／.Z

六缸柴油机为：φ＝720°／6＝120°

常见的多缸柴油机有2、4、6、8、12、16缸等型式。根据气缸排列方法不同，又可分为直列式、V型式等。 图2－4 柴油机气缸编号

为了生产管理和使用的方便，多缸柴油机均将气缸进行编号。国家标准GB726－65对气缸编号方法做了统一规定。主要内容有：

（1）整台柴油机的气缸编号，采用连续的顺序号表示。

（2）直列式柴油机气缸编号是从自由端开始为第一缸，向功率输出端依次编号。

（3）V型柴油机分左右两列。左右列是由功率输出端位置来区分的。气缸编号是从右列自由端处为第一缸，依次向功率输出端编号。右列排完后，再从左列自由端处接连右排序号编号。

应当指出：目前国内很多柴油机气缸编号方法与国家标准规定不完全相符，在实际工作中，应以产品使用说明书中规定为准。图2－4为柴油机气缸排列顺序的编号。

多缸柴油机各缸发火顺序，可用气缸编号中间以短横线连接起来表示。如康明斯柴油机发火顺序为1→5→3→6→2→4。即表示：第一缸发火后，依次第5、 第二章发电车柴油机6 3、6、2、4缸顺序进行。

表3－1为康明斯柴油机各缸冲程交替顺序表。由表3－1中可看出：柴油机在运转时转过120°就有一个气缸进入工作冲程。

五、柴油机主要技术数据

柴油机的动力以其功率来表示，它的运行经济性用燃油消耗率来表示，它的速度用转速来表示。由此可见柴油机的性能是多方面的，不可能用单一的技术指标来说明，除以上提到的三个技术参数之外，还有一系列的技术参数来说明柴油机不同的技术性能。 表2-1 康明斯柴油机各缸冲程交替顺序表

1、有效功率Ne

柴油机曲轴输出的功率称为有效功率。它是指柴油机发出的功率除去机器零部件磨损损失和用于驱动气门机构、风扇、机油泵及充电发电机等的消耗功率。额定转速时的最大功率也称为额定功率，即单位时间输出的有用功的量。功率的单位按国家标准用KW（千瓦）表示，但康明斯柴油机用Hp（马力）表示，过去的工程单位用Ps（马力）表示。它们之间的换算关系可按下式似计算：