01柴油发动机 - 基础知识

柴油机基本知识第⼀章柴油机基本知识第⼀节柴油机总论⼀、柴油机及其在船舶动⼒装置中的地位1．柴油机与动⼒机械机械设备通常可分为动⼒机械和⼯作机械两⼤类。

动⼒机械是将其它形式的能量，如热能、电能、风能等转化为机械能，⽽⼯作机械则是利⽤机械能来完成所需的⼯作。

把热能转换成机械能的动⼒机械称之为热机。

热机是最重要的动⼒机械，蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等都是热机中较典型的机型。

热机在⼯作过程中需要完成两次能量转化过程。

第⼀次能量转化过程是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能，第⼆次能量转化过程是将热能通过⼯质膨胀转化为机械能。

如果两次能量转化过程是在同⼀机械设备的内部完成的，则称之为内燃机，汽油机、柴油机以及燃⽓轮机都属于内燃机。

由于在内燃机中，两次能量转换均发⽣在⽓缸内部，从能量转换观点，此类机械能量损失⼩，具有较⾼的热效率。

另外，在尺⼨和重量等⽅⾯也具有明显优势(例如，燃⽓轮机在热机中的单位重量功率最⼤)。

如果两次能量转化过程分别在两个不同的机械设备内部完成，则称之为外燃机。

在该类机械中，化学能转变成热能的过程（燃烧）发⽣在锅炉中，热能转变成机械能发⽣在汽缸内部。

此种机械由于热能需经某中间⼯质(⽔蒸⽓)传递，必然存在热损失，所以它的热效率不⾼，整个动⼒装置也⼗分笨重。

内燃机在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。

动⼒机械的运动机构基本上有两种运动形式，⼀种为往复式，⼀种为回转式。

在往复式发动机中，⼯质的膨胀作功是通过活塞的往复运动实现的；⽽回转式发动机则是利⽤⾼速流动的⼯质在⼯作叶轮内膨胀，推动叶轮转动⽽⼯作的。

往复式发动机是间歇⼯作的，其⼯质的最⾼温度较⾼，⽽回转式发动机是连续⼯作的，由于受材料热强度的限制，其⼯质的最⾼温度不能太⾼，这就限制了其热效率的进⼀步提⾼。

柴油机和汽油机同属往复式内燃机，但⼜都具有各⾃的⼯作特点。

汽油机使⽤挥发性好的汽油做燃料，采⽤外部混合法(汽油与空⽓在⽓缸外部进⽓管中的汽化器进⾏混合)形成可燃混合⽓。

第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的工作原理在各种动力机械中柴油机由于热效率最高，功率范围宽广，起动迅速，维修方便，运行安全，使用寿命长，因而得到广泛应用，在国民经济和国防建设中处于重要地位。

特别在船舶方面，柴油机作为主机和辅机更是占统治地位。

柴油机是目前世界上船舶使用最为普遍的动力装置，在一般大中型民用船舶中，有90%以上使用柴油机作为主推进装置，只有在一些军用船、特种船舶和个别货船（比如一些液化汽船和运煤船等）使用燃气轮机、蒸汽机等。

一、柴油机的基本概念1．热机热机是把热能转换成机械能的动力机械，它的基本工作原理是：燃料在一个特设的装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工质，然后将这种具有热能的工质导入发动机，把工质的热能转变为机械能。

显然在热机的工作过程中进行着两次的能量转换，即将燃料的化学能转变为热能再将热能转变为机械能。

根据燃料燃烧场所的不同，热机又可分为外燃机和内燃机两大类。

柴油机、汽油机、蒸汽轮机及蒸汽机是热机中较典型的机型。

2．外燃机与内燃机在外燃机中（如蒸汽机），燃料的燃烧发生在机器外部特设的锅炉中，燃料燃烧时产生的化学能转变为燃烧产物的热能，并将此热能通过锅炉壁传给水，使水变成蒸汽，再将蒸汽引入蒸汽机内，膨胀作功，使水蒸汽的热能转变为机械能推动机械运动。

在蒸汽机中推动机械做功的工质为水蒸汽，在燃气和水的热传递过程中存在着较大能量损失，因此外燃机的热效率相对较低。

往复式蒸汽机和蒸汽轮机属于外燃机。

在内燃机中燃料的燃烧是在机器内部进行的，燃烧产生的化学能转变为燃烧产物的热能，燃烧产物膨胀直接推动机械运动做功，燃烧产物（燃气）就是做功的工质。

显然在内燃机中两次能量的转换过程均发生在机器内部。

由于采用内部燃烧，从能量转换角度看，内燃机能量损失小，具有较高的热效率，另外，由于内燃机不需要庞大的外围锅炉设备，在尺寸和重量等方面比外燃机具有优越性，因而在与外燃机的竞争中处于有利地位。

内燃机按运转方式和使用燃料的不同可分为柴油机、汽油机、煤气机和燃气轮机等。

柴油发电机基础知识柴油机概述内燃机是一种殳杂的能量转换机器。

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木构造，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：单任柴油机和多缸柴油机；按照汽缸排列方式分类：立式、卧式、宜列式、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；第二节柴油机工作原理按照一定规律，不断地将柴汕和空气送入气缸，柴汕在气缸内着火燃烧，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°o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°。

第一章柴油机的基本知识第一节柴油机的基本结构一、柴油机的基本工作原理柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。

它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。

柴油机中燃油的化学能要经过燃烧才能转变成热能。

要燃烧就必须有空气。

为此，在喷入燃油之前必须先使空气进入气缸。

但光有空气和燃油若无点火源（热源）还是不能燃烧。

柴油机是压缩发火的，为此，要将从大气中吸入柴油机气缸内的室温空气，先依靠活塞上行压缩，使之达到足够高的温度和压力。

此时再将燃油以雾化状态喷入，即可在高温高压的空气中自然。

燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸内膨胀，推动活塞作功。

膨胀终了时，气体失去了作功能力，变成废气，排出气缸，以便新气再次进入。

综上所述，柴油机每作一次功，必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能实行，进行了这五个过程就完成了一个工作循环。

然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。

二、柴油机的基本结构柴油机的基本结构如图l-1所示，柴油机要按前述工作原理工作，必须包括以下部件、系统和装置。

（一）固定部件主要由气缸盖1、气缸套3、机体10、机座8、主轴承9等构成柴油机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。

（二）运动部件主要由活塞2、活塞销4、连杆5、连杆螺栓6、曲轴7等组成。

它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。

（三）配气系统它包括进气系统和排气系统。

进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀16、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。

排气系统主要由排气阀19、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和传动机构以及排气管、排气消音器等组成。

用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。

柴油机知识重点1、什么是柴油机：以柴油为燃料，利用空气在气缸内被压缩产生的高温高压，使喷入气缸的柴油自燃，并且膨胀作功的内燃机。

2、柴油机的工作过程？就是按照一定的规律，不断地将柴油和空气送入气缸，柴油在气缸着火燃烧，放出热能，高温高压的燃气推动着活塞做功，将热能转化为机械能。

3、上止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最远的位置。

4、下止点：活塞顶部离曲轴旋转中心最近的位置。

5、活塞行程：活塞由一个止点到另一个止点所移动的距离，常用S表示，S=2R。

6、气缸的工作容积：在一个气缸里活塞从上止点到下止点所扫过的容积。

Vh = л/4 D2 S×10-6 ( L )式中：D－气缸直径mm；S－活塞行程mm。

7、压缩比：气缸的总容积与燃烧室容积的比值8、排量：指发动机全部气缸工作容积的总和。

9、排放：发动机排出废气中有害物质的含量指标10、四冲程柴油机的一个工作循环。

进气冲程：活塞由上止点向下止点移动，进气门打开，排起门关闭。

压缩冲程:活塞由下死点向上死点移动，进、排气门全部关闭做功冲程：活塞由上止点向下止点移动，进、排气门全部关闭排气冲程：活塞由下死点向上死点移动，进气门关闭，排起门打开。

11四冲程柴油机完成一个工作循环凸轮轴需要转一周，（360º）。

12、完成一个工作循环曲轴需要转两周（720º）的柴油机叫做四冲程柴油机完成一个工作循环曲轴需要转一周（360º）的柴油机叫做二冲程柴油机。

（一个工作循环也经过进气、压缩、作功、排气四个过程）13、机体组件（固定件）包括：机体、气缸盖、曲轴箱（机座、框架）、油底壳、气缸套、气缸垫等。

机体组件的作用：这些零件构成了柴油机的骨架，所有运动件和辅助系统都支承在它上面。

14、曲柄连杆机构是内燃机主要运动件：活塞连杆组和曲轴飞轮组。

活塞连杆组：活塞、活塞销、活塞环、连杆、连杆螺栓等。

曲轴飞轮组：曲轴、飞轮曲柄连杆机构的作用是：A、将作用在活塞上的燃气压力转变成扭矩，通过曲轴输送出去。

柴油机的定义与分类定义柴油机是一种内燃机，通过压缩空气使其温度升高，再喷入柴油进行自燃，从而驱动活塞运动产生动力。

分类根据工作循环、气缸排列、冷却方式等不同特点，柴油机可分为二冲程和四冲程、单缸和多缸、水冷和风冷等多种类型。

0319世纪末至20世纪初，柴油机诞生并初步应用于船舶和固定动力领域。

初期阶段20世纪中期，随着技术进步和工业化进程的加速，柴油机逐渐应用于汽车、工程机械等领域。

发展阶段20世纪末至今，随着电子控制、高压共轨等技术的应用，柴油机性能得到显著提升，应用领域不断拓展。

现代化阶段柴油机的发展历程柴油机是重型卡车、客车、船舶等交通工具的主要动力来源。

交通运输在建筑、采矿、农业等领域，柴油机为挖掘机、装载机、拖拉机等设备提供动力。

工程机械作为发电机组的动力源，柴油机在备用电源、移动电源以及分布式能源等领域发挥重要作用。

发电领域在坦克、装甲车、舰艇等军事装备中，柴油机是重要的动力来源。

军事装备柴油机的应用领域01机体组气缸体、气缸盖、气缸垫、油底壳02活塞连杆组活塞、活塞环、活塞销、连杆03曲轴飞轮组曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴曲柄连杆机构0102气门、气门座、气门导管、气门弹簧凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴气门组气门传动组配气机构燃油箱燃油滤清器输油泵喷油泵燃油供给系统储存燃油将燃油从油箱输送到喷油泵过滤燃油中的杂质将燃油压力提高，并按照发动机的工作顺序和负荷大小，定时、定量地向喷油器输送高压燃油将机油从油底壳吸出，并加压后输送到各个需要润滑的部件机油泵降低机油温度，保证机油的润滑性能机油冷却器过滤机油中的杂质和金属磨屑，保持机油的清洁机油滤清器调节主油道的机油压力，保证各部件得到良好的润滑油压调节阀润滑系统水泵驱动冷却液循环流动，保证发动机得到良好的冷却散热器将冷却液中的热量散发到大气中，降低冷却液温度风扇提高散热器的散热效率，保证发动机得到良好的冷却效果节温器控制冷却液的循环路线，使发动机在适宜的温度下工作冷却系统01020304活塞下行，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。

柴油机基础知识第一章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。