内燃机车柴油机讲义共22页文档

安全阀——防止机油滤清器 堵塞时油路不通
机油滤清器——清除油中的 碳沉淀物、金属粉末、污垢， 防止被污染的油再次流进润 滑部位
滤纸被叠成褶状，以扩大油 通过的面积
定期更换机油滤芯
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机油冷却器
润滑系统部件 活塞冷却喷嘴
机油冷却器——降低油温，防止 机油高温裂化
活塞冷却喷嘴——喷出机油冷却 活塞，防止活塞烧结
当发动机负荷变大，转速下 降时，调速器自动增加喷油 量，防止发动机停机
当发动机负荷变小，转速提 高时，调速器自动减少喷油 量，防止发动机转速过高
操作驾驶室内的油门控制杆， 调节调速器，可在全程范围 内改变转速
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喷油嘴
燃油系统部件
喷油嘴的工作原理
喷油嘴针阀靠喷油嘴弹簧压住，关闭燃油出口；当喷油压力达到燃油喷射压 力时，针阀被顶起，燃油成雾状喷出
（一）柴油机原理 柴油机的功能是将燃料在气缸内燃烧使其热能转换成机械能， 从而输出动力。能量的转换是通过不断地依次反复进行“进气— 压缩—做功——排气”四个连续过程来实现的，每进行这样一个 连续过程就叫做一个工作循环。
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（一）柴油机原理
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（一）柴油机原理
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启动 马达
油底壳
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机体部件——缸体、缸盖、缸套、 主轴承、主轴承盖
缸体为铸造件，活塞和曲轴在缸体中运动，用主轴承来支撑 曲轴旋转
主轴承为三层结构，钢背上层为铅青铜轴承合金，表面又镀 一层锡铅合金
在主轴承侧面装有止推环以防止曲轴前后移动 缸体中有圆柱形气缸使活塞上下移动，燃油在气缸中燃烧形
冷却系统——散热器、水泵、风扇、节温器等

以上指标是发动机在台架试验中测 量考核的指标，与用户的实际情况存在 差异，影响的因素也较复杂。
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四、四冲程柴油机基本工作原理
柴油机一个工作循环由四个工 作冲程组成，即： ◇进气冲程 ◇压缩冲程 ◇做功冲程 ◇排气冲程 柴油机的连续运转是由无限个 工作循环构成。
在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程 对外做功，其他三个冲程消耗能量。
气缸总 容积Va
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◇活塞位于上死点时其顶部与气缸盖底部 之间的气缸容积称作压缩容积；
◇活塞从上死点移到下死点所扫过的容积 称作工作容积；
◇活塞位于下死点时其顶部与气缸盖底部 之间的气缸容积称作气缸总容积；
◇所有气缸的工作容积之和称为柴油机的
排量。
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气缸压缩容积、工作容积、气缸总容积和总 排量之间的关系：
= + 气缸总容积Va
压缩容积Vc
工作容积Vs
柴油机排量Va = 气缸数 × 工作容积Vs L
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二、柴油机分类
◇按冲程数分：有四冲程和二冲程。 四冲程：曲轴旋转两周完成一个工作循环 。 二冲程：曲轴旋转一周完成一个工作循环 。
◇按气缸排列方式分：有直列式、V型、W型 和星型排列等。
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◇从万有特性上，可以清晰地了解到内 燃机在各种工况下的性能，很容易找出 最经济的负荷和转速。
◇在万有特性图上，最内层的等燃油消 耗率相当于内燃机运转的最经济区域， 等值曲线越向外，经济性越差。
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WD615T4柴油机万有特性
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等燃油消耗率曲线的形状与位置对 内燃机的实际使用经济性能有重要的影 响。
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铁道技术学院作息时间
上午： 第一节课 第二节课 课间操： 第三节课 第四节课 中午： 午餐 午休
08:10----08:55 09:05----09:50 9:50---10:20 10:20----11:05 11:15----12:00
11:50 12:00----13:30
下午： 预备 第五节课 第六节课 第七节课 第八节课
（2）
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柴 油 机讲 义
机车柴油机在普鲁士铁路上投入运营。 3、一战后1913年美、苏制造一些内燃机 车，但为了备战很快就停产。 4、二战后，美国和西方经济逐渐复苏， 铁路运输业为了适应经济发展，内燃机车 的制造也达到了迅速发展。 5、50年代单机功率700~1500 kw 。 6、60年代单机功率3000kw以上。 7、现在单机功率5000kw以上。 （三）中国柴油机发展 1、1940年旧中国才向国外购买图纸生产 部门220kw（到300马力）柴油机， 年产量不到8000千瓦。 2、新中国成立后，1958年开始研制，59 年开始生产方式736kw（约定1000马力）
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柴 油 机讲 义
２、功率和转速范围宽广，能适应各种 不同用途。 （１）输出功率能从0,59kw~40440kw 之间。 （２）标定转速在850~1600n/h内 （３）同时品种繁多，用途广泛。 ３、结构紧凑和轻巧，适应水、陆交 通工具的动力装置 （１）体积有小到大部分。0.15到二、 三层楼那么高。 机车用的一般在2～3m，宽在２m左右。 （２）单位气缸容积所作的功率在本 世纪内13～21km。
13:20 13:30----14:10 14:25----15:10 15:20----16:05 16:15----17:00

四冲程循环.swf
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二冲程柴油工作原理
如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功 、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应 的内燃机叫二冲程内燃机.
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柴油机工作原理
第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。 当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中 还留有一些废气。 当曲轴旋转时，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时 ，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。 随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大： 造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空 气就不断地充入气缸。 当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很 高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量 ，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上 行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。
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柴油机工作原理
四. 排气冲程 第四冲程——排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排 出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。 当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞 在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废 气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲 程开始时，气缸内的气体压力比大气压力高0.025— 0.035MPa，其温度Tb＝725～925K。为了减少排气时活 塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打 开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速 下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上 行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净 ，排气阀在上止点以后才关闭。
影响：喷油提前角的大小对柴油机影响极大，若 其过大，将导致发动机工作粗暴；过小，最高压 力和热效率下降，排气管冒白烟。最佳喷油提前 角：即在转速和供油量一定的条件下，能获得最 大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。供油量 越大，转速越高，则最佳喷油提前角越大；最佳 喷油提前角还与发动机的结构有关

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柴 油 机讲 义
实际上（以16V240为例） 进气时：活塞在离开上止点前半场42º左右打开。 而到下止点迟后备干部42º时关闭，曲轴转264º。 压缩时：活塞在进气门关后开始到上止点 也就是曲轴转角的136º。由于燃油从喷入 到高温点燃需要时间即曲轴的转角，故必 须在上止点前边21º时喷油。 作功时：最高压力和最高温度是在活塞离 开上止点某角10º左右是最佳点，这就是作 功开始，活塞下行到下止点前段时间42º时 排气门打开，剩余的高温、高压迅速涌向 集流管继续作功。（活在行程135º） 排气时：活塞在下止点前段时间42º就打开
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柴 油 机讲 义
东风型号10LE207J柴油机工作过程 这种柴油机有上下两根曲轴，是用垂直传 动轴将上曲轴的功率传递给下曲轴输出的。 为了有效的工作，下曲轴领先上曲轴12º。 它分内、外止点。进、排气口设在缸壁的 上下部分。活塞相对运动时分别启闭气 口，现在了解一下柴油机工作过程： 1、膨胀-换气冲程 活塞离开内止点后喷入汽缸中的燃油在高 温高压下燃烧膨胀推动上下活塞向向运动 ，通过曲轴旋转作功。由于下曲轴领先12 度，故率先开启排气口，当上活塞开启进 气口时，1.3公斤左右的新鲜空气冲入汽缸
内将残余气体从排气排出，强制驱赶废气 的现象也叫扫气。 2、换气-压缩冲程 扫气结束后活塞越过外止点向内止点运动 ，下活塞首先关闭排气口，进气口仍然进 气，通常称之为后充现象，但瞬间随上活 塞转动就关闭进气口，上下活塞都越过外 止点后向内止点运动，开始压缩空气直到 接近内止点时，燃油开始喷射，为下一个 循环作准备。
汽缸内的残存燃气，使汽缸里充满新鲜 压力空气，为下个工作循环准备。这就 是曲轴180º~360º（也叫压缩、排气冲 程） 这就是二冲程柴油机，在一个工作循环 内，就完成四冲程柴油机进气、压缩、 膨胀作功、排气的二个循环过程，相当 曲轴转动两周的转角720º。 而二冲程柴油机第一冲程就完成了进气、 压缩过程；第二冲程完成膨胀作功、排 气的过程。也就是曲轴转角的360º转角。

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2.3机体的检修
2.形位公差检查
机体形位公差等的检测最好用光学仪器测量，如准直仪等。 在检修工作中应重点检查机体关键部位是否有裂纹、各轴承 孔的孔径、各孔的同轴度
3.主轴承盖和止推轴承盖的检查
主轴承盖和止推轴承盖的检查主要是主轴承孔的尺寸和同轴 度的测量及修复
4.螺栓、螺母等的检查
一般用磁粉探伤法进行检查，最后需经过消磁处理
润滑间隙过小，使机油流动阻力增大，流量减少，引起轴承 散热不良，轴瓦表面温度升高，甚至导致烧瓦或咬轴。另外 ，过小的润滑间隙补偿不了主轴承由于加工和安装误差产生 的圆度、圆柱度和各孔的同轴度的影响，使曲轴和主轴承受 到很大的附加载荷。
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3.5轴瓦检修要求
1．轴瓦须有胀量，不许有剥离、龟裂、脱壳、烧损、严重腐 蚀和拉伤。
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3.1 轴承
➢ 柴油机轴承主要是指曲轴的轴承，包括主轴承和 连杆轴承。一般都采用滑动轴承，由轴瓦、轴承座 、轴承盖、连接螺栓和润滑油路等组成。柴油机轴 承在工作中受到冲击性的气体力和活塞连杆组惯性 力的动负荷作用
➢ 曲轴（连杆）轴承一般都采用轴瓦结构型式，即 由两个分开的半圆形瓦片，组合而成一个完整的轴 承
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2.2 机体外观图
图为12V240ZJD型柴油机机体示例，机体为铸焊结构。横截面为六边形， 曲轴孔位于机体中部，主轴承盖与机体采用平面结合
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2.3 机体的检修
1 ．探伤和水压试验
针对机体裂纹，着重检查查各焊缝及主轴承座孔、主轴承台 面、主轴承螺栓、主轴承座垂直面与水平面过渡圆（R20） 处等部位。 细小裂纹可以在裂纹两端钻上直径为1.5～2 mm的止裂孔， 以防裂纹继续扩展，或铲除裂纹后进行焊修。对于主轴承座 等重要部位有裂纹或其他部位裂纹较大较深时，原则上应作 报废处理。

讲授新课:
第一章 柴油机的工作原理
第一节 内燃机车的总体结构
一、内燃机车的特点
1．热效率高、能耗低； 2．投资少; 3．牵引性能好； 4．具有可靠的电阻制动或液力制动； 5．乘务条件好； 6．起动加速快，整备时间短，运行里程长。
二、内燃机车主要组成
1．柴油机 2．传动装置 3．车体 4．转向架 5．辅助装置(制动机、辅助传动装置等）
三、东风 4B 型内燃机车总体布置
采用框架式侧壁承载车体，由前后司机室、左右侧墙、隔墙、顶棚、底架组成一整体全焊钢结 构；上部 由四组内部隔墙将车体分为Ⅰ端司机室、电气室、动力室、冷却室、Ⅱ端司机室五个工作空间。
教学内容(包括基本内容、重点、难点):
1．Ⅰ、Ⅱ端司机室
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主要设司机操纵台等。
(完整版)内燃机车柴油机学习讲解.doc
中国铁道出版社 中国铁道出版社
2004 年 3 月
2002 年 8 月 1999 年 9 月
书
目
1．了解柴油机的基本概念，掌握四冲程柴油机的工作原理（工作过程)和配气相位图。
2．了解固定件的功用、组成及主要部件基本结构，掌握差示压力计的作用原理。
3．了解运动件的功用、组成及主要部件基本结构，理解柴油机的发火次序；掌握活塞
(完整版)内燃机车柴油机学习讲解.doc
课程教学实施计划
授课教师
辅导教师（助教)
实验（实践）教学指导教师
学 总学时
理论学时 多媒体教学学时 习题课
实践学时
时
计
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30
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划
使
名称
出版社
出版时间
获奖情况
用教 《东风 4 型内燃机车乘务 材 员》

启动风 马达
HXN3型机车柴油机
②燃油喷射采用电子控制燃油喷射系统， 取代了联合调节器。
电喷单元具有独立的供电电源模块， 输入电压为机车蓄电池电压直流74伏， 输出电压为直流24伏（如图）。电喷单 元通过各种传感器采集柴油机转数信号、 机油压力信号、燃油压力信号、冷却水 压力信号、冷却水温度信号 、机油温度 信号、曲轴箱压力信号、进气压力信号 及柴油机正时转数信号，再通过电喷单 元进行计算后按各缸发火顺序开启喷油 泵阀门，向气缸内喷射燃油，使柴油机 正常运转。同时电喷单元通过CAN总线接 收来自司机控制器手柄的升速、加载等 指令，来合理调节各缸的供油量，以满 足机车的牵引需要。
HXN3型机车柴油机
柴油机左视图
HXN3型机车柴油机
柴油机右视图
HXN3型机车柴油机
柴 油 机 后 视 图
HXN3型机车柴油机
4.16V265H柴油机工作过程
第一冲程 进气冲程
假设1号活塞位于上止点(启动齿圈0度位置) ，进气冲程开始此时进气阀和排气阀均处于开 启状态。随着活塞向下运动，气缸内产生低压 区，外部空气从进气阀涌人，而开启的排气阀 则继续让前次循环的废气排出。
HXN3型机车柴油机
（一） HXN3内燃机车柴油机总体介绍
HXN3型机车柴油机
HXN3内燃机车采用美国EMD公司研制的16V265H 型柴油机，其中“16”代 表柴油机具有16个缸，“V”代表各缸以450V型交角排列，“265”代表气 缸缸径为265mm，“H”为美国英雄系列柴油机。
1.16V265H柴油机与现有国产柴油机有很大的不同。 主要的不同有两点：
电源
EMDEC发送器模块 EMDEC接收器模块
HXN3型机车柴油机
结构上的变化： ①双增压器布置在柴油机的一端（后端）；

KLJ — 2000
司机室 主台
智 能
装置运行,包括控制柴
制器 FB—
显 示
油机运行、辅助系统控 11制
屏2
制、牵引设备等
动机
司机
2.柴油机 内燃机车的动力装置，又称压燃式内燃机。主要结构特点
包括汽缸数、汽缸排列形式、汽缸直径、活塞冲程、增压与否 等。
现代机车用的柴油机都配装废气涡轮增压器，以利用柴油机 废气推动涡轮压气机，把提高了压力的空气经中间冷却器冷却 后送入柴油机进气管，从而大幅度提高了柴油机功率和热效率。 从转速来看，分为高速机（1500 r/min左右）、中速机 （1000r/min）和低速机（中速机转速以下）。
一、内燃机车的发展 第四代，微机控制技术
和谐N5型柴油机车由南车戚墅堰机车有限公司及美国通用电气 公司（GE）共同研制（2005-2008年），额定功率为4660kW交— 直—交电传动货运柴油机车机车，设有微机控制系统，可以自 动控制柴油机停起机。该机车完全满足“高速重载”的发展方 向，机车牵引、控制、制动及柴油机的燃油消耗率、排放等主 要技术经济指标具有国际先进水平。正成为我国主型货运内燃 机车HX。N5型内燃机车车架采用双箱形梁 结构，车体承载能力满足：纵向压缩 载荷3788kN,纵向拉伸载荷3100kN。机 车运用模块化设计，各部分分开设计 制造，方便机器设备的安装和维修， 同时也方便了车体的制造。
第八章 内燃机车
第一节 概 述 第二节 机车柴油机 第三节 液力传动内燃机车
第一节 概 述
机车是铁路运输的牵引动力，为满足牵引要求应具有的特征： ①可靠性高 ②牵引性能良好 ③数量足够 ④定期的维护与维修 ⑤机车组织运用合理
蒸汽机车
机车类型
内燃机车