性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

柴油機基本結構組成部件

 

摘要：柴油機由兩大組件和五大系統組成。兩大組件是完成熱能轉變?yōu)闄C械能的主體，五大系統的功用是保障兩大組件正常工作。兩大組件是柴油機的固定不動(dòng)組件和相對運動(dòng)組件，而燃燒室組件，例如汽缸蓋、機體、汽缸套，活塞組是構成固定不動(dòng)組件的主體；動(dòng)力傳動(dòng)組件（如活塞組、曲軸）則可視為相對運動(dòng)組件。前者的功用是組成密封燃燒室，是燃油產(chǎn)生熱能的場(chǎng)所；后者則是完成熱能轉變?yōu)闄C械能，輸出動(dòng)力的場(chǎng)所?？得魉构驹诒疚闹薪榻B柴油發(fā)動(dòng)機各系統分部件的組成、要求及作用。

 

一、燃燒室的組成及功用

 

      燃燒室主要由汽缸套、汽缸蓋、活塞組三個(gè)部分組成，其主要任務(wù)是把燃氣的作用力通過(guò)活塞組和連桿組傳給曲軸。為保證燃燒室組件的正常工作，必須解決好四個(gè)方面的問(wèn)題：一是各組件之間要具有良好的密封性；二是各組件要有足夠的硬度和耐磨性；三是各組件應有良好的散熱性；四是活塞組與汽缸套之間要有良好的潤滑，這可降低各機件的磨損速度和延長(cháng)機件的使用壽命。圖1是柴油發(fā)動(dòng)機的外形示意圖。

1．汽缸套

      汽缸套的一般為濕式缸套，靠其上部凸肩懸掛定位，凸肩下面與機體之間接觸面處還置有0.25mm的紫銅墊圈，以保證冷卻水的密封性，在缸套的下部還有一段密封槽，在裝配時(shí)必須套上橡皮圈以防止冷卻水進(jìn)入油底殼。選用汽缸套時(shí)，對轉速為2000r／min以上的高速機型必須用磷化缸套。

2．汽缸蓋

      汽缸蓋的內部較復雜，其內有氣門(mén)座、進(jìn)、排氣門(mén)孔、水道、油道、推桿孔、進(jìn)氣孔、排氣孔、噴油孔、固定缸蓋、噴油器、搖臂、機油銅管孔等。汽缸蓋的結構形式有兩種：?jiǎn)沃剖?、組合式。135系列柴油機采用的是組合式，防止漏氣的措施有三種：一是保證接觸面之間具有一定的光潔度；二是在接觸面之間墊上耐高溫的軟金屬：三是保證固定螺栓具有一定的預緊力且各螺栓一定要受力均勻。

3．活塞組

      活塞組由活塞環(huán)（由鍍鉻氣環(huán)、氣環(huán)及油環(huán)組成）、活塞銷(xiāo)、活塞本體組成，其中，活塞外形圖如圖2所示。其功用如下：

（1）承受燃氣作用力，并通過(guò)活塞銷(xiāo)和連桿傳給曲軸；

（2）保證燃燒室的密封性，防止燃氣漏入曲軸箱，同時(shí)防止潤滑油進(jìn)入燃燒室；

（3）在二沖程柴油機中，氣孔的開(kāi)閉由活塞組來(lái)控制。

4．活塞環(huán)

      活塞環(huán)又分為氣環(huán)和油環(huán)。前者的功用是阻止氣體從燃燒室中漏出，并把從活塞頂部吸收的熱量傳給汽缸套；后者的功用是把缸套壁上過(guò)多的機油刮回曲軸箱。尤其注意的一點(diǎn)是，在安裝時(shí)錐面必須向著(zhù)燃燒室，否則柴油機就會(huì )燒機油。

5．活塞銷(xiāo)

      活塞銷(xiāo)的功用是連接活塞和連桿，并把活塞上所有承受的力傳給連桿。柴油機長(cháng)期使用過(guò)程中易產(chǎn)生活塞銷(xiāo)響，這主要是因為活塞銷(xiāo)與活塞銷(xiāo)座孔或與連桿銅套配合松動(dòng)所造成。

 

圖1  柴油發(fā)動(dòng)機結構外觀(guān)示意圖

圖2  柴油機活塞結構外形圖

 

二、動(dòng)力傳動(dòng)組件的功用

 

      動(dòng)力傳動(dòng)組件其任務(wù)是把活塞的往復直線(xiàn)運動(dòng)轉變?yōu)榍S的旋轉運動(dòng)，輸出動(dòng)力使熱能轉變?yōu)闄C械能。

1．連桿

      連桿的作用是連接活塞和曲軸，把作用在活塞上的力傳給曲軸。尤其注意的一點(diǎn)是安裝要正確，特別在裝配連桿螺栓時(shí)，一定要按要求擰緊且受力要均勻，避免螺栓受到附加的作用力。

2．曲軸

      曲軸由耐磨鑄鐵制成。它主要由主軸承、曲拐、皮帶盤(pán)、前軸、輸出法蘭等組成，其功用是把連桿傳來(lái)的作用力轉變成曲軸的轉動(dòng)力，并通過(guò)曲軸帶動(dòng)發(fā)電機等用電設備。

3．主軸承

      主軸承是支承曲軸可靠運轉的重要部分，其結構分為滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種。根據機體結構形式的不同，在安裝位置和方法上分別有隧道式、正置式和懸掛式三種方法。另外特別注意的是，更換曲拐時(shí)要校正它的靜平衡。

4．凸輪軸

      凸輪軸的作用是控制氣門(mén)的開(kāi)啟和閉合動(dòng)作。凸輪軸的工作原理是凸輪軸的不斷旋轉，推動(dòng)氣門(mén)頂桿上下運動(dòng)，進(jìn)而控制氣門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。通過(guò)改變凸輪軸的曲線(xiàn)，可精確調整氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間。

 

三、燃油系統的組成及功用

 

      燃油系統主要由低壓油路和高壓油路組成，結構示意圖如圖3所示。其功用是保證在活塞向上運動(dòng)到壓縮上止點(diǎn)前一定度數時(shí)，定質(zhì)、定量、定時(shí)向燃燒室噴入燃油。低壓油路由油箱、低壓油管、低壓輸油泵、柴油軟管、柴油濾清器組成；高壓油路壓油泵、調速器、高壓油管、噴油器組成。以下重點(diǎn)介紹輸油泵、柴油濾清器、高壓油泵、調速器、噴油器的組成、功用及精密部件的要求。

1．輸油泵

      輸油泵的作用是保證柴油在低壓油路內循環(huán)，確保一定壓力的燃油送給噴油泵。滾輪式輸油泵由滾輪、頂桿、頂桿套、彈簧、活塞、橡膠密封圈、推桿等組成。輸油泵的技術(shù)要求如下：

（1）活塞與殼體的配合間隙不可太大，應保持在0.005～0.02mm之間，否則，供油率將下降，同時(shí)會(huì )影響柴油機的輸出功率及轉速。

（2）確保手泵活塞與橡膠密封圈結合嚴密。

2．柴油濾清器

      柴油濾清器的主要功能是清除柴油中的雜質(zhì)，保證把清潔燃油送給高壓油泵。濾清器結構示意圖如圖4所示。

3．高壓油泵

      高壓油泵的作用是將燃油轉換成高壓燃油，并按照柴油機工作過(guò)程要求定時(shí)、定量地將燃油輸送至噴油器，然后噴油器以一定的壓力將燃油以霧狀噴入燃燒室中。高壓油泵是柴油機中的最精密部件，技術(shù)要求：

（1）保證定時(shí)。嚴格按照規定的供油時(shí)刻開(kāi)始供油，并保持一定的供油持續時(shí)間，不可過(guò)長(cháng)，同時(shí)也不可過(guò)短；

（2）在保證定量噴油時(shí)，可根據負載的大小，供給適當的油量，要滿(mǎn)足燃油足夠的壓力，以使燃油獲得良好的噴霧質(zhì)量；

（3）供油開(kāi)始和結束時(shí)要迅速、干脆，避免噴油器產(chǎn)生滴油或不正常的噴射現象。

4．調速器

      調速器其有以下功用：

（1）根據負荷變化，迅速自動(dòng)地調整供油量，使柴油機的輸出功率與負載保持平衡，從而保持穩定的轉速；

（2）限制柴油機最高轉速，防止飛車(chē)；

（3）保證低速時(shí)的穩定性；

（4）根據啟動(dòng)運轉中預熱規定，人為進(jìn)行手動(dòng)轉速調節。

5．噴油器

（1）噴油器作用

① 將柴油霧化成較細的顆粒噴入燃燒室，使噴出的油束形狀及分布與燃燒室相適應；

② 將燃油分布到整個(gè)燃燒室中，使燃油顆粒與空氣進(jìn)行良好的混合，形成均勻的可燃混合氣。

（2）噴油器的技術(shù)要求

① 必須滿(mǎn)足一定的噴射壓力和射程以及合適的噴霧錐角和噴霧質(zhì)量；

② 噴油和停止供油要迅速，不允許燃油滴漏，以免惡化燃燒過(guò)程。最好的噴油特性是：

      在每一循環(huán)供油量中，開(kāi)始噴油少，中期噴油多，后期噴油少，以減少瀉燃期的積油量和改善燃燒后期的不利情況。

 

圖3  柴油發(fā)電機燃油系統結構圖解

圖4  柴油濾清器結構示意圖

 

四、進(jìn)排氣系統的結構特點(diǎn)

 

      進(jìn)排氣系統的作用是保證柴油機的各氣缸在工作時(shí)得到充足的新鮮空氣和排出燃燒室內燃燒后形成的廢氣，進(jìn)排氣系統主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管、消聲器等組成。

1．進(jìn)氣系統

      進(jìn)氣系統的作用是將新鮮氣體或純凈的空氣盡可能多的供入氣缸內，并盡可能使各缸進(jìn)氣量一致，為各缸熱功轉換提供物質(zhì)基礎。

（1）空氣濾清器

      空氣濾清器的作用濾除空氣中的雜質(zhì)，保證向氣缸供給清潔的新鮮氣體和空氣。

（2）進(jìn)氣歧管

      進(jìn)氣歧管長(cháng)度和形狀盡可能保持一致：目的是保證向個(gè)汽缸均勻的供氣。

2．排氣系統

      隨著(zhù)節能減排要求的不斷嚴格，柴油發(fā)電機排氣系統的功用不僅是將汽缸內的已燃廢氣及時(shí)地排除干凈，以便保證充入更多的新鮮氣體，同時(shí)還要保證盡可能降低有害污染物的排放和噪聲，盡可能回收利用排氣能量。

（1）消聲器

      排氣管內平均排氣壓力一般為0.3~0.5MPa,而且排氣壓力在排氣管內波動(dòng)。這種壓力波動(dòng)不僅造成排氣系統的振動(dòng)，而且如果把柴油機燃燒后的廢氣直接排到大氣，就會(huì )產(chǎn)生強烈的、頻譜比較復雜的排氣噪聲，直接影響工作環(huán)境，因此柴油發(fā)電機都裝有排氣消聲器。

      排氣消聲器的作用是降低或衰減排氣壓力脈動(dòng)，以降低排氣噪聲。消聲器的結構根據其消聲機理不同有很大的區別，但其結構基本有吸收式、干涉式、擴張式和共振式等。實(shí)際消聲器多為這些結構的不同組合形式。

（2）增壓系統

      增壓是在柴油機進(jìn)氣過(guò)程中預先把空氣壓縮，然后再供入汽缸，以此提高進(jìn)氣密度，增加進(jìn)氣量的一項技術(shù)。進(jìn)氣量增加，可以相應地增加循環(huán)噴油量，從而增加柴油機的升功率。同時(shí)，增壓不僅可以改善燃油經(jīng)濟性，而且也是控制排放的有效技術(shù)之一。

 

五、冷卻系統的組成及要求

 

      冷卻系統由多個(gè)部件組成，包括水泵、冷卻風(fēng)扇、氣缸蓋中的水套、散熱器、節溫器以及其他附屬裝備。主要功用是冷卻機體內部各運動(dòng)部件及少部分固定部件，并對機油進(jìn)行冷卻。冷卻系統需要定期保養，包括定期更換防凍液和在缺少時(shí)添加。

1．水泵

      水泵可促使冷卻水在機體內循環(huán)，并產(chǎn)生一定的壓力把冷卻水輸送到柴油機的各冷卻部位，主要由淡水泵總成、水泵體、水封、葉輪、水泵軸等部件組成。

2．節溫器

      節溫器可隨柴油機負荷的大小和水溫的高低自動(dòng)改變流經(jīng)散熱器的水量，以保證柴油機在最佳溫度下工作。其工作原理如圖3所示。

3．散熱器

      由進(jìn)水室、出水室及散熱器芯等三部分構成，結構組成如圖4所示。其原理是冷卻液在散熱器芯內流動(dòng)，空氣在散熱器芯外通過(guò)，熱的冷卻液因向空氣散熱而變冷，冷空氣則因吸收冷卻液散出的熱量而升溫。

4．冷卻風(fēng)扇

      當風(fēng)扇旋轉時(shí)吸進(jìn)空氣，使其通過(guò)散熱器，以增強散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻。

      冷卻系統的各個(gè)部件緊密配合，共同維持發(fā)動(dòng)機的正常工作溫度。水泵將冷卻液從水套中抽出，并通過(guò)散熱器散熱，然后將其送回發(fā)動(dòng)機。節溫器則根據發(fā)動(dòng)機溫度的變化來(lái)控制冷卻液的流動(dòng)。發(fā)動(dòng)機機體是冷卻系統的“心臟”，負責將冷卻液循環(huán)到散熱器中進(jìn)行散熱。

 

圖5  柴油機節溫器工作原理圖

圖6  柴油機散熱水箱結構示意圖.

 

六、潤滑系統的組成及功用

 

      滑油系統由油底殼、機油泵、吸油盤(pán)、機油管、機油冷卻器、機油粗濾器、機油細濾器、缸蓋內部油道、機體內部油道、傳動(dòng)齒輪和各種相對運動(dòng)的潤滑部位等組成。滑油系統的功用主要是減輕零件表面摩擦，帶走零件所吸收的部分熱量，沖洗零件表面，提高密封效果，防止部件生銹。常見(jiàn)潤滑方法有飛濺潤滑、壓力潤滑和人工潤滑三種。滑油系統各部分的作用：

1．油底殼

（1）油底殼的功用

      油底殼是用來(lái)儲存機油并封閉曲軸箱的，一般由鋼板沖壓而成。外形示意圖如圖7所示。

（2）油底殼結構

      前淺后深的楔形狀；設有擋油板，防止油面波動(dòng)過(guò)大；側面通常有油標尺孔；最低處裝有帶磁性的放油塞。

2．機油泵

      機油泵的作用是為壓力潤滑和潤滑油循環(huán)流動(dòng)建立一定的油壓，提高機油壓力，保證機油在潤滑系統內不斷循環(huán)。機油泵一般安裝在柴油機機體的下部，可安置在曲軸箱單面或外面，由柴油機驅動(dòng)。以電子型機油泵為例，其常用的結構形式如圖8所示。

3．機油濾清器

      機油濾清器的作用是濾掉機油中機械雜質(zhì)和各種雜質(zhì)，以免使之進(jìn)入潤滑系統磨損機件。機油濾清器按在系統中的布置可分為全流式、分流式和組合式三種方式。

4．機油冷卻器

      機油冷卻器在熱負荷較大的高性能、大功率柴油機上是必不可少的部件，其作用是 對機油進(jìn)行強制冷卻，以防止機油過(guò)熱而使機油消耗增加氧化變質(zhì)。

5．機油尺

      機油尺是用來(lái)檢查油底殼內油量和油面高低的。它是一片金屬桿，下端制成扁平，并有刻線(xiàn)。機油油面必須處于油尺上下刻線(xiàn)之間。

 

圖7  柴油機油底殼結構圖

圖8  柴油機機油泵結構示意圖

 

七、啟動(dòng)和充電系統的結構特點(diǎn)

 

      啟動(dòng)系統由蓄電池、起動(dòng)機、磁力開(kāi)關(guān)及控制按鈕等組成。充電系統由調節器、交（直）流發(fā)電機、充電線(xiàn)路、用電負載和控制開(kāi)關(guān)等組成。啟動(dòng)和充電系統的功用是保證柴油機準時(shí)啟動(dòng)和按時(shí)給蓄電池充電。其各部件的組成和作用如下：

1．起動(dòng)機

      起動(dòng)機由甩輪、碳刷、定子、轉子等組成，結構組成如圖9所示。主要功用是使柴油機從靜止到自行運轉，帶動(dòng)曲軸旋轉到一定的啟動(dòng)轉速，使柴油機能夠自行運轉。

（1）起動(dòng)繼電器

      起動(dòng)繼電器通過(guò)控制電路中的電磁鐵來(lái)閉合觸點(diǎn)，從而將電池的電能轉化為機械能，驅動(dòng)柴油機轉動(dòng)。此外，起動(dòng)繼電器還能保護電路，在電路出現過(guò)電流或短路時(shí)，會(huì )自動(dòng)切斷電源，避免設備損壞，從而保護柴油機和其他設備的電氣系統。同時(shí)，起動(dòng)繼電器還有助于提高電氣工作效率和穩定性，延長(cháng)設備的使用壽命。

（2）電磁開(kāi)關(guān)

      電磁開(kāi)關(guān)的作用電磁開(kāi)關(guān)電磁開(kāi)關(guān)，顧名思義就是用電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)，也就是電磁鐵與開(kāi)關(guān)的結合體。當電磁鐵線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，活動(dòng)鐵芯推或拉動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，從而接通所控制電路。電磁開(kāi)關(guān)在各行業(yè)有廣泛的應用，最常見(jiàn)的是工業(yè)領(lǐng)域的接觸器。

2．充電發(fā)電機

      普通充電發(fā)電機一般由轉子、定子、調節器、前后部軸承蓋等組成，結構示意圖如圖10所示。

（1）充電電池：

      柴油發(fā)電機的充電機通過(guò)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)發(fā)電機產(chǎn)生交流電，然后通過(guò)整流器將交流電轉換為直流電，用于充電發(fā)電機組的電池。這樣可以確保發(fā)電機組在停電或斷電情況下，仍能提供電力供應。

（2）維持電池電量：

      充電機不僅在停電時(shí)提供備用電源，同時(shí)還能維持發(fā)電機組的電池電量，保持電池處于充滿(mǎn)的狀態(tài)。這樣可以確保發(fā)電機組在需要啟動(dòng)時(shí)，有足夠的電量來(lái)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機。

（2）防止電池自放電：

      電池在長(cháng)時(shí)間不使用時(shí)，會(huì )自然放電。充電機能夠監測電池電量，并及時(shí)補充電量，防止電池自放電過(guò)度導致電量不足。

3．啟動(dòng)電池

      啟動(dòng)電池一般由鉛酸電池或鋰電池組成，起到存儲電能的作用。電池能量過(guò)低可能導致起動(dòng)電機無(wú)法正常運轉，鑰匙轉動(dòng)磁石無(wú)法引導轉子轉換電流，因此啟動(dòng)電池的安置位置應為干燥、涼爽的空間。

 

圖9  起動(dòng)機內部結構示意圖

圖2  柴油機充電發(fā)電機結構示意圖

 

總結：

      柴油機是一種利用柴油燃料進(jìn)行內燃機燃燒的發(fā)動(dòng)機，具有高效率、高可靠性和長(cháng)壽命等特點(diǎn)。了解柴油機的結構和主要零部件，對于掌握其工作原理、正常運行柴油機、檢修和維護保養都具有重要意義。對于柴油機的保護和維護，需要定期檢查零部件的磨損和老化情況，并及時(shí)更換和修理，以確保柴油機的正常運行和延長(cháng)使用壽命。

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