摘要：柴油機在工作過(guò)程中能輸出動(dòng)力，除了直接將燃料的熱能轉變?yōu)闄C械能的燃燒室和曲柄連桿機構外，還必須具有相應的機構和系統予以保證，并且這些機構和系統是互相聯(lián)系和協(xié)調工作的。不同類(lèi)型和用途的柴油機，其機構和系統的形式不同，但其功用基本一致。柴油機主要由機體組件與曲柄連桿機構、配氣機構與進(jìn)排氣系統、燃油供給與調速系統、潤滑系統、冷卻系統、啟動(dòng)裝置等機構和系統組成。

一、柴油機的組成與部件作用

      柴油機是內燃機的一種類(lèi)型，是一種將燃料燃燒釋放出來(lái)的熱能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置。柴油機是發(fā)電機組的動(dòng)力部分，一般由曲軸連桿機構與機體組件、配氣機構與進(jìn)排氣系統、柴油供給系統、潤滑系統、冷卻系統和電氣系統等組成。

1、曲軸連桿機構

      為了將得到的熱能轉變?yōu)闄C械能，需要通過(guò)曲軸連桿機構來(lái)完成。此機構主要由活塞、活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸和飛輪等零件構成，其機構外觀(guān)3D模擬圖如圖1所示。當燃料在燃燒室內著(zhù)火燃燒時(shí)，由于燃氣的膨脹作用在活塞頂部產(chǎn)生壓力，推動(dòng)活塞作直線(xiàn)的往復運動(dòng)，借助連桿轉變曲軸旋轉，使曲軸帶動(dòng)工作機械（負荷）做功。

2、機體組

      機體組件主要包括氣缸體、氣缸蓋和曲軸箱等，外形實(shí)線(xiàn)圖如圖2所示。它是柴油機各機構系統的裝配基體，而且其本身的許多部位又分別是柴油機曲柄連桿機構、配氣機構與進(jìn)排氣系統、燃油供給與調速系統、潤滑系統和冷卻系統的組成部分。例如，氣缸蓋與活塞頂共同形成燃燒室空間，不少零件、進(jìn)排氣道和油道也布置在它上面。

3、配氣機構

      對于一臺設備要連續實(shí)現熱能轉變?yōu)闄C械能，還必須配備一套配氣機構來(lái)保證定期吸入新鮮空氣，排出燃燒后的廢氣。

      配氣機構由氣門(mén)組（進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、氣門(mén)導管、氣門(mén)座和氣門(mén)彈簧等）及傳動(dòng)組（挺柱、挺桿、搖臂、搖臂軸、凸輪軸和正時(shí)齒輪等）組成，配氣機構作用是按一定要求，適時(shí)地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，排出氣缸內的廢氣和吸入新鮮空氣，保證柴油機換氣過(guò)程順利進(jìn)行。

4、燃油系統

      熱能，這就必須提供一定數量的燃料，送進(jìn)燃燒室與空氣充分混合燃燒產(chǎn)生熱量，因此，必須有燃料系統。

      柴油機燃油供給系統的作用是將一定量的柴油，在一定的時(shí)間內，以一定的壓力噴入燃燒室與空氣混合，以便燃燒做功。它主要由柴油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵（高壓油泵）、噴油器、調速器等組成。

5、冷卻系統

      為了減少柴油機的摩擦損失，保證各零部件的正常溫度，柴油機必須有冷卻系統。冷卻系統應由水泵、散熱器、節溫器、風(fēng)扇和水套等部件組成。

6、潤滑系統

      潤滑系統的功用是將潤滑油送到柴油機各運動(dòng)件的摩擦表面，起減摩、冷卻、凈化、密封和防銹等作用，以減小摩擦阻力和磨損，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，從而保證柴油機正常工作。它主要由機油泵、機油濾清器、機油散熱器、各種閥門(mén)及潤滑油道等組成。

7、啟動(dòng)系統

      為了使柴油機能迅速啟動(dòng)，還需配置啟動(dòng)裝置，對柴油機啟動(dòng)進(jìn)行控制。根據不同的啟動(dòng)方法，啟動(dòng)裝置配備的零部件，通常采用電動(dòng)馬達或氣動(dòng)馬達啟動(dòng)，對于大功率的發(fā)電機組，則采用壓縮空氣啟動(dòng)。

8、進(jìn)排氣系統

      進(jìn)、排氣系統是在燃機工作循環(huán)時(shí)，不斷地將新鮮空氣或可燃混合氣送入燃燒室，又將燃燒后的廢氣排到大氣中，保證柴油機連續運轉?；狙b置是由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器等組成。由于排放與噪聲法規的要求，現代柴油機除了采取完善的燃燒等機凈化措施外，在傳統的進(jìn)、排氣系統中又增加了不少機外凈化的附件與裝置。并且廣泛地采用了增壓和增壓技術(shù)，成為發(fā)動(dòng)機的重要組成部分。

二、四沖程柴油機的工作原理

      在熱力過(guò)程中，只有在“工質(zhì)”膨脹過(guò)程才具有做功能力，而我們要求發(fā)動(dòng)機能連續不斷地產(chǎn)生機械功，就必須使工質(zhì)反復進(jìn)行膨脹。因此，必須設法使工質(zhì)重新恢復到初始狀態(tài)，然后，再進(jìn)行膨脹。因此，柴油機必須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)熱力過(guò)程之后，才能恢復到起始狀態(tài)，使柴油機連續不斷地產(chǎn)生機械功，故上述四個(gè)熱力過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)。若柴油機活塞走完四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)，稱(chēng)該機為四沖程柴油機。

1、進(jìn)氣沖程

      進(jìn)氣沖程的目的是吸入新鮮空氣，為燃料燃燒作好準備。要實(shí)現進(jìn)氣，缸內與缸外要形成壓差。因此，此沖程排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸內的容積逐漸擴大，壓力降低，缸內氣體壓力低于大氣壓力約68~93kPa。在大氣壓力的作用下，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門(mén)被吸入氣缸，活塞到達下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣沖程結束。

2、壓縮沖程

      壓縮沖程的目的是提高氣缸內空氣的壓力和溫度，為燃料燃燒創(chuàng )造條件。由于進(jìn)、排氣門(mén)都已關(guān)閉，氣缸內的空氣被壓縮，壓力和溫度亦隨之升高，其升高的程度，取決于被壓縮的程度，不同的柴油機略有不同。當活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，缸內空氣壓力達（3000~5000）kPa,溫度達500~700℃,遠超過(guò)柴油的自燃溫度。

3、膨脹（做功）沖程

      當活塞上行將終了時(shí)，噴油器開(kāi)始將柴油噴入氣缸，與空氣混合成可燃混合氣，并立即自燃，此時(shí)，氣缸內的壓力迅速上升到約6000~9000kPa,溫度高達（1800~2200）℃。在高溫、高壓氣體的推力作用下，活塞向下止點(diǎn)運動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉而做功。隨著(zhù)氣體膨脹活塞下行其壓力逐漸降低，直到排氣門(mén)被打開(kāi)為止。

4、排氣沖程

      排氣沖程的目的是清除缸內的廢氣。做功沖程結束后，缸內的燃氣已成為廢氣，其溫度下降到（800~900）℃,壓力下降到（294~392）kPa。此時(shí)，排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)仍關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，在缸內殘存壓力和活塞推力的作用下，廢氣被排出缸外。當活塞又到上止點(diǎn)時(shí)，排氣過(guò)程結束。排氣過(guò)程結束后，排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)又打開(kāi)，重復進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，周而復始不斷對外做功。

三、柴油機的分類(lèi)和特點(diǎn)

      柴油機是用柴油作燃料的內燃機。柴油機屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機，它又常以主要發(fā)明者狄塞爾的名字被稱(chēng)為狄塞爾發(fā)動(dòng)機。柴油機在工作時(shí)，吸入柴油機氣缸內的空氣，因活塞的運動(dòng)而受到較高程度的壓縮，達到500～700℃的高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動(dòng)著(zhù)火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動(dòng)活塞并通過(guò)連桿和曲軸轉換為旋轉的機械功。

1、柴油機種類(lèi)

（1）按工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程柴油機。

（2）按冷卻方式可分為水冷和風(fēng)冷柴油機。

（3）按進(jìn)氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機。

（4）按轉速可分為高速（大于1000轉／分）、中速（300～1000轉／分）和低速（小于300轉／分）柴油機。

（5）按燃燒室可分為直接噴射式、渦流室式和預燃室式柴油機。

（6）按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等。

（7）按氣缸數目可分為單缸和多缸柴油機。

（8）按用途可分為船用柴油機、機車(chē)柴油機、車(chē)用柴油機、農業(yè)機械用柴油機、工程機械用柴油機、發(fā)電用柴油機、固定動(dòng)力用柴油機。

（9）按供油方式可分為機械高壓油泵供油和高壓共軌電子控制噴射供油。

（10）按氣缸排列方式可分為直列式和V形排列,水平對置排列,W型排列,星型排列等.

（11）按功率大少可分為小型（200KW）、中型（200-1000KW）、大型（1000-3000KW）、特大（3000KW以上）。

2、發(fā)電用柴油機的特點(diǎn)

      柴油發(fā)電機組是以柴油機為動(dòng)力，與常見(jiàn)的火力發(fā)電機組、蒸汽輪發(fā)電機組、燃氣渦輪發(fā)電機組、核能發(fā)電機組等的發(fā)電設備相比較，具有結構簡(jiǎn)單、緊湊、投資小、占地面積小、熱效率高、起動(dòng)方便、控制靈活以及操作程序簡(jiǎn)單，保養維修方便，組建和發(fā)電的綜合成本低，燃料供應和儲存方便等特點(diǎn)。發(fā)電用的柴油機大多數為通用或其他用途柴油機的變型產(chǎn)品，它具有以下特點(diǎn)：

（1）固定的頻率和轉速

      交流電頻率固定為50HZ和60HZ，因此發(fā)電機組的轉速只能是1500和1800r/min，中國及原蘇制用電國家以1500r/min為主，歐美國家以1800r/min為主。

（2）穩定的電壓范圍

      中國境內使用的柴油發(fā)電機組的輸出電壓為400／230V（大型發(fā)電機組為6.3kV），頻率為50Hz，功率因素cosф=0.8。

（3）功率變化范圍寬廣。

      發(fā)電用的柴油機的功率可以從0.5kW變化到10000kW，一般來(lái)說(shuō)，功率在12～1500kW范圍內的發(fā)電用柴油機用作移動(dòng)電站、備用電源、應急電源或農村常用電源。固定或船用電站作為常用電源使用，其功率可達數萬(wàn)千瓦。

（4）具有一定功率儲備。

      發(fā)電用柴油機一般在穩定工況下運行，負荷率較高。應急和備用電源一般標定為12h功率，常用電源標定為持續功率（發(fā)電機組配套功率應扣除電機的傳動(dòng)損失和勵磁功率，并留有一定功率儲備）。

（5）裝有調速裝置。

      為保證發(fā)電機組輸出電壓頻率的穩定性，一般都裝有高性能的調速裝置。對于并聯(lián)運行和并入電網(wǎng)的發(fā)電機組則裝有轉速微調裝置。

（6）具有保護和自動(dòng)化功能。

      功能較完備的應急電站具有自起動(dòng)、自動(dòng)加載、故障自動(dòng)報警和自動(dòng)保護功能，發(fā)電機組可以全自動(dòng)化運行，不需要操作人員，能實(shí)現無(wú)人值守。

總結：

      由于發(fā)電用柴油機的主要用途是作為備用電源、移動(dòng)電源和替代電源，市場(chǎng)需求能是一年比一年的增漲，國家電網(wǎng)建設取得了巨大的成就，電力供應基本實(shí)現全國覆蓋。在此背景下，發(fā)電用柴油機在我國的市場(chǎng)應用較為有限，但對于國民經(jīng)濟發(fā)展仍是不可或缺的。隨著(zhù)世界范圍內制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)以及復合材料制造技術(shù)的不斷發(fā)展。發(fā)電用柴油機正向小型化、大功率、低油耗、低排放、低噪音和智能化方向發(fā)展。相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，使得發(fā)電用柴油機的供電保障能力和技術(shù)水平不斷得以提高，這必將極大的促進(jìn)各領(lǐng)域綜合供電保障能力不斷增強。