柴油机结构及工作原理ppt课件.ppt

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1、柴油机结构及工作原理,2011年1月,柴油机概述,柴油机每循环冲程数（行程）可分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。,柴油机概述,上止点下止点活塞行程曲柄半径气缸工作容积燃烧室容积气缸最大面积内燃机排量压缩比,柴油机概述,四冲程柴油机工作循环如图所示，由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成一个工作循环。,柴油机概述,1、进气过程 进气过程是由进气门开始开启到进气门关闭为止。为了获得较多的进气量，活塞到达上止点前进气门就开始开启。当活塞到达上止点时，进气门和进气门座之间已有一定的通道面积。活塞由上止点下行不久，气缸内的压力很快低于大气压力，形成了真空，空气在大气压力作用下经空气滤清器、进气管道、

2、进气门充入气缸。当活塞到达下止点时，空气还具有较大的流动惯性继续向气缸内充气，为了充分利用气体流动的动量，使更多的空气充入气缸，进气门在下止点之后才关闭。,柴油机概述,在进气门关闭之前，由于气体流动惯性的作用使气缸内的气体压力有所回升，但由于气体流动的节流损失，气缸内的压力仍低于外界大气压力Pa，进气终点压力Ps约为(0.80.95)Pa。充入气缸的空气与燃烧室壁及活塞顶等高温机件的接触，以及与上一循环没有排净而留在气缸内残余废气的混合，使进气温度升高。进气终点温度Ts可达30一65。2、压缩过程 当进气行程终了时，活塞继续在曲轴的推动下越过下止点而向上止点移动。由于此时进气门和排气门都关闭，

3、所以活塞上移时气缸容积逐渐减小，缸内空气逐渐被压缩，其压力和温度也随之逐渐升高直至活塞到达上止点时，空气完全被压缩至燃烧室内，此时压力可达3050 Kg.f/cm2，温度可达680730，这就为,柴油机概述,柴油喷入气缸后的着火燃烧和充分膨胀创造了必要条件。柴油的自燃温度约在300左右，为保证柴油喷入气缸后能及时迅速燃烧和冷启动时可靠着火，其压缩终点温度应高出于柴油自燃温度的一倍左右。压缩终了的状态参数主要决定于空气的压缩程度，也就是压缩前活塞处于下止点时气缸中气体所占有的容积(即气缸总容积Vt)与压缩后活塞处于上止点时气体所占有的容积(即燃烧室容积Vc)之比，此比值称为压缩比，以符号C表示。

4、C=Vt/VC=1+VS/VC、做功行程(膨胀行程) 在压缩行程接近终了，活塞到达上止点前的某一时刻，柴油开始(并经历一小段时间)从喷油嘴以高压喷入燃烧室而形成油雾状，并在高温压缩空气中迅速蒸发而混合成可燃混合气(这种在气缸内部形成可燃混合气的方式称为“内混合”)，随后便自行着火燃烧放出大,柴油机概述,量热量，使气缸中的气体温度和压力急剧升高，最高温度可达2000左右，最高爆发压力可达60一90 Kg.f/cm2 (随燃烧室的结构型式不同而有所差异，增压及增压中冷柴油机此数值还要更高)。由于此时进气门和排气门是关闭着的，所以高温高压气体便膨胀而推动活塞内上止点迅速向下止点移动，并通过连杆的传递

5、而迫使曲轴旋转对外输出动力。这样，热能便转化成了机械功。随着活塞的下移，气缸内的气体压力和温度也随之逐渐降低，待活塞接近下止点时，做功行程便告终了，此时缸内压力降到34 Kg.f/cm2。，而温度降到800一900。,柴油机概述,4排气行程 做功行程终了，曲轴靠飞轮的转动惯性继续旋转，推动活塞越过下止点向上止点移动。这时排气门开启，进气门仍关闭。由于膨胀后的废气压力仍高于外界大气压力，所以废气在此压差作用下，以及受活塞的排挤作用下，迅速从排气门排出。出于受到排气系统的阻力作用，因此排气终了时的缸内废气压力仍略高于大气压力，约为1.051.25Kg.f/cm2温度约为300一700(在排气门附近

6、)。 由于燃烧室占有一定的容积，以及上述排气阻力的影响，因此废气不可能完全排出，留下的残余废气在下一工作循环进气时与新鲜空气混合而成为工作混合气。残余废气愈多，对下一工作循环的不良影响愈大，因此希望废气排得愈干净愈好。,柴油机概述,柴油机一般由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构和机体组件 配气机构 燃料供给系 润滑系 冷却系 起动系,机体组件,机体组件主要由气缸体、 气缸套、气缸盖和气缸垫等零部件组成。柴油机上几乎所有的零部件都安装在机体上，所以机体是柴油机的基础和骨架。,机体组件,机体组件主要由气缸体、 气缸套、气缸盖和气缸垫等零部件组成。柴油机上几乎所有的零部件都安装在机体上，所以机体是柴油

7、机的基础和骨架。,机体组件,气缸体,机体组件,气缸套 由于气缸在高温、高压、活塞高速往复运动以及润滑不良的情况下工作，磨损是很大的。 为了提高气缸表面的耐磨性，有些发动机的气缸体用加入少量合金元素，如镍、钼、铬、 磷、硼等元素的优质铸铁材料制成。但气缸体全部使用优质耐磨材料，将会造成材料的极大浪费。 所以，近年来广泛采用在机体内镶入单独制成的气缸套结构。这样就可以用更加耐磨的材料做气缸套， 以延长气缸的使用寿命。而气缸体则用一般铸铁材料做成，以降低成本。 常用的气缸套有干式和湿式两种。,机体组件,飞轮壳 飞轮壳上一般铸有耳形平台，经铣削加工，其中下端两侧平台与发动机后支撑连接固定于车架上，起发

8、动机支撑作用。,机体组件,气缸盖气缸垫气缸盖螺栓,曲柄连杆机构,曲轴飞轮,曲柄连杆机构,曲轴 曲轴的功用是承受、 传递连杆传来的力，并驱动其它机构或装置工作。它通常由曲轴前端、主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、曲轴后端等部分组成。 曲轴可分为整体式和组合式两种。,曲柄连杆机构,飞轮,曲柄连杆机构,活塞连杆组成：活塞活塞环活塞销连杆,1、2- 连杆轴瓦3-活塞肖4-连杆体 5-连杆盖6-连杆螺栓7-连杆衬套 8-活塞 9-挡圈 10-梯形环11-锥面环 12-螺旋撑簧油环,曲柄连杆机构,活塞 活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力， 并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸

9、盖、气缸壁共同组成燃烧室。,曲柄连杆机构,活塞环 活塞环包括气环和油环两种。气环：用来密封活塞与气缸壁之间的间隙， 防止气缸中的高温、高压燃气从该间隙中大量涌入曲轴箱， 气环还能将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁。简而言之，气环的作用是密封和传热。油环：用来刮除气缸壁上多余的润滑油， 并在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜，既可以防止润滑油窜入气缸燃烧， 导致积碳和耗费价格较高的润滑油；又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。 此外，油环还起到封气的辅助作用。油环一般分为普通油环、螺旋衬簧式油环和组合油环等。,曲柄连杆机构,活塞环的装配注意以下事项：正确区分各道气环 正确区分活塞环的上下端面 开口

10、间隙、端隙及背隙合适 活塞环的开口应相互错开合适的位置， 但开口应避开活塞销及活塞推力面一侧 将活塞环装入活塞时，应注意将活塞环扩张至正好通过活塞顶部为宜 将装有活塞环的活塞装入气缸时， 应使用专用工具,曲柄连杆机构,活塞销 活塞销用来连接连杆小头与活塞并传递动力。 活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷， 润滑条件差（一般采用飞溅润滑），因此要求有足够的刚度和强度高，表面耐磨，并且质量小。为此，活塞销通常被制成空心圆柱体，并采用低碳钢或低碳合金钢材料，经表面渗碳处理后进行精磨和抛光。 活塞销、活塞销座孔和连杆小头衬套孔的配合连接，一般采用“全浮式”，即在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆

11、小头衬套内转动，还可在活塞销座孔内转动，以使活塞销各部分的磨损较为均匀。,曲柄连杆机构,连杆组 连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴， 并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 连杆组一般包括连杆、连杆铜套、连杆轴承等。连杆又由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。 连杆小头与活塞销相连， 工作时小头与活塞销之间相对转动，因此小头孔中一般压入减摩青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在连杆小头和衬套上均钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时被飞溅上来的机油,以便润滑。装配连杆铜套时应当注意：青铜衬套上的孔必须与连杆上端的油孔相通。,配气机构,配气机构的功用是按照发动机各缸工作次序的要求， 在每一

12、工作循环中按时开启和关闭各气缸的进、 排气门，以保证各缸准时吸进清洁空气，并及时排出废气。,配气机构,气门组包括：气门气门导管气门座气门弹簧,配气机构,气门传动组主要包括：凸轮轴正时齿轮挺柱推杆摇臂和摇臂轴等,配气机构,配气相位及气门间隙 配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻 从理论上讲， 四冲程发动机的气门开启和关闭都应在活塞冲程的开始和终了时实现。即： 进气门应在上止点时开启，在下止点时关闭；排气门则在下止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占 180曲轴转角。为了尽可能地增大进、 排气时间，以使气缸中能充气较充足、排气较彻底，现代柴油机都采取延长进排气时间的方法。 1、进气门早

13、开迟闭2、排气门早开迟闭3、气门重叠角,配气机构,气门间隙气门间隙是指气门杆尾端与气门摇臂之间留有的间隙，柴油机运转过程中，气门及各传动件会受热膨胀，导致气门密封不严。为了保证气门的密封性，必须在气门与传动件之间预留有一定的间隙。气门间隙的调整一般调整法 检查和调整气门间隙时， 必须在所检查、调整的气门处于完全关闭状态下，即该缸正处于压缩上止点位置时进行。 对于多缸机来说，一般可根据飞轮壳上的刻线，判定第一缸的压缩上止点。刻度线标明的一般为2个气缸的上止点位置，这时可根据喷油状况断定第一缸压缩上止点， 也可根据工作次序，观察其它缸,配气机构,的工作情况判定压缩上止点。第一缸调整结束后， 根据多

14、缸柴油机工作次序，转动曲轴，逐缸进行调整。采用此方法比较可靠，但如果缸数多，则显得比较繁琐，熟练时可按此方法验证用快速调整法调整的气门间隙。 快速调整法首先确定第一缸压缩上止点， 方法同前。运用柴油机各缸工作次序，推算出第一缸在压缩上止点时处于关闭状态的各缸气门，逐一进行调整。然后将曲轴旋转360，再调整剩余的气门。,配气机构,1,2,3,4,5,6,上止点,进排,排,进,排,进,上止点,排,进,排,进,进排,进排气系统,进排气系统 柴油机进排气系统由涡轮增压器、进气管、排气管、空气滤清器及消音器等组成。,进排气系统,进排气管 空气滤清器 排气消声器,进排气系统,采用增压、中冷的进排气系统,进

15、排气系统,涡轮增压器的结构和工作原理 结构涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成。,进排气系统,工作原理： 利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。柴油机排出的废气经过涡轮壳进入喷嘴，将废气的热能及静压能变成动能，并以一定的方向流向涡轮叶轮，从而使涡轮高速旋转，带动同轴上的压气机叶轮亦高速旋转，新鲜空气经过空气滤清器被吸入高速旋转的压气机叶轮，使气流速度增加，压力提高，再经过扩压器与压气机壳，使气流的动能变成静压能，压力进一步提高，增大密度的空气最后进入发动机的进气管，以实现进气增压提高发动机功率的目的。,燃油供给系统,燃油供给系统的组成： 一般由柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器以

16、及高、低压输油管路等组成。,燃油供给系统,P型喷油泵的结构,燃油供给系统,燃油供给系统,出油阀总成是由出油阀及出油阀座组成的。,燃油供给系统,凸轮轴由发动机的驱动轴通过联轴节或齿轮、提前器回转，然后通过挺杆和偏心轮使柱塞和输油泵工作。,燃油供给系统,挺杆是将凸轮轴的回转运动转换为柱塞上下的往复运动。,燃油供给系统,调速器是在柴油机工作时，能够随着外界负荷的变化自动调节供油量，使柴油机的工作保持定。,燃油供给系统,喷油提前角调节装置 喷油提前角的大小对柴油机工作过程的影响很大，喷油提前角过大，由于喷油时气缸内的空气温度较低， 混合气形成的条件较差，备燃期延长，将导致柴油机工作粗暴。而喷油提前角过

17、小将使燃烧过程延后过多，气缸内所能达到的最高压力较低，热效率也显著下降， 并且排气管中常有白烟冒出。因此，为了保证柴油机有良好的性能，必须选定最佳喷油提前角。,燃油供给系统,供油提前角的调整 （1）将飞轮转到第一缸压缩行程上止点前规定的喷油提前角度位置。以WD615 型柴油机为例，FM泵为15-2，BOSCH泵为20-2。转动飞轮时要沿着柴油机的旋转方向，不可倒转！ （2）按油泵的旋转方向转动高压油泵传动端，使之固定在一缸供油位置，其判别方法是：将提前器的刻线（FB）与泵体上的指示板刻线对齐。 （3）联轴器上的角度调节板六角螺栓M1255扭紧到规定力矩100Nm即可。 （4）反向盘转飞轮少许，

18、再正转，注意观察，重新核对一缸供油提前角，使第（1）与（2）同时满足，即调整正确，否则应按上述步骤重新调整。,燃油供给系统,喷油器喷油器的功用是将柴油雾化成较细的颗粒，并把它们分布到燃烧室中。根据混合气形成与燃烧的要求，喷油器应具有一定的喷射压力和射程，以及合适的喷柱锥角。此外，喷油器在规定的停止供油时刻应能迅速地切断燃油的供给，不发生滴漏现象。目前，工程机械用柴油机绝大多数采用闭式喷油器，其常见型式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。以孔式喷油器最为常见。,燃油供给系统,燃油供给系统辅助装置 为了保证向喷油泵输送足够的清洁燃油， 在柴油机燃油供给系统的低压油路中装有输油泵和柴油滤清器。输油泵输

19、油泵的功用是使柴油产生一定的输送压力以克服管路及滤清器的阻力， 保证连续不断地向喷油泵输送足够的柴油。柴油滤清器在柴油机供油系统通常还装有柴油滤清器，以过滤柴油中的机械杂质和水分。很多柴油机上设有粗、细两级滤清器，也有的只用单级滤清器。,润滑系统,润滑系统的功用 减摩作用 冷却作用 清洗作用 密封作用 防锈作用 缓冲作用,润滑系统,润滑方式柴油机的润滑方式因各运动件的结构和工作条件的不同而不同。常见的润滑方式主要有压力循环润滑飞溅油雾润滑,润滑系统,润滑系统的循环油路,润滑系统,油底壳,润滑系统,机油泵,润滑系统,机油滤清器 机油散热装置 主油道限压阀 机油集滤器 机油压力感应塞,润滑系统,曲

20、轴箱的通风 为了延长机油的使用期限， 减少零件的磨损和腐蚀，防止漏油现象的发生，必须采用曲轴箱通风装置，及时地将混合气和废气排出曲轴箱。曲轴箱的通风有两种形式自然通风和强制通风。,冷却系统,冷却系统的工作原理,冷却系统,冷却系统的组成,冷却系统,节温器,冷却系统,水箱散热器水箱散热器的功用是将流经其内的冷却水的热量散发到大气中，以降低冷却系的温度。因此，水散热器应有足够的散热面积和良好的传热性能。 风扇 风扇通常安装在散热器后面， 并与水泵同轴（也有与水泵分开安装的）。当风扇旋转时，使空气以一定的速度和流量通过散热器，使经过散热器芯的冷却水加速冷却。,柴油机的使用维护保养,机油更换周期为250

21、小时或一个月）机油滤芯更换周期为250小时或一个月）更换周期为250小时或一个月水滤芯更换周期为250-300小时，在冷却系统中加注补充冷却液DCA空气滤清器更换周期为500-600小时柴油机使用维护及保养上柴柴油机保养简介,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机常见故障及排除方法,柴油机简介实际案例分析,实际案例分析一实际案例分析二,