性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)組成部件

 

摘要：柴油機(jī)由兩大組件和五大系統(tǒng)組成。兩大組件是完成熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主體，五大系統(tǒng)的功用是保障兩大組件正常工作。兩大組件是柴油機(jī)的固定不動(dòng)組件和相對(duì)運(yùn)動(dòng)組件，而燃燒室組件，例如汽缸蓋、機(jī)體、汽缸套，活塞組是構(gòu)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(duì)運(yùn)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(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，輸出動(dòng)力的場(chǎng)所。康明斯公司在本文中介紹柴油發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)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?xì)獾淖饔昧νㄟ^(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(yīng)有良好的散熱性；四是活塞組與汽缸套之間要有良好的潤(rùn)滑，這可降低各機(jī)件的磨損速度和延長(zhǎng)機(jī)件的使用壽命。圖1是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(duì)轉(zhuǎn)速為2000r／min以上的高速機(jī)型必須用磷化缸套。

2．汽缸蓋

      汽缸蓋的內(nèi)部較復(fù)雜，其內(nèi)有氣門座、進(jìn)、排氣門孔、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(jī)油銅管孔等。汽缸蓋的結(jié)構(gòu)形式有兩種：?jiǎn)沃剖健⒔M合式。135系列柴油機(jī)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(yù)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、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?xì)庾饔昧Γ⑼ㄟ^(guò)活塞銷和連桿傳給曲軸；

（2）保證燃燒室的密封性，防止燃?xì)饴┤肭S箱，同時(shí)防止?jié)櫥瓦M(jìn)入燃燒室；

（3）在二沖程柴油機(jī)中，氣孔的開閉由活塞組來(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(jī)油刮回曲軸箱。尤其注意的一點(diǎn)是，在安裝時(shí)錐面必須向著燃燒室，否則柴油機(jī)就會(huì)燒機(jī)油。

5．活塞銷

      活塞銷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(jī)長(zhǎng)期使用過(guò)程中易產(chǎn)生活塞銷響，這主要是因?yàn)榛钊N與活塞銷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(jī)結(jié)構(gòu)外觀示意圖

圖2  柴油機(jī)活塞結(jié)構(gòu)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(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出動(dòng)力使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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、前軸、輸出法蘭等組成，其功用是把連桿傳來(lái)的作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力，并通過(guò)曲軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)等用電設(shè)備。

3．主軸承

      主軸承是支承曲軸可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的重要部分，其結(jié)構(gòu)分為滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種。根據(jù)機(jī)體結(jié)構(gòu)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的開啟和閉合動(dòng)作。凸輪軸的工作原理是凸輪軸的不斷旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)氣門頂桿上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制氣門的開啟與關(guān)閉。通過(guò)改變凸輪軸的曲線，可精確調(diào)整氣門開啟、關(guān)閉時(shí)間。

 

三、燃油系統(tǒng)的組成及功用

 

      燃油系統(tǒng)主要由低壓油路和高壓油路組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其功用是保證在活塞向上運(yùn)動(dòng)到壓縮上止點(diǎn)前一定度數(shù)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(diào)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(diào)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(nèi)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(yīng)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(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)速。

（2）確保手泵活塞與橡膠密封圈結(jié)合嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換成高壓燃油，并按照柴油機(jī)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(jī)中的最精密部件，技術(shù)要求：

（1）保證定時(shí)。嚴(yán)格按照規(guī)定的供油時(shí)刻開始供油，并保持一定的供油持續(xù)時(shí)間，不可過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)也不可過(guò)短；

（2）在保證定量噴油時(shí)，可根據(jù)負(fù)載的大小，供給適當(dāng)?shù)挠土浚獫M足燃油足夠的壓力，以使燃油獲得良好的噴霧質(zhì)量；

（3）供油開始和結(jié)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(xiàn)象。

4．調(diào)速器

      調(diào)速器其有以下功用：

（1）根據(jù)負(fù)荷變化，迅速自動(dòng)地調(diào)整供油量，使柴油機(jī)的輸出功率與負(fù)載保持平衡，從而保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速；

（2）限制柴油機(jī)最高轉(zhuǎn)速，防止飛車；

（3）保證低速時(shí)的穩(wěn)定性；

（4）根據(jù)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)熱規(guī)定，人為進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

5．噴油器

（1）噴油器作用

① 將柴油霧化成較細(xì)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(yīng)；

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(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖解

圖4  柴油濾清器結(jié)構(gòu)示意圖

 

四、進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

      進(jìn)排氣系統(tǒng)的作用是保證柴油機(jī)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(nèi)燃燒后形成的廢氣，進(jìn)排氣系統(tǒng)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(tǒng)

      進(jìn)氣系統(tǒng)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(nèi)，并盡可能使各缸進(jìn)氣量一致，為各缸熱功轉(zhuǎn)換提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

（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(zhǎng)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(tǒng)

      隨著節(jié)能減排要求的不斷嚴(yán)格，柴油發(fā)電機(jī)排氣系統(tǒng)的功用不僅是將汽缸內(nèi)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(nèi)平均排氣壓力一般為0.3~0.5MPa,而且排氣壓力在排氣管內(nèi)波動(dòng)。這種壓力波動(dòng)不僅造成排氣系統(tǒng)的振動(dòng)，而且如果把柴油機(jī)燃燒后的廢氣直接排到大氣，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的、頻譜比較復(fù)雜的排氣噪聲，直接影響工作環(huán)境，因此柴油發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)根據(jù)其消聲機(jī)理不同有很大的區(qū)別，但其結(jié)構(gòu)基本有吸收式、干涉式、擴(kuò)張式和共振式等。實(shí)際消聲器多為這些結(jié)構(gòu)的不同組合形式。

（2）增壓系統(tǒng)

      增壓是在柴油機(jī)進(jìn)氣過(guò)程中預(yù)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(xiàng)技術(shù)。進(jìn)氣量增加，可以相應(yīng)地增加循環(huán)噴油量，從而增加柴油機(jī)的升功率。同時(shí)，增壓不僅可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性，而且也是控制排放的有效技術(shù)之一。

 

五、冷卻系統(tǒng)的組成及要求

 

      冷卻系統(tǒng)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(jié)溫器以及其他附屬裝備。主要功用是冷卻機(jī)體內(nèi)部各運(yùn)動(dòng)部件及少部分固定部件，并對(duì)機(jī)油進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)需要定期保養(yǎng)，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(jī)體內(nèi)循環(huán)，并產(chǎn)生一定的壓力把冷卻水輸送到柴油機(jī)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(jié)溫器

      節(jié)溫器可隨柴油機(jī)負(fù)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(jī)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(gòu)成，結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。其原理是冷卻液在散熱器芯內(nèi)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(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)吸進(jìn)空氣，使其通過(guò)散熱器，以增強(qiáng)散熱器的散熱能力，加速冷卻液的冷卻。

      冷卻系統(tǒng)的各個(gè)部件緊密配合，共同維持發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)。節(jié)溫器則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的變化來(lái)控制冷卻液的流動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體是冷卻系統(tǒng)的“心臟”，負(fù)責(zé)將冷卻液循環(huán)到散熱器中進(jìn)行散熱。

 

圖5  柴油機(jī)節(jié)溫器工作原理圖

圖6  柴油機(jī)散熱水箱結(jié)構(gòu)示意圖.

 

六、潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成及功用

 

      滑油系統(tǒng)由油底殼、機(jī)油泵、吸油盤、機(jī)油管、機(jī)油冷卻器、機(jī)油粗濾器、機(jī)油細(xì)濾器、缸蓋內(nèi)部油道、機(jī)體內(nèi)部油道、傳動(dòng)齒輪和各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的潤(rùn)滑部位等組成。滑油系統(tǒng)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。常見潤(rùn)滑方法有飛濺潤(rùn)滑、壓力潤(rùn)滑和人工潤(rùn)滑三種。滑油系統(tǒng)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(chǔ)存機(jī)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(jié)構(gòu)

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

2．機(jī)油泵

      機(jī)油泵的作用是為壓力潤(rùn)滑和潤(rùn)滑油循環(huán)流動(dòng)建立一定的油壓，提高機(jī)油壓力，保證機(jī)油在潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)。機(jī)油泵一般安裝在柴油機(jī)機(jī)體的下部，可安置在曲軸箱單面或外面，由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。以電子型機(jī)油泵為例，其常用的結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。

3．機(jī)油濾清器

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

4．機(jī)油冷卻器

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

5．機(jī)油尺

      機(jī)油尺是用來(lái)檢查油底殼內(nèi)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。機(jī)油油面必須處于油尺上下刻線之間。

 

圖7  柴油機(jī)油底殼結(jié)構(gòu)圖

圖8  柴油機(jī)機(jī)油泵結(jié)構(gòu)示意圖

 

七、啟動(dòng)和充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

      啟動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池、起動(dòng)機(jī)、磁力開關(guān)及控制按鈕等組成。充電系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器、交（直）流發(fā)電機(jī)、充電線路、用電負(fù)載和控制開關(guān)等組成。啟動(dòng)和充電系統(tǒng)的功用是保證柴油機(jī)準(zhǔn)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(jī)

      起動(dòng)機(jī)由甩輪、碳刷、定子、轉(zhuǎn)子等組成，結(jié)構(gòu)組成如圖9所示。主要功用是使柴油機(jī)從靜止到自行運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)到一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，使柴油機(jī)能夠自行運(yùn)轉(zhuǎn)。

（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(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，起動(dòng)繼電器還能保護(hù)電路，在電路出現(xiàn)過(guò)電流或短路時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷電源，避免設(shè)備損壞，從而保護(hù)柴油機(jī)和其他設(shè)備的電氣系統(tǒng)。同時(shí)，起動(dòng)繼電器還有助于提高電氣工作效率和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

（2）電磁開關(guān)

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

2．充電發(fā)電機(jī)

      普通充電發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、調(diào)節(jié)器、前后部軸承蓋等組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

（1）充電電池：

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

（2）維持電池電量：

      充電機(jī)不僅在停電時(shí)提供備用電源，同時(shí)還能維持發(fā)電機(jī)組的電池電量，保持電池處于充滿的狀態(tài)。這樣可以確保發(fā)電機(jī)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(jī)。

（2）防止電池自放電：

      電池在長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，會(huì)自然放電。充電機(jī)能夠監(jiān)測(cè)電池電量，并及時(shí)補(bǔ)充電量，防止電池自放電過(guò)度導(dǎo)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(chǔ)電能的作用。電池能量過(guò)低可能導(dǎo)致起動(dòng)電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鑰匙轉(zhuǎn)動(dòng)磁石無(wú)法引導(dǎo)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換電流，因此啟動(dòng)電池的安置位置應(yīng)為干燥、涼爽的空間。

 

圖9  起動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  柴油機(jī)充電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

 

總結(jié)：

      柴油機(jī)是一種利用柴油燃料進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，具有高效率、高可靠性和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。了解柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和主要零部件，對(duì)于掌握其工作原理、正常運(yùn)行柴油機(jī)、檢修和維護(hù)保養(yǎng)都具有重要意義。對(duì)于柴油機(jī)的保護(hù)和維護(hù)，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(jī)的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命。

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