摘要：柴油機(jī)在工作過程中能輸出動力，除了直接將燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的燃燒室和曲柄連桿機(jī)構(gòu)外，還必須具有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)予以保證，并且這些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)是互相聯(lián)系和協(xié)調(diào)工作的。不同類型和用途的柴油機(jī)，其機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的形式不同，但其功用基本一致。柴油機(jī)主要由機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給與調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動裝置等機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成。

一、柴油機(jī)的組成與部件作用

      柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種類型，是一種將燃料燃燒釋放出來的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。柴油機(jī)是發(fā)電機(jī)組的動力部分，一般由曲軸連桿機(jī)構(gòu)與機(jī)體組件、配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)排氣系統(tǒng)、柴油供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成。

1、曲軸連桿機(jī)構(gòu)

      為了將得到的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，需要通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)來完成。此機(jī)構(gòu)主要由活塞、活塞銷、連桿、曲軸和飛輪等零件構(gòu)成，其機(jī)構(gòu)外觀3D模擬圖如圖1所示。當(dāng)燃料在燃燒室內(nèi)著火燃燒時(shí)，由于燃?xì)獾呐蛎涀饔迷诨钊敳慨a(chǎn)生壓力，推動活塞作直線的往復(fù)運(yùn)動，借助連桿轉(zhuǎn)變曲軸旋轉(zhuǎn)，使曲軸帶動工作機(jī)械（負(fù)荷）做功。

2、機(jī)體組

      機(jī)體組件主要包括氣缸體、氣缸蓋和曲軸箱等，外形實(shí)線圖如圖2所示。它是柴油機(jī)各機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的裝配基體，而且其本身的許多部位又分別是柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給與調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)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(jī)構(gòu)

      對于一臺設(shè)備要連續(xù)實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，還必須配備一套配氣機(jī)構(gòu)來保證定期吸入新鮮空氣，排出燃燒后的廢氣。

      配氣機(jī)構(gòu)由氣門組（進(jìn)氣門、排氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座和氣門彈簧等）及傳動組（挺柱、挺桿、搖臂、搖臂軸、凸輪軸和正時(shí)齒輪等）組成，配氣機(jī)構(gòu)作用是按一定要求，適時(shí)地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，排出氣缸內(nèi)的廢氣和吸入新鮮空氣，保證柴油機(jī)換氣過程順利進(jìn)行。

4、燃油系統(tǒng)

      熱能，這就必須提供一定數(shù)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(tǒng)。

      柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的作用是將一定量的柴油，在一定的時(shí)間內(nèi)，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(diào)速器等組成。

5、冷卻系統(tǒng)

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

6、潤滑系統(tǒng)

      潤滑系統(tǒng)的功用是將潤滑油送到柴油機(jī)各運(yùn)動件的摩擦表面，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(jī)正常工作。它主要由機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器、各種閥門及潤滑油道等組成。

7、啟動系統(tǒng)

      為了使柴油機(jī)能迅速啟動，還需配置啟動裝置，對柴油機(jī)啟動進(jìn)行控制。根據(jù)不同的啟動方法，啟動裝置配備的零部件，通常采用電動馬達(dá)或氣動馬達(dá)啟動，對于大功率的發(fā)電機(jī)組，則采用壓縮空氣啟動。

8、進(jìn)排氣系統(tǒng)

      進(jìn)、排氣系統(tǒng)是在燃機(jī)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(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。基本裝置是由空氣濾清器、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(guī)的要求，現(xiàn)代柴油機(jī)除了采取完善的燃燒等機(jī)凈化措施外，在傳統(tǒng)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中又增加了不少機(jī)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)動機(jī)的重要組成部分。

二、四沖程柴油機(jī)的工作原理

      在熱力過程中，只有在“工質(zhì)”膨脹過程才具有做功能力，而我們要求發(fā)動機(jī)能連續(xù)不斷地產(chǎn)生機(jī)械功，就必須使工質(zhì)反復(fù)進(jìn)行膨脹。因此，必須設(shè)法使工質(zhì)重新恢復(fù)到初始狀態(tài)，然后，再進(jìn)行膨脹。因此，柴油機(jī)必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)熱力過程之后，才能恢復(fù)到起始狀態(tài)，使柴油機(jī)連續(xù)不斷地產(chǎn)生機(jī)械功，故上述四個(gè)熱力過程稱為一個(gè)工作循環(huán)。若柴油機(jī)活塞走完四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)，稱該機(jī)為四沖程柴油機(jī)。

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(zhǔn)備。要實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣，缸內(nèi)與缸外要形成壓差。因此，此沖程排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，活塞上方的氣缸內(nèi)的容積逐漸擴(kuò)大，壓力降低，缸內(nèi)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)氣門被吸入氣缸，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣沖程結(jié)束。

2、壓縮沖程

      壓縮沖程的目的是提高氣缸內(nèi)空氣的壓力和溫度，為燃料燃燒創(chuàng)造條件。由于進(jìn)、排氣門都已關(guān)閉，氣缸內(nèi)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(jī)略有不同。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)空氣壓力達(dá)（3000~5000）kPa,溫度達(dá)500~700℃,遠(yuǎn)超過柴油的自燃溫度。

3、膨脹（做功）沖程

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

4、排氣沖程

      排氣沖程的目的是清除缸內(nèi)的廢氣。做功沖程結(jié)束后，缸內(nèi)的燃?xì)庖殉蔀閺U氣，其溫度下降到（800~900）℃,壓力下降到（294~392）kPa。此時(shí)，排氣門打開，進(jìn)氣門仍關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，在缸內(nèi)殘存壓力和活塞推力的作用下，廢氣被排出缸外。當(dāng)活塞又到上止點(diǎn)時(shí)，排氣過程結(jié)束。排氣過程結(jié)束后，排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門又打開，重復(fù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，周而復(fù)始不斷對外做功。

三、柴油機(jī)的分類和特點(diǎn)

      柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)。柴油機(jī)屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)，它又常以主要發(fā)明者狄塞爾的名字被稱為狄塞爾發(fā)動機(jī)。柴油機(jī)在工作時(shí)，吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，因活塞的運(yùn)動而受到較高程度的壓縮，達(dá)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，自動著火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動活塞并通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。

1、柴油機(jī)種類

（1）按工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程柴油機(jī)。

（2）按冷卻方式可分為水冷和風(fēng)冷柴油機(jī)。

（3）按進(jìn)氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機(jī)。

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

（5）按燃燒室可分為直接噴射式、渦流室式和預(yù)燃室式柴油機(jī)。

（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(jī)等。

（7）按氣缸數(shù)目可分為單缸和多缸柴油機(jī)。

（8）按用途可分為船用柴油機(jī)、機(jī)車柴油機(jī)、車用柴油機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械用柴油機(jī)、工程機(jī)械用柴油機(jī)、發(fā)電用柴油機(jī)、固定動力用柴油機(jī)。

（9）按供油方式可分為機(jī)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(jī)的特點(diǎn)

      柴油發(fā)電機(jī)組是以柴油機(jī)為動力，與常見的火力發(fā)電機(jī)組、蒸汽輪發(fā)電機(jī)組、燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)組、核能發(fā)電機(jī)組等的發(fā)電設(shè)備相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、投資小、占地面積小、熱效率高、起動方便、控制靈活以及操作程序簡單，保養(yǎng)維修方便，組建和發(fā)電的綜合成本低，燃料供應(yīng)和儲存方便等特點(diǎn)。發(fā)電用的柴油機(jī)大多數(shù)為通用或其他用途柴油機(jī)的變型產(chǎn)品，它具有以下特點(diǎn)：

（1）固定的頻率和轉(zhuǎn)速

      交流電頻率固定為50HZ和60HZ，因此發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)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(wěn)定的電壓范圍

      中國境內(nèi)使用的柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電壓為400／230V（大型發(fā)電機(jī)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(jī)的功率可以從0.5kW變化到10000kW，一般來說，功率在12～1500kW范圍內(nèi)的發(fā)電用柴油機(jī)用作移動電站、備用電源、應(yīng)急電源或農(nóng)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(dá)數(shù)萬千瓦。

（4）具有一定功率儲備。

      發(fā)電用柴油機(jī)一般在穩(wěn)定工況下運(yùn)行，負(fù)荷率較高。應(yīng)急和備用電源一般標(biāo)定為12h功率，常用電源標(biāo)定為持續(xù)功率（發(fā)電機(jī)組配套功率應(yīng)扣除電機(jī)的傳動損失和勵(lì)磁功率，并留有一定功率儲備）。

（5）裝有調(diào)速裝置。

      為保證發(fā)電機(jī)組輸出電壓頻率的穩(wěn)定性，一般都裝有高性能的調(diào)速裝置。對于并聯(lián)運(yùn)行和并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組則裝有轉(zhuǎn)速微調(diào)裝置。

（6）具有保護(hù)和自動化功能。

      功能較完備的應(yīng)急電站具有自起動、自動加載、故障自動報(bào)警和自動保護(hù)功能，發(fā)電機(jī)組可以全自動化運(yùn)行，不需要操作人員，能實(shí)現(xiàn)無人值守。

總結(jié)：

      由于發(fā)電用柴油機(jī)的主要用途是作為備用電源、移動電源和替代電源，市場需求能是一年比一年的增漲，國家電網(wǎng)建設(shè)取得了巨大的成就，電力供應(yīng)基本實(shí)現(xiàn)全國覆蓋。在此背景下，發(fā)電用柴油機(jī)在我國的市場應(yīng)用較為有限，但對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍是不可或缺的。隨著世界范圍內(nèi)制造技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)以及復(fù)合材料制造技術(shù)的不斷發(fā)展。發(fā)電用柴油機(jī)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(jī)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(qiáng)。