柴油发动机的基础知识（完整版）课件

柴油发动机基础知识前言

自19世纪末德国人鲁道夫．狄塞尔（Diesel）制造出世界上第一台柴油机开始，柴油机经过了100多年的发展，到今天已经取得了前所未有的长足进步。由最初简单的自然进气、机械喷油发展到今天的涡轮增压、电控喷油。而电子控制技术在柴油机上的全面应用，使得柴油机行业更是如虎添翼。今天的柴油机正在越来越接近人们预期的低污染、环保、动力强劲的愿望，我们相信，随着科学技术的不断进步，柴油机行业也将取得更大的发展。

柴油机简史

针对蒸汽机效率低的弱点，狄塞尔专注于开发高效率的内燃机。当时尼古拉斯·奥托发明的点火式内燃机已较成熟，但那时奥托发动机的燃料是煤气，储存、携带均不方便，效率也受到影响。１９世纪末，石油产品在欧洲极罕见，于是狄塞尔决定选用植物油来解决机器的燃料问题（他用于实验的是花生油）。因为植物油点火性能不佳，无法套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉灶，提高内燃机的压缩比，利用压缩产生的高温高压点燃油料。后来，这种压燃式发动机循环便被称为狄塞尔循环。

1892年，狄塞尔终于能够向全世界展示自己的成果一台实用的柴油动力压燃式发动机。这种发动机功率大，油耗低，可使用劣质燃油，显示出辉煌的发展前景。1922年，德国的博世公司发明机械燃油喷射装置1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵-喷油器，这一发明有效地了提升了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准柱塞泵、喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。第一节：柴油机的基本概念第二节：柴油机的基本术语第三节：柴油机的工作原理

第四节：柴油机的基本参数第五节：柴油机的结构

第六节：柴油机新技术

目录：第一节：柴油机的基本概念

一、概述柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压燃式内燃机，它又常以主要发明者德国人鲁道夫．狄塞尔的名字而称为狄塞尔引擎。柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。因此，柴油机实际上就是一部将燃料的化学能转换为机械能并对外输出动力的机器。它以柴油为燃料，所以称为柴油机。直列往复式柴油机

目前应用最普遍的柴油机是直列，往复式柴油机。往复活塞式柴油机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰链，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转。这种形式柴油机的构造，一般由机体、曲轴、缸盖、活塞、缸套、气门、连杆、飞轮等组成。如图-1中所示：图1-1二、柴油机分类

柴油机种类繁多，其分类方式有：（1）按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。（2）按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。（3）按进气方式可分为增压和自然吸气柴油机。（4）按转速可分为：

①高速柴油机（大于1000r.p.m）；

②中速柴油机（350～1000r.p.m）；

③低速柴油机（小于350r.p.m）。其他分类。1、按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机

（1）二冲程二冲程柴油机曲轴旋转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。(1).第一行程活塞：自下止点向上止点移动完成换气和压缩(2).第二行程活塞：自上止点向下止点移动完成作功和排气图1-2（2）四冲程

曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。四冲程柴油机：柴油机曲轴旋转720°完成进气、压缩、作功、排气四个冲程的工作循环称作四冲程柴油机。四冲程柴油机一个冲程曲轴的转角为：180°如图1-3图1-32、按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机

（1）水冷

水冷柴油机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却图1-4（2）风冷

风冷柴油机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却图1-53、按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机增压柴油机自然吸气柴油机图1-6图1-74、按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机

柴油机根据气缸数目不同可以分为单缸柴油机和多缸柴油机。仅有一个气缸的柴油机称为单缸柴油机；有两个以上气缸的柴油机称为多缸柴油机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸柴油机。现代车用柴油机多采用四缸、六缸、八缸柴油机。图1-85、按用途可分为车用、工程机械用、船用、发电机组等

车用柴油机船用柴油机工程机械用柴油机发电机组图1-96、柴油机根据气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式柴油机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，也称为直列式。但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式柴油机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型柴油机，若两列之间的夹角=180°称为对置式柴油机。目前最常见的是直列式柴油机。图1-10第二节：柴油机的基本术语

1、工作循环

柴油机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，柴油机才能持续地做功。2、上、下止点

活塞顶面离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶面离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。图1-113、活塞行程

上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴的回转半径R称为曲轴半径。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其S=2R。图1-124、气缸工作容积

上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。一般用Vh表示：式中：

D－气缸直径

S－活塞行程单位：mm图1-135、排量

多缸柴油机所有气缸工作容积的总和称为柴油机排量。多缸柴油机各气缸工作容积的总和，称为柴油机排量。一般用VL表示：VL＝Vh×i，式中：Vh－气缸工作容积；i－气缸数目。图1-146、燃烧室容积

活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。一般用Vc表示

图1-157、气缸总容积

气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。图1-168、压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般用ε表示：ε＝Va／Vc＝（Vh＋Vc）／Vc＝1＋Vh／Vc；式中：Va

－气缸总容积图1-17第三节：柴油机的工作原理

一、四冲程柴油机工作原理

四冲程柴油机是曲轴旋转两周（即转720度）完成一个工作循环，它的工作过程可表述为：活塞下行时，气缸内吸入新鲜空气，以提供燃料燃烧时所需的氧气。然后活塞上行，对空气压缩，使之压力温度升到柴油燃点以上，此时喷入气缸的柴油立即着火燃烧产生热能，高温高压气体推动活塞下行而作功，并通过连杆曲轴转换为机械能从飞轮输出。最后活塞上行将燃烧后的废气排出气缸。这样周而复始重复进行上述过程就形成柴油机连续旋转。因此，柴油机的实际工作过程是由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气五个过程组成的。如果联系到活塞运动规律，可划分为：进气、压缩、作功、排气四个冲程。1）进气冲程

第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。

当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气门打开。

随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。完成第一冲程曲轴旋转180°

图1-182）压缩冲程

第二冲程——压缩。压缩时活塞从下止点向上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进、排气门关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断缩小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：Pc＝4～8MPa,Tc＝470～670℃。柴油的自燃温度约为270—290℃，（汽油400多度）压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。完成第二冲程曲轴旋转180°

图1-193）作功冲程

第三冲程——燃烧膨胀。当第二冲程即将结束时喷油器向气缸内喷入雾化的燃油，在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。完成第三冲程曲轴旋转180°

图1-204）排气冲程

第四冲程——排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa，其温度Tb＝720～920℃。完成第四冲程曲轴旋转180°

图1-21二、二冲程柴油机工作原理

在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个工作循环，其中两个冲程（进气和排气），活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即活塞每两个冲程就完成一个工作循环，而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用，为了排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵（增压器）。下图是气门式直流换气的二冲程柴油机的工作原理图。1）第一冲程

活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口ｆ扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后，空气停止充入，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。2）第二冲程

活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口f打开，膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0.105-0.140MPa）下行活塞把扫气口打开，扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口f赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束，但扫气过程一直继续到下一个冲程排气口关闭为止。结论

现代四冲程和二冲程柴油机都成功的使用在各个领域，他们都有各自的特点，一般船用大型低速柴油机均采用二冲程柴油机，而中、高速柴浊机采用四冲程柴油机的居多。在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程柴油机的功率理应比四冲程柴油机增加一倍，但实际上，由于扫气容积的损失，充气时间较短，废气清除困难以及驱动扫气须要消耗一部分功率等原因，使二冲程柴油机的功率只增加60～70％左右。二冲程柴油机的另一优点是扭矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴旋转一圈完成一个工作循环。扫气过程时间短是二冲程柴油机的一大缺点，此外，二冲程柴油机的活塞、气缸盖、气缸，气门的温度都比四冲程柴油机高了许多。三、涡轮增压柴油机的工作原理

在介绍涡轮增压柴油机工作原理之前，先回顾一下柴油机的基本工作原理及其与空气增压系统的关系。柴油机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。柴油机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加进入气缸的空气量对柴油机来说是非常重要的。涡轮增压柴油机的工作原理图1-25涡轮增压器结构

涡轮增压器主要由涡轮机、中间体和压气机三大部分组成。涡轮机的主要作用是利用柴油机排出的废气冲击涡轮做功，以驱动压气机叶轮高速旋转。压气机的作用是将涡轮旋转的动能转变为空气的压力能，使进入柴油机的空气压力有效提高，增大空气进入量。中间体既是增压器的支承机构，又是增压器的润滑冷却装置。工作时，增压器转子轴一端的涡轮叶轮在气缸排出的废气驱动下，带动另一端的压气机叶轮高速旋转（30000～160000r/min）同时，涡轮带动离心式压气机提高进气压力，并通过中冷器冷却，增大空气的密度后进入气缸，使每个工作循环进入气缸的新鲜空气量增加，从而喷入更多的燃油。高压空气流经进气管进入气缸与喷入气缸的更多柴油混合燃烧，显著改善了柴油机的燃烧过程，可提高柴油机功率30％～50％，降低油耗8％左右。涡轮增压器结构图1-28涡轮增压系统概述

涡轮增压有许多好处。非增压柴油机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向柴油机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使柴油机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的柴油机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量柴油机经增压后可产生与较大柴油机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。由于涡轮增压器为柴油机提供了更多的空气，燃油在柴油机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。柴油机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对柴油机机有多方面的好处。当柴油机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。涡轮增压器可使非增压柴油机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。柴油机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的柴油机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。装有增压器的柴油机称为增压柴油机，而直接从大气中吸入空气的柴油机称为非增压柴油机。由于增压柴油机具有动力性能、经济性能及排气污染等都优于非增压柴油机，因此，增压柴油机正获得越来越广泛的应用。增压柴油机的性能

（1）升功率提高、燃料消耗降低柴油机增压能够有效提高其升功率和降低燃料消耗，并扩大了柴油机的转速范围。这对于经常处于不同负荷、不同转速下变工况工作的柴油机而言，是极为有利的，可以获得良好的动力性的经济性。

（2）加速性与起动性变差

涡轮增压柴油机由于增压器本身惯性和低速时（小于200r.p.m）输出功率较低。在加速过程中增压压力上升缓慢，使柴油机转速及平均有效压力增长过程时间拖长，因此增压柴油机的加速性比非增压的差。柴油机起动时因无高温排气，涡轮无法工作，压气机也不能供气。而且增压柴油机的压缩比较小，使起动压缩终了的温度降低，造成柴油机着火的起动困难。（3）减低了排气污染及噪声

低污染、低噪声是对汽车柴油机提出的另一个要求。由于增压柴油机是在较充裕的过量空气下工作，混合气较稀，燃烧完全，使高负荷冒烟、排出CO及HC等有害物质显著减少。增压柴油机的有害气体排放量一般为非增压的1/3-1/2。如果措施得（例如采用高喷射率并延迟喷射），NO排放量也明显降低，尤其在采用增压及中冷以后，对减少有害排放更为有利。柴油机噪声主要来源是燃烧噪声和机械噪声，此外还有进、排气、冷却风扇等发出的噪声。增压柴油机由于增压比减小和喷油提前角减小，燃烧压力升高率降低，使燃烧噪声减小。另外由于压气机和涡轮机的阻力作用，也使进、排气噪声减小。所以柴油机增压后，整机总的噪声有明显下降，一般增压比非增压柴油机噪声可降低3～5dB(A)。四、多缸柴油机的工作顺序概述四冲程柴油机每个工作循环中，只有燃烧膨胀冲程才做功，而进气、压缩和排气三个辅助冲程不但不做功，而且还消耗一部分功，用来压缩气体和克服进、排气时的阻力。因此，在柴油机运行时，由于各冲程中有的获得能量而有的消耗能量，造成转速不均匀，有时加速有时减速。柴油机运转不均匀性，既达不到匀速运转的要求，又使各运动零件在工作过程中到冲击，引起零件的严重磨损，有时会造成损坏。因此，提高运转的均匀性是柴油机结构上的一个重要问题。

多缸柴油机的工作顺序

提高柴油机运转均匀性，通常采用两种方法：①在曲轴上安装飞轮；②采用多缸结构型式。

多缸柴油机的工作顺序

飞轮是一个具有较大转动惯量的圆盘，安装在柴油机的曲轴后端。当柴油机在燃烧膨胀冲程中气体压力通过活塞连杆推动曲轴时，也带动飞轮一起转动。此时飞轮将获得的一部分能量“储存”起来。当柴油机运转到其它三个辅助冲程时，飞轮便放出所“储存”的能量，使曲轴仍然保持原有的转速，从而大大提高柴油机运转的均匀性。因此，单缸柴油机上必须安装一个尺寸与质量相当大的飞轮，以保证它的正常运转。

在多缸柴油机中，对每个气缸来讲，它是按照前述的单缸柴油机的工作过程进行工作的。但在同一时刻每缸所进行的工作过程却不相同。它们是根据气缸数目和曲柄排列方式的不同、按照一定的工作顺序而工作的。为了保证柴油机运转均匀性和平衡性的要求，对四冲程柴油机，曲轴转动两转（即720º）内，每个气缸都必须完成一个循环。因此，各缸应相隔一定的转角而均匀的着火。若多缸柴油机有i个气缸，则着火间隔角应为：θ=720/i多缸柴油机的工作顺序1．四缸柴油机的工作顺序着火间隔：θ=720/i可知：四缸机的着火间隔角为180°。各缸的着火顺序可为：1-3-4-2，即表示第一缸着火以后，依次为第3、4、2缸的顺序相继着火。

图1-33四缸柴油机的工作顺序

上图为四缸柴油机示意图和着火顺序，四缸柴油机的曲轴由四个曲拐构成，各曲拐平面之间的相互夹角为180°；若第1、4缸内的活塞运行到上止点位置时，第一缸进行做功冲程，则第四缸进行吸气冲程，而第三缸和第二缸分别开始进行压缩冲程和排气冲程。在曲轴转过180°后，则第二缸和第三缸的活塞处于上止点位置，第三缸开始进入做功冲程，第二缸为进气冲程。此时一、四缸分别力排气和压缩冲程。如此循环，使四个气缸每隔180°曲轴转角，交替进入做功冲程推动活塞运动。4DF型和4DL型柴油机即按此着火顺序工作。根据四缸机曲拐排列的特点，也可按1-2-4-3的着火顺序工作。曲轴转角（º）第一缸第二缸第三缸第四缸0～180做功

排气压缩进气180～360排气进气做功压缩360～540进气压缩排气做功540～720压缩做功进气排气四缸柴油机的工作顺序（1-3-4-2）表1-1曲轴转角（º）第一缸第二缸第三缸第四缸0～180做功

压缩排气进气180～360排气做功进气压缩360～540进气排气压缩做功540～720压缩进气做功排气四缸柴油机的工作顺序（1-2-4-3）表1-22、六缸柴油机的着火顺序

根据公式对于六缸柴油机的着火间隔角应为120°曲轴转角（见下图），各曲拐平面之间的相互夹角也为120°，各缸顺序一般力1-5-3-6-2-4。这种工作次序既能保证柴油机有较好的运转均匀性和平衡性，又不使相邻的气缸连续着火，对曲轴主轴承的工作有利。由表可见六缸柴油机的运转均匀性比四缸柴油机更好。不仅如此，直列六缸柴油机由于其曲轴布置的特点，曲柄连杆机构的运转平稳性最好，震动小。因此，六缸直列柴油机的结构布置是最为常见的柴油机结构布置方式之一。六缸柴油机的着火顺序

图1-34曲轴转角（º）第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0-1800-60

做功

排气进气做功压缩进气60-120

压缩排气做功120-180

进气180-360180-240

排气压缩240-300

做功进气300-360

压缩排气360-540360-420

进气做功420-480排气压缩480-540

做功进气540-720540-600

压缩排气600-660进气做功660-720排气压缩六缸柴油机的着火顺序（1-5-3-6-2-4

）

表1-3

柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触、混合，经过一系列的物理、化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是：①燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。

②混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒（气缸内）。

③柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。

④可燃混合气的形成和燃烧过程是同时且连续而重叠地进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。

五、柴油机的燃烧过程柴油机的燃烧室

燃烧室的优劣对柴油机的性能有决定性的作用，因此是柴油机设计制造的关键。

燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。前两类属于直接喷射式燃烧室；后两类属于分隔式燃烧室。第四节：柴油机的基本参数

柴油机常用的基本参数，主要有：转速、功率、扭矩、油耗等。

柴油机在日常使用中的调整参数有：喷油提前角、气门间隙、循环喷油量和喷油压力等。1.柴油机输的出转速

柴油机要实现连续不断的工作循环，必须有一个在单位时间内做功次数的指标。一般使用每分钟内曲轴旋转的圈数来表示，称为转速。此数值越大，表示单位时间内柴油机做功的次数越多，柴油机的输出功率就越大。转速用字母n表示，其单位是：r/min。大型柴油机的转速每分钟仅数百转。柴油机可以根据功率标定情况适时运转。（1）额定转速

额定转速或标定转速：最大油门时，允许柴油机全负荷工作的最高转速。（2）最高空转转速

最高空转转速：最大油门时，柴油机不带负荷时的最高转速。一般高出额定转速5～10%而中型柴油机的转速一般在2500r/min以下。小型柴油机的转速可达3000r/min以上。（3）怠速

最低稳定转速，即怠速：柴油机不带负荷时可以稳定运转的最低转速。在此转速以下，柴油机运转不平稳且容易熄火。（4）工作转速

柴油机的工作转速：同型号的柴油机用途不同，其工作转速也不同车用一般为高速，工程机械用一般中高速，固定用途一般为中低速。如锡柴6DL车用柴油机，车用转速一般为1500～2000r/min；工程机械用转速一般为1800～2300r/min；发电机组用转速为1500（50HZ）1800r/min（60HZ）。柴油机转速越高，柴油机各零部件受到的力矩也越大，对零部件材质的要求也越高。因此，为了保证柴油机有一定的使用寿命，柴油机的转速不能无限制的提高。2.柴油机的输出功率

柴油机的输出功率，是直接反映柴油机动力性能的指标，是柴油机的主要参数之一。我们通常所说的柴油机功率是指柴油机在额定工况（标定工况）下的试验室功率，它表示柴油机最大可能的对外做功的能力，一般用字母Pe表示。功率的单位是：kw（千瓦）（1公制马力=0.735千瓦）。

3.柴油机的输出扭矩

反应柴油机克服外界阻力变化的能力的指标之一是柴油机的输出扭矩，一般用字母Te表示。单位是：N.m（牛顿.米），扭矩是柴油机的重要指标。在实际使用过程中，它直接表示柴油机的爬坡能力和工作是否有劲等直观感觉。功率不变时，扭矩值随柴油机转速降低而升高。

扭矩（Te）的基本定义

扭矩（Te）的基本定义是：（垂直）作用力（F）乘以作用力到支点之间的距离（力臂L），即：Te＝9.8F×L（N.m）；式中：Te－扭矩（N.m）；F－作用力（kgf）；L－力臂（m）；对于柴油机而言，扭矩等于：Te＝K.（Pe/n）（N.m）；式中：K－系数（K＝9545.50）；Pe－有效功率（KW）；ｎ－转速（r/min）。

柴油机最大扭矩值与额定工况时的扭矩值之比称为柴油机的扭矩系数。即：Ke

＝Mmax/Te；式中：Ke－扭矩系数；Mmax－最大扭矩（N.m）；Te－标定扭矩（N.m）

扭矩表示柴油机克服外界阻力的能力。扭矩大，柴油机克服外界阻力的能力就大，爬坡能力就强。反之，就差。4.柴油机的燃油消耗

柴油机的燃油消耗率（be或ge）是一个反映柴油机经济性能的重要指标，它反应的是单位时间内每千瓦功率所消耗的燃油量，是一个在试验室里测量计算的相对指标。

燃油消耗率

在实际使用中，衡量柴油机是否省油的通用方法是看该车辆（或设备）的100km（或小时）耗油量。即车辆（或设备）行驶100km（或工作1h）所消耗的燃油量。百千米耗油量只能通过实际测量计算获得。

100km油耗（L/100km）＝车辆实际的燃油消耗量（L）/车辆行驶的距离（km）；实际耗油量与车辆的使用条件、载重吨位、驾驶习惯等均有关系。在同等的行驶条件下，100km油耗越低，说明该柴油机越省油。5.柴油机的使用调整参数

柴油机的供油提前角是柴油机燃烧规程中的一个重要参数。其基本含义是：在柴油机压缩冲程即将结束前，也即在活塞即将达到压缩冲程上止点前的某个角度（比如为5～30°曲轴转角，具体视柴油机转速和喷油方式而定，电控高压共轨或单体泵柴油机喷油提前角相对较小，机械泵柴油机喷油提前角较大），来自喷油泵的高压燃油经过喷油器喷入气缸，使燃油与燃烧室内的空气充分混合，在活塞达到上死点时，燃烧已经全面开始。这样可以获得最大的燃烧爆发力和良好燃烧效果，进而获得良好的动力。

如果喷油提前角过大和过小，都将对燃烧效果产生不良的影响。喷油提前角过大，此时气缸内的压缩压力和温度都较低，不利于燃油与空气的混合和燃烧，而且还将导致柴油机工作粗暴，排气冒黑烟、功率不足等问题。但是，如果喷油提前角过小，也会导致柴油机后燃严重，柴油机整体温度高、排气管烧红、排气冒黑烟、功率不足等严重问题。

随着柴油机电控技术的发展，喷油提前角的机械调整方法已被电子自动控制取代，因此，电控柴油机的喷油提前角已不可能人工现场调整，只能通过改变ECU(电子控制单元）参数获取。

（1）喷油提前角（2）气门间隙

气门间隙是柴油机配气正时的重要参数，它是柴油机运行过程中经常需要检查调整的参数。气门间隙不正确，可能导致柴油机动力不足、冒黑烟等故障。因此，必须定期对气门间隙进行检查和调整。不同的柴油机，由于设计理念和制造精度等的不同，其气门间隙也是不一样的。因此，在检查调整气门间隙时，一定要参照该机的具体数据进行调整，不能凭经验办事。否则，可能导致柴油机无法正常工作或气门系统噪声很大。

图1-46功率、扭矩与转速之间的关系

柴油机的功率、转速和扭矩之间的计算公式如下：Pe＝n.Te/9550或：Te=9550.Pe/n

式中：Pe－输出功率，kw；Te－输出扭矩，N.m；n－柴油机转速，r/min。柴油机的特性曲线

由三者的关系式可知，柴油机的功率与扭矩成正比。功率一定时，柴油机的扭矩与转速成反比。也即柴油机功率一定时，转速越高，曲轴受到的扭矩越小，克服外界阻力变化的能力就小。反之，曲轴受到的扭矩就大，克服外界阻力变化的能力就强；但也容易造成机械故障。这就是柴油机慢速爬坡时容易造成损坏的原因之一。柴油机转速升高，柴油机的功率就会增大、扭矩在一定转速范围内会增加，表现为车辆的动力性能好、加速性能好、起步快。担当转速升高到某个数值后，柴油机的功率将继续增大，但扭矩可能会减小。也就是说：柴油机的最大功率转速不是该机的最大扭矩转速。柴油机在最大油门状态下，最大扭矩转速要比最大功率转速低30-50%（参考）。柴油机功率、转速和扭矩曲线如图所示。Pe－功率曲线；Te－扭矩曲线；be－油耗曲线第五节：柴油机的基本结构

内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程柴油机，还是二行程柴油机；无论是单缸柴油机，还是多缸柴油机，要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，就必须具备一些机构和系统。柴油机主要由以下三大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、传动机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、增压系统（或进排气系统）和起动系组成，随着柴油机电控技术的发展，柴油机还增加了电控系统由这些机构和系统的协调动作和周而复始的运动，为设备源源不断的提供动力，具体介绍如下。燃油供给系统配气机构传动机构曲柄连杆机构润滑系统冷却系统启动系统增压系统电控系统一、柴油机的曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是柴油机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在做功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。曲柄连杆机构是柴油机实现能量转换的关键部件。

1．活塞连杆组构成与功用

如图所示，活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆及连杆瓦等组成。图1-48（1）活塞的功用及工作条件

活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。

活塞是柴油机中工作条件最严酷的零件。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。

图1-49（2）活塞环的功用及工作条件

活塞环分气环和油环两种如图所示：

气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，并在润滑不良的条件下在气缸内高速滑动。由于气缸壁面的形状误差，使活塞环在上下滑动的同时还在环槽内产生径向移动。这不仅加重了环与环槽的磨损，还使活塞环受到交变弯曲应力的作用而容易折断。

图1-50（3）活塞销功用、工作条件1.功用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。2.工作条件：高温、很大的周期性冲击载荷、润滑条件较差。图1-51（4）连杆组的功用及工作条件

连杆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。连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起作旋转运动，因此在柴油机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出现在做功行程上止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。连杆包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。图1-522．曲轴飞轮组的构成与功用

图1-53（1）曲轴的功用及工作条件

曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和柴油机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分。

（2）飞轮的功用

对于四冲程柴油机来说，每四个活塞行程做功一次，即只有做功行程做功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。

飞轮是转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在做功行程中柴油机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太甚。除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动柴油机用的飞轮齿圈2；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。

二、柴油机的配气机构

配气机构的功用是根据柴油机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。

配气机构由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。图1-57凸轮轴的布置

配气机构的气门布置方式有顶置气门式、侧置气门式等，凸轮轴的布置方式有上中下三种布置方式，具体见图所示按曲轴和凸轮轴的传动方式分：齿轮传动式、链条传动式和齿形皮带传动式。图1-58三、柴油机的传动机构

传动机构的作用是将一部分曲轴动力传递给维持柴油机正常工作所必需的附件，如驱动配气机构、喷油泵、风扇、机油泵、输油泵等以及其它辅助部件—如空压机、液压泵等。齿轮传动方式

皮带或链条传动方式

普通皮带——驱动辅助部件，如充电柴油机、风扇、（皮带轮式的）输油泵、空压机等；

时规皮带或链条——驱动（现代小型柴油机的）凸轮轴、喷油泵等。四、柴油机的燃料供给系统1.柴油机供油系统的功用

1)在适当的时刻将一定数量的洁净柴油增压后以适当的规律喷入燃烧室。喷油定时和喷油量各缸相同且与柴油机运行工相适应。喷油压力、喷注雾化质量及其在燃烧室内的分布与燃烧室类型相适应。

2)在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序与气缸工作顺序一致。

3)根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其要稳定怠速，限制超速。

4)储存一定数量的柴油，保证汽车的最大续驶里程。2.柴油机供油系统的组成

柴油机燃油系统包括喷油泵、喷油器和调速器等主要部件及柴油箱、输油泵、油水分离器、柴油滤清器、喷油提前器和高、低压油管等辅助装置。

喷油泵的作用

喷油泵是柴油供给系中最重要的零件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的"心脏"。1）喷油泵的功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。目前使用的主要有柱塞式喷油泵和分配式喷油泵。①提高油压（定压）：将喷油压力提高到10MPa～30MPa；②控制喷油时间（定时）：按规定的时间喷油和停止喷油③控制喷油量（定量）：根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。A型泵结构图1-66柱塞式喷油泵

柱塞式喷油泵利用柱塞在柱塞套内的往复运动吸油和压油，每一副柱塞与柱塞套只向一个气缸供油。对于单缸柴油机，由一套柱塞偶件组成单体泵；对于多缸柴油机，则由多套泵油机构分别向各缸供油。中、小功率柴油机大多将各缸的泵油机构组装在同一壳体中，称为多缸泵，而其中每组泵油机构则称为分泵。

图1-67泵油原理

工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务。供油量调节机构

功用：根据柴油机负荷的变化，通过转动柱塞来改变循环供油量。供油量调节机构或由驾驶员直接操纵，或由调速器自动控制图1-74齿条式油量调节机构

不供油：拉动调节齿杆，通过调节齿圈、控制套筒带动柱塞相对于柱塞旋转，当柱塞上直槽对准柱塞套上油孔时，柱塞腔不能建立高压（下左图）供油最大：当柱塞上斜槽最底端对准柱塞套上油孔时，柱塞腔建立高压的供油行程最大（下右图）图1-75拨叉式油量调节机构

图1-76

最佳喷油提前角

最佳喷油提前角是在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。应当指出，对任何一台柴油仉，最佳喷油提前角都不是常数，而是随供油量和曲轴转速变化的。供油量愈大，转速愈高，则最佳喷油提前角也愈大供油提前角自动调节器

现代汽车柴油机都装有喷油提前器。这样，当柴油机工况发生变化时，才能自动地进行调节，使喷油泵始终保持最佳供油时刻。目前广为应用的机械离心式自动喷油提前器，只能响应柴油机转速的变化进行供油提前角的自动调节。其结构形式虽有多种，但工作原理却基本相同。喷油提前器的调节范围为0°～10°。调速器

柴油机工作进外界负荷经常变化，而实际使用则希望外界变化时，能自动地维持比较稳定的转速，也就是说，要用变化的供油量来适应变化的外界负荷，达到稳定转速的效果。调速器就是柴油机上根据外界负荷信号来改变供应量，最终稳定柴油机转速这一要求的部件。

调速器具备以下功能：1）保证稳定的怠速。2）正常转速范围内由操纵杆控制齿杆运动，以便得到需要的转速。3）特定的转速区间能够提供校正油量，以增大输出扭矩。4）限制最高转速，防止飞车。5）提供手工停车装置。调速器喷油器

喷油器的功能是将喷油泵供给的高压油以一定的压力，速度的方向喷入气缸，喷油结束时能迅速切断燃油供给，不发生燃油滴漏现象，以利于燃烧效果。喷油器总成主要由油咀偶件，调整弹簧，调节螺钉，喷油器体组成，油咀是精密偶件，柴油机工作时，喷油质量好坏，将直接影响柴油机的工作，因此，对油咀应经常检查，校验和保养，偶件需更换时必须成对调换。

喷油器结构五、柴油机的润滑系统

柴油机润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。1．柴油机润滑系统的组成

润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成；如图所示。1-机油限压阀2-集滤器3-机油泵4-机油散热器5-机油散热器限压阀

6-曲轴7-活塞8-凸轮轴9-摇臂轴10-挺柱11-喷油泵12-空压机

13-增压器14-主油道15-限压阀16-机油滤清器17-滤清器旁通阀2．润滑系统的功用

图1-82（1）润滑作用

对运动零部件进行润滑，在运动件摩擦表面形成油膜，避免金属直接接触，从而减少了零部件之间的摩擦和磨损，提高了零部件的使用寿命，同时也减少了摩擦损失，提高了机械效率。（2）净化作用

利用润滑油冲洗零件表面，带走摩擦时产生的金属细沫和杂质，从而避免它们对零部件表面的进一步磨削作用。

（3）密封作用

利用润滑油的粘性附着于运动件表面，提高零件的密封效果。例如：活塞和缸套壁之间保持一层油膜，可以防止燃气侵蚀，增强活塞的密封作用。活塞环上的油膜也可以起密封作用。

（4）冷却作用

由于运动件相互之间的摩擦，会产生大量的热。不断循环的润滑油可以带走大量的摩擦热量，从而保证了运动部件的正常温度。满负荷工作时，润滑油的放热总量可占冷却系统然热量的20～25％。对于强化柴油机，还需要对活塞底部进行喷机油冷却。

（5）防锈作用

润滑油附着于零部件表面，可防止零件与空气或燃气接触而产生锈蚀。3．润滑系统的基本形式

（1）压力润滑

利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承等处承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机油输送到摩擦面的间隙中，方能形成油膜以保证润滑。这种润滑方式称为压力润滑。（2）飞溅润滑

利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。这种润滑方式可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁，相对滑动速度较小的活塞销，以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。（3）润滑脂润滑

发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种方式定期润滑。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替加注润滑脂的轴承。（4）混合润滑

压力润滑和飞溅润滑的结合。4、润滑系的组成

润滑系一般由机油泵，油底壳，机油滤清器，机油散热器，各种阀，机油压力、温度传感器等组成

功用：提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环，6DL柴油机润滑系中采用的是外啮合齿轮式机油泵机油泵

工作时，主动齿轮带动从动齿轮反向旋转。两齿轮旋转时，充满在齿轮齿槽间的机油沿油泵壳壁由进油腔带到出油腔，在进油腔一侧由于齿轮脱开啮合以及机油被不断带出而产生真空，使油底壳内的机油在大气压力作用下经集滤器进入进油腔，而在出油腔一侧由于齿轮进入啮合和机油被不断带入而产生挤压作用，机油以一定压力被泵出。齿轮式机油泵工作原理图1-84

机体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于柴油机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。油底壳图1-85

集滤器是具有金属网的滤清器，安装于机油泵进油管上，其作用是防止较大的机械杂质进入机油泵。

集滤器图1-86

发动机工作时，金属磨屑和大气中的尘埃以及燃料燃烧不完全所产生的炭粒会渗入机油中，机油本身也因受热氧化而产生胶状沉淀物，机油中含有这些杂质。如果把这样的脏机油直接送到运动零件表面，机油中的机械杂质就会成为磨料，加速零件的磨损，并且引起油道堵塞及活塞环、气门等零件胶结。因此必须在润滑系中设有机油滤清器，使循环流动的机油在送往运动零件表面之前得到净化处理。保证摩擦表面的良好润滑，延长其使用寿命。机油滤清器

发动机运转时，由于机油粘度随温度的升高而变稀，降低了润滑能力。因此，有些发动机装用了机机油冷却器。其作用是降低机油温度，保持润滑油一定的粘度。机油冷却器布置在润滑系循环油路中，机油冷却器和散热器的工作原理相同。机油冷却器

在润滑系中都设有几个限压阀和旁通阀，以确保润滑系正常工作。限压阀限压阀用以限制润滑系中机油的最高压力。发动机工作时，机油泵的泵油压力是随发动机转速增加而增高的，并且当润滑系中油路淤塞、轴承间隙过小或使用的机油粘度过大时，也将使供油压力增高。因此，在润滑系机油泵和主油道中设有限压阀，限制机油最高压力，以确保安全。当机油泵和主油道上机油压力超过预定的压力时，克服限压阀弹簧作用力，顶开阀门，一部分机油从侧面通道流入油底壳内，使油道内的油压下降至设定的正常值后，阀门关闭。旁通阀旁通阀用以保证润滑系内油路畅通，当机油滤清器堵塞时，机油通过并联在其上的旁通阀直接进入润滑系的主油道，防止主油道断油。旁通阀与限压阀的结构基本相同，只是其安装位置、控制压力，溢流方向不同，通常旁通阀弹簧刚度要比限压阀弹簧刚度小得多。阀门

柴油机工作时，一部分可燃混合气和废气经活塞环泄漏到曲轴箱内。泄漏到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后，将使润滑油变稀。同时，废气的高温和废气中的酸性物质及水蒸汽将侵蚀零件，并使润滑油性能变坏。另外，由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的压力增大，温度升高，易使机油从油封、衬垫等处向外渗漏。为此，一般汽车发动机都有曲轴箱通风装置，以便及时将进入曲轴箱内的混合气和废气抽出，使新鲜气体进入曲轴箱，形成不断地对流。

曲轴箱的通风图1-88六、柴油机的冷却系统

柴油机冷却系统（coolingsystem）的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证柴油机在最适宜的温度状态下工作。冷却系统有风冷系统和水冷系统之分。

1．水冷系统

柴油机需要冷却的主要部件，包括：缸套、缸盖、润滑油等的散热介质由水直接进行冷却的，称为水冷柴油机。水冷柴油机需要一套非常复杂的冷却水循环系统（如：水箱、水管、风扇、散热器、水泵和温度控制器等）。

1-百叶窗2-散热器3-散热器盖4-风扇5-水泵6-节温器

7-气缸盖水套8-水温表9-机体水套10-分水管11-放水阀柴油机冷却系统功用燃气在燃烧过程中，气缸内气体温度高达2000°左右，发动机零部件与高温气体接触，将会造成气缸和进气管温度过高，使进入气缸的空气因受热而膨胀，充气量下降，使得：充气效率下降，发动机功率下降；机油因温度过高，粘度下降，严重时，机油变质，影响润滑效果，机件磨损加剧；各机件因高温而膨胀，破坏了正常的啮合间隙，产生卡死现象；因此发动机应及时冷却。而把热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前车用柴油机上广泛采用的是水冷系。柴油机的冷却系统6DL柴油机冷却系统水泵总成水泵张紧轮机构水滤器节温器体节温器盖机油冷却器体连接水管缸体内水道图1-91图1-91

功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。风扇图1-92水泵功用：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。

图1-93

蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭了通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到86℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器，而进行大循环。蜡式节温器图1-94

当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于86℃，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却水温低于76℃时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却水温在76～86℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。冷却系的大循环，小循环

节温器是冷却系中用来调节冷却温度的重要机件，它的工作是否正常，对发动机工作温度影响很大，间接地影响了发动机的动力性能和耗油量，因此，节温器不可随便拆除。节温器图1-95关闭半开

全开（小循环）（大循环）节温器图1-962、风冷系统

风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证柴油机在最有利的温度范围内工作。柴油机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。由于汽车柴油机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强柴油机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在柴油机上装有导流罩、分流板和缸套导流板。虽然风冷却系与水冷却系比较，具有结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用，但在工程机械上应用广泛。七、柴油机的起动系统

要使柴油机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动柴油机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。柴油机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程，称为柴油机的起动。完成起动过程所需的装置，称为柴油机的起动系。起动系统完成起动过程所需的装置，称为柴油机的起动系如图所示。图1-98常用的起动方法

柴油机工作后可以对外输出功率，但柴油机如果没有外力作用，绝对不能自行起动工作。因此，要使柴油机开始工作，必须使用外力强制起动柴油机。目前常用的起动方法有下列四种形式：（1）手摇起动-主要用于小型单缸柴油机。（2）起动电机起动-使用广泛、大、中、小项柴油机都可以使用。（3）起动汽油机起动－大功率柴油机的（拖拉机或工程机械）起动装置。（4）空气起动－高压空气起动。空气压力达1.5～3.0MPa。通过空气分配器在各缸膨胀冲程开始点喷入气缸，压缩活塞向下运动而起动柴油机，特种用途或大型柴油机使用。汽油机的起动转速约100r/min。柴油机的起动转速为100～250r/min。八、柴油机的增压系统

提高柴油机动力的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料。要使燃料达到完全地燃烧，空气质量和燃料的质量要有一定的比例。1kg轻柴油完全燃烧，理论上需要14.22kg的空气，但实际供入气缸的空气量还多，否则达不到良好的燃烧。增加喷入气缸的燃料只要燃油系统的主要部件设计得合理是容易做到的，要增加充入气缸的空气量则必须在柴油机上安装增压器。常用的柴油机的增压系统1．机械增压系统（Supercharger）增压器安装在柴油机上并由皮带或齿轮与柴油机曲轴相连接，从柴油机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。

优点：转子的速度与柴油机转速是相对应的，所以没有滞后或超前，动力输出更为流畅；

缺点：由于它要消耗部分引擎动力，会导致增压效率不高。图1-992．废气涡轮增压系统（Tubrochanger）

废气涡轮增压系统（图1-100）利用柴油机排出的废气达到增压目的。增压器与柴油机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达0.18～0.20MPa，高增压机的增压压力可达0.3MPa左右如此高的增压压力也将使气体温度大大升高，因此，较高增压柴油机需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。图1-100涡轮增压

涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它是利用柴油机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮（位于排气道内），涡轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当柴油机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，柴油机的进气量就相应地得到增加，就可以增加柴油机的输出功率了。第六节：现代柴油机新技术

柴油机的优点是：省油、环保、动力强、经济、维修方便，只要解决缺点就具有更大的市场前景，而实现电控柴油机的方案现在看来是一个很好的解决措施。随着人们环保和节能意识的不断加强，对柴油机的技术要求也越来越高。这些要求是：提高动力性能的同时降低燃油消耗、降低排气污染。这些目标的实现，对柴油机燃油喷射系统的准确性和精确性提出了更高的要求。一、柴油机燃油喷射技术

传统的直列泵喷油技术已经不能满足现代柴油机对燃油精度的精确要求和废气排放方面越来越严格的要求。可以满足这些要求的燃油喷射技术分别是电控单体泵、泵喷嘴、分配泵和高压共轨系统等四种技术。分别介绍如下。柴油机燃油喷射技术图1-1031．单体泵技术

单体泵主要由一个柱塞和柱塞套构成，本身不带凸轮轴，有的甚至不带滚轮传动部件。由于这种单体泵便于布置在靠近气缸盖的部位，使高压油管大大缩短，目前应用在缸径为200mm以上的大功率中、低速柴油机上。如锡柴4DW-84E3系列柴油机就是采用单体泵燃油喷射系统。2．泵喷嘴技术

优良的混合气是提高柴油机动力性、燃油经济性；降低排放率、噪音率的关键因素。这就要求喷射系统产生足够高的喷射压力，确保燃油雾化良好，同时还必须精确控制喷油始点和喷油量。而泵喷嘴系统能够符合上述的严格要求。因此，早在1905年柴油机的创始人Rudolfdiesel先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压油管并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇控制泵喷射系统的柴油机就已应用在轮船及卡车上。之后，Volkswagen和RobertBoshAG公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统。3．电控高压共轨技术

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。电控高压共轨技术4．分配泵供油系统

分配式喷油泵DIP（DistributorInjectionPump），简称分配泵，于上世纪80年代末推出，开创了轻量化及紧凑型高性能喷射系统的新时代。如今，博世分配泵已经历数代更新升级，最新的第4代产品中的VP30轴向分配泵和VP44径向分配泵的最大喷射压力分别可达155.0MPa和200.0MPa。高喷射压力提升了喷嘴气化（雾化）效果，进而降低了油耗及排放。同时，通过集成预喷射功能，博世新型分配泵能够有助于降低柴油车的噪声及提高柴油车驾乘舒适性。图1-107柴油机EGR（废气再循环）技术

废气再循环（EGR）系统（下图）用于降低废气中的氧化氮（NOx）的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，柴油机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。当柴油机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至柴油机。汽车废气是一种不可燃气体（不含燃料和氧化剂），在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着柴油机转速和负荷的增加而增加。EGR的作用柴油机EGR（废气再循环）图1-108柴油机的排放控制技术

以柴油机为动力的汽车是城市大气的主要污染源之一。柴油机排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和微粒。CO是燃油的不完全燃烧产物，是一种无色、无臭、无味的气体。它与血液中血红素的亲和力是氧气的