柴油发动机柴油发电机组工程机械维修技术.pdf

工程机械发动机工程机械发动机工程机械发动机 工程机械发动机 宁波日兴动力科技有限公司宁波日兴动力科技有限公司宁波日兴动力科技有限公司宁波日兴动力科技有限公司 工程机械概论工程机械概论工程机械概论工程机械概论 1 1）发动机的基本知识发动机的基本知识 （功能与种类、术语、性能指功能与种类、术语、性能指 标和型号标和型号）；）； 2 2）柴油内燃机的工作原理柴油内燃机的工作原理； 3 3）柴油内燃机的基本构造柴油内燃机的基本构造； 4 4）柴油机和汽油机的异同。）柴油机和汽油机的异同。 发动机的功能与种类； 内燃机的常用术语； 内燃机性能指标与型号。 2 2- -1 1 发动机的基本知识发动机的基本知识 发动机（发动机（动力装置）动力装置）动力装置）：动力装置）：将自然界的能量转化为人们所需 要的机械能的装置。 将自然界的能量转化为人们所需 要的机械能的装置。 热力发动机：热力发动机：燃料与空气混合，经过燃烧，将其中 包含的化学能 转化为热能，再经气体膨胀过程把热能转 化为机械能的动力装置。 燃料与空气混合，经过燃烧，将其中 包含的化学能 转化为热能，再经气体膨胀过程把热能转 化为机械能的动力装置。 内燃机：内燃机：燃料在气缸内部进行燃烧，所产生的 气体直接将所含热能转变为机械能。 燃料在气缸内部进行燃烧，所产生的 气体直接将所含热能转变为机械能。 柴油机、汽油机 外燃机 ： 柴油机、汽油机 外燃机 ： 如如蒸汽机蒸汽机、汽轮机 电动机： 汽轮机 电动机：将电能转化为机械能的装置将电能转化为机械能的装置 2 2- -1 1- -1 1发动机的功能与种类发动机的功能与种类 2 2- -1 1- -2 2 内燃机的常用术语内燃机的常用术语内燃机的常用术语内燃机的常用术语 1上止点上止点TDC （Top Dead Center） 2下止点下止点BDC （Bottom Dead Center） 3活塞行程活塞行程 S 4曲柄半径曲柄半径R 5气缸工作容积气缸工作容积Vh 6燃烧室容积燃烧室容积VC 7气缸最大容积气缸最大容积Va 8内燃机排量内燃机排量 VL 9压缩比压缩比 1上止点上止点TDC （Top Dead Center） 活塞离曲轴旋转中心最远的位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置 2下止点下止点BDC（Bottom Dead Center） 活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置 3活塞行程活塞行程 S 上下止点之间的距离上下止点之间的距离 4曲柄半径曲柄半径R 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离。通常活塞行程为曲柄半径的 两倍，即 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离。通常活塞行程为曲柄半径的 两倍，即 S =2R 。 5气缸工作容积气缸工作容积Vh （单位（单位 L) 活塞由上止点运动到下止点活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积活塞顶部所扫过的容积 Vh =(/4)D2S10-3 6燃烧室容积燃烧室容积（余隙容积）（余隙容积）VC 活塞位于上止点时， 活塞顶部上方的容积活塞位于上止点时， 活塞顶部上方的容积 7气缸最大容积气缸最大容积Va 活塞位于下止点时活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积活塞顶部上方的容积 Va = Vh + VC 8内燃机排量内燃机排量 VL 所有气缸的工作容积之和所有气缸的工作容积之和 VL =iVh 式中：式中： i 气缸数目。 气缸数目。 9压缩比压缩比 气缸最大容积气缸最大容积Va 与燃烧室容积与燃烧室容积VC 之比之比 =1+ Vh / VC 越大，循环热效率越高 越大，循环热效率越高 汽油机汽油机 =610 柴油机柴油机 =1622 2 2- -1 1- -3 3 内燃机的性能指标与型号内燃机的性能指标与型号 一、内燃机的性能指标一、内燃机的性能指标 发动机的性能指标是用来衡量 发动机性能好坏的标准 发动机的性能指标是用来衡量 发动机性能好坏的标准 动力性指标 经济性指标 动力性指标 经济性指标 1动力性指标动力性指标 概念：指内燃机对外作功能力的指标概念：指内燃机对外作功能力的指标 （1）有效转矩）有效转矩Te 曲轴传给汽车传动系的转动力矩。单位：曲轴传给汽车传动系的转动力矩。单位：Nm （2）有效功率）有效功率Pe 发动机曲轴的输出功率（发动机对外实际做功的大小）发动机曲轴的输出功率（发动机对外实际做功的大小） Pe = Te （2n / 60） 10-3 （KW） 标定功率：标定功率：并不是该内燃机所能发出的最大功率，而是内燃机出 厂时根据使用目的而调整的。由于使用目的的不同，同一种内燃 机的标定功率可以不同： 并不是该内燃机所能发出的最大功率，而是内燃机出 厂时根据使用目的而调整的。由于使用目的的不同，同一种内燃 机的标定功率可以不同： 十五分钟功率：十五分钟功率：内燃机允许连续运转内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率分钟的最大有效功率 一小时功率：一小时功率：内燃机允许连续运转内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率小时的最大有效功率 十二小时功率：内燃机允许连续运转十二小时功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率 额定功率 小时的最大有效功率 额定功率 持续功率：持续功率：内燃机允许长期连续工作的最大有效功率内燃机允许长期连续工作的最大有效功率 2. 2. 经济性指标经济性指标经济性指标经济性指标 概念：是指内燃机的生产成本、运转中的 消耗以及修理费用等各项指标。通常用燃 油消耗率来评价内燃机的经济性能 概念：是指内燃机的生产成本、运转中的 消耗以及修理费用等各项指标。通常用燃 油消耗率来评价内燃机的经济性能 有效燃油消耗率有效燃油消耗率be 发动机每发出一千瓦有效功率在一小时 内所消耗的燃油量 发动机每发出一千瓦有效功率在一小时 内所消耗的燃油量 be =（G / Pe ） 103 （g/KWh） 式中： ） 式中：G 每小时的燃油消耗量，每小时的燃油消耗量，kg/h Pe有效功率，有效功率，kW 1 1根据所用燃料的不同根据所用燃料的不同根据所用燃料的不同根据所用燃料的不同 煤气机（汽油机进行适当的改进）煤气机（汽油机进行适当的改进）煤气机（汽油机进行适当的改进）煤气机（汽油机进行适当的改进） 二、内燃机的分类二、内燃机的分类 2 2按冲程数按冲程数按冲程数按冲程数 二冲程：每两个活塞行程（曲轴每转一转）完成 一个工作循环。如摩托车 二冲程：每两个活塞行程（曲轴每转一转）完成 一个工作循环。如摩托车 四冲程：每四个活塞行程（曲轴每转两转）完成 一个工作循环。绝大多数发动机所采用。 四冲程：每四个活塞行程（曲轴每转两转）完成 一个工作循环。绝大多数发动机所采用。 3按气缸数按气缸数 单缸机：只有一个气缸单缸机：只有一个气缸 多缸机：由多个气缸组成多缸机：由多个气缸组成 4 4按气缸排列方式按气缸排列方式按气缸排列方式按气缸排列方式单列式单列式 直列立式直列立式 直列卧式 双列式 直列卧式 双列式 对置卧式对置卧式 V型型 5 5按冷却方式按冷却方式按冷却方式按冷却方式 风冷：以空气为冷却介质，没有专门的冷却系 统 如：坦克 风冷：以空气为冷却介质，没有专门的冷却系 统 如：坦克 水冷：以液体为冷却介质，有专门的冷却系统水冷：以液体为冷却介质，有专门的冷却系统 6 6按进气方式按进气方式按进气方式按进气方式 增压、 非增压增压、 非增压 汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功 率有采用增压式的。 汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功 率有采用增压式的。 增压器增压器 7 7按着火方式按着火方式按着火方式按着火方式 点燃：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机 所采用 压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机 所采用 点燃：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机 所采用 压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机 所采用 8按用途按用途 固定式：工程机械采用 移动式 固定式：工程机械采用 移动式 9.按额定转速分按额定转速分 高速、中速、低速。高速、中速、低速。 三、我国内燃机型号编制规则三、我国内燃机型号编制规则 (1) 柴油机柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q： 表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型， X表示系列代号 举例举例举例举例 ( (2) 汽油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷 通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 2) 汽油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷 通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 2-2内燃机工作原理内燃机工作原理 1. 四冲程柴油机 组成： 四冲程柴油机 组成： 6 5 43 8 7 1 2 汽缸体汽缸体1、活塞、活塞2、进气阀、进气阀3、 排气阀 、 排气阀4、连杆、连杆5、曲轴、曲轴6、 凸轮 、 凸轮7、顶杆、顶杆8、 工作原理：工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸； 活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。 内燃机工作原理内燃机工作原理 汽 油 机 的 工 作 原 理 汽 油 机 的 工 作 原 理 2.2.二冲程汽油机二冲程汽油机二冲程汽油机二冲程汽油机 二冲程发动机的工作 循环是在两个活塞行 程即曲轴旋转一圈的 时间内完成的。没有 专门的配气机构，换 气是通过三个孔（进 气孔、排气孔、扫气 孔）来实现 。 二冲程发动机的工作 循环是在两个活塞行 程即曲轴旋转一圈的 时间内完成的。没有 专门的配气机构，换 气是通过三个孔（进 气孔、排气孔、扫气 孔）来实现 。 上行冲程：上行冲程：活塞上移，三个孔均关，开始压缩气体，同时，活塞 上移使曲轴箱出现真空，上行到进气孔打开时，新鲜混合气进入曲 轴箱。 活塞上移，三个孔均关，开始压缩气体，同时，活塞 上移使曲轴箱出现真空，上行到进气孔打开时，新鲜混合气进入曲 轴箱。 下行冲程：下行冲程：活塞接近上止点时，产生电火花点燃可燃混合气，使 其温度、压力上升，推动活塞下行作功，行致排气口打开，废气排 出。另外，进气口关闭，下行活塞使其压缩，受压气体经扫气口进 入气缸，完成换气过程。 活塞接近上止点时，产生电火花点燃可燃混合气，使 其温度、压力上升，推动活塞下行作功，行致排气口打开，废气排 出。另外，进气口关闭，下行活塞使其压缩，受压气体经扫气口进 入气缸，完成换气过程。 3.3.二冲程与四冲程发动机的比较二冲程与四冲程发动机的比较二冲程与四冲程发动机的比较二冲程与四冲程发动机的比较 （1）曲轴每转一周完成一个工作循环， 做功一次。由于曲轴每转一周做功一次， 因此曲轴旋转角速度比较均匀。 （1）曲轴每转一周完成一个工作循环， 做功一次。由于曲轴每转一周做功一次， 因此曲轴旋转角速度比较均匀。 （2）二冲程发动机换气过程时间短，仅 为四冲程发动机的1/3左右。进排气过程 几乎同时进行，利用新气扫除废气，新气 可能流失，废气也不易清除干净。 （2）二冲程发动机换气过程时间短，仅 为四冲程发动机的1/3左右。进排气过程 几乎同时进行，利用新气扫除废气，新气 可能流失，废气也不易清除干净。 （3）曲轴箱换气方式二冲程发动机因为 没有进排气门，结构大大简化。 （3）曲轴箱换气方式二冲程发动机因为 没有进排气门，结构大大简化。 2 2- -3 3 发动机的基本构造发动机的基本构造发动机的基本构造发动机的基本构造 两大机构：两大机构： 一、一、曲柄连杆机构曲柄连杆机构 二、二、配气机构配气机构 四大系统四大系统 三、内燃机燃料供给系三、内燃机燃料供给系 四、润滑系四、润滑系 五、冷却系五、冷却系 六、起动系统六、起动系统 七、点火系统七、点火系统 一、曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构 组成组成：机体组、 活塞连杆组、曲轴 飞轮三部分 ：机体组、 活塞连杆组、曲轴 飞轮三部分 作用作用：将活塞的 往复直线运动 ：将活塞的 往复直线运动曲 轴的旋转运动对外 输出动力 曲 轴的旋转运动对外 输出动力 （一）机体组（一）机体组（一）机体组（一）机体组 （1）组成）组成 主要包括气缸体、气缸盖、 曲轴箱、气缸套、气缸垫、 油底壳等不动件。 主要包括气缸体、气缸盖、 曲轴箱、气缸套、气缸垫、 油底壳等不动件。 （2）作用）作用 保证运动件相互位置，并 构成燃烧室、气道、水道、 油道，以保证燃烧、换气、 冷却和润滑的需要。 保证运动件相互位置，并 构成燃烧室、气道、水道、 油道，以保证燃烧、换气、 冷却和润滑的需要。 无裙式 无裙式 龙门式（多） 龙门式（多） 隧道式隧道式 中型及重型车用发动机。如捷 达发动机， 中型及重型车用发动机。如捷 达发动机，CA6102 多用于中小型发动机。如夏 利、富康发动机， 多用于中小型发动机。如夏 利、富康发动机，BJ492Q 机械负荷大柴油机。 如 机械负荷大柴油机。 如6135Q 1. 1. 气缸体气缸体气缸体气缸体 隧道式主轴承的机体机座结构隧道式主轴承的机体机座结构 16V538型隧道式机体型隧道式机体 气缸套的结构方式气缸套的结构方式 无 气 缸 套 湿 式 缸 套 普 通 干 式 缸 套 可 卸 干 式 缸 套 无 气 缸 套 湿 式 缸 套 普 通 干 式 缸 套 可 卸 干 式 缸 套 汽缸套定位：汽缸套定位： 轴向定位：下端不固定，受热可自由伸长。 径向定位：凸缘，防止横向移动。 轴向定位：下端不固定，受热可自由伸长。 径向定位：凸缘，防止横向移动。 湿式： .散热条件好， .厚度大，制造和更换方便。 .有水的腐蚀和穴蚀。 干式： .无腐蚀和穴蚀。 .壁薄，汽缸中心距可减 小，结构紧凑，刚度小。小缸径高 速机，制造要求高。 .汽缸套外圆须精磨，汽缸 体上的孔须珩磨。 气缸盖的结构形式 气缸盖的结构形式多种 多样 按气缸盖的数量分类， 有单体式气缸盖、整体式 气缸盖、块式气缸盖。 A单体式汽缸盖： G8300柴油机气缸盖 3.汽缸盖汽缸盖 B 整 体 式 汽 缸 盖： 轻12V180柴油机的整体式气缸盖 C块状式汽缸盖 : 135型柴油机气缸盖 气缸盖罩气缸盖罩 位置 位置 气缸盖上部气缸盖上部 功用 功用 起封闭及防尘作用起封闭及防尘作用 材料 材料 一般为薄钢板冲压而成一般为薄钢板冲压而成 缸盖螺栓：缸盖螺栓： 用于固定缸盖，要求用规定力矩按规定顺序分 用于固定缸盖，要求用规定力矩按规定顺序分 23次拧紧次拧紧 整体式垫片整体式垫片 气缸衬垫气缸衬垫气缸衬垫气缸衬垫 油底壳油底壳油底壳油底壳 1作用作用 用来封闭机体的下部和储存润滑油。用来封闭机体的下部和储存润滑油。 2材料材料 薄钢板薄钢板冲压而成（有的采用冲压而成（有的采用铝合金铝合金制成，如 制成，如 GM公司公司3.1L V6 汽油机）汽油机） 3结构结构 一般用薄钢片冲压而成，或者用铝合金铸造而 成，为了加强散热，通常铸有散热片，曲轴箱 中部和后部通常做的深一些，内部有隔板，防 止大量泡沫的产生，下部有放油螺塞。 一般用薄钢片冲压而成，或者用铝合金铸造而 成，为了加强散热，通常铸有散热片，曲轴箱 中部和后部通常做的深一些，内部有隔板，防 止大量泡沫的产生，下部有放油螺塞。 （二）活塞连杆组（二）活塞连杆组（二）活塞连杆组（二）活塞连杆组 1.作用作用：将活塞在气缸中的往复运动变成曲 轴的旋转运动。 2.组成组成 3.3.活塞活塞活塞活塞 活塞顶部活塞顶部 （1）活塞顶部：活塞顶部、汽缸盖和汽缸壁组成燃烧室组成燃烧室。）活塞顶部：活塞顶部、汽缸盖和汽缸壁组成燃烧室组成燃烧室。 几种常用活塞顶的形状几种常用活塞顶的形状 平顶型 凸顶型 型 凹型 避阀型 避阀型 深坑型 深坑型 盆型 盆型 注：为了防止气阀早开晚关而引起气阀与活塞顶 相碰，在活塞表面加工出避碰凹坑。 注：为了防止气阀早开晚关而引起气阀与活塞顶 相碰，在活塞表面加工出避碰凹坑。 4.4.活塞环活塞环活塞环活塞环 分为气环和油环两种。 气环： 高速机： 分为气环和油环两种。 气环： 高速机：2-3 道 中速机： 道 中速机：3-4 道 低速机： 道 低速机：5-6 道 油环：一般是 道 油环：一般是 1-2 道道 5.5.连杆连杆连杆连杆 （1）功用）功用 将活塞承受的力传给曲轴将活塞承受的力传给曲轴 并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运 动 并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运 动 （2）组成）组成 连杆由连杆大头、连杆小头、连杆杆身等组成连杆由连杆大头、连杆小头、连杆杆身等组成 （3 3）切口型式）切口型式 平切口 平切口 斜切口斜切口 （三）曲轴飞轮组（三）曲轴飞轮组（三）曲轴飞轮组（三）曲轴飞轮组 1.组成：由曲轴、飞轮和一些附件组成。组成：由曲轴、飞轮和一些附件组成。 2.2.曲轴曲轴曲轴 曲轴 作用：作用：作用： 作用： 支承形式：支承形式：支承形式：支承形式： 3.3.飞轮飞轮飞轮飞轮 功用功用 能量存储器，保证发动机运转平稳能量存储器，保证发动机运转平稳 轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈 刻有上止点记号，用于调整点火正时、 喷油正时或配气正时 刻有上止点记号，用于调整点火正时、 喷油正时或配气正时 二、配气机构二、配气机构二、配气机构二、配气机构 1.功用：功用：根据发动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 根据发动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 2.主要部件主要部件：气门组、气门传动组和气门驱动组 组成 ：气门组、气门传动组和气门驱动组 组成 3 3配气机构的类型配气机构的类型配气机构的类型配气机构的类型 （1）气门布置形式）气门布置形式 气门顶置式 组成： 气门顶置式 组成：凸轮、挺柱、推杆、 摇臂、气门和气门弹簧 等组成 凸轮、挺柱、推杆、 摇臂、气门和气门弹簧 等组成 特点：特点：进气阻力小，燃烧 室结构紧凑，气流搅动 大，