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中国重汽海斗工程机械事业部 海斗挖掘机发动机培训 1 目录 一 发动机概述二 挖掘机用柴油发动机三 柴油机构造及工作原理详解四 柴油机的维护保养 2 一 发动机概述 3 将自然界能源转化为人们所需要的机械运动能的装置 称为动力机械 也称发动机 燃料与空气混合 经过燃烧 将燃料中所包含的化学能转化为热能 在经过气体膨胀过程将热能转化为机械能 这样的装置称为热力发动机 能量的释放于转换过程在气缸内进行 称为内燃机 在气缸外进行称为外燃机 一 发动机概述 4 1 内燃机发展史1774年 JamesWatt 瓦特 发明了蒸气机 1801年法国人勒本提出煤气机原理 1838年英国发明家W Barnet亨纳特发明了世界第一台内燃机点火装置 压缩式发动机 1858年 定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机 用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽 1858年法国工程师洛纳因发明了世界上第一只用陶瓷绝缘制成的电点火火花塞 1860年法国电器工程师Lenoir莱诺制成了第一部用电火花点燃煤气的煤气机 1862年法国电器工程师莱诺研制出二冲程内燃机 其他人开始研究四冲程发动机 1867年 德国人Otto奥托受里诺研制煤气发动机的启发 制作了一台卧式气压煤气发动机 研制成功世界第一台往复活塞式四冲程煤气发动机 为内燃机的发明奠定了理论基础 热效率10 20 一 发动机概述 5 一 发动机概述 2 内燃机的分类按照燃料分 汽油机 柴油机 煤气机 天然气机等按照着火方式分 点燃式内燃机 压燃式内燃机按照工作循环的行程数分 四冲程内燃机 二冲程内燃机按照汽缸排列方式分 直列式内燃机 V型内燃机 对置式内燃机 W型内燃机 星型内燃机按照冷却方式分 水冷式内燃机 风冷式内燃机按照活塞运动方式分 往复活塞式内燃机 旋转活塞式内燃机按照进气方式分 自然吸气式内燃机 增压式内燃机按照汽缸数分 单缸内燃机 多缸内燃机按照转速分 高速内燃机 中速内燃机 低速内燃机按照用途分 工程机械用 汽车用 拖拉机用 船用 发电机用等 6 一 发动机概述 3 发动机结构及原理机体部件 气缸体 气缸盖 气缸套 主轴承 主轴承盖等主运动部件 曲轴 连杆 活塞 活塞环 飞轮 皮带轮等燃油系统 燃油箱 输油泵 滤油器 油水分离器 喷油泵 喷油嘴等进排气系统 配气定时齿轮 凸轮轴 随动臂 推杆 摇臂 摇臂轴 进气门 排气门 气门弹簧 气门导套 气门锁销 空气滤清器 涡轮增压器 消音器 中冷器等润滑系统 油底壳 油泵 油冷器 滤油器 活塞冷却喷嘴等冷却系统 散热器 水泵 风扇 节温器等电器系统 蓄电池 发电机 起动马达 起动开关 蓄电池继电器等 7 一 发动机概述 8 一 发动机概述 四冲程内燃机原理 9 1发动机的装配 蒸汽机 汽油机 柴油机 喷气发动机 10 二 挖掘机用柴油发动机 11 二 挖掘机用柴油发动机 1 挖掘机发动机的使用工况及特点1 工作环境恶劣 空气沙尘含量大 要求大容量 低阻力的空滤器 2 工地场地凹凸不平 振动冲击大 要求悬挂性能 稳定性 减震性 好 3 经常在纵向或横向倾斜30 35 的工地上长期工作 对润滑 冷却 燃料供给要求高 4 使用区域广 要求对温度的适应性好5 特殊使用条件下要求低噪音 低排放 遥控性能等 1 挖掘机发动机的使用工况及特点1 工作环境恶劣 空气沙尘含量大 要求大容量 低阻力的空滤器 2 工地场地凹凸不平 振动冲击大 要求悬挂性能 稳定性 减震性 好 3 经常在纵向或横向倾斜30 35 的工地上长期工作 对润滑 冷却 燃料供给要求高 4 使用区域广 要求对温度的适应性好5 特殊使用条件下要求低噪音 低排放 遥控性能等 1 挖掘机发动机的使用工况及特点1 工作环境恶劣 空气沙尘含量大 要求大容量 低阻力的空滤器 2 工地场地凹凸不平 振动冲击大 要求悬挂性能 稳定性 减震性 好 3 经常在纵向或横向倾斜30 35 的工地上长期工作 对润滑 冷却 燃料供给要求高 4 使用区域广 要求对温度的适应性好5 特殊使用条件下要求低噪音 低排放 遥控性能等 12 二 挖掘机用柴油发动机 2 挖掘机用发动机的工作性能要求液压挖掘机除其工作环境恶劣外 其工作性质也决定了对所使用的柴油机提出了特殊要求 汽车发动机关注的是工作转速范围要大 而工程机械发动机更注重输出转矩 其工作转速一般要比汽车发动机要低 汽车发动机标定的额定功率通常指瞬时功率 而工程机械发动机标定的额定功率通常指的是持续功率 液压挖掘机类的工程机械要常常承受冲击负荷 即负荷从零突然增至满载 随后又突然卸载 这就要求柴油机扭矩储备要大 工作速度范围要宽 一般说来 工程机械用柴油机的扭矩储备系数要求最好不小于15 转速适应系数不小于1 4 此外 柴油机还必须使用性能良好的全程调速器 以保证柴油机在任何转速下均能稳定运行 从而保证工程机械在速度和负荷急速变化下的情况下仍能很好的工作 总之 挖掘机类工程机械对柴油机有一条重要的要求就是工作可靠 使用维护方便 寿命长 13 二 挖掘机用柴油发动机 3 20t级挖掘机常用发动机20t级挖掘机是目前市场上的绝对主力机型 国内市场上有超过70种以上品牌的挖掘机在销售 但它们所采用的发动机却集中在以下几个型号之中 1 康明斯 Cummins 系列 6BTA 5 9 应用于小松 6系列 三一 柳工等 QSB6 7 应用于小松 7 8系列等 2 五十铃 ISUZU 系列 6BG1 应用于日立ZX 1 ZX 22系列 三一 柳工 徐工等 4HK1 电喷欧三排放 一些国内品牌也有 主要用于出口 3 三菱 MISIBISHI 系列 6D34 应用于神钢 加藤 三一等 4M50 欧三排放 用于加藤新机型 4 日野 Hino J05E 用于神钢SK 8 其它 像卡特 沃尔沃 斗山等厂家自己配套生产发动机 国产品牌目前大多采用欧二发动机 机械油门控制 14 三 柴油机构造及工作原理详解 15 三 柴油机构造及工作原理详解 一 康明斯发动机术语6BTAA5 9 178 排量 升 空空中冷 增压后冷却 涡轮增压 发动机系列 汽缸数目 额定马力 16 三 柴油机构造及工作原理详解 二 6BTAA5 9发动机性能参数 17 三 柴油机构造及工作原理详解 18 三 柴油机构造及工作原理详解 19 三 柴油机构造及工作原理详解 三 柴油机的结构及原理柴油机由机体部件 主运动部件 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统和电器系统组成 其基本工作原理如下图 20 三 柴油机构造及工作原理详解 1 机体部件 缸体 缸盖 缸套 主轴承 主轴承盖 缸体为铸造件 活塞和曲轴在缸体中运动 用主轴承来支撑曲轴旋转主轴承为三层结构 钢背上层为铅青铜轴承合金 表面又镀一层锡铅合金在主轴承侧面装有止推环以防止曲轴前后移动缸体中有圆柱形气缸使活塞上下移动 燃油在气缸中燃烧形成高温 要用冷却水对其周围进行冷却通常气缸内部安装有缸套 21 三 柴油机构造及工作原理详解 缸套为铸件 分干式缸套和湿式缸套湿式缸套与冷却水直接接触 因此上方要压住缸体的台阶 下方装有O形圈或U形密封 以防止漏水干式缸套不直接与冷却水接触 冷却效果差缸盖为铸造箱体 中间有冷却水通过 并有进气通道和排气通道缸垫安装在缸体与缸盖之间 防止漏气漏水 22 三 柴油机构造及工作原理详解 燃油直喷式 预燃烧室式 涡流室式 燃烧室 23 三 柴油机构造及工作原理详解 曲轴 把气缸内活塞的往复运动通过连杆转变为旋转运动 其主轴颈安装在缸体的主轴承上 连杆轴颈与连杆相连 曲轴内部有润滑油道 使润滑主轴颈的油通过该油道流进连杆轴颈曲轴采用含铬 钼等元素的高碳素钢 经模锻 高频淬火加工处理飞轮 安装在曲轴后端的惯性轮 靠转动惯量减少曲轴旋转中的损失起动马达小齿轮与飞轮齿圈啮合 使发动机旋转起动 2 主运动部件 曲轴 连杆 活塞 活塞环 飞轮 皮带轮等 24 三 柴油机构造及工作原理详解 活塞 将燃油在气缸内燃烧产生的热能转变为使活塞上下运动的机械能 通过连杆使曲轴旋转活塞与缸套之间应留有间隙活塞环 防止气缸内高压气体从间隙中跑掉 二道气环一道油环油环将气缸壁上附着的油刮掉并保持适当的油膜 25 三 柴油机构造及工作原理详解 3 燃油系统 燃油箱 输油泵 滤油器 油水分离器 喷油泵 喷油嘴等 燃油系统 喷射燃油 并根据需要可改变喷射的时间和喷射量要求在压缩冲程中的适当时间内喷射自动调整喷射量以维持发动机的低速空转或防止其超速运转通过控制喷射量 控制发动机的功率输出或使其停机 26 三 柴油机构造及工作原理详解 油箱 油水分离器 燃油箱 加油口装有滤网 防止杂质进入 装有油位计或在驾驶室内用可视仪表 液晶显示 指示灯等以了解油量多少 每天作业前须排放水等沉淀物 每天作业结束后需将油箱加满燃油油水分离器 分离混在油中的水 若浮标达到或超过红线时须松开排放塞放水 放水后应通过手油泵排掉燃油系统内的空气 27 三 柴油机构造及工作原理详解 供油泵 安装在喷油泵的侧面 靠喷油泵内的凸轮轴使阀芯动作 将燃油输送给燃油喷射泵 另外安装有启动注油泵 手油泵 以便进行停机状态下的燃油输送燃油滤清器 过滤燃油中的杂质 污垢 滤纸被叠成褶状以扩大燃油通过的面积 滤芯需要定期更换 供油泵 燃油滤清器 28 三 柴油机构造及工作原理详解 喷油泵 喷油量的控制 形成高压燃油在压缩冲程的适当时间内喷射通过调节齿轮调整柱塞斜槽开口的方向 调整柱塞供油的有效行程 从而改变喷油量喷油泵柱塞与其各自的喷油嘴及气缸相对应 29 三 柴油机构造及工作原理详解 调速器原理 调速器控制调节齿条动作以改变喷油量当发动机负荷变大 转速下降时 调速器自动增加喷油量 防止发动机停机当发动机负荷变小 转速提高时 调速器自动减少喷油量 防止发动机转速过高操作驾驶室内的油门控制杆 调节调速器 可在全程范围内改变转速 调速器 30 三 柴油机构造及工作原理详解 喷油嘴 喷油嘴的工作原理 喷油嘴针阀靠喷油嘴弹簧压住 关闭燃油出口 当喷油压力达到燃油喷射压力时 针阀被顶起 燃油成雾状喷出转动调压螺钉则改变弹簧压力 即调整燃油喷射压力 31 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机喷油嘴的构造特点 1 密封件2 定位套3 喷嘴体4 针阀5 定位盘6 密封圈7 接头密封件8 调整垫片9 弹簧10 挺杆 32 三 柴油机构造及工作原理详解 进排气系统 将空气吸入气缸 与燃油混合燃烧 燃烧后再将废气向外排掉 4 进排气系统 配气定时齿轮 凸轮轴 推杆 摇臂 摇臂轴 进排气门 气门弹簧 气门导套 空气滤清器 涡轮增压器 消音器 中冷器等 33 三 柴油机构造及工作原理详解 配气机构是进 排气管道的控制机构 它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求 准时地开闭进 排气门 向气缸供给可燃混合气 汽油机 或新鲜空气 柴油机 并及时排出废气 另外 当进 排气门关闭时 保证气缸密封 进气充分 排气彻底 四行程发动机都采用气门式配气机构 34 三 柴油机构造及工作原理详解 定时齿轮 气门机构 曲轴转两圈时凸轮轴才转一圈 所以凸轮轴齿轮的齿数是曲轴齿轮的两倍相互啮合的齿与齿的数量是规定好的 齿上打印有相配的标记该齿轮传动系靠曲轴齿轮驱动旋转 35 三 柴油机构造及工作原理详解 配气定时 36 三 柴油机构造及工作原理详解 气门从开始打开到足够开度需要一定时间 故提前打开进气门以保证活塞下降时 能够吸入较多的空气进气门的迟后关闭是利用了吸入气流的惯性力将更多的空气进入气缸同样道理 排气门提前打开也是为了保证活塞开始上升时排气门打开足够开度 使废气充分排出排气门的迟后关闭也是利用了排出气流的惯性力将更多的废气排出气缸 配气定时 37 三 柴油机构造及工作原理详解 涡轮增压器 利用气缸排出的废气作动力 将高密度的空气送往气缸空冷式中冷器 利用环境温度的空气冷却由涡轮增压器送出的空气 以提高进入燃烧室空气的密度水冷式中冷器 利用冷却系统的循环水冷却由涡轮增压器送出的空气 以提高进入燃烧室空气的密度 涡轮增压器 空冷式中冷器 水冷式中冷器 38 三 柴油机构造及工作原理详解 1 涡轮2 壳体3 隔热罩4 油封5 卡环6 废气旁通阀7 壳体8 密封环9 开口涨环10 锁紧螺母11 叶轮12 定位卡环13 导流板14 止推轴承15 止推轴承环16 中间壳体17 滑动轴承18 定位器19 开口涨环 A 进气进口B 进气出口C 排气进口D 排气出口E 机油进口F 机油出口 发动机涡轮增压器的构造特点 39 三 柴油机构造及工作原理详解 废气旁通阀的作用是使涡轮增压器保持适当的增压压力 避免因压力过大造成发动机过载出口A处的压力异常升高时 经过信号反馈将废气旁通阀 打开 使废气旁流 则使涡轮转速得以降低 从而使进气出口A处的压力得到保持 涡轮增压器废气旁通阀概述 40 三 柴油机构造及工作原理详解 空气滤清器 灰尘指示器 空气滤清器 通过滤纸的方式将送入发动机的空气过滤净化 滤纸被叠成褶状以扩大空气的流通面积 工程机械多用双层滤芯真空集动阀 当发动机停机负压消失后 该阀自动打开 将集尘箱中积存的灰尘颗粒自动排出灰尘指示器 当空气滤清器被堵塞时 灰尘指示器内的红色柱塞则被弹出 以提醒驾驶员清理或更换空气滤芯 41 三 柴油机构造及工作原理详解 型式 径向密封 双层过滤型 1 进口2 出口3 导流板4 外滤芯5 内滤芯6 真空继动阀7 集尘盘8 导流板9 滤清器壳体10 滤芯 42 三 柴油机构造及工作原理详解 废气如果由排气歧管直接排放到大气中会产生较大的噪音 因此使用消声器可以减小这种噪声 消音器 43 三 柴油机构造及工作原理详解 润滑发动机各运动部件防止其磨损 延长使用寿命冷却高温部件防止其烧结清洁因高温运转而在发动机内部形成的油污附着物防止轴承和其它金属表面生锈密封运动副表面间间隙 5 润滑系统 油底壳 油泵 油冷器 滤油器 活塞冷却喷嘴等 润滑系统示意图 44 三 柴油机构造及工作原理详解 溢流阀 油泵泵送的机油必须保持适当的油压 油压过低则不能到各润滑部位 油压过高则增加油耗 溢流阀通常设定值3 6kg cm2安全阀 防止机油滤清器堵塞时油路不通 机油滤清器 清除油中的碳沉淀物 金属粉末 污垢 防止被污染的油再次流进润滑部位滤纸被叠成褶状 以扩大油通过的面积定期更换机油滤芯 45 三 柴油机构造及工作原理详解 机油冷却器 活塞冷却喷嘴 机油冷却器 降低油温 防止机油高温裂化活塞冷却喷嘴 喷出机油冷却活塞 防止活塞烧结旁通滤清器 使机油得到充分过滤 降低机油污染程度 46 三 柴油机构造及工作原理详解 1 机油滤芯2 溢流阀 4 6kg cm2 3 接头4 安装座 5 机油冷却器 芯子数 7 6 安全阀 1 6kg cm2 7 机油泵 发动机机油滤芯 机油冷却器特点 47 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机机油泵特点 1 衬套2 驱动轴3 支承板4 壳体5 惰轮轴6 惰轮 齿数 23 7 驱动齿轮 齿数 24 8 内转子 驱动转子 9 外转子 行星转子 48 三 柴油机构造及工作原理详解 燃油在气缸内燃烧产生高温 为防止缸盖 缸套 缸体因高温产生裂纹或活塞烧伤 须进行冷却最佳水温78 93 水温低于65 为过冷运转冷却水必须加防冻液防止冻结 6 冷却系统 散热器 水泵 风扇 恒温器等 49 三 柴油机构造及工作原理详解 1 水泵2 发电机3 自动张紧轮4 风扇5 风扇毂6 风扇支架7 曲轴皮带轮8 附件皮带轮9 皮带 风向 去机体内部 去散热器 50 三 柴油机构造及工作原理详解 散热器安装在发动机前面 上下水室通过许多细小的水管连接在一起 来自发动机的冷却水进入上水室 通过水管流到下水室 利用风扇向散热器送风散热器顶部安装有减压阀 防止内部压力过高或成为负压 并提高冷却水的沸点水泵安装在缸体前面 靠内部叶轮的旋转将水从泵排出 水泵壳体上设有呼吸孔 以保证水封的正常密封和水泵轴承的正常润滑 51 三 柴油机构造及工作原理详解 节温器内部有热敏元件 热胀冷缩的石蜡 可根据温度的不同上下移动当冷却水温度较低时石蜡收缩 将去散热器的水道口关闭 同时打开去水泵侧的开口 水温上升一定程度时石蜡膨胀 将去散热器的水道口开启 同时关闭去水泵侧的开口 52 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机节温器 53 三 柴油机构造及工作原理详解 起动开关接通时 控制电流 蓄电池 发电机B端子 起动开关B端子 起动开关C端子 起动马达S端子 车架 蓄电池 起动强电流 蓄电池 起动马达B端子 车架 蓄电池 充电电路电流 发电机B端子 起动开关B端子 蓄电池 蓄电池 车架 发电机E端子 7 电器系统 蓄电池 发电机 起动马达 起动开关 蓄电池继电器等 充电电路 起动电路 54 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机起动马达 内部连接电路 1 小齿轮2 电磁开关3 起动电机 轭铁 型式 Nihondenso密封式技术规格 24V 4 5KW小齿轮数量 10重量 8 4kg 55 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机发电机 内部连接电路 1 交流发电机2 皮带轮3A 整流调节器3B L端子载荷3C 钥匙开关3D 蓄电池 型式 Nihondenso开式技术规格 24V 35A皮带轮直径 77 5mm8槽V型皮带重量 4 7kg 56 三 柴油机构造及工作原理详解 电流流经预热塞使其顶端烧灼 点燃喷射的燃油带状电加热器使冷空气在进入气缸之前得到预热 100A 22V 起动辅助装置 57 三 柴油机构造及工作原理详解 8 其它外围附属部件 减震装置 动力输出装置 动力舱密封 空调系统等 58 三 柴油机构造及工作原理详解 四 6BTAA5 9 178柴油机实例1 燃油系统 59 三 柴油机构造及工作原理详解 1 空气预滤器 2 空气滤清器 3 进气管 4 涡轮增压器 5 硅胶管 6 中冷器 7 硅胶管 2 进气系统 60 三 柴油机构造及工作原理详解 波纹软管 消音器 隔热石棉板 3 排气系统 61 三 柴油机构造及工作原理详解 发动机进水管 发动机出水管 水散热器 副水箱 4 冷却系统 62 三 柴油机构造