柴油机基础知识培训精装版

柴油机基础知识

1.柴油机的特点内燃机可分为柴油机和汽油机,柴油机是通过柴油燃烧产生热能转换成机械能的一种压缩燃烧反复式的内燃机。柴油机有那些特点呢，我们需要与汽油机来进行比较如下：汽油机就是以汽油为燃料，柴油机就是以柴油为燃料。然而，除了燃料不同，两者还有以下区别：（1.汽油机是点燃式的，燃料在汽缸内靠电火花塞点燃；而柴油机是压燃式的，燃料依靠汽缸内空气压缩产生的热量引燃；2.汽油机的汽缸压缩比较低，通常在10以下，而柴油机的汽缸压缩比较高，一般都在14以上。通常柴油机缸压是汽油机的2-3倍；3.汽油机震动小、转速高、质量、启动容易、快燃性、瞬时加速快，而柴油机功率大，寿命长，热效率高，经济性能好。）2.基本构造

柴油机机体由气缸盖、汽缸体、曲轴箱等三部分组成，由于他们是各机构工作基础，承受发动机的各种负荷，故他们都具有足够的刚度和硬度。柴油机由两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和启动系组成。(1)连杆曲柄机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，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。(保证柴油机循环的连续性，四冲程反复运行)连杆曲轴机构由活塞、活塞环、活塞销、连杆组成。

(2)配气机构定时准确的开启和关闭进气门和排气门，使燃油和空气进入气缸，混合成可燃混合物燃烧以后，使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，（单顶置凸轮轴每缸2气门与双顶置凸轮轴每缸4气门，4气门的空气入缸出缸很快，可以在很短的时间内就提供更大的动力，2气门的配气机构比较简单，自造成本低，维护也容易，对于输出功率要求不太高的普通柴油机来说，2气门足以）一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。(3)燃料供给系统燃油油路：燃油经过柴油机驱动的泵，以较低的压力进入过滤器，清洁的柴油经进入柴油机两侧的低压油管，然后由进油管进入每一个气缸对应的高压柱塞泵，将油压提高后根据负荷的大小将一定量的高压油经过喷射器后进入气缸燃烧做功。柴油机曲轴每旋转两周，凸轮轴旋转一周，活塞上、下运动四次，即往气缸里送一次油。每一次打入气缸的油量（即柱塞泵的柱塞行程）是可以调节的，这种调节就是所谓的开大或者关小“油门。柴油机燃料供给系统的功用是把柴油供入气缸，在燃烧室内与空气形成可燃混合物，最后将燃烧后的废气经消音器后排出到大气中。

(4)润滑系统润滑系统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。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。(5)冷却系统冷却系统的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。（节温器是发动机冷却系统中一个通过热胀冷缩原理,制成的一个开启冷却水大、小循环的闸门,节温器的作用是在水温低时,控制冷却水在小循环内流动,可以使冷却水迅速升温。当水温高时,节温器打开大循环.）

(6)启动系统辅助过程和柴油机本身附件的工作要消耗能量，所以要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，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发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的启动。（一般一台机器的启动装置有两个，其中一个作为紧急备用。马达启动器、弹簧启动器、液压启动器。由电动机的转动带动飞轮的转动）

(7)增压系统（为提高空气进气压力、工作效率而增加的一个系统）一种是废气涡轮增压（废气驱动涡轮机）二种是机械增压（自身曲轴驱动）由于柴油机输出功率的大小取决于进入气缸的燃油和空气数量及热能的有效利用率，最经济的办法是在气缸容积保持不变的条件下，增加进入气缸的空气密度，空气密度和压力成正比，与温度成反比，故增加进气压力，降低进气温度。目前柴油机采用增压器来提高空气压力，采用中冷器降低气体温度。（中冷器是在空气增压以后在进入汽缸前的中间道路上用专门设备对空气进行冷却，此设备就叫中间冷却器）柴油机分类：一.按进气状态分：1.按空气进入汽缸的状态分：（1）分增压柴油机新鲜空气未经预先压缩直接进入汽缸。（2）增压柴油机用专门设备对新鲜空气预先压缩后送入汽缸的柴油机。2.按压气机的驱动方式分：（1）机械增压柴油机由柴油机自身曲轴驱动压气机而增压。（2）废气涡轮机械增压柴油机由柴油机自身排出的废气驱动涡轮机。3.按空气被增压的程度分：（1）低增压柴油机增压空气压力Pk≤166.6kPa的柴油机（2）中增压柴油机增压空气压力166.6kPa＜PK≤245kPa的柴油机（3）高增压柴油机增压空气压力PK＞245kPa的柴油机4.按燃烧室的结构分：（1）直接喷射燃烧室式柴油机（2）分隔燃烧室式柴油机3.四行程柴油机的工作原理

四行程柴油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。（1）进气行程进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧做功作准备。（我们从其中的某个阶段分析）由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。由于缸体内存在残余废气，活塞运动使缸内容积的变化，故缸体内外存在压力差，空气经空气滤清器被吸入进汽缸。实际柴油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，（早开迟关）以便吸入更多的可燃混合气。上止点：活塞在汽缸的最上面，离曲轴中心线最远的距离下止点：活塞在汽缸的最下面，离曲轴中心线最近的距离（2）压缩行程目的是提高缸体内的温度和压力为燃料燃烧创造条件。曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，缸体内空气的压力和温度都随着升高，当活塞到达上止点时，缸体内空气压力达3-6MPa,温度达600-700℃。此时的压力和温度均超过柴油机燃料自燃的条件。(3)作功行程（最需要的行程即我们最终的目的）作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点位置时，在高压油泵的作用下通过喷油器喷入气缸燃烧室中与空气混合成可燃气体，并立即自燃，由于燃料燃烧，气缸内的温度和压力迅速上升到1800-2200℃，爆发压力6-9MPa在高温高压气体的推动下活塞向下止点运动，并通过连杆带动曲轴旋转作功。随着气体压力逐渐降低直到排气门打开。(4)排气行程当作功接近终了时（此时的温度为600—700℃、压力为0.25—0.45MPa），排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力和活塞的下行推力把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，(排气门关闭前，此时排、进气门是同时打开的)排气门关闭，排气行程结束。实际柴油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。4.调速器（1）作用：（从理论上讲，柴油机工作时，油门开度不变，则每循环的供油量应该不变。但实际工作中，由于负载存在变化，从而引起转速的变化，使喷油泵的供油正时和供油量随发动机转速变化而变化，这使柴油机的工作稳定性很差。）转速较高时，由于供油提前和供油量增多，使柴油机的转速过高而产生过大的离心力，柴油机容易产生“飞车”，甚至损坏柴油机；转速较低时，而由于供油推迟和供油量减少，柴油机容易熄火。因此，柴油机的调速器是非常重要的。(2)调速器的组成：速度感受元件（转速传感器）、控制机构、执行机构速度感受元件是分布在自由端的两个转度传感器，控制机构分布在柴油机靠近发电机一侧本体上的两个“黑匣子”，两个互为备用，执行机构分布在自由端转速传感器的上部，其内部有管线和润滑系统的一支管线相连，用作动力。(3)调速器的原理：通过改变气缸内燃烧柴油的数量（加大或者减小“油门”）可以改变柴油机的转速和负荷，当保持转速不变，就可以通过“油门”的加大和减小来改变柴油机的负荷，反之亦然。（我们一般都是保持负荷的恒定，来通过改变“油门”使转速恒定。）

(4)调速过程：通过控制高压柱塞泵的柱塞行程来改变气缸油量的多少，即所谓的关小和开大“油门”。先由速度探测器件感受到速度的变化，然后传递给速度控制机构，与速度设定值进行比较，决定是关小还是开大“油门”，该信号（电信号）传递给执行机构，在执行机构中，经过润滑系统的压力放大后（液压调节）来驱动油门的关闭和开大。5.柴油机的一般故障现象及其原因1、运转时声音异常。清晰金属敲击声原因：喷油时间过早；低沉不清晰声音原因：喷油时间过迟；开始有声响，机器过热后好转原因：活塞与汽缸套间隙过大。２、运转异常。如柴油机不易启动，工作时出现功率不足，转速不稳定等。３、外观异常。如柴油机排烟管冒黑烟、蓝烟、白烟，各系统出现漏油、漏水、漏气等。４、温度异常。机油及冷却水温度过高，排气温度过高，轴承过热等。５、压力异常。机油、冷却水及燃油压力过低，压缩压力下降等。

６、气味异常。柴油机运行时，发出臭味、焦味、烟味等气味。※由于柴油机燃油供给系统是一个独立的大系统，也是做功行程中重最要的系统之一，它为柴油机的正常启动与工作起着至关重要的作用燃油供给系统故障1、燃油油路系统：认真检查油路系统中的接头是否有漏油现象；燃油系统内有空气；软管是否有直角现象；燃油滤是否脏污或堵塞。

2、喷油泵：检查喷油泵油量是否正确，柱塞／出油阀是否严重磨损。喷油泵的作用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序、负荷大小定时定量的向喷油器输送高压柴油，且各缸压力相等。

3、喷油器：检查喷油嘴是否雾化不良、滴油或卡死。喷油器的功用是将燃油雾化并合理分布到燃烧室内，以便与空气混合形成混合气。

4、喷油提前角。喷油提前角不正确，也会导致柴油机启动困难或不能启动。喷油提前角过大将导致柴油机工作粗暴，产生剧烈震动；提前角过小将导致最高压力和温度下降，燃烧不完全一、柴油机启动困难

柴油机正常运转的条件必须是雾化良好的柴油能准确及时的喷入燃烧室内，且需要达到足够的温度和压力。柴油机不能正常启动时，一般应从启动工作、燃油和空气供给及压缩等方面找原因。

在控制线路正常、蓄电池电力充足、燃油箱有油和启动马达完好的情况下，如果柴油机连续三次启动困难或不能启动，则为启动失败，控制系统报警。应该重点检查下列部位：1、供油系统2、气缸压缩压力：气缸压缩压力低，表明活塞环和缸套的磨损严重。3、空气滤：如果空气滤芯脏污、进气管堵塞，会导致柴油机启动困难或根本不能启动。发动机在冬季起动为什么更困难发动机的起动，不仅决定于本身的技术状况，还受外界气温的影响。冬季低温下起动更困难，主要是由如下原因所致：⑴冬季气候寒冷，环境温度低，机油粘度增大，各运动机件的摩擦阻力增加，使起动转速降低,难以起动。⑵蓄电池容量随温度下降而减少，使起动转速进一步降低。由于起动转速降低，压缩空气渗漏增多，气缸壁散热量增大，致使压缩终了时空气的温度和压力大为降低，使柴油发火的延迟期增长，严重时甚至不能燃烧。(3)低温下的柴油粘度增大，使喷射速度降低，加上空气在压缩终温度和压力都比较低，使喷入气缸的柴油雾化质量差，难以与空气迅速形成良好的可燃气体并及时发火燃烧，甚至不能着火，导致起动困难。二、柴油机功率不足

１、供油系统２、其它因素

ａ、气门间隙：气门间隙不正确，将使柴油机进排气时间不对，影响柴油机的燃烧和做功，导致柴油机动力输出不足。

ｂ、活塞环与缸套：两者如果磨损太大，会使气缸压缩压力低，燃油燃烧不充分，降低柴油机的有效输出功率。

ｃ、空气滤：如果空气滤芯脏污，会导致进气量不足，柴油机也会工作无力。

三、排烟烟色不正常柴油机在带负载运行时，正常排气烟色一般为淡灰色，负载略重时，短时间可能为深灰色也是正常（1）、柴油机冒黑烟１、空气滤：如果空气滤芯脏污，会导致进气量不足，柴油机将严重冒黑烟。2、气门间隙：气门间隙不正确，将使柴油机进排气开启和关闭时间不对，导致进气少，燃料未完全燃烧，会导致柴油机冒黑烟。

3、活塞环与缸套：两者如果磨损太大，会使气缸压缩压力低，燃油燃烧不充分，柴油机冒黑烟。4、转速突然逐渐降低，声音发闷，运转吃力，冒黑烟，这表明柴油机超负荷。5、供油系统（2）、柴油机冒白烟

１、喷油提前角：如果喷油提前角不对，燃油喷入汽缸的时间错过了最佳喷油时间，由于汽缸内的压力和温度太低，导致部分汽缸不工作，燃油以雾状排出，所以柴油机冒白烟。２、喷油压力和和喷油器雾化情况：如果喷油压力不足或喷油器雾化不好，可能导致柴油机启动时该缸不工作，燃油以雾状排出，所以柴油机冒白烟。３、燃油中水分情况：如果燃油中所含水分太多，将导致柴油机冒白烟。

4、一般汽缸况下，柴油机冒白烟故障只发生在冷启动后的一段时间内，柴油机全负荷工作后白烟现象就会消失。如果全负荷冒白烟，则一定是呼吸器或增压器出了问题。（3）、柴油机冒蓝烟

1、活塞环卡死或磨损过多，弹性不足使机油进入燃烧室燃烧。

2、机油油量：如果机油加油量太多，会造成曲轴箱废气压力太大，柴油机也可能冒蓝烟活塞环的磨损情况：3、如果活塞环磨损严重，将使机油上窜燃烧室，不仅导致柴油机冒蓝烟，也将导致耗油量增加。一种故障可以表现为一种或多种异常现象，如高压喷油泵磨损后，既可以表现为启动困难，也可表现为输出功率不足，还可表现为低速运转不稳定等现象；一种异常现象也可能是由一种或多种故障原因造成的，如柴油机功率不足，可能是由于柴油机喷油泵故障，也可能是配气机构及进、排气系统，也可能是汽缸压缩压力不足等等。

柴油机故障千变万化，很难有一个固定的故障排除方法。但是，从某种意义上讲，柴油机故障也有一定的规律性，只要我们注意经验的积累和现场用心的观察，任何疑难故障都是可以排除的.总结发动机起动性能良好的条件：⑴要有足够的起动转速。起动转速高，缸内的气体渗漏量少，压缩空气向气缸壁传热的时间短，热量损失少，使压缩终了时的气体温度和压力得以提高。⑵

气缸的密封性要好。这可进一步减少漏气量，保证压缩终了时气体有足够的燃烧温度和压力.⑶

要求发动机相对于运转机件之间的配合间隙适当，且润滑良好。⑷

蓄电池要有足够的起动电容量，且起动电路的技术状况正常。⑸

起动油量符合规定，喷射质量良好，且喷油提前角要符合要求。⑹

使用符合要求的燃料。由于柴油机的工作原理大体相同，当所选的柴油机功率确定以后，其额定频率、有效功率、额定电压、额定功率、额定功率因素、转速等都也已经确定下来且相同。由于绝缘等级、防护等级和稳态电压调整率都符合相关标准且相同。故相关的参数并不能说明一切，我们对柴油机的选择需要考虑如下的主要因素：1.动力性2.经济性3.可靠性4.耐久性5.用途6.使用环境（主要指海拔高度和温度）7.自动化功能以下为上柴、康明斯、济柴三种柴油机各自的特点：上柴发动机特点产品特点：采用新型缩口燃烧室，提高喷油压力，改善燃烧过程，使燃料尽可能的完全燃烧，经济性得到大大的提高，且排气和噪音均达标；滑油和冷却系统优化设计，减少外接管路和零部件数量，可靠性大大增强；采用废气涡轮增压匹配，具有很强的高原工作能力，在海拔5000米高原工作，功率下降低于3%，使用环境更广；采用进口空气滤清器、低温渗陶活塞环等，使柴油机在多粉尘或沙漠工作，不会早期造成磨损.但机组重量相对较重，排量相对较大。目前是国内发电机组使用最多的一种，也是国产柴油发电机组的首要选择。上柴发动机康明斯发动机特点●每缸4气门、水冷、废气涡轮增压、四冲程、进气为水对空气中冷式，电子调速，电喷式燃油系统。1.具有由PT燃油喷油系统组成的先进的EFC电子调速器，柴油发动机的稳态调速率可任意在0（恒速）至5%之间设定，可实现远距离操作控制及容易实