柴油机工作原理及特性机车柴油机系统63课件

柴油机工作原理及特性轨道交通系常玮机车柴油机系统目录柴油机工作原理及特性固定件北京铁路局内燃机副司机2+1培训运动件配气机构进排气系统燃油系统调控装置润滑系统冷却水及预热水系统辅助传动装置柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1第一讲工作原理与型号规则基本名词术语工作循环过程柴油机的分类型号编号规则柴油机工作原理及特性Part1单缸柴油机结构

1-机体；2-曲轴；3-连杆；4-气缸套；5-进气管；6-进气门；7-喷油器；8-排气门；9-排气管；10-气缸盖；11-活塞；12-活塞销；13-挺柱；14-凸轮轴；D-气缸直径；S-活塞行程；r-曲柄半径。柴油机工作原理及特性Part1通过活塞的往复运动，把燃料的化学能转变为机械能，并经曲轴输出功率柴油机工作原理及特性Part11基本名词术语上止点TDC(topdeadcenter)下止点BDC(bottomdeadcenter)活塞行程/冲程S工作循环气缸工作容积Vh燃烧室（压缩室）容积Vc气缸总容积VA压缩比（几何/名义）ε=VA/Vc柴油机工作原理及特性Part1动力组件

柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1

汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧有点火系无点火系无喷油器有喷油器燃料的理化性能决定了汽油机是点燃，柴油机是压燃。柴油机工作原理及特性Part1燃料特性：柴油：粘度大、挥发性差、自燃性好汽油：粘度小、挥发性好、燃点相对于柴油高燃油供给系统：柴油机：传统的为燃油喷射系统，又称为泵→管→嘴系统。柴油机的燃油喷射系统结构较汽油机复杂，高压油泵需要一套驱动机构来驱动，并要带一套调速机构。近代柴油机很多应用了高压共轨电控系统、单体泵电控系统。汽油机：汽油机主要采用化油器式燃料供给系统；近代汽油机借鉴直喷柴油机的优点，更多的采用了电喷系统（分进气道喷射和气缸内喷射两种）。柴油机工作原理及特性Part1空燃比：柴油机：柴油机空燃比只有一种情况：α＞1；柴油机可实现高增压中冷技术，电控化较汽油机易实现。因而具有升功率高、动力强劲、燃烧更完全和经济性好、排放低等显著特点与优点汽油机：汽油机空气燃料比有三种状态：α＞1；或α＝1；或α＜1。汽油机动力和经济性相对较低，废气排放控制技术要求更高、更难。柴油机工作原理及特性Part1汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好，这些都是柴油机的显著优势。由于现在燃油价格一路飙升，汽油机的使用成本越来越高，柴油的价格优势掀起了汽改柴的一代潮流，随着柴油机设计水品和柴油机零部件生产工艺的提高，柴油机原有噪声大、体积庞大、质量沉重振动大，制造和维修费用高等问题都得到了克服。柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1爆炸喷入燃气压缩进气排气3柴油机分类

柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1(3)按曲轴转速及活塞平均速度分

n(r/min)Cm(m/s)

低速≤300＜6

中速300＜n≤10006～9

高速＞10009～13

(4)按冷却方式分

水冷式柴油机：利用水作为冷却介质

风冷式柴油机：利用空气作为冷却介质

2021/3/1824柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part14型号编号规则柴油机工作原理及特性Part116V240ZJB——气缸数16个、两列气缸V形排列、四冲程、气缸直径240mm，Z表示采用废气涡轮增压、增压空气中间冷却，J表示用于铁路机车，B表示变型符号。10L207E——10缸、直列式排列、缸径207mm，E表示二冲程。G6300DZC——G系列、6缸、四冲程、缸径300mm、DZ表示曲轴可逆转、C表示船用右机。柴油机工作原理及特性Part14型号编号规则气缸编号的规定:气缸的编号均从Ⅰ列自由端开始，向输出端依次编号。整台柴油机的气缸号码应连续。V形柴油机右边(第I列)自由端的气缸编为第1缸,以后顺次编为2,3...n；左边(第Ⅱ列)自由端开始编为n+1,n+2,…,2n。曲轴转向的规定:相对于功率输出端（也称后端）的另一端为柴油机自由端（也称前端或控制端）。面对输出端朝自由端看,凡曲轴顺时针旋转的称为“右旋（正转）”，逆时针旋转的称为“左旋（反转）。柴油机工作原理及特性Part14型号编号规则（GB726-65）第二讲实际循环与配气相位实际循环过程配气相位图气门重叠角供油提前角柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1配

气

相

位

图柴油机工作原理及特性Part1配

气

相

位

图柴油机工作原理及特性Part1配气相位图柴油机工作原理及特性Part1气门重叠角与供油提前角气门重叠角——由于进气门的早开和排气门的晚关，活塞在进气上止点附近时，进、排气门同时处于开启状态,称为气门重叠。同时开启时段所对应的曲轴转角称为气门重叠角。供油提前角——理论上向气缸提前供应燃油的相位。柴油机工作原理及特性Part1第三讲性能指标与技术参数动力性指标经济性指标排放性能指标可靠性耐久性指标技术参数柴油机工作原理及特性Part11动力性指标有效扭矩Me——燃料在气缸内燃烧放热、膨胀作功所产生的力，除了克服柴油机本身各部件的摩擦阻力和驱动各种辅助装置(水泵、油泵、风扇等)之外，最后通过曲轴输出、供给外界使用的扭矩。单位为N·m(或kN·m),其数值可通过柴油机实机运转由专门的测功器测取。柴油机工作原理及特性Part11动力性指标有效功率Ne——柴油机在单位时间内对外作功的量，是柴油机最主要的动力性能指标之一。其数值可通过有效扭矩Me和相应转速n计算得出：Ne=Me·n/9550（kW）最大有效功率——标定功率（15分钟功率、1小时功率、12小时功率、持续功率）最大运用功率——装车功率柴油机工作原理及特性Part11动力性指标标定功率——在指定的标准大气状况（按国际标准，气压100kPa、气温300K)下,在正常修理周期内，柴油机允许连续运转一段时间或允许长期连续运转的最大有效功率装车功率——在特定的使用条件(环境温度、大气压力、工况等)下，在正常修理周期内,柴油机在运用中所能达到的最大有效功率柴油机工作原理及特性Part11动力性指标转速n——柴油机可在较为宽广的转速范围内运转工作标定转速(即，标定功率下的转速或最大输出扭矩时的转速)最高允许转速（或称极限转速，通常为标定转速的110％左右）最低空载稳定转速（最低怠速）最低工作转速(正常怠速)柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part12经济性指标有效热效率

ηe——柴油机一个工作循环所发出的有效功We与得到此有效功所消耗燃料中的热量Q之比。燃油消耗率ge——柴油机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油量G。ge=G/Ne×103[g/(kW·h)]柴油机工作原理及特性Part12其他性能指标排放性能指标——有害气体排放物—CO、HC、Nox有害固体排放物—微粒可靠性、耐久性指标——可靠性是指柴油机在规定的运转条件下,具有持续工作不致因故障而影响柴油机正常运转的能力。耐久性是指柴油机大修前累计运行的时间或里程。柴油机工作原理及特性Part1柴油机的性能指标动力性——功率储备经济性——燃油消耗可靠性——故障率耐久性——工作寿命（偶然故障期）柴油机工作原理及特性Part1相关技术参数指示功率与机械效率——燃料在气缸内燃烧放热、膨胀作功所产生的力在单位时间内对活塞所作的指示功，称为指示功率Ni有效功率Ne与指示功率Ni之比定义为机械效率ηm平均有效压力pe与爆发压力Pz——过量空气系数Φa与充量系数——柴油机工作原理及特性Part1技术参数基本结构参数——形式、气缸直径、活塞行程、缸数及排列、单缸排量、几何压缩比工作状态参数——转速、功率、扭矩、压力、燃油、冷却水、机油、空气与燃气、曲轴旋向、配气相位及供油提前角、启动方式柴油机工作原理及特性Part1缸径D×活塞行程S：240×275mm单缸工作容积Vh：12.44l活塞总排量VH：199.04l几何压缩比ε：12.5标定转速：1000r/min最低空载稳定转速：430r/min极限转速(超速停车转速)1120～1150r/min标定功率：2650kW装车功率：2430kW16V240ZJB型柴油机2021/3/1848柴油机工作原理及特性Part1平均有效压力：1609kPa机械效率：88.5%最高燃烧压力：12.55MPa空载压缩压力：2.65～2.84MPa排气温度：气缸出口处≤793℃；涡轮入口前≤650℃曲轴转向：顺时针发火顺序：间隔发火13758624配气相位：42°20’喷油泵几何供油提前角：21°燃油消耗率：217.6g/(kW·h)机油消耗率：≤3.07g/(kW·h)16V240ZJB型柴油机2021/3/1849柴油机工作原理及特性Part1第四讲运转工况与固有特性点工况线工况面工况负荷特性速度特性万有特性柴油机工作原理及特性Part11运转工况工况——有效功率Ne（或有效扭矩Me）和转速n来说明柴油机负荷的大小。点工况——柴油机的功率和转速都不随时间变化。线工况——柴油机的功率和转速按一定的函数关系变化。面工况——柴油机的转速和功率都独立地在很大范围内变化。柴油机工作原理及特性Part1柴油机特性曲线负荷特性速度特性万有特性2021/3/1852柴油机的特性柴油机工作原理及特性Part1柴油机在不同的工况下，各主要指标是变化的。要找出它们的变化规律，必须在发动机测功器上进行试验，测出在不同工况下的数据，并绘制成曲线表示其变化关系。2021/3/1853柴油机的特性曲线柴油机工作原理及特性Part1负荷特性当柴油机的转速不变时，其性能指标及主要参数随负荷（柴油机的有效功率Ne或从动机械的阻力矩）而变化的关系。柴油机工作原理及特性Part1柴油机工作原理及特性Part1速度特性当柴油机保持每循环供油量不变(喷油泵齿杆位置一定)时，改变负载扭矩，主要性能指标随转速变化而变化的关系。空转油耗特性—当柴油机空转时，每小时燃油消耗量与转速之间的关系。柴油机工作原理及特性Part12021/3/1857柴油机工作原理及特性Part1对于工况变化范围大的柴油机，要分析各种工况下的性能，就需要在一张图上全面表示出柴油机多种性能参数的特性曲线，即万有特性曲线。万有特性油耗率曲线——评价柴油机在各种转速和负荷下的经济性能。2021/3/1858万有特性柴油机工作原理及特性Part12021/3/1859柴油机工作原理及特性Pa