内燃机车柴油机讲义

1、,： 第一节课 08:10-08:55 第二节课 09:05-09:50 课间操： 9:50-10:20 第三节课 10:20-11:05 第四节课 11:15-12:00 中午： 午餐 11:50 午休 12:00-13:30,下午： 预备 13:20 第五节课 13:30-14:10 第六节课 14:25-15:10 第七节课 15:20-16:05 第八节课 16:15-17:00,第一讲 内燃机车柴油机的基本原理 一、发动机的概述 （一）欧洲工业革命 1、动力革命 工业化步伐日益发展，生产力的快速提 高，现有的机械动力越来越不适应社会 的需求，人们在不断地寻求新的更大的 更好的动力来为

2、各行各业服务。那么一 场动力革命的浪潮就自然而然地在欧洲 掀起了。 理由：原有的蒸汽机作为动力太差人意 笨重、复杂、功力小、体积大、效率低、 内燃机：重量轻、体积小、功率大、效 率高、操作简便等优点，受到人们的器 重，内燃机的快速发展也就在情理之中。,2、内燃机诞生 (1)设想过程、理论上的准备、（图纸设 计、数据计算、工装设备设计等） 技术上准备（技术人员培养、各种人才的 培养、机械设备的安装 、各种设备使用与 调试）不断探索、反复试验、批量生产。 (2) 1878年英国工程师噢托制造以煤气为 燃料，电火花点燃的四冲程内燃机，人们 把他的发明称为发动机的里程碑。 (3)1898年德国工程师鲁

3、道夫狄塞尔创造 了世界上第一台往复活塞压燃式内燃机。 (4)与蒸汽机作为动力相比较有明显优越 性。内燃机的广泛应用：工农业生产的 动力、陆海空交通运输、军事工业等，都 广泛使用内燃机作为动力的。 （1）,柴 油 机 讲 义,柴 油 机 讲 义,(5)发动机的定义：将某一种能量转变为 机械能而驱动别的机械作功的机器，称 为发动机或动力装置（动力机械）。热 力、风力、水力、太阳能及原子能等动 力装置。 外然机、内燃机的定义 外然机：指把燃料（煤、油、天然气） 在锅炉内燃烧后，再将蒸汽送到汽缸内 膨胀作功的机器叫外燃机。 内燃机：指将燃料（柴油、汽油、煤气、 天然气等）直接送到气缸内膨胀作功的 机器

4、叫内燃机。,3、柴油机的广泛用途 柴油机诞生后由于它的优越性凸显，被 广泛地应用在各个领域中。 （1）蓬勃发展的交通业：水（内河运 输、海上运输业飞速发展）陆交通。 （2）大力促进工、农业的生产发展。 （3）矿山、筑路、城市建设等。 （4）军事工业大发展。 舰艇、潜艇、坦克、各种装甲车辆等。 （二）机车柴油机的发展 1、20世纪初柴油机首先在船上应用。 2、1912年瑞士苏尔寿公司制造736kw （2）,柴 油 机 讲 义,机车柴油机在普鲁士铁路上投入运营。 3、一战后1913年美、苏制造一些内燃机 车，但为了备战很快就停产。 4、二战后，美国和西方经济逐渐复苏， 铁路运输业为了适应经济发展，

5、内燃机车 的制造也达到了迅速发展。 5、50年代单机功率7001500 kw 。 6、60年代单机功率3000kw以上。 7、现在单机功率5000kw以上。 （三）中国柴油机发展 1、1940年旧中国才向国外购买图纸生产 部门220kw（到300马力）柴油机， 年产量不到8000千瓦。 2、新中国成立后，1958年开始研制，59 年开始生产方式736kw（约定1000马力）,的内燃机车。70年代后可以制造业2200 3000kw的干线机车。现在也可以制造 5000马力以上的内燃机车，完全可以和 国外机车相媲美。 二、柴油机的主要特点 1、工作热效率高，具有显著的节能效果 （）柴油机的工作热效率

6、一般在36 41，最佳可达50。 （）汽油机的工作热效率一般在30% （）燃汽轮机的工作热效率一般在30 35。 （ ）蒸汽机的工作热效率一般在16； 而蒸汽机车的总效率更低69；内燃 机车则达到2735是其4倍多。 （3）,、功率和转速范围宽广，能适应各种 不同用途。 （）输出功率能从0,59kw40440kw 之间。 （）标定转速在8501600n/h内 （）同时品种繁多，用途广泛。 、结构紧凑和轻巧，适应水、陆交 通工具的动力装置 （）体积有小到大部分。0.15到二、 三层楼那么高。 机车用的一般在23m，宽在m左右。 （）单位气缸容积所作的功率在本 世纪内1321km。,、启动迅速，操

7、纵简便 （）能在较短的时间内完成启动任 务，并且能够达到全负荷运转。 （）操作简便，安全可靠。 （）设有多功能的安全保护装置。 （） 可以自动化操作。 、燃料、机油和冷却水的消耗量少 （）内燃机车一般只装备kl左 右的燃油箱 。 （）冬、夏使用的燃油型号不一样。 （）机油一般是在一定的走行公里 后才补加，但日常上下班是要检查油 位，防止滑油漏泄而伤害运动件。 （4）,柴 油 机 讲 义,、对燃料要求苛刻，同时排放废气和产 生的噪音对环境有一定的污染。 三、柴油机的基础知识 机车柴油机是一种往复式活塞，压燃式内 燃机。通过活塞在活塞在气缸内作上下往 复运动，由连杆、曲轴机构将活塞的往运 动转变成

8、旋转运动，作为功率输出。 其功率大小通常是用千瓦或马力来表示： 千瓦：所谓千瓦是单位时间内作功的叫 功率。 马力：而马力则是指在1秒钟内作75kg 米的功。 1kw1.3马力 （5）,（）水需处理后才用，损耗也不大，一 般跑完一、二个往返才补充水，但是日常 上下班是要检查水位，防止水损耗过大而 导致运动件过热。 、使用可靠，工作寿命长 （） 一般是按机车走完多少万公里来衡 量（轮、架、大修来定）。 （）柴油机一般使用寿命在15000 30000h之间 。或者80160万公里。 （）机车采用新工艺后，运营里程越来 越长，使用寿命也在增加。因此，机车的 使用也就效率越来越高。 、结构复杂、零部件加

9、工、装配、运用、 及维修技术要求高。,柴 油 机 讲 义,柴 油 机 讲 义,（一）柴油机的术语 气缸 是柴油机燃油燃烧作功功场所 缸径 也是活塞的公称直径 上下止点（死点） 活塞在气缸内运动上下 极端的位置。 活塞行程 （S） 上下止点间的距离。也叫 活塞冲程。 气缸容积 （Vmin）活塞顶到达上止点时与 气缸壁、气缸头三者所构成的有效空间， 气缸最小容积或压缩容积。 工质 气缸内的工作介质。参与燃烧、吸热 并推动活塞膨胀作功的气体。 压缩比 气缸的总几与压缩容积之比。,工作循环 完成一次能量转换过程叫做工作 循环。 二冲程柴油机 活塞二次冲程及曲轴旋转一 周就完成一次工作循环（能量转换），

10、我 们就称之为二冲程柴油机。 四冲程柴油机 活塞往复四次冲程及曲轴旋 转二周，完成一个工作循环，就叫做四冲 程柴油机. （二）柴油机的工作原理 1、进气冲程 A、活塞由上止点向下止运行。 B、理论上进、排气阀的开启与关闭。 C、内低外高气压关系。 （6）,D、活塞与曲柄运行和旋转关系。 E、进、排气阀提前开启与迟后关闭意义。 2、压缩冲程 A、进、派气阀关闭。 B、活塞由下止点向上止点运行开始压缩 新鲜空气。 C、到达上止点时压缩容积最小2500 3500KPa。 D、同时温度将上升达7801000度左右。 E、理论活塞到达上止点时喷射燃油，即 刻燃烧。（气缸头表面每压力平方厘米的 高温、高压

11、达16t）,3、燃烧、膨胀作功冲程 A、在上止点附近提前供油点火燃烧 B、供油提前角的设计意义，太早与太迟的问题。 C、最高压力每平方厘米1620t。 D、燃烧高温达二千多度。 E、高温、高压的燃气推动活塞下行作功，达下止点。 4、排气冲程 A、当活塞下行到下止点前，排气阀打开 B、迅速排出的残余高温、高压气体，继续作功，带动增压气涡轮工作。 （7）,柴 油 机 讲 义,C、当活塞越过上止点后，上行将气缸内残 气排出。 D、当活塞上行到上止点前某点时进气阀开 启，为下一个工作循环做准备。 E、在这个时刻进、排气阀同时开启，进气 压力大于废气，将残余废气迅速吹走。 （通 常叫作扫气） （三）曲轴

12、转角与配气相位图 通常是将曲轴的转角按360在坐标系中 来划分每个活塞冲程的行程与曲轴转角的 相互关系。 曲轴转角 连杆传动使活塞的往复运动与 曲轴的转动是相对应的。因此，通常把四 冲程柴油机曲柄旋转轨迹（0720转角）,描述活塞在气缸运动的轨迹。 配气相位图 坐标图解形式描述活塞在气 缸中上、下止点间的运动位置 ，并在坐标 系中以曲轴转角，按进、排气门启闭位置 绘制的图叫配气相位图。 四冲程柴油机理论上讲： 第一冲程：活塞从上止点行到下止点 就是曲轴0180 （这叫进气冲程） 第二冲程：活塞从下止点行到上止点 就是曲轴180360（这叫压缩冲程） 第三冲程：活塞从上止点行到下止点 就是曲轴3

13、60540（这叫作功冲程） 第四冲程：活塞从下止点行到上止点 就是曲轴540720（这叫排气冲程） （8）,柴 油 机 讲 义,柴 油 机 讲 义,排出废气，尔后越过下止点向上止点运 行，再越过上止点42时关闭。（活塞运行 290）此时当活塞快上止点前42时，进气 门又提前打开了，为下一个工作循环作准 备。这里又有一个进气门开到派气门关闭 的84的重叠角，1.92.0公斤压力新鲜空 气迅速吹往废气集流管，使气缸内充入新 的空气。 凸轮轴的工作过程 四冲程柴油机完成一个工作循环需要曲轴 的两个周期而凸轮轴配合工作则只需要转 一周就可以完成进气、压缩（含供油）、 作功、排气的所有工作过程。 （9）

14、,实际上（以16V240为例） 进气时：活塞在离开上止点前半场42左右打开。 而到下止点迟后备干部42时关闭，曲轴转264。 压缩时：活塞在进气门关后开始到上止点 也就是曲轴转角的136。由于燃油从喷入 到高温点燃需要时间即曲轴的转角，故必 须在上止点前边21时喷油。 作功时：最高压力和最高温度是在活塞离 开上止点某角10左右是最佳点，这就是作 功开始，活塞下行到下止点前段时间42时 排气门打开，剩余的高温、高压迅速涌向 集流管继续作功。（活在行程135） 排气时：活塞在下止点前段时间42就打开,二冲程柴油机理论上讲： 第一冲程：活塞从下止点往上止点运行 时，越过下止点某个曲轴转角时进、排 气

15、阀关闭，随着活塞的上行，活塞顶边 缘封闭进排气门，开始压缩空气，在上 止点前某个角度喷射燃油点火燃烧，然 后到达上止点。就是曲轴0180 （这 叫进气、压缩冲程） 第二冲程：活塞从上止点向下止点运行 高温、高压的燃气推动活塞下行作功。 当活塞接近进气口时，排气门打开，燃 气迅速排出。当活塞下行打开进气门时， 由储气室的压力空气迅速通过汽缸吹走,汽缸内的残存燃气，使汽缸里充满新鲜 压力空气，为下个工作循环准备。这就 是曲轴180360（也叫压缩、排气冲 程） 这就是二冲程柴油机，在一个工作循环 内，就完成四冲程柴油机进气、压缩、 膨胀作功、排气的二个循环过程，相当 曲轴转动两周的转角720。 而

16、二冲程柴油机第一冲程就完成了进气、 压缩过程；第二冲程完成膨胀作功、排 气的过程。也就是曲轴转角的360转角。 （10）,柴 油 机 讲 义,柴 油 机 讲 义,东风型号10LE207J柴油机工作过程 这种柴油机有上下两根曲轴，是用垂直传 动轴将上曲轴的功率传递给下曲轴输出的。 为了有效的工作，下曲轴领先上曲轴12。 它分内、外止点。进、排气口设在缸壁的 上下部分。活塞相对运动时分别启闭气 口，现在了解一下柴油机工作过程： 1、膨胀-换气冲程 活塞离开内止点后喷入汽缸中的燃油在高 温高压下燃烧膨胀推动上下活塞向向运动 ，通过曲轴旋转作功。由于下曲轴领先12 度，故率先开启排气口，当上活塞开启进

17、 气口时，1.3公斤左右的新鲜空气冲入汽缸,内将残余气体从排气排出，强制驱赶废气 的现象也叫扫气。 2、换气-压缩冲程 扫气结束后活塞越过外止点向内止点运动 ，下活塞首先关闭排气口，进气口仍然进 气，通常称之为后充现象，但瞬间随上活 塞转动就关闭进气口，上下活塞都越过外 止点后向内止点运动，开始压缩空气直到 接近内止点时，燃油开始喷射，为下一个 循环作准备。 参看（9页）10E207J型柴油机配气相位图 （11）,柴 油 机 讲 义,（四）柴油机的组成 机车上使用的柴油机基本组成 1、运动件 2、固定件 3、配气机构 4、进、排气系统 5、燃油系统 6、功调系统 7、机油系统 8、冷却水系统

18、9、辅助系统 10、防护系统 11、柴油机编号,国标GB725-82规定： 柴油机的型号由阿拉伯数字和 汉语拼 音 字母组成。柴油机型号分首、中、 后及尾四个部分组成。 首部：系列符号、换代标志符号。 中部：缸数符号、气缸排列形式、冲程符号、缸径符号。 后部：结构特征符号：无号水冷式、F风冷式、N凝 气冷却、S十字头式、Dz可逆转（直接换向）、Z增压。 用途特征符号： 无号通用型、T拖、M摩托车 用、G工程机械用、Q车用、J铁路机车用、D发电机 组用、C船用主机右机基本型、C1船用主机左机基本型。 尾部：区分符号。 几种柴油机型号：16V240ZJB、 10E207J、G6300DzC、7FD

19、L-16、 （12）,柴 油 机 讲 义,（五）柴油机编号 国标GB725-82规定：柴油机气缸编号规定 由输出端看自由端， 右“” 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、输出 自由 左“” 9、10、11、12、13、14、15、16、 柴油机转向输出端曲轴顺时针转为“右转”。 反之则为“左转”。（ND5 7FDL-16柴油机） 柴油机发火顺序： 16V240ZJB、1-6-7-4-8-3-2-5 9-14-15-12-16-11-10-13。 曲轴长：3775 重：1600 ND57FDL-16、 1-3-7-4-8-6-3-5 曲轴长： 14呎5吩 4394 重：4000磅 14

20、18 10E207J、1-6-10-2-4-9-5-3-7-8 上曲轴：长 3749 重1040 下曲轴：长3862 重1084 ,（六）柴油机技术经济指标 对于不同型号的柴油机工作情况，所反映 的问题也有所不同的，通常是从四个方面 来考虑。 1、动力性 柴油机发出功率与功率储备量。 2、经济性 运转工况单位功率单位时间内 所消耗的燃油量。 3、可靠性 满负荷情况下及工作寿命内出 现故障的次数与性质的大小。 4、耐久性 以两次厂修之间工作寿命衡量。 前两项反映柴油机工作过程完善程度。 后两项则是机器部件的材质、结构、工艺、 装配技术与保养等因素。 （13）,柴 油 机 讲 义,柴油机的经济指标

21、： 所谓柴油机的经济指标，一般都是指其燃 油消耗量与部件的磨损量（报废时间）。 技术经济指标一般指的是两类指标: (1)指示指标 以工质对活塞作工为基础， 通常不讲各类的摩擦与机械损耗。 (2)有效指标 动力由活塞传到曲轴并以曲 轴的实际功率输出实效性计算方法。,第二讲 柴油机的受力分析 柴油机运动件在高温、高压气体的作用下 工作条件十分恶劣，受到不同方向的作用 力冲击是一个复杂的过程。大体上分析为 1、气体力（含高温、高压的燃气）、 2、运动中的部件惯性力、 3、运动件的重力 4、动力机械的反作用扭矩 5、摩擦面的摩擦力和支承反力、 6、安装的预紧力、 7、热应力 8、共振产生的复杂应力等。

22、 （14）,柴 油 机 讲 义,一、气体力 气体力是指气缸内工质（气体压力）的作 用力。这种气体压力随着曲轴的转动在气 缸内作往复运动。 二、运动惯性力 曲轴连杆机构在机体内运动，由于自身的 质量产生往复运动的惯性力和曲轴旋转的 离心力。（这种惯性力的存在要消耗一定 的有效能量） 三、气体力与往复运动惯性力的合力 气缸内的爆发压力气体力与往复运动惯性 力随时随地都是沿着气缸中心线方向上下 运动，两者都作用在活塞组上形成合力。,四、运动惯性力对柴油机的影响 1、合力对活塞组的影响：强大爆发气体 压力对活塞产生冲击，同时合力对活塞顶 部产生形变、活塞销发生弯曲、气缸两侧 的压力迫使活塞变形、活塞销

23、的衬套也受 到不同程度上抵压变形等。 2、合力对曲柄连杆组的影响：活塞的冲击 力与曲轴的反作用力，首先是曲轴的弯曲、 扭曲变形，主轴瓦连杆瓦受到冲击挤压变 形、运动中的连杆连接螺栓拉伸变形。 3、合力对曲轴组的影响： 连杆在活塞的推动下推动曲柄销作圆周运 动，即输出扭矩。这时候，主轴 （15）,径载荷加大，即受到连杆的推力与离心 运动惯性力。而法向力迫使曲柄销弯曲变 形振动。 四、合力对气缸套的影响 气体压力作用在缸壁四周，汽缸套胀大并 产生较大的内应力。高温高压气体破坏密 封缸盖螺栓与活塞的气环都受到较大的挤 压应力或附加弯曲应力，同时还受到化学 腐蚀和水蚀等。 五、合力对机体的影响 如燃气

24、压力通过缸盖螺栓作用到机体上； 侧压力使机体受到一种倾覆力的作用。 主轴瓦下瓦受力更加严峻。,六、离心运动惯性力对柴油机的影响 离心运动惯性力作用在曲柄销上加大主轴 颈的载荷，同时对机体产生垂向及横向的 振动。 七、复杂的共振对柴油机的影响 柴油机在工作中来自诸方面的振动最容易 产生共振，共振对机体影响很大，尤其是 对曲轴、凸轮轴等轴系影响极大。 （16）,柴 油 机 讲 义,柴 油 机 讲 义,第二讲 固定件 柴油机的固定件是由机体、主轴承、气缸 组、汽缸盖、机座（也称油底壳）、曲轴 箱防爆装置等。 一、机体 柴油机机体是由汽缸体和曲轴箱两部分构 成的一个整体是刚性构架，安装柴油机的 大部分

25、零部件，以各运动件之间的相互位 置正确。 其外，还设有气、油、水道，满足柴油机 进、排气；润滑与冷却。 柴油机还要承受着各种力的力与力矩以及 各种部件的紧固预紧力等负荷 。因此，柴,油机除具有足够的强度和刚度外，在加工 工艺方面要求很高，以提高其工作可靠性。 （一）机体结构 1、隧道式机体：东风16240Z、12240Z、 12280Z、16240Z等。机体是铸焊结合。 凡曲轴系由主轴承盖、主轴承螺栓吊挂在 机体主轴承座上的就称为悬挂曲轴机体， 也称为隧道式机体。 2、龙门（拱门）式机体：ND5柴油机机体 特殊的铸铁制成“V”型整体铸件。 3、10E207是箱体焊接的机体。 4、汽缸体与曲轴箱

26、 汽缸体与曲轴箱分两个独立体，（17）,柴 油 机 讲 义,由螺栓紧固在一体。 （二）16V240ZJB型柴油机机体 16V240ZJB型柴油机机体由铸钢主轴承座 与低合金钢板焊接而成。 长：3594 宽：1380 高：1288 1、机体顶板 2、主轴承座 3、气缸箱体 4、机体夹角的利用 5、凸轮轴、挺柱、曲轴箱检查孔 6、机体前后端及底座,二、主轴承 是用来支承曲轴，并使曲轴得到径向和轴 向定位。 按作用分：径向支承轴承和轴向止推轴承。 按结构分：滑动轴承与滚动轴承。 （一）滑动轴承润滑 1、相对运动件的滑动摩擦： 干、半干和液体摩擦 2、油膜建立对运动部件相对运动的意义 （1）油楔的作用 （2）油膜建立三个条件 （3）油膜建立的意义 （4）影响油膜的因素 （18）,柴 油 机 讲 义,（二）主