柴油机复习重点总结

柴油机复习重点

1.什么是柴油机 P1 将一种能量转变为机械能的机器称为发动机，按照转变能量的不同，发动机可以分为热力发动机、电力发动机、水力发动机、风力发动机和原子能发动机。燃料在发动机内部燃烧的热力发动机叫做内燃机。

柴油机即是一种以柴油为燃料，并在发动机内部燃烧的活塞式热力发动机。

2.压缩比 P3 气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比，用符号ε表示，即

c

h c h c c a V V V V V V V +=+==1ε 压缩比表示了活塞从下止点移动到上止点时，气体在气缸内被压缩的程度。压缩比越大，表示气体在气缸内受压缩的程度越高，压缩终点气体的压力和温度就越高。柴油机压缩比一般为11~16.

3.多缸柴油机曲柄排列与发火顺序 P9 假设四冲程多缸柴油机有i 个气缸，则各做功冲程的间隔角度应为 i

?=720ξ（发火间隔角） ①四冲程偶数缸（两缸除外）柴油机发火顺序，不仅与曲柄排列有关，而且与配气相位有关，曲柄图出现重叠现象；②四冲程奇数缸无曲柄重叠现象，曲柄排列确定后，发火顺序仅一种。

5.活塞材料 P20 制造活塞的材料主要有三类：铝合金、铸铁（球墨铸铁）和耐热钢

要求：（1）有足够的刚度和强度（2）有足够的耐热性导热性（3）重量要轻（4）有良好的减磨性

6.活塞顶部 P22 活塞顶面的形状与选用的燃烧室形式有关。柴油机活塞的顶面一般有各种各样的凹坑，凹坑的形状是根据柴油机燃烧室的特点、混合气的形成方式、喷油器和气门的位置等要求而设计的。

通常活塞顶部设计成随半径的加大而增厚，使顶面吸入热量中的大部分能够较容易的传到各活塞环，并由它们传导给气缸壁，由流过气缸外壁的冷却介质带走。一些强化程度高、热负荷高的柴油机活塞，在顶部有冷却油道或冷却油腔，使通过连杆杆身油道来的压力机油强制进入活塞内部循环，从而带走一部分进入活塞内的热量。这种活塞叫做油冷活塞。机车柴油机是热负荷较高的柴油机，其活塞一般都采用机油冷却。

7.柴油机的型号编制规则 P18 2,5 ?

=120?1,6 3,4 ω

四冲程6缸柴油机曲柄图

发火次序：

①1—5—3—6—2—4—1√

②1—2—3—6—5—4—1 ③1—5—4—6—2—3—1 ④1—2—4—6—5—3—1 发火间隔角：?ξ

=?=120 可见曲柄数：2

3i q ==

例如：

6135——6缸，直列，四冲程，缸径135mm，水冷，通用型柴油机。

16V240ZJB——16缸，V型，四冲程，缸径240mm，水冷增压，机车用柴油机，变形结构B 型

12V135ZG——12缸，V型，四冲程，缸径135mm，水冷增压，工程机械用柴油机。

8.连杆构造P31 连杆主要由连杆小头、连杆杆身和连杆大头三部分组成。

9.机体的材料P49

①铸铁：铸铁机体一般是整体铸造成型。

优点：成本低，工艺性好，减振性好，对应力集中不敏感；

缺点：重量较大，使用中若出现裂纹则补焊较为困难。

②钢：整体铸造成型、钢板焊接成型或一部分铸造另一部分为焊接的铸焊组合式结构

优点：强度高，材料的弹性模量大，重量可以相对轻一些；

缺点：铸造性能较差，造价高，全焊接机体刚度不足，焊接工艺复杂，焊接应力很难彻底消除

③铝合金：铝合金机体多为整体铸造成型

优点：重量轻，导热性好

缺点：刚度强度较差（无法与钢或铸铁机体相比）

（铝合金机体只用于要求重量非常轻的小型风冷柴油机上，机车柴油机机体全采用铸铁或钢制造的）

10.机体的结构形式P49 机体：气缸体，上下曲轴箱，机座（或油底壳）和主轴承盖。按主轴承（盖）的安装形式分：①正置曲轴机体

特点：机体的强度、刚度很高，所有作用力都传到机座上，稳定性好，主轴承座加工方便，但机座重量大，多用于中低速船用柴油机或固定式柴油机上。

②悬挂曲轴机体

特点：重量轻，但它对主轴承盖的强度、刚度和加工精度等方面要求较高

龙门式机体，半隧道式机体

③隧道式机体

上下曲轴箱不剖分开，主轴承盖和主轴承座做成一个整体。

特点：刚度最大，结构紧凑。但重量大，拆装曲轴不方便，需将机体竖起来从前端插入或抽出曲轴，而且只适用于安装盘形曲轴，主轴承多采用滚动轴承。

11.气缸盖的常见故障 P60 是热疲劳裂纹。使用中应尽量避免柴油机长时间超负荷运转，尽量避免反复地启动停车，注意冷却水温度的变化，这些都有利于减少热疲劳裂纹的发生。

12.气门布置 P61 气门的布置取决于燃烧室的形状，现有顶置式气门和侧置式气门两类

顶置式气门配气机构的进、排气门都装在气缸盖上

侧置式气门配气机构的进、排气门都装在机体上气缸体的一侧

13.摇臂与气门摇臂 P68 摇臂是推杆与气门之间的传动零件，与推杆配合工作。它的作用是将推杆传来的推力改变方向后传给气门杆端头，使气门开启。它实际上是一个中间支点的杠杆，工作中受到交变的弯矩作用，因此希望它有足够的刚度和疲劳强度；又因为它是一个高速摆动的零件，希望它重量轻，惯性力可减小。摇臂多采用低碳钢模锻制造，也可以用球墨铸铁与铸钢制造。

气门横臂是四气门机构中为使一根摇臂能驱动两个同名气门同时开启和关闭而附设的机构，是装在摇臂与气门之间的“T”字形摇臂。

14.凸轮布置 P70

①进、排气凸轮的数量取决于所驱动的气门个数，如一个凸轮驱动两个气门，则其数量为气门个数的1/2

②各缸同名凸轮间夹角取决于柴油机的工作次序

③同缸凸轮夹角取决于配气相位

15.柴油机增压P77 理论分析和实验测量表明，在保持柴油机重量和外形尺寸基本不变的前提下，通过增加进气空气的供给量来增加柴油机的循环供油量，是大幅提高功率的最有效的途径。

在一定的气缸容积条件下要提高进气空气的供给量，就必须提高进气空气的密度。柴油机中提高进气空气密度的方法就是采用增压技术。

16.柴油标号 P96 凝点是评价柴油低温流动性的指标，柴油失去流动性而开始凝固的温度称为凝点。凝点低，说明柴油的低温流动性好；使用凝点低的柴油，柴油机可在较低的气温下正常工作。我国以凝点作为标号，例如0号柴油的凝点约为0℃，-20号柴油的凝点约为-20℃。

17.燃烧室 P102 直接喷射式燃烧室：开式燃烧室和半开式燃烧室。这种燃烧室设在活塞顶上，采用多孔喷油器将燃油直接喷入燃烧室中，它是相对于分隔式燃烧室中燃油不直接喷入主燃烧室而言的 开式燃烧室：

特点：①形状简单，结构紧凑，散热面积小，启动容易，经济性好。

②一般不组织进气涡流，混合气的形成主要是靠喷油器将燃油喷成雾状，因此对喷油系统如喷油器、喷油泵要求较高，喷油压力要求较高。

③着火前混合气形成数量多，一旦着火，燃烧比较粗暴，柴油机机械负荷大

④对燃油质量要求高，对转速变化比较敏感。燃油品质直接影响雾化质量；一般喷油系统的喷射压力与柴油机转速有关，转速变化时，喷射压力变化，喷出油雾的质量也发生较大的变化。

18.燃烧过程分析 P107

1.着火落后期

从喷油器开始喷油到气缸内开始着火燃烧这一阶段称为着火落后期。这期间气缸内的空气温度约为500~600℃，大大高于柴油的自燃温度。柴油被喷入气缸后经历了受热、蒸发、扩散、混合等着火前的一系列物理、化学准备过程。这一阶段持续0.001~0.003s 。在这一阶段喷入气缸的柴油量约占总喷油量的1/3左右。尽管着火落后期中未发生明显的燃烧，但这一阶段的历时长短对后面的燃烧过程有很大影响。

2.速燃期

从柴油开始自燃着火到接近最高燃烧压力z p 时止的阶段称为速燃期。这一阶段中气缸内压力急剧上升，压力升高率（ d dp /——每曲轴转角压力升高速率）很大，气缸内一般有好几处同时着火，燃烧过程粗暴。通常着火落后期越长，气缸内积聚的已做好燃烧准备的混合气越多，则速燃期内的燃烧越粗暴，严重时会使气缸内出现金属敲击的声响，俗称敲缸。此时柴油机各受力部件将受到过大的冲击载荷，另一方面燃烧速度快导致放热速度快——速燃期内燃料的放热量要占整个循环放热量的1/3左右，放热速度太快也将对燃烧室周围零件造成很大的热冲击，因此一般希望着火落后期尽量短。

速燃期约持续20°的曲轴转角，在热循环中近似于等容加热，通常希望活塞到达上止点前5°~10°曲轴转角开始着火、上止点10°~15°曲轴转角达到压力最高峰则经济性较好。但一般速燃期较难控制。

3.主燃期

从气缸内压力接近最高时起，到缸内温度达到最高时止，这一阶段称为主燃期。它的特点是：火焰蔓延到整个燃烧室，气缸内温度高，燃烧快，这一阶段中要烧掉总喷油量的50%~60%，放热量达到整个循环放热量的60%~70%。这一时期活塞迅速下降，气缸内压力变化不大，相当于等压加热。

主燃期后段燃烧产物增多，氧气量减少，高温缺氧是主燃期后段的特点，这将影响到柴油机的经济性和排放性能。

4.后燃期

在后燃期，喷油结束，但燃烧并未结束，有时会持续到膨胀冲程的末期。这一阶段的燃烧速率减慢，放热率下降，另外由于活塞的下降，气缸容积不断加大，气缸内的压力、温度下降很快。这时燃料燃烧所释放出的热能已不能有效的做功了，相反会使柴油机排气温度升高，热负荷加大，经济性下降，因此我们希望减小后燃期。

由上述燃烧过程分析可看出，较完善的燃烧过程应该是既能避免燃烧过程粗暴，又要使燃料能在上止点附近及时燃烧完毕。影响燃烧粗暴程度的主要因素是着火落后期的长短，而着火落后期的长短又取决于柴油的十六烷值、柴油机的压缩比和开始喷油时刻。

柴油的十六烷值越高，着火性能越好，着火落后期越短。

压缩比影响到压缩过程终了时空气的压力和温度，压缩比越高，压缩终了时缸内空气的压力、温度越高，着火落后期越短。

开始喷油时刻对着火落后期和燃烧阶段持续时间都有很大影响。喷油开始过早，喷油时气缸内气体的压力和温度较低，着火落后期就长，工作就粗暴。喷油时刻过晚，燃烧过程延续时间拉长，排气温度升高，导致柴油机的动力性和经济性下降。因此，每种柴油机都有一最佳喷油时刻，柴油机开始喷油的时刻在活塞到达上止点前，通常用曲轴转角表示，故称喷油提前角。

柴油机的燃烧过程除了要避免工作粗暴和使燃烧及时外，还应尽可能使燃料能完全燃烧。柴油能否完全燃烧取决于两个方面：进入气缸的空气量对燃烧量的比例是否适当；燃料与空气的混合情况是否良好。

柴油机由于不可能完全实现喷入的柴油同空气的均匀混合，因此要求空气对燃料的比例要更大一些。理论上燃烧1kg 柴油约需14.4kg 空气，这称为理论空气量，即按14.4:1的比例向气缸中供给空气，理论上可使柴油完全燃烧，但实际供给的空气量总是超过理论空气量。实际空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数，用a ?表示，即

燃油理论上所需空气量

完全燃烧燃油实际供给的空气量燃烧kg 1kg 1=a ? 柴油机的过量空气系数一般为1.15~2.2.

当柴油机在一定转速下运转时，进入气缸的空气量基本上是不变的，喷入气缸的柴油量则可以通过喷油泵来调节。喷入的油量过大，过量的空气系数就越小，反之则增大。当喷油量超过一定限度，即a ?过小时，会出现大量冒黑烟的情况，引起零件过热、经济性恶化等不良后果，因而不允许在这种情况下工作。这一最小的a ?值，称为“冒烟界限”。喷油泵供油量必须限制在“冒烟界限”以内。

19.对喷油泵的要求 P109 ①按柴油机工作循环的要求，保证一定的供油开始时刻和供油持续时间。

②根据柴油机负荷的大小，供应所需的燃油量，即负荷大时，供油量应增多，负荷小时，供油量应相应减少。

③根据燃烧室形式和混合气形成方式，保证以一定压力的高压油供给喷油器。

④每循环供油结束时，喷油泵应迅速干脆地停止供油，以避免喷油器产生滴漏现象。

⑤对多缸柴油机还应保证各缸供油次序符合柴油机发火次序；各缸供油量均匀；各缸供油提前角一致；各缸喷油持续时间一致等。

20.润滑方式 P149

1.飞溅润滑

飞溅润滑是利用运动零件的运动把机油甩到摩擦表面，或是机油在运动零件的作用下以油雾的形式进入摩擦表面（如汽缸壁、活塞裙部等处）进行润滑。

这种润滑方式比较简单，但润滑效果差，而且还会加速机油的氧化变质过程。

2.压力润滑

以一定的油压把机油输送到摩擦表面进行润滑的方式，称为压力润滑供油。

这种润滑方式能保证充足的供油量，油压稳定，对建立油膜、实现液体摩擦有利，润滑充分可靠，对摩擦表面的清洗和冷却作用也较强烈，同时还可借助压力表和温度计来检查润滑系统中机油的工作情况，便于控制。高速高负荷的摩擦表面，如主轴承、连杆轴承等处，都采用这种润滑方式。

3.给油器压油润滑

给油器压油润滑，即利用给油器建立很高的油压，把机油送到摩擦表面。这种润滑方式可根据实际需要，单独供给质量较高的机油。例如大型低速柴油机的汽缸壁与活塞之间无法靠飞溅的方法供给机油，就必须采用这种方式润滑。

4.人工定期润滑

个别零件定期由人工添加机油或手压泵注入润滑脂。

20.水温控制装置 P164 冷却水系统的容水量和管路布置方式是一定的，但环境温度和柴油机工作状况是不断变化的。环境温度高或柴油机在大负荷下运转时，需要从冷却水系统中散出较多的热量，反之则不必散出同样多的热量。因此冷却水系统中通常都装有水温控制装置，通过改变流过散热器芯部的冷却水量或空气流量来调节冷却强度。

改变通过散热器芯部冷却水量的装置叫做恒温器，它安装在柴油机和散热回路中间。根据冷却水的温度高低，自动转换冷却水的通道，使冷却水进入或不进入或部分进入散热器，以保持冷却水工作在适当温度，从而调节了冷却系统的冷却强度。

有一种恒温器是挥发液式恒温器，另外有一种蜡式恒温器。

21.柴油机的三种工况形式 P172 （1）点工况

柴油机工作时功率和转速都不随时间变化，它的工作参数可以用功率—转速坐标图中的一个点来表示。例如驱动排灌水泵的柴油机，不仅转速恒定，而且功率也因流量和扬程不变而保持常值，这种工况称为点工况。

（2）线工况

柴油机工作时，功率与转速按一定的函数关系变化。例如带动发电机、空气压缩机等用途的柴油机，工作转速通常保持恒定，而功率变化幅度可能相当大。这种工况称为线工况。（3）面工况

柴油机的转速和功率都独立地在很大范围内变化。如汽车、拖拉机、工程机械和内燃机车等路上用运输机械用柴油机，其转速取决于运输机械的行驶速度，功率又取决于道路阻力、坡度、载重量等因素，因此要求柴油机在一定负荷和一定转速范围内的任何工况下工作。这种工况称为面工况。

22.为什么柴油机与废气涡轮增压器的配合 P181 配合要求：

①有良好的经济性能，希望使废气涡轮增压器工作于高效率区

②柴油机的排气温度不超过涡轮机的进口温度

③涡轮增压器能稳定工作，即压气机不喘振，增压器不超速。

④不但在柴油机标定功率下，而且在部分负荷工况下运转时都能满足上述要求。

如果要求得不到满足，则会出现下列问题：

①柴油机负荷增大时，供油量增多，如果增压器供气不足，使过量空气系数下降，气缸内燃料燃烧不充分，会使排气温度上升，从而涡轮机机超速。

②当柴油机在低转速下运转时，废气参数很低，增压器的效率也较低，有可能使压气机因能量不足导致供气量减少，引起柴油机的扭矩下降

③柴油机转速过低时，空气流量过小，容易造成压气机喘振。

23.角速度和角加速度 P194 连杆摆动角速度

?

λ?ωλωβ?λ??βββ22sin 1cos cos cos -===='dt d d d dt d 对β'求导，得连杆摆动角加速度

2

/32222)sin 1(sin )1(?λ?λλω??βββ---='='=''dt d d d dt d 由上式不难求出连杆摆角的最大值发生于?=90?和?=270?时，最大值为λβarcsin max =。最大角速度发生于?=0?和?=180?时，最大值为ωλβ=max 。最大角加速度发生于?=90?和?=270?时，最大值为22max 11

λλωβ-=

24.倾覆力矩： P203 倾覆力矩与理论输出力矩大小相等，方向相反，前者作用于机体上，后者作用于曲轴上。因此倾覆力矩实际上是柴油机输出力矩的支承反力矩。

25.柴油机平衡性： P206 是指未被平衡的力和力矩的作用情况，它又分为外部平衡性能和内部平衡性能。外部平衡性能表示柴油机在稳定工况下惯性力和惯性力矩对机座（或支承架）的作用情况；当作用于机座的惯性力和惯性力矩的大小和方向不变时，柴油机达到外部平衡。内部平衡性能表示惯性力和惯性力矩对柴油机机体和曲轴的作用情况。