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柴油发动机原理,发动机：汽车动力来源。 一部转换能量的机器:某种能量 机械能 热机:热能 机械能 内燃机：燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。 往复活塞式内燃机,发动机的定义,车用内燃机,水冷发动机,风冷发动机,农用内燃机,发电内燃机,工程机械内燃机,四冲程发动机,二冲程发动机,燃气发动机,柴油发动机,单缸发动机,多缸发动机,LPG发动机,CNG发动机,特殊用途内燃机,直列式发动机,它排列形式,按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。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。,柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。,柴油机的分类,柴油机按照行程分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。,四冲程,二冲程,按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。,按照气缸数目分类 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图1-4)。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。,柴油机按照气缸排列方式分类 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-5)。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180称为对置式发动机。,按照进气系统是否采用增压方式分类 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。,单缸发动机结构示意图,发动机基本组成和常用术语,基本术语,1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。 曲轴每转一转，活塞移动两个行程。 5.气缸工作容积(h)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 6.发动机排量(L)：发动机所有气缸工作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则 L =h i (L) 7.燃烧室容积(C)：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。 8.气缸总容积(a)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即 a =h +C,9.压缩比()：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 =a /C =(h +C)/ C =1+h /C 它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为610，柴油机的压缩比为1522。 10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。 11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。,四冲程发动机的工作原理,一、四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程,单缸四冲程汽油机的工作过程,进气行程,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度370400 K， 压力0.070.09MPa,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,压缩行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,压缩比： =Va/Vc,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,温度600700K， 压力0.61.5 MPa,作功行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa,作功终了：温度13001600 K， 压力0.30.5 MPa,排气行程,进气门关闭,排气门打开,活塞,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,温度9001200 K 压力0.1050.115 MPa,残余废气,二、四冲程柴油机的工作原理,喷油器,排气行程,进气门,排气门,纯空气,温度300-370K压力0.07850.0932MPa,温度750-1000K压力3-5 MPa,瞬时：温度2000-2500K压力6-9 MPa,温度800-1000K压力0.105-0.125MPa,终了：温度12001500k压力0.2-0.4MPa,吸气行程,压缩行程,作功行程,二、二冲程柴油机工作原理,换气,燃烧,排气,压缩,喷油器,空气,扫气泵,废气,排气门,1.四冲程发动机的进、排气是两个分开的专门过程，而二冲程发动机单纯的排气(或进气)时间极短，主要是一个几乎完全重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。这样的换气过程不可避免地会发生新鲜气体和废气混合，造成废气难以排净和新鲜气体随废气排出的后果。 2.完成一个工作循环，二冲程发动机只需转一转，而四冲程发动机需要转两转。因此，当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，从理论上讲，二冲程发动机的功率应为四冲程发动机功率的两倍，但实际上，只有1.51.6倍，这是由于二冲程发动机难以将废气排净，以及为了安排换气过程而较多地损失了高压气体的作功能力，另外还有可燃混合气随废气排出等所致。,3.当转速相同时，二冲程发动机的作功次数较四冲程发动机多一倍。因此，二冲程发动机运转较平稳，这对单缸发动机来说更为明显。 4.由于没有气门或只有排气门，也就省去了配气机构或使配气机构较为简单，简化了发动机的结构。易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。 由于二冲程汽油机有混合气损失，故经济性差，在大中型汽车上的应用受到了限制。但由于它结构简单、重量轻、制造成本低等优点，轻便摩托车和微型汽车的小排量发动机广泛采用。二冲程柴油机由于换气时进入气缸的是纯空气，没有燃料损失，为某些汽车所采用。,二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？,从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。 汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。,多缸四冲程发动机的工作顺序,多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)或曲轴转角360内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。 各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热负荷的均匀性）： 直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3 直列六缸：1-5-3-6-2-4,1.5 发动机的总体构造,制作：刘艳旺 Email：,连杆,飞轮,曲轴,活塞,排气门,推杆,挺柱,正时齿轮,配气机构 曲柄连杆机构,进气门,摇臂,凸轮轴,凸轮轴,1 曲柄连杆机构) 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。,2 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并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，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 柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。,强制循环式水冷却系示意图 1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；5-小循环水管；6-水泵；7-节温器；8-出水管；9-水套；10-水温表和传感器；11-水套放水开关；12-散热器放水开关,4 冷却系统 冷却系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。,5 润滑系统 润滑系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。,6 起动系统 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，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。,为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB72582)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称和型号作了统一规定。 1. 内燃机的名称和型号 内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 内燃机型号由以下四部分组成： 首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。,柴油机产品的名称及型号编制规则,2. 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：,3. 型号编制举例 (1) 汽油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 (2) 柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q： 表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号,国外柴油机名称及型号编制规则,CUMMINS 6BT,6CT,NT855, K19 DEUTZ BF6L913C, F4L413F(R) PERKINS 1004 ,1006, 3.152,4.236,6.354 ISUZU 4JB1T,4BD1T,4HF1,6HE1,6HH1 KOMATSU 4D95,6D105, 6D125,柴油机工作时各行程状态参数,国外发动机制造厂商,BEDFORD CAT CHEVROLET CUMMINGS DAF DAEWOO DAIHATSU DETROIT DEUTZ FIAT IVECO FORD GM HINO HYUNDAI INTERNATIONAL,国外发动机制造厂商,ISUZU JOHN DEERE KAMAZ KOMATSU KUBOTA LADA LISTER MAN MAZDA MERCEDES MITSUBISHI MWM NISSAN PERKINS PETTER PEUGEOT,国外发动机制造厂商,RENAULT SCANIA STEYR SUZUKI TOYOTA VOLKSWAGEN VOLVO YANMAR,国内柴油机现状,1）产品生产理念相差甚远 2）生产质量，指的是机加工质量还有一点差距。 3）材质和热处理这是最大的差距，决定产品寿命。 4）设计水平与人家还有不少距离。 5）装配工艺水平 ，距离世界先进水平差距还很大。,国内发动机现状,玉柴机器 潍柴 康明斯 CUMMINS 东风 福田 重康 卡特皮勒 CATERPILLAR 上柴 大柴 朝柴 ISUZU拷贝 锡柴 道依茨 DEUTZ 北内 石建 华柴，北方动力 天津雷沃 PERKINS 南京依维柯IVECO 北汽福田 ISUZU 4JB1T 江西五十铃 重庆五十铃 4HK1-TC，4KH1-TC，4ZE3-MP1，6HK1-TC，6HH1，6UE1-TC,国内发动机现状,江淮动力 云内 绵阳新晨 洛拖 潍柴华丰动力 无锡凯马 无锡开普 安徽全柴动力 常柴 莱动 柳发股份 福建力佳 柳州五菱柳机动力,国内发动机现状,镇江船用柴油机 MAN B&W 广州柴油机厂 MAK 河柴 MWM 山西柴油机厂 MTU 陕西柴油机厂 MTU956，1163，Pielstick 瓦锡兰 Wartsila 资阳机车厂 CAT 3600系列 济柴 淄博柴油机,未来柴油机发展方向,一、应用现代设计技术和现代设计手段，缩短产品开发周期。提高产品智能化水平，改善综合性能。 二、不断降低有害排放物和噪声，满足起来越严格的环保要来。车用柴油机的有害排放物包括CO、HC、NOx及颗粒物等，汽油机主要是CO和HC，柴油机主要是NOx及颗粒物。现在欧洲各国实施欧洲号排放法规，美国加利福利亚洲排放法规是世界上最严格的排放法规，日本排放法规与欧洲法规大致相当。排放法规将进一步强化，需要采取更先进的机内和机外净化措施。噪声法规也将进一步强化，需要从结构设计、材料选用和加工工艺上采取措施才能达到法规要求。 三、开发全电控车用柴油机产品。利用微电子技术的成果对内燃机燃油、进气、排气、冷却等系统进行控制，并对环境、工况和故障等作出反应，实施全自动的管理。也是车用柴油机达到排放法规必要的技术措施。