首部用数字表示气缸数。中部分为两个部分,前部分E表示二行程发动机,若前部无E则为四行程发动机;后部分用数字表示气缸直径毫米数。尾部前部分用汉语拼音字母表机器特征(如Q表示汽车用,T表示拖拉机用,C表示船用,F表示风冷,无F表示水冷等);最后部分则用数字表示变型顺序。
例如:495T柴油机,表示四缸,四行程,气缸直径95毫米,水冷,用于拖拉机的柴油机。
485A柴油机,表示四缸四行程,气缸直径为85毫米,水冷,经过一次改型的柴油机。
1E40F汽油机,表示单缸,二行程,缸径为40毫米,采用风冷的汽油机。
二、柴油发动机的基本工作原理
(一) 柴油发动机工作过程中的有关名词概念
1、上止点又称上死点:曲轴旋转通过连杆带动活塞在气缸中往复运动时,活塞顶平面离曲轴旋转中心线最远的位置。
2、下止点又称下死点:活塞在气缸中往复运动时,活塞顶平面离曲轴旋转中心线最近的位置。
3、活塞行程(行程又称冲程):活塞在气缸中往复运动,往或复一次移动的距离,即上下止点之间的距离。
4、燃烧室容积又称压缩室容积:活塞处于上止点时,活塞顶(包括活塞顶部的凹坑)和气缸盖平面(包括气缸盖的辅助燃烧室)所构成的空间。
5、气缸工作容积与排量:上下止点间的气缸容积称为气缸工作容积,多缸发动机,多缸工作容积的总和就叫发动机的排量。
6、气缸总容积:活塞位于下止点,活塞顶上方的密封容积。 7、压缩比:气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。即表示气体在气缸内被压缩后缩小的倍数。
柴油机的压缩比较高(通常为10~20),所以在压缩终了时,气缸内气体温度高于柴油的自燃温度(330°C),因此柴油自行燃烧。
8、工作循环:往复活塞式发动机不能使燃料在同一气缸中不间断地燃烧,气缸内的能量转换只能一次又一次地经历进气、压缩、作功、排气四个程序一定的连续过程。上述过程连续进行一次叫做发动机的一个工作循环。完成一个工作循环活塞在气缸中走四个行程,即曲轴旋转两圈的发动机叫四行程发动机。
(二)单缸四行程柴油机的工作过程
柴油机是一种用柴油作主燃料的压燃式发动机。柴油机工作时,首先进入气缸内的是新鲜空气,经过强烈压缩后,空气温度急剧升高。此时柴油喷入气缸内与高温空气接触、混合,随后着火燃烧产生热能,气体受热膨胀而推动活塞作功,将热能转变为机械能。其工作过程如下:
1、进气行程:曲轴旋转,带动活塞从上止点向下止点移动,此时进气门打开,排气门关闭。由于活塞下行,气缸容积增大压力降低,此时在大气压力差作用下,新鲜空气经进气门吸入气缸内。活塞移动到下止点,进气行程结束,此时正好曲轴转过第一个半圈,即0°转到180°。
2、压缩行程:曲轴继续旋转,推动活塞从下止点向上止点移动,此时进、排气门关
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闭。由于活塞上行,气缸容积逐渐减小,气缸内的气体被压缩,其压力和温度随之升高,活塞临近上止点,柴油喷入气缸。活塞达到上止点,压缩行程结束,曲轴正好转过第二个半圈,即180°转到360°。
3、作功行程:作功行程开始时,进、排气门关闭,活塞位于上止点,喷入气缸内的柴油在高温空气中由开始燃烧进入迅速燃烧,产生大量热能使气缸内的气体温度压力急剧升高。由于进、排气门都关闭,急速膨胀的气体以很高的压力迫使活塞从上止点冲向下止点,通过连杆带动曲轴旋转。此时,气缸内燃料燃烧产生的热能变成了活塞、曲轴的机械运动而对外作功。作功行程结束,曲轴转过第三个半圈,即由360°转到540°。
4、排气行程:活塞又在曲轴旋转带动下,从下止点向上止点移动,此时,排气门打开,进气门关闭。气缸内充满着燃料燃烧后并已膨胀作功的废气,随着活塞上行被挤压经排气门排出气缸。活塞达到上止点,排气行程结束,曲轴转过第四个半圈,即由540°转到720°。
排气行程结束时,活塞又回到上止点位置,至此,单缸四行程柴油机经历了活塞上下往复各两次的四个行程,完成了由进气、压缩、作功、排气四个工作过程所组成的一个工作循环。排气行程结束后,曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转,上述各个过程重复进行,如此周而复始地进行一个又一个的工作循环,使柴油机能连续不断地运转起来,并带动工作机械作功。
从上述工作过程可以得出以下结论:
1)、尽管上述各个行程的任务不同,但是它们是互相联系不可分割的。排气、进气、压缩为作功准备条件,而作功又为其它三个行程提供必要的能量,使曲轴得以继续旋转并对外输出机械功。
2)、作功行程所提供的能量除对外输出外,还须储存一部分来克服其余三个行程所须消耗的能量。故对单缸发动机来说就必须有一个具有较大质量的飞轮来储存作功行程所提供的能量,以保证其它三个行程的消耗和对外作功的需要,并使发动机的转速趋于平稳。
(三)多缸四行程柴油机的工作
单缸四行程柴油机,曲轴旋转两圈,只有半圈作功,因此使曲轴旋转时快时慢。为使曲轴旋转均匀平稳,就必须在曲轴末端安装质量较大的飞轮,从而使发动机结构不够紧凑而又影响其加速性能。此外,单缸柴油机在工作时,由活塞等往复惯性力和曲轴等旋转机件的离心力,还会使柴油机产生垂直方向和水平方向的振动。因此,单缸机还需采取一些平衡机构,这又使得结构更为复杂,所以除小功率发动机外,一般都不采用单缸机。大中型拖拉机,由于功率所需较大,所以普遍采用多缸机。
1、 四缸四行程柴油机的工作
为满足旋转均匀性的要求,四缸四行程发动机各缸作功行程间隔为720/4=180°。同时又要满足平衡性的要求,所以就把曲轴一、四缸的曲柄安排在同一侧,二、三缸的曲柄安排在另一侧,互差180°。通过上述措施,发动机内部的惯性力和离心力就基本得到平衡。如一缸安排为作功行程,四缸只能安排为进气行程;二、三缸只能安排为排气行程与压缩行程,或者压缩行程与排气行程。如果把三缸安排为压缩行程,则该柴油机工作顺序(即曲轴每转两圈同名行程在各缸出现的顺序)为1—3—4—2。若把二缸安排为压缩行程时,则工作顺序为1—2—4—3。
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2、 二缸四行程柴油机的工作
二缸四行程柴油机的工作顺序为1—2—0—0。即一缸作功后二缸接着作功,然后间歇两个行程。二缸四行程柴油机作功间隙并不均匀,但它的曲轴是一、二缸曲柄各置一侧,互差180°,平衡性较好。也有极少数二缸四行程发动机的工作顺序为1—0—0—2。 3、 三缸四行程柴油机的工作
三缸四行程柴油机为满足旋转均匀性的要求,各缸作功行程间隔为720°/3=240°。这样曲轴上的曲柄可分别布置为一缸与二、三缸或一缸与三、二缸分别间隔120°或240°(顺时针方向)的两种型式,它们的平衡相同,前一种型式曲轴的柴油机工作顺序为1—2—3;后一种工作顺序则1—3—2。
三、柴油发动机的总体构造
柴油机是一种将柴油燃烧热能转变为机械功的复杂机器,它由许多的机构和系统组成,而且柴油机的型号多种,具体构造不完全相同,但它们通常具有下列机构和系统。
1、 曲柄连杆机构与机体零件; 2、 配气机构; 3、 燃料供给系统; 4、 润滑系统; 5、 冷却系统; 6、 起动装置。
曲柄连杆机构、配气机构和燃料供给系统三者互相配合,直接完成柴油机的工作循环,实现能量转换。在使用过程中,这几部分技术状态的好坏及相互之间配合的正确与否,对柴油机的性能具有决定性的影响。润滑系统和冷却系统虽然不直接完成工作循环,但它们是柴油机长期正常工作不可缺少的条件。因此,在使用中对它们的工作情况,也必须给以足够的重视,否则,柴油机的正常工作就无法保证,甚而引起柴油机机件的严重损坏。
第二章 曲柄连杆机构与机体零件
一、曲轴连杆机构的功用与组成
它是发动机实现能量转换、完成工作循环和输出机械功的重要机构和结构措施。其功用是把活塞的往复运动(作功行程)变为曲轴的旋转运动,或把曲轴的旋转运动(进气、压缩和排气行程)变为活塞在气缸中的往复运动。
曲柄连杆机构由活塞连杆组零件和曲轴飞轮组零件组成。 二、机体零件的组成与功用
机体零件由气缸体、气缸盖、气缸套、气缸垫和曲轴箱组成。
气缸体是发动机的基础和骨架。其上安装和固定气缸盖;其下为曲轴箱;其内用来安装和固定气缸套并设有冷却水道和油道。
气缸盖的功用是密封气缸,与活塞顶组成燃烧室以及安装气门零件和喷油器等。其内设有与气缸体相通的冷却水道和油道。
气缸套安装在气缸体内腔圆孔内,它是发动机进行能量转换的场所,又是活塞往复
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运动的导轨。缸套分干式与湿式两种。
气缸垫安装在气缸体与气缸盖接触平面中,作用是密封接触平面,防止漏气、漏水和漏油。
曲轴箱内安装曲轴,下曲轴箱又叫油底壳,用以储存机油。
三、活塞连杆组的组成和功用
活塞连杆组由活塞、活塞销、活塞环、连杆和连杆瓦等组成。
活塞是在气缸中作往复运动的杯形零件,与气缸盖组成燃烧室,承受气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆。活塞由顶部、防漏部、销座孔和裙部四部分组成。为适应燃烧室的形式,顶部有平顶,凸顶和凹顶多种形式。防漏部加工有环槽用于安装活塞环;销座孔用于安活塞销;裙部则为活塞的导向部。
活塞环有气环和油环两种。气环用来保证活塞与气缸壁之间的严密性;油环用来给气缸壁分布机油和刮除气缸壁上多余的机油。此外,它们还要承担活塞的传热作用,将活塞顶承受的大部分热量传给气缸壁。油环除双承压油环外,还有组合油环。气环断面型式较多,除矩形环外,还有倒角环、锥面环,以及表面镀铬的特殊环等,因此气环在安装时必须注意其安装位置与方向。
活塞销是一个中空的圆柱形零件,用于连接活塞与连杆小端,将活塞承受的气体压力传给连杆。
连杆由连杆小端、杆身和大端(包括连杆盖)三部分组成,其作用是将活塞与曲轴连接起来并传递动力。
连杆瓦安装在连杆大头孔内,除整体式连杆采用滚珠轴承外,分开式连杆的连杆瓦都采用上下两片轴瓦构成的滑动轴承。轴瓦骨架钢背内浇敷有耐磨合金,其作用是保持油膜,减小摩擦阻力和易于磨合。
四、曲轴飞轮组的组成和功用
曲轴飞轮组由曲轴、曲轴轴承、平衡重块和飞轮组成。
曲轴与连杆一起将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动或者相反,并把发动机的功率传递出来。曲轴分前端、主轴颈、曲柄销(又称连杆轴颈)、曲柄臂、后端和平衡块。前端安装曲轴齿轮,后端安装飞轮。曲轴内设有润滑油道;连杆轴颈内设有润滑油的离心净化室和油道孔,以便净化润滑油和润滑连杆轴瓦。
曲轴轴承用来支承曲轴和曲轴的安装定位。
飞轮是一个具有沉重轮缘的铸铁圆盘,用以储存能量、帮助曲轴克服阻力和短暂的超负荷,使发动机运转均匀。飞轮还作有记号,以便查找压缩上止点。飞轮外缘嵌有齿圈,以便起动机或马达啮合起动。
五、活塞与活塞销、活塞环的安装
活塞在气缸中安装时,要注意活塞顶凹坑与涡流室(喷油咀的安装方向)的相应位置。活塞与活塞销安装时要加热(活塞销与活塞销座的配合在常温下是过盈配合)后安装。对于多缸发动机,还要注意各缸活塞重量选配,其重量公差不应超过规定。
活塞环安装前应检查活塞环在环槽内的边间隙和活塞环在气缸中的开口(端)间隙。安装时应将环和环槽涂上新鲜机油;环的开口间隙要错开活塞销孔和侧压力较大的方向;并彼此互错90°~120°;对特殊环(镀铬环、扭曲环、锥面环等)各环顺序不能弄错,位置不能装反。
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六、活塞环边间隙与端间隙及其影响
活塞环与环槽间的间隙称为边间隙。活塞环放置于气缸中接口两端面的距离称为端间隙,又叫开口间隙。
边间隙过大,会引起强烈的泵油作用,把大量的机油泵入燃烧室燃烧而增大机油耗量,同时使燃烧室和活塞顶严重积炭,而加速缸壁的磨损。
端间隙过大,会引起气缸漏气,使发动机功率和经济性降低。并冲淡机油而加速机件磨损;过小会增加缸壁的磨损,甚至因环受热膨胀而使活塞卡死在气缸中。
七、曲柄连杆机构保养要点
1、定期检查各零件的坚固情况,对重要零件(缸盖螺栓、连杆螺栓、主轴承螺栓等)必须按规定扭矩拧紧并加以销紧。
2、定期卸下气缸盖,清除各机件的积炭。 3、定期清洗曲轴箱通气孔。
4、 定期检查和清除离心净化室中的积物。 八、使用注意事项
1、新的或大修后的柴油机必须要进行磨合试运转,否则不得满负荷工作。磨合试运转后还必须清洗油道和更换润滑油。
2、机油温度、压力和水温未正常时,柴油机不允许带负荷工作。
3、柴油机不允许长时间低速运转和长时间超负荷工作。
4、定期保养空气滤清器和机油滤清器,以减少对气缸壁的磨料磨损。 5、不允许柴油机长期带病工作,发现故障和异常应及时检查排除。
第三章 配气机构
一、配气机构的型式、组成和功用
1、柴油机配气机构采用顶置式气门配气机构。这种配气机构的特点是气流阻力小,能使燃烧室紧凑,故能得到较大的压缩比。
2、柴油机配气机构由气门组零件、传动组零件和驱动组零件组成。
3、配气机构的功用和工作过程
配气机构的功用是按照发动机工作循环的要求,定打开和关闭气门。及时吸入空气和排除废气,同时还在压缩和膨胀过程中,密封燃烧室,保证发动机的正常工作。当曲轴旋转时,通过曲轴齿轮带动凸轮轴正肘齿轮旋转,凸轮的凸出部分顶起挺杆,推杆推动摇臂一端向上,而摇臂另一端压下气门杆,并压缩气门弹簧,气门即开启。当凸轮的凸出部分转过后,气门在弹簧回位的弹力作用下自动关闭。
二、气门组零件的组成与功用
气门组零件主要由进气门、排气门、气门弹簧、气门导管以及气门座圈、弹簧座和气门销片等组成。
气门是控制进排气道的开启和关闭,因此气门组零件的功用就在于保证气门头部锥面与气门座贴合严密而不偏斜。
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