第2章 发动机基本知识

2.1　柴油机概述

2.1.1　柴油机的概念

柴油机是热机的一种,是将柴油这种燃料的化学能经过燃烧释放的热能转变为机械能的机器。

2.1.2　热机的概念

热机即热力发动机,借助工质的变化将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能。

热机按照燃烧部位不同,可分为内燃机和外燃机。内燃机是指燃料在气缸内燃烧,产生热量,并将热能转变为机械能的发动机。外燃机是指燃料在气缸外燃烧,产生热量,并将热能转变为机械能的发动机。

2.1.3　内燃机的分类

内燃机种类繁多,根据不同特点有不同分类(表2⁃1⁃1)。

2.1.4　内燃机的基本术语

(1)上止点

上止点的理解如图2⁃1⁃1所示。

(2)下止点

下止点的理解如图2⁃1⁃2所示。

(3)活塞行程

活塞行程的理解如图2⁃1⁃3所示。

(4)气缸工作容积

气缸工作容积的理解如图2⁃1⁃4所示。

(5)发动机排量

发动机排量的理解如图2⁃1⁃5所示。

(6)燃烧室容积

燃烧室容积的理解如图2⁃1⁃6所示。

(7)气缸总容积

气缸总容积的理解如图2⁃1⁃7所示。

(8)压缩比

压缩比的理解如图2⁃1⁃8所示。

2.1.5　柴油机的工作原理

柴油机的工作原理如图2⁃1⁃9、表2⁃1⁃2所示。

柴油机工作时的各行程状态参数情况如表2⁃1⁃3所示。

2.1.6　柴油机总体构造

柴油机总体构造如图2⁃1⁃10所示。

(1)曲柄连杆机构

① 组成:由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。

② 功用:将燃料燃烧所产生的热能,经机构由活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。

机体是发动机各个机构、各个系统和一些其他部件的安装组件。

机体的许多部分还是配气机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的组成部分。

(2)配气机构

① 组成:由进气门、排气门、气门弹簧等气门组件和挺杆、推杆、凸轮轴和正时齿轮等气门传动组件组成。

② 功用:使新鲜空气及时充入气缸,并使燃烧产生的废气及时排出气缸。

(3)燃料供给系

① 组成:燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、喷油器、高低压油管和回油管路等。

② 功用:在规定时刻向缸内喷入定量柴油,以调节发动机输出功率和转速。

(4)润滑系

① 组成:机油泵、润滑油道、集滤器、机油滤清器、限压阀、油底壳等。

② 功用:将润滑油送到各运动件的摩擦表面,以减少运动件的磨损与摩擦阻力,并有冷却、密封清洗、防腐防锈等作用。

(5)冷却系

分为:水冷式和风冷式。

工程机械柴油机一般采用水冷式。

① 组成:水泵、散热器、风扇、分水管、节温器和水套等。

② 功用:将受热零件的热量散发到大气中去,以保持适宜工作温度。

(6)起动系

① 组成:起动机、起动继电器。

② 功用:带动飞轮旋转以获得必要的动能和起动转速,使静止的发动机起动并转入自行运转状态。

(7)进排气系统

① 组成:空气滤清器、涡轮增压器、中冷器、进排气管和排气消声器等。

② 功用:向气缸内供给新鲜和干净的空气,并将燃烧后的废气排出气缸。

2.1.7　内燃机型号编制规则

根据国家标准GB/T 725—2008规定,我国内燃机型号由以下四个部分组成:

① 内燃机名称按所采用的主要燃料来命名,如柴油机、汽油机、天然气机等。

② 内燃机型号应能反映内燃机的主要结构特征及性能。

内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母或国际通用的英文缩略字母(以下简称字母)组成。

第一部分:由制造商代号或系列符号组成。本部分代号由制造商根据需要选择相应的1~3位字母组成。

第二部分:由气缸数、气缸布置形式符号、冲程型式符号、缸径符号等组成。 气缸数用1~2位的数字表示;气缸布置形式按表2⁃1⁃4规定;冲程型式为四冲程时省略,二冲程用E表示;缸径符号一般用缸径或缸径/行程数字表示,亦可用发动机排量或功率表示,其单位由制作商自定。

第三部分:由结构特征符号和用途特征符号组成其符号分别按表2⁃1⁃5、表2⁃1⁃6的规定。

第四部分:区分符号。同系列产品需要区分时,由制造厂选用适当符号表示。第三部分和第四部分可用“⁃”分隔。

第一部分　　　第二部分　　　　　　　　第三部分　　第四部分

　　1　2　3　4　5　6　7　8　9

以上方框中的数字表示如下:

1——制造商代号或系列符号　　　　　2——缸数

3——气缸布置形式符号　　4——冲程型式符号

5——缸径或缸径/行程(亦可用发动机排量或功率表示)

6——结构特征符号　　7——用途特征符号

8——燃料特征符号　　9——区分符号

　　

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。

(2) 柴油机

R175A:表示单缸,四行程,缸径75mm,冷却液冷却(R为系列代号、A为区分代号)。　

2.1.8　柴油机的性能指标

柴油机的性能指标是用来评价柴油机工作性能优劣的,它主要包括动力性能指标、经济性能指标、排放性能指标等方面。

(1)动力性能指标

① 有效转矩(M_e或T_e) (单位为N·m或kg·m)。有效转矩指发动机飞轮端对外输出的实际转矩。

② 有效功率(P_e)(单位为kW)。有效功率指发动机单位时间内对外实际做功的大小。

③ 柴油机转速。柴油机曲轴每分钟的回转数称为柴油机转速,用n表示,单位为r/min。

④ 平均有效压力。单位汽缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力,记作P_me,单位为MPa。

(2)经济性能指标

① 有效热效率。燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数,称为有效热效率,记作η_e。

② 有效燃油消耗率。柴油机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率,记作g_e,单位为g/(kW·h)。

(3)排放性能指标

① 排放性能指标。排放指标主要有一氧化碳(CO)、各种碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、PM(微粒,炭烟),它们都是柴油机在燃烧做功过程中产生的有害气体。

② 欧洲排放标准。以下是欧洲汽油机和柴油机的排放指标,如表2⁃1⁃7所示。