【正文】 即進氣 .壓縮 .燃燒膨脹作功和排氣。 活塞在氣缸內(nèi)上 、 下往復作功 ，并通過連桿與曲軸相連接。在氣缸蓋上裝有進氣門 、 噴油器和排氣門，并在氣缸蓋內(nèi)部設有進 .排氣門由配氣機構控制，而噴油器則與噴油泵，高壓油管等共同組成高壓供油系統(tǒng)，并按照規(guī)定的供油規(guī)律，定時 、 定量地向氣缸內(nèi)供應燃油。 第二節(jié) 柴油機常用名詞解釋 為了進一步了解柴油機的工作過程，現(xiàn)將柴油機主要的常用名詞解釋如下 : (一 ) 上止點（又稱上死點） — 活塞在氣缸中作往復運動所能達到的最上方的位置稱為上止點； (二 ) 下止點（又稱下死點） — 活塞在氣缸中作往復運動所能達到的最下方的位置稱為下止點； (三 ) 活塞行程（又稱活塞沖程） — 活塞從上止點運動到下止點，或由下止點運動到上止點所經(jīng)過的距離（即上 .下止點之間的距離）稱為活塞行程，也稱活塞沖程，通常以 S 表示。 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 6 (四 ) 燃燒室容積 — 活塞位于上止點時，由活塞 .氣缸以及氣缸蓋所包圍的空間，稱為燃燒室容積，以 Ve 表示。 (五 ) 氣缸工作容積 — 活塞從上止點移動到下止點所掃過的容積，稱為氣缸工作容積，又稱活塞排量，以 Vh 表示。氣缸工作容積可用下式計算 : ??? = ????24 ?? 1000?? (21) 式中 D— 氣缸直徑， m； S— 沖程， m。 多缸柴油機如果有 i 個氣缸，則各氣缸工作容積之和，稱為柴油機氣缸工作容積或稱活塞總排量，如下式所示： Vhi = πD2?S?10004 ? i（ L） (22) (六 ) 氣缸總容積 — 當活塞位于下止點時，活塞頂以上的全部氣缸空間，稱為氣缸總容積。它是氣缸工作統(tǒng)計 Vh 與燃燒室容積 Vc 之和，用 Va 表示： Va = Vh +Vc(L) (23) (七 ) 壓縮比 — 氣缸總容積 Va 與燃燒室容積 Ve 的比值稱為壓縮比，以 ε 表 示： ε = VaVe = Vh+VeVe = VhVe +1 壓縮比表明進入氣缸的空氣被壓縮的程度。壓縮比如果大一些，壓縮終了的壓力和溫度就會高一些，柴油機的起動就容易，柴油機的熱量利用程度也就更高。但壓縮比過高，就會導致機件易于損壞和磨耗，柴油機的工作就會粗暴。壓縮比如果太小，壓縮終了的壓力和溫度就低，柴油機起動就困難，熱量利用程度也低。所以機車柴油機的壓縮比，一般規(guī)定為 非增壓柴油機 增壓柴油機 我國一些機車柴油機的壓縮比分別為： 16240ZB 型柴油機； 12240Z 型柴油機；12180Z 型柴油機。 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 7 第三節(jié) 柴油機的分類 由于柴油機有很多優(yōu)越性，所以在國民經(jīng)濟的許多部門被廣泛應用。 在工業(yè)上，柴油機可應用在柴油發(fā)電站 、 礦山掘進機械 、 建筑工程機械 、 裝卸起重機械 、 船舶運輸 、 鐵路運輸 、 汽車運輸?shù)葎恿C械中。 在農(nóng)業(yè)上，柴油機可以應用在拖拉機 、 排灌機械 、 農(nóng)副產(chǎn)品加工等動力機械中。 在國防上，柴油機應用在坦克 .裝甲車 .各種軍艦 等 動力機械中。 為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) .交通運輸 .國防工業(yè)的等各方面的不同要求，而有各種類型的柴油機。常用的分類方法有以下幾種： (一 ) 根據(jù)完成一個工作循環(huán)的沖程數(shù)，可分為四沖程柴油機和二沖程柴油機。 (二 ) 根據(jù)進入氣缸的空氣壓力可分為： 1. 非增壓柴油機。從大氣中直接吸入新鮮空氣到氣缸；或空氣雖然經(jīng)壓縮進入氣缸，但壓力較低，只是為了掃除廢氣，這種柴油機稱為非增壓柴油機。 2. 增壓柴油機。是新鮮空氣先驚醒壓縮，提高壓力后再進入氣缸，這種柴油機稱為增壓柴油機。 目前機車用柴油機幾乎全部采用增壓柴油機。 (三 ) 根據(jù)柴油機的轉速，可分為低速 、 中速和高速三種。 (四 ) 根據(jù)氣缸的布置形式可分為： 1. 立式柴油機 氣缸中心線垂直布置。 2. 對置活塞式柴油機 在同一氣缸中設有兩個活塞作相對運動。 3. V 形柴油機 氣缸中心線排列成 V 形。 4. 其他類型柴油機 有臥式 、 H 形 、 W 形 、 X 形 、 ?形等各種形式的柴油機。 (五 ) 根據(jù)柴油機的用途可分為： 1. 固定式柴油機 主要應用在發(fā)電站或與抽水泵 .空氣壓縮機相配套，作為動力裝置。 2. 船舶柴油機 應用在船艦方面。 3. 機車柴油機 應用在機車上作發(fā)動機用。 4. 汽車拖拉機用柴油機 應用在汽車 、 拖拉機上。 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 8 第四節(jié) 柴油機的工作原理 柴油機的工作循環(huán)包括有進氣、壓縮、燃燒 膨脹及排氣等幾個過程，這些過程相互銜接，前后交錯。 (一 ) 四沖程柴油機的工作原理 ⒈ 進 氣過程 柴油機氣缸內(nèi)的燃燒就是燃油與氧化合的放熱過程，因此首先要使新鮮空氣充入（吸入）氣缸，這是工作循環(huán)必須的第一步。 當活塞由上止點附近逐漸轉而向下止點方向運動時，進氣門也逐漸由小到大開，由于氣缸容積的不斷擴大而造成缸內(nèi)低壓狀態(tài)，外界的新鮮空氣源源不斷地經(jīng)進氣門吸入缸內(nèi)，此進氣過程一直要延續(xù)到活塞過下止點之后進氣門全閉而結束。 在進氣過程中，新鮮空氣以較高的速度流經(jīng)管道及氣門處而產(chǎn)生阻力， 因此充入缸內(nèi)的氣壓總是低于缸外氣源的氣壓值。 氣門的啟、閉從開始到全開或全閉有一個時間過程。為使氣缸內(nèi)盡可能地多充氣，使一開始充氣時能減少活塞運動的阻力，在活塞開始下行時減少氣流進入氣缸的阻力，進氣門的開啟始點應提前于活塞上止點前某一角度。從進氣門開啟始點到活塞運動達上止點時的曲軸轉角稱為進氣提前角。為利用進氣流動慣性繼續(xù)增加充氣量，減少活塞在下止點前的運動阻力，進氣門延遲到活塞下止點后某一角度時才完全關閉。從下止點到進氣門全關時的曲軸轉角稱為進氣滯后角。 ⒉ 壓縮過程 進氣過程結束時活塞已上行，此時進、排氣門 都處于關閉狀態(tài)，氣缸內(nèi)工質(zhì)的容積由于活塞上行而不斷縮小，工質(zhì)的壓力和溫度隨之升高，這就是壓縮。壓縮過程在活塞到達上止點時結束，這時氣缸的容積 V 僅為壓縮初的十幾分之一，在柴油機最低工作轉速下，壓縮終點工質(zhì)的壓力通常達到 2500～ 3500kPa，壓縮終點工質(zhì)的溫度達到 780～ 1000K。壓縮過程為燃油迅速著火，提高熱效率及增加柴油機輸出功率創(chuàng)造條件。 ⒊ 燃燒 膨脹過程 在壓縮過程后期活塞達上止點前，噴油器開始向氣缸內(nèi)噴入霧狀燃油，不久油氣 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 9 混合物就開始著火燃燒，這時氣缸內(nèi)工質(zhì)的氣壓和氣溫急劇地上升。在活塞過上止點后 不久燃油停止噴射，以控制燃燒過程適時結束。由于燃燒初期氣缸容積較小及活塞繼續(xù)上行，使活塞在上止點稍后處達到工質(zhì)氣壓最高值。在標定工況下機車柴油機的最高氣壓通常可達 10000～ 14000kPa，這個氣壓值稱為最高爆發(fā)壓力（最高燃燒壓力）pz。氣缸內(nèi)工質(zhì)的最高燃燒溫度可達 1700～ 2100K。 與燃油進行燃燒的同時，高溫和高壓的工質(zhì)作用于活塞、氣缸套和氣缸蓋上，由于此時進、排氣門都密閉著，工質(zhì)推動活塞下移，使氣缸容積擴大，缸內(nèi)工質(zhì)的氣壓和氣溫相應下降，在這期間動力通過連桿傳到曲軸，其中一部分動力由旋轉著的曲軸輸 出，驅使從動機械工作，這就是工質(zhì)的膨脹作功。這樣，燃燒時燃油將其化學能轉變成工質(zhì)的熱能，然后又通過活塞的運動轉換為機械能，部分機械能通過曲軸對外輸出，即柴油機對外作功。 ⒋排氣過程 為了使柴油機連續(xù)作功，必須使膨脹后的工質(zhì)排出氣缸，打開排氣門，為新的工質(zhì)進入氣缸創(chuàng)造條件。這些排出氣缸的燃氣，習慣上成為廢氣。 為了徹底清楚廢氣，降低排氣負功，排氣門必須提前開啟，即活塞下行到下止點前某一角度時排氣門開始打開，使尚有一定壓力和溫度的燃氣迅速沖出氣缸。從排氣始點到活塞下止點為止的曲軸轉角稱為排氣提前角。此后，活塞由下止點轉向上行，氣缸內(nèi)的燃氣由于與外界存在壓差而繼續(xù)外流，同時也借助于活塞上行的推力被驅趕出來。排氣門在活塞過上止點后某一角度時完全關閉，排氣過程結束。從活塞上止點到排氣終點為止的曲軸轉角稱為排氣滯后角。 由此可見，四沖程柴油機的實際工作循環(huán)存在以下特點： ⒈ 進氣過程和排氣過程的持續(xù)時間皆超過一個沖程的時 間；進氣門和排氣門的啟閉皆有早開遲關的規(guī)律，其開啟提前角和關閉滯后角的大小隨機型不同而有不同。在活塞上止點附近，由于進氣門的早開和排氣門的遲關而出現(xiàn)了同一氣缸的進、排氣門同時開啟的情況，這段時間用曲軸轉角 am 來度量，稱為進、排氣重疊角或氣門重疊角。 進、排氣門重疊開啟使部分新鮮空氣吹掃燃燒室，驅趕死角處的殘余廢氣，降低排氣溫度，同時使氣缸內(nèi)部受熱機件冷卻，減少充入氣缸的新鮮空氣與熱機件間的熱 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 10 交換量，因而對柴油機的工作有良好的影響。 ⒉ 四沖程柴油機的工作循環(huán)正好是在四個活塞沖程的距離或當量的時間（曲軸轉 2 轉）內(nèi)完成的，其中以進氣、壓縮及排氣過程都是消耗能量的必要輔助過程，燃燒 膨脹是作功的過程，但前者都為作功做準備的階段，后者是在前者的基礎上釋放、轉化和輸出能量的動力過程。曲軸所輸出的能量只是從氣缸內(nèi)所釋放出來的總能量中的一部分，另一部分還要克服零部件的運動阻力；提供輔助過程消耗；帶動本身附件工作及熱損失等能量消耗。 ⒊ 既然輔助過程及本身附件的工作要消耗能量，所以柴油機一開始不能自身動作，而必須借助與外力來啟動，例如借人力扭轉搖手柄，或借電動機來驅動曲軸，或利用高壓空氣充入氣缸推活塞運動之力等方法來啟動 柴油機。一旦柴油機曲軸運轉達到發(fā)火轉速時，氣缸內(nèi)工質(zhì)的膨脹作功就可提供曲軸自身連續(xù)運轉之動力。 ⒋ 在柴油機一個工作循環(huán)中，進氣門和排氣門各啟、閉一次，向氣缸內(nèi)噴油一次，故控制進、排氣門及噴油泵工作的凸輪軸的轉速在四沖程柴油機上僅為曲軸轉速的一半。 (二 ) 二沖程柴油機的工作原理 為在曲軸一轉內(nèi)完成一個工作循環(huán)，柴油機在結構上采用獨特的進、排氣控制方式。 具有上、下兩根曲軸對動活塞式 10E207J 型柴油機，采用垂直傳動裝置使兩軸同步運動及集中 輸出功率，其下曲軸的相位領先于上曲軸 120。氣缸壁的上部開設掃氣口，氣缸壁的下部開設排氣口。上、下活塞組對向運動，分別控制著上、下氣口的啟閉。由于活塞的對置，這時以活塞運動到氣缸中部燃燒室處的止點為內(nèi)止點；以活塞運動到氣缸兩端靠近曲軸中心的止點為外止點。這類柴油機的工作過程如下； ⒈膨脹 換氣過程 由于燃燒室內(nèi)噴油燃燒，高溫高壓的燃氣推動上、下活塞由內(nèi)止點向外止點移動，下活塞首先開啟排氣口，氣缸中膨脹作功后的燃氣首先沖出排氣口，開始靠氣缸內(nèi)、外壓力差而進行的自由排氣。 隨著曲軸的繼續(xù)轉動，進氣口被上活塞打開 ，這時排氣口已大開，而積聚在進氣口外圍貯氣室內(nèi)的掃氣空氣，隨已形成一定流動慣性的廢氣流充入氣缸，廢氣在前， 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 11 新鮮空氣在后，后者擠壓前者一起流出氣缸，這好象利用新鮮空氣來強制驅趕廢氣，這種現(xiàn)象稱為掃氣。 ⒉換氣 壓縮過程 掃氣過程一直繼續(xù)到下活塞由下止點返回向上關閉排氣口而終止，此時進氣口尚未全關，掃氣空氣利用前已形成的進氣流動慣性繼續(xù)充入氣缸，使氣缸內(nèi)的充量增加，這種現(xiàn)象稱為后充。 上活塞全關進氣口時后充過程結束，這時缸壁上進、排氣口全關 ,隨著上、下活塞繼續(xù)向內(nèi)止點運動而進入壓縮過程，缸內(nèi)的氣壓和氣溫逐漸上升 ，壓縮到活塞內(nèi)止點附近時，噴油泵開始向噴油器供應高壓燃油，隨后開始噴油和燃燒。 由以上過程的解析可對二沖程柴油機作出普遍性的理論： 1) 氣口 氣口直流換氣式二沖程柴油機從排氣口開到進氣口關 — 換氣過程總時間不足活塞移動一個行程的時間，以曲軸轉角計，二沖程柴油機的換氣過程總時間約為四沖程柴 油機的１／３．５～１／４，前者強制掃氣的時間約占總換氣時間的 8﹪左右，這說明二沖程柴油機的進氣過程與排氣過程關系密切，重疊期長。 2) 進、排氣口位于活塞外止點或下止點附近，在換氣過程中活塞的移動幅度不大，僅在外止點前后較短的距離內(nèi)完成 換氣，故二沖程柴油機并不象四沖程柴油機活塞移動具有強制推出廢氣那樣的作用。為提高換氣質(zhì)量，因而增設了掃氣泵來協(xié)助換氣。即使這樣，二沖程柴油機的換氣質(zhì)量仍差于四沖程柴油機。 3) 二沖程柴油機的凸輪軸轉速與曲軸轉速相等。 4) 在轉速相同的情況下，二沖程柴油機氣缸內(nèi)作功的頻率比四沖程柴油機高一倍，但由于掃氣泵額外消耗能量；由于開設于缸壁的氣口使部分行程不能作功 及換氣品質(zhì)有所降低等原因，使二沖程柴油機的輸出功率即使在同轉速、同增壓度及同氣缸容積的條件下，只比四沖程柴油機增大 50～ 70%，實際上二沖程柴油機的轉速值還常低于四沖程柴油機。 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設計 12 第三章 固定件 固定件是柴油機安裝和支承各種機件的基礎，為柴油機提供燃燒作功的場所，它主要由機體、主軸承、氣缸、氣缸蓋、油底殼及安裝支承座等組成。 第一節(jié) 機體 16240ZB 型柴油機的機體采用鑄焊組合結構，它用整體鑄鋼的主軸承座和低合