1、a1a2WD615柴油机柴油机a3柴油机的能量转换过程柴油机的能量转换过程燃料的燃料的化学能化学能气体压气体压力能力能机械能机械能一、基本概念一、基本概念1.什么是柴油机？什么是柴油机？ 柴油机是以柴油为燃料的将化学能转换柴油机是以柴油为燃料的将化学能转换为机械能的动力装置。为机械能的动力装置。a42.什么叫活塞的死点（或止点）？什么是上死点什么叫活塞的死点（或止点）？什么是上死点和下死点？什么是活塞的冲程（行程）？和下死点？什么是活塞的冲程（行程）？上死点上死点下死点下死点活塞行程活塞行程S S曲轴回曲轴回转中心转中心曲柄半径曲柄半径R R活塞行程活塞行程S S曲柄半径曲柄半径R R= =2
2、 2a5曲轴旋转时，活塞所能到达的两个极限位置称作活塞的死点；距离曲轴旋转中心最远的称作活塞的上死点；距离曲轴旋转中心最近的称作活塞的下死点；上下死点之间的距离称作活塞的冲程（行程）。a63.什么是气缸压缩容积？工作容积？气缸总容积？什么是气缸压缩容积？工作容积？气缸总容积？ 什么是柴油机的总排量？什么是柴油机的总排量？压缩容积压缩容积VcVc工作容积工作容积VsVs气缸总气缸总容积容积VaVaa7活塞位于上死点时其顶部与气缸盖底部活塞位于上死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作之间的气缸容积称作压缩容积压缩容积；活塞从上死点移到下死点所扫过的容积活塞从上死点移到下死点所扫过的容积称作称作
3、工作容积工作容积；活塞位于下死点时其顶部与气缸盖底部活塞位于下死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作之间的气缸容积称作气缸总容积气缸总容积；所有气缸的工作容积之和称为柴油机的所有气缸的工作容积之和称为柴油机的排量排量。a8 气缸压缩容积、工作容积、气缸总容积和总排量气缸压缩容积、工作容积、气缸总容积和总排量之间的关系：之间的关系：气缸总容积气缸总容积VaVa= =压缩容积压缩容积VcVc+ +工作容积工作容积VsVs柴油机排量柴油机排量VaVa= =气缸数气缸数工作容积工作容积VsVsL La9按冲程数分：有四冲程和二冲程。按冲程数分：有四冲程和二冲程。 四冲程：曲轴旋转两周完成一个工作循
4、环。四冲程：曲轴旋转两周完成一个工作循环。 二冲程：曲轴旋转一周完成一个工作循环。二冲程：曲轴旋转一周完成一个工作循环。按气缸排列方式分：有直列式、按气缸排列方式分：有直列式、V V型、型、W W型和星型和星型排列等。型排列等。按气缸数分：有单缸机和多缸机（二缸和二缸按气缸数分：有单缸机和多缸机（二缸和二缸以上的）。以上的）。二、柴油机分类二、柴油机分类a10按进气方式：有自然吸气、增压和增压中冷。按进气方式：有自然吸气、增压和增压中冷。按冷却介质分：有水冷和风冷柴油机。按冷却介质分：有水冷和风冷柴油机。 按转速分：有高速机、中速机和低速机。按转速分：有高速机、中速机和低速机。 转速：转速：
5、n n1000r/min 1000r/min 高速机高速机 600r/min600r/minn1000r/min n1000r/min 中速机中速机 n600r/min n600r/min 低速机低速机按用途分：固定用柴油机和移动式柴油机。按用途分：固定用柴油机和移动式柴油机。a11三、柴油机主要性能指三、柴油机主要性能指主要性能主要性能动力性能动力性能经济性能经济性能可靠性可靠性排放性能排放性能维修性能维修性能a12转速转速功率功率动力性动力性能指标能指标扭矩扭矩动力性能指标是用来表征做功动力性能指标是用来表征做功能力大小的指标。能力大小的指标。 a13功率：在单位时间内柴油机对外输出的有效
6、功，单位为kW 。转速：柴油机曲轴每分钟所转动的圈数，单位为r/min。扭矩：柴油机对外输出的有效扭矩转动力矩，单位为Nm Pe=Men/9550 (kW)动力性能指标是满足用户的配套需求。动力性能指标是满足用户的配套需求。 a14经济性经济性能指标能指标机油消耗率机油消耗率有效热效率有效热效率经济性能指标表征柴油机经济性能指标表征柴油机的工作使用成本。的工作使用成本。 燃油消耗率燃油消耗率a15有效热效率：燃料燃烧所产生的热量转换成有效功的百分数。燃油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的燃油量，单位为g/(kWh)。机油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的机油量，单位为g/(kWh)
7、。 以上指标是发动机在台架试验中测量考核的指标，与用户的实际情况存在差异，影响的因素也较复杂。a16四、四冲程柴油机基本工作原理四、四冲程柴油机基本工作原理柴油机一个工作循环由四个工柴油机一个工作循环由四个工作冲程组成，即：作冲程组成，即：进气冲程进气冲程压缩冲程压缩冲程做功冲程做功冲程排气冲程排气冲程柴油机的连续运转是由无限个柴油机的连续运转是由无限个工作循环构成。工作循环构成。在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程对外做功，其他三个冲程消耗能量。对外做功，其他三个冲程消耗能量。a17吸气冲程吸气冲程 压缩冲程压缩冲程 做功冲程做功冲程 排气冲程排气
8、冲程 180CA180CA180CA180CA进气阀进气阀 排气阀排气阀 a18进气冲程进气冲程 活塞由上止点向下止点活塞由上止点向下止点移动，进气阀打开，排移动，进气阀打开，排气阀关闭。气阀关闭。 在柴油机进气冲程中，在柴油机进气冲程中，纯净空气被吸入气缸，纯净空气被吸入气缸，为柴油燃烧提供氧气。为柴油燃烧提供氧气。a19压缩冲程压缩冲程 活塞由下止点向上止点活塞由下止点向上止点移动，进气阀和排气阀移动，进气阀和排气阀全部关闭。全部关闭。 柴油机压缩比较大，压柴油机压缩比较大，压缩终点时气缸内气体压缩终点时气缸内气体压力可高达力可高达35MPa，温度，温度可达可达310340K，为气缸，为气
9、缸内油气混和与点火做好内油气混和与点火做好准备。准备。a20做功冲程做功冲程 活塞由上止点向下止点移活塞由上止点向下止点移动，进气阀和排气阀同时动，进气阀和排气阀同时关闭。关闭。 压缩冲程结束时喷入燃烧压缩冲程结束时喷入燃烧室内的柴油，与高温高压室内的柴油，与高温高压气体混和并燃烧。燃气受气体混和并燃烧。燃气受热膨胀，推动活塞下移，热膨胀，推动活塞下移，对外做功。对外做功。a21排气冲程排气冲程 活塞由下止点向上止点活塞由下止点向上止点移动，进气阀关闭，排移动，进气阀关闭，排气阀打开。气阀打开。 通过活塞将废气排出气通过活塞将废气排出气缸，为下一个工作循环缸，为下一个工作循环做好准备。做好准备
10、。a22五、柴油机的基本组成五、柴油机的基本组成柴油机的基本组成柴油机的基本组成 机机体体组组件件曲曲柄柄连连杆杆机机构构配配气气机机构构燃燃油油供供给给系系统统润润滑滑系系统统冷冷却却系系统统启启动动系系统统a23（一）机体组件（一）机体组件【功能功能】各机构和系统的装备骨架，并作各机构和系统的装备骨架，并作某些系统的组成部分。某些系统的组成部分。【组成组成】气缸盖、气缸体、曲轴箱、油底气缸盖、气缸体、曲轴箱、油底壳等零部件。壳等零部件。a24WD615WD615柴油机机体柴油机机体a25（二）曲柄连杆机构（二）曲柄连杆机构【功能功能】将活塞的往复运动转换为曲轴的将活塞的往复运动转换为曲轴的
11、旋转运动，从而实现热能向机械能的转旋转运动，从而实现热能向机械能的转换；曲轴飞轮组还承担着柴油机功率输换；曲轴飞轮组还承担着柴油机功率输出的功能。出的功能。【组成组成】活塞组、连杆组、曲轴飞轮组。活塞组、连杆组、曲轴飞轮组。a26WD615WD615柴油机曲柄连杆柴油机曲柄连杆a27（三）配气机构（三）配气机构【功能功能】定时向柴油机气缸内提供充足而定时向柴油机气缸内提供充足而干净的新鲜空气，并将燃烧后的废气排干净的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸体。出气缸体。【组成组成】进、排气门、摇臂、凸轮轴、正进、排气门、摇臂、凸轮轴、正时齿轮、气门挺杆、气门弹簧等。时齿轮、气门挺杆、气门弹簧等。a2
12、8WD615WD615柴油机配气机构（一）柴油机配气机构（一）a29WD615WD615柴油机配气机构（二）柴油机配气机构（二）a30WD615WD615柴油机配气机构（三柴油机配气机构（三）a31（四）燃油供给系统（四）燃油供给系统【功能功能】按照柴油机工作循环所规定的时按照柴油机工作循环所规定的时间及柴油机负荷情况，向柴油机气缸内间及柴油机负荷情况，向柴油机气缸内喷入适量的柴油。喷入适量的柴油。【组成组成】柴油箱、低压油管、输油泵、滤柴油箱、低压油管、输油泵、滤清器、高压油泵、高压油管及喷油器等清器、高压油泵、高压油管及喷油器等零部件。零部件。a32WD615WD615柴油机燃油供给系柴油
13、机燃油供给系a33（五）润滑系统（五）润滑系统【功能功能】将清洁的润滑油以一定的压力不间断地将清洁的润滑油以一定的压力不间断地送到柴油机各摩擦表面或高温零件冷却表面，送到柴油机各摩擦表面或高温零件冷却表面，以减少摩擦阻力和零件的磨损，并带走摩擦时以减少摩擦阻力和零件的磨损，并带走摩擦时产生的热量和金属屑，以及高温零件所吸收的产生的热量和金属屑，以及高温零件所吸收的热量，保证柴油机长期可靠工作。热量，保证柴油机长期可靠工作。【组成组成】滑油泵、滑油滤清器、滑油冷却器和滑滑油泵、滑油滤清器、滑油冷却器和滑油管路等。油管路等。a34WD615WD615柴油机润滑系统柴油机润滑系统a35（六）冷却系统
14、（六）冷却系统【功能功能】对柴油机的高温零件进行适当冷对柴油机的高温零件进行适当冷却，以保证其正常的工作温度，这也是却，以保证其正常的工作温度，这也是保证柴油机长期可靠工作的必要条件之保证柴油机长期可靠工作的必要条件之一。一。【组成组成】水泵、水箱、散热器及节温器和水泵、水箱、散热器及节温器和管路等。管路等。a36WD615WD615柴油机冷却系统柴油机冷却系统a37（七）启动系统（七）启动系统【功能功能】为柴油机的启动提供外部动力，为柴油机的启动提供外部动力，并保证启动的安全性和可靠性。并保证启动的安全性和可靠性。【组成组成】电启动方式：启动钥匙和开关，电启动方式：启动钥匙和开关，启动电源，
15、启动线路和电动马达等。启动电源，启动线路和电动马达等。a38WD615WD615柴油机起动系统柴油机起动系统a39（一）柴油机工况（一）柴油机工况 顾名思义，柴油机工况就是指柴顾名思义，柴油机工况就是指柴油机实际运行的工作状况。油机实际运行的工作状况。表征内燃表征内燃机运行工况的参数可由下式给出：机运行工况的参数可由下式给出： PeTtqn 式中，式中，Pe为有效功率，为有效功率，Ttq为内为内燃机转矩，燃机转矩，n为内燃机的工作转速。为内燃机的工作转速。 六、柴油机的基本特性六、柴油机的基本特性a40 描述工况的三个参数只有两个是独描述工况的三个参数只有两个是独立变量，换句话说，当其中任意两
16、个参立变量，换句话说，当其中任意两个参数固定之后，第三个参数就可以通过上数固定之后，第三个参数就可以通过上式求出。比较常用的是用式求出。比较常用的是用T Ttqtq与与n n或者或者PePe与与n n两组参数来表征内燃机稳定运行的工两组参数来表征内燃机稳定运行的工况点。况点。 转速转速n n表示内燃机工作过程进行的表示内燃机工作过程进行的速度快慢，速度快慢， 而而TtqTtq或者或者PePe说明内燃机发说明内燃机发出功率或承受负荷能力的大小。出功率或承受负荷能力的大小。a41（二）柴油机工况分类（二）柴油机工况分类 内燃机的工作区域取决于内燃机的内燃机的工作区域取决于内燃机的用途。用途不同时，
17、工作区域将有很大用途。用途不同时，工作区域将有很大的差异。通常将内燃机工况分为三类：的差异。通常将内燃机工况分为三类： 第一类工况第一类工况：特点是柴油机的功率变化特点是柴油机的功率变化时转速几乎保持不变。该工况又称为固时转速几乎保持不变。该工况又称为固定式柴油机工况，如发电用内燃机等。定式柴油机工况，如发电用内燃机等。此工况属线工况。灌溉用内燃机，除启此工况属线工况。灌溉用内燃机，除启动和过度工况外，在运行过程中负荷与动和过度工况外，在运行过程中负荷与转速基本均保持不变，称为点工况。转速基本均保持不变，称为点工况。a42 第二类工况第二类工况：其特点是内燃机的功率与其特点是内燃机的功率与转速
18、接近于幂函数关系。当内燃机作为转速接近于幂函数关系。当内燃机作为船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出的功率必须螺旋桨吸收的功率相等，而的功率必须螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系。这样内燃机功且与转速成幂函数关系。这样内燃机功率就呈现一种十分有规律的变化。该类率就呈现一种十分有规律的变化。该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。也属于线工况。a43 第三类工况第三类工况：其特点是功率和转速都在其特点是功率和转速都在较大范围内变化，它们之间没
19、有特定的较大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，都属于这种工况。此时，内燃机的转速都属于这种工况。此时，内燃机的转速取决于行驶速度，可以从最低稳定转速取决于行驶速度，可以从最低稳定转速到一直变到最高转速；负荷取决于行驶到一直变到最高转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，从零可以变到全阻力，在同一转速下，从零可以变到全负荷。内燃机可能的工作区域就是该种负荷。内燃机可能的工作区域就是该种类型内燃机的实际工作区域，相应的工类型内燃机的实际工作区域，相应的工况区域称为面工况。况区域称为面工况。a44a45（三）柴油机性能特性（三）柴油机性
20、能特性 所谓柴油机特性，就是指柴油所谓柴油机特性，就是指柴油机各性能参数随参数调整或运转工机各性能参数随参数调整或运转工况变化的规律。性能指标随运行工况变化的规律。性能指标随运行工况变化的特性称为况变化的特性称为性能特性性能特性。用来。用来表示特性的曲线叫特性曲线。表示特性的曲线叫特性曲线。a46负荷特性负荷特性-指转速不变时，柴油机指转速不变时，柴油机性能指标随负荷而变化的关系，用性能指标随负荷而变化的关系，用曲线的形式表示出来就称为负荷特曲线的形式表示出来就称为负荷特性曲线。驱动发电机、压缩机、风性曲线。驱动发电机、压缩机、风机、水泵等动力装置的内燃机，都机、水泵等动力装置的内燃机，都是按
21、照负荷特性运行的。是按照负荷特性运行的。 a47速度特性速度特性-指柴油机在油量调节机构指柴油机在油量调节机构（油量调节齿条）保持不变的情况下，（油量调节齿条）保持不变的情况下，其主要性能指标随转速的变化关系。其主要性能指标随转速的变化关系。 当油量控制机构在标定位置时，测得当油量控制机构在标定位置时，测得的柴油机速度特性为的柴油机速度特性为全负荷速度特性全负荷速度特性，简称简称外特性外特性；油量低于标定位置时的；油量低于标定位置时的速度特性，称为速度特性，称为部分负荷速度特性部分负荷速度特性。a48 WD615T1-3A柴油机柴油机1850r/min负荷特性和外速度特性负荷特性和外速度特性柴
22、油机负荷柴油机负荷 燃燃油油消消耗耗率率 a49 由于外特性上反映了柴油机能由于外特性上反映了柴油机能够达到的最高性能，确定了最大功够达到的最高性能，确定了最大功率、最大扭矩以及对应的转速，因率、最大扭矩以及对应的转速，因而十分重要，所有的发动机出厂时而十分重要，所有的发动机出厂时都必须提供柴油机外特性。都必须提供柴油机外特性。a50万有特性万有特性-柴油机几个主要特性参数之柴油机几个主要特性参数之间相互关系的综合特性成为柴油机的万间相互关系的综合特性成为柴油机的万有特性。有特性。从万有特性上，可以清晰地了解到内燃从万有特性上，可以清晰地了解到内燃机在各种工况下的性能，很容易找出最机在各种工况
23、下的性能，很容易找出最经济的负荷和转速。经济的负荷和转速。在万有特性图上，最内层的等燃油消耗在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率相当于内燃机运转的最经济区域，等率相当于内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性越差。值曲线越向外，经济性越差。a51WD615T4柴油机万有特性柴油机万有特性a52 等燃油消耗率曲线的形状与位置对内等燃油消耗率曲线的形状与位置对内燃机的实际使用经济性能有重要的影响。燃机的实际使用经济性能有重要的影响。-如果该曲线的形状在横向上较长，则表如果该曲线的形状在横向上较长，则表示内燃机在负荷变化不大而转速变化较大示内燃机在负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃油
24、消耗率变化较小。的情况下工作时，燃油消耗率变化较小。 -如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃机在负荷变化较大而转速变化不大的情况机在负荷变化较大而转速变化不大的情况下工作时，油耗率变化较小。下工作时，油耗率变化较小。a53-对于汽车用内燃机，最经济区域应大致对于汽车用内燃机，最经济区域应大致在万有特性的中间位置，这样常用转速在万有特性的中间位置，这样常用转速和负荷就可以落在最经济区域内，并希和负荷就可以落在最经济区域内，并希望等燃油消耗率曲线在横向较长。望等燃油消耗率曲线在横向较长。-对于拖拉机和工程机械用内燃机，其转对于拖拉机和工程机械用内燃机，其转速变化范围较小，而负荷变化范围较大，速变化范围较小，而负荷变化范围较大，最经济区域应在标定转速附近，并沿纵最经济区域应在标定转速附近，并沿纵向较长。向较长。 a54潍柴企业标准潍柴企业标准综合比油耗综合比油耗a55a56柴油机综合比油耗计算公式gew=(Geiki)/(Neiki)式中代号含义：i:工况号1到8.gew：柴油机综合燃油消耗率;g/kWhGei: 柴油机各工况点时的小时耗油率；g/hki: 柴油机各工况点的加权数，无量纲Nei：柴油机各工况点的功率；kWa57
