1、柴油发动机基础知识柴油发动机基础知识前言 自自1919世纪末德国人鲁道夫狄塞尔世纪末德国人鲁道夫狄塞尔（DieselDiesel）制造出世界上第一台柴油机）制造出世界上第一台柴油机开始，柴油机经过了开始，柴油机经过了100100多年的发展，多年的发展，到今天已经取得了前所未有的长足进步。到今天已经取得了前所未有的长足进步。由最初简单的自然进气、机械喷油发展由最初简单的自然进气、机械喷油发展到今天的涡轮增压、电控喷油。而电子到今天的涡轮增压、电控喷油。而电子控制技术在柴油机上的全面应用，使得控制技术在柴油机上的全面应用，使得柴油机行业更是如虎添翼。今天的柴油柴油机行业更是如虎添翼。今天的柴油机正
2、在越来越接近人们预期的低污染、机正在越来越接近人们预期的低污染、环保、动力强劲的愿望，我们相信，随环保、动力强劲的愿望，我们相信，随着科学技术的不断进步，柴油机行业也着科学技术的不断进步，柴油机行业也将取得更大的发展。将取得更大的发展。柴油发动机基础知识柴油机简史柴油机简史 针对蒸汽机效率低的弱点，狄塞尔专注针对蒸汽机效率低的弱点，狄塞尔专注于开发高效率的内燃机。当时尼古拉斯于开发高效率的内燃机。当时尼古拉斯奥奥托发明的点火式内燃机已较成熟，但那时奥托发明的点火式内燃机已较成熟，但那时奥托发动机的燃料是煤气，储存、携带均不方托发动机的燃料是煤气，储存、携带均不方便，效率也受到影响。世纪末，石油
3、产便，效率也受到影响。世纪末，石油产品在欧洲极罕见，于是狄塞尔决定选用植物品在欧洲极罕见，于是狄塞尔决定选用植物油来解决机器的燃料问题（他用于实验的是油来解决机器的燃料问题（他用于实验的是花生油）。因为植物油点火性能不佳，无法花生油）。因为植物油点火性能不佳，无法套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉灶，提高内燃机的压缩比，利用压缩产生的灶，提高内燃机的压缩比，利用压缩产生的高温高压点燃油料。后来，这种压燃式发动高温高压点燃油料。后来，这种压燃式发动机循环便被称为狄塞尔循环。机循环便被称为狄塞尔循环。柴油发动机基础知识 18921892年，狄塞尔终于能够向
4、全世界展示自己的成果一台实用的年，狄塞尔终于能够向全世界展示自己的成果一台实用的柴油动力压燃式发动机。这种发动机功率大，油耗低，可使用柴油动力压燃式发动机。这种发动机功率大，油耗低，可使用劣质燃油，显示出辉煌的发展前景。劣质燃油，显示出辉煌的发展前景。 19221922年，德国的博世公司发明机械燃油喷射装置年，德国的博世公司发明机械燃油喷射装置 19241924年，美国的康明斯公司正式采用了泵年，美国的康明斯公司正式采用了泵- -喷油器，这一发明喷油器，这一发明有效地了提升了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上有效地了提升了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MANMAN公公司展示了一台装备柴油机
5、的卡车，这是第一台装有柴油机的汽司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准柱塞泵、喷油器，车。不久以后，博世公司开始正式生产标准柱塞泵、喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。 19361936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D260D。 7070年代年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。柴油机的发展和使用进入了一个
6、新纪元。柴油发动机基础知识第一节：柴油机的基本概念第一节：柴油机的基本概念第二节：第二节：柴油机的基本术语柴油机的基本术语 第三节：第三节：柴油机的工作原理柴油机的工作原理第四节：柴油机的基本参数第四节：柴油机的基本参数 第五节：第五节：柴油机的结构柴油机的结构 第六节：柴油机新技术第六节：柴油机新技术 目录：目录：柴油发动机基础知识第一节：柴油机的基本概念第一节：柴油机的基本概念一、概述一、概述柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压燃柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压燃式内燃机，它又常以主要发明者德国人鲁道夫狄塞尔式内燃机，它又常以主要发明者德国人鲁道夫狄塞尔的名字而称为狄塞尔引
7、擎。柴油机在工作时，吸入柴油的名字而称为狄塞尔引擎。柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到达到500500700700的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。因此，柴油机实际上连杆和曲轴转换为旋转的机械功。因此，柴油机实际上就是一部将燃料的化学能转换为机械
8、能并对外输出动力就是一部将燃料的化学能转换为机械能并对外输出动力的机器。它以柴油为燃料，所以称为柴油机。的机器。它以柴油为燃料，所以称为柴油机。柴油发动机基础知识直列往复式柴油机直列往复式柴油机 目前应用最普遍的柴油机是目前应用最普遍的柴油机是直列，往复式柴油机。直列，往复式柴油机。 往复活往复活塞式柴油机的工作腔称作气缸，塞式柴油机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰链，连杆的另一端连杆的一端铰链，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸
9、内作往构。因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转。复运动时，连杆便推动曲轴旋转。 这种形式柴油机的构造，一这种形式柴油机的构造，一般由机体、曲轴、缸盖、活塞、般由机体、曲轴、缸盖、活塞、缸套、气门、连杆、飞轮等组成。缸套、气门、连杆、飞轮等组成。如图如图-1-1中所示：中所示：柴油发动机基础知识二、柴油机分类二、柴油机分类 柴油机种类繁多，其分类方式有：柴油机种类繁多，其分类方式有： （1 1）按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。）按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。 （2 2）按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。）按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。 （3 3）按进气方式可分为
10、增压和自然吸气柴油机。）按进气方式可分为增压和自然吸气柴油机。 （4 4）按转速可分为：）按转速可分为：高速柴油机（大于高速柴油机（大于1000r.p.m1000r.p.m）；）；中速柴油机（中速柴油机（3503501000r.p.m1000r.p.m）；）；低速柴油机（小于低速柴油机（小于350r.p.m350r.p.m）。）。 其他分类。其他分类。柴油发动机基础知识1 1、按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机、按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机（1 1）二冲程）二冲程 二冲程柴油机二冲程柴油机曲轴旋转一圈曲轴旋转一圈(360(360) )，活塞在气缸内上，活塞在气缸内上下往复运动两个行程
11、，完成下往复运动两个行程，完成一个工作循环的柴油机称为一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。二冲程柴油机。 (1). (1). 第一行程第一行程 活塞：自下止点向上止点移活塞：自下止点向上止点移动完成换气和压缩动完成换气和压缩 (2). (2). 第二行程第二行程 活塞：自上止点向下止点移活塞：自上止点向下止点移动完成作功和排气动完成作功和排气柴油发动机基础知识（2 2）四冲程）四冲程 曲轴转两圈曲轴转两圈(720(720) )，活塞在气缸内上下往复，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柴油机称为运动四个行程，完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。四冲程柴油机。四冲程柴油机
12、：柴油机曲轴旋转四冲程柴油机：柴油机曲轴旋转720720完成进气、压缩、作功、排气四个冲程的工完成进气、压缩、作功、排气四个冲程的工作循环称作四冲程柴油机。作循环称作四冲程柴油机。 四冲程柴油机一个冲程曲轴的转角为：四冲程柴油机一个冲程曲轴的转角为：180180如图如图1-31-3柴油发动机基础知识柴油发动机基础知识2 2、按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机、按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机（1 1）水冷）水冷 水冷柴油机是利用在气缸体和气缸盖冷却水水冷柴油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套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却柴油发动机基础知识（2 2）风
13、冷）风冷 风冷柴油机风冷柴油机是利用流动于气是利用流动于气缸体与气缸盖外缸体与气缸盖外表面散热片之间表面散热片之间的空气作为冷却的空气作为冷却介质进行冷却介质进行冷却柴油发动机基础知识3 3、按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机、按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机 增压柴油机增压柴油机自然吸气柴油机自然吸气柴油机柴油发动机基础知识4 4、按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机、按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机 柴油机根据气缸数柴油机根据气缸数目不同可以分为单缸目不同可以分为单缸柴油机和多缸柴油机。柴油机和多缸柴油机。仅有一个气缸的柴油仅有一个气缸的柴油机称为单缸柴油机；机称为单
14、缸柴油机；有两个以上气缸的柴有两个以上气缸的柴油机称为多缸柴油机。油机称为多缸柴油机。如双缸、三缸、四缸、如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸柴十二缸等都是多缸柴油机。现代车用柴油油机。现代车用柴油机多采用四缸、六缸、机多采用四缸、六缸、八缸柴油机。八缸柴油机。柴油发动机基础知识5 5、按用途可分为、按用途可分为车用、工程机械用、船用、发电机组等车用、工程机械用、船用、发电机组等车用柴油机车用柴油机船用柴油机船用柴油机工程机械用柴油机工程机械用柴油机发电机组发电机组柴油发动机基础知识 6 6、柴油机根据气缸排列方式、柴油机根据气缸排列方式不同可以分为单列式和
15、双列式。不同可以分为单列式和双列式。 单列式柴油机的各个气缸排成单列式柴油机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，也称一列，一般是垂直布置的，也称为直列式。但为了降低高度，有为直列式。但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。平的。 双列式柴油机把气缸排成两列，双列式柴油机把气缸排成两列，两列之间的夹角两列之间的夹角180180( (一般为一般为9090) )称为称为V V型柴油机，若两列之型柴油机，若两列之间的夹角间的夹角=180=180称为对置式柴油称为对置式柴油机。机。 目前最常见的是直列式柴油机目前最常见的是直列式柴油机。柴油发动机基础知识第二节：
16、柴油机的基本术语第二节：柴油机的基本术语 柴油发动机基础知识1 1、工作循环、工作循环 柴油机的工作循环是由进气、压缩、柴油机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，柴油机才程。周而复始地进行这些过程，柴油机才能持续地做功。能持续地做功。柴油发动机基础知识2 2、上、下止点、上、下止点 活塞顶面离活塞顶面离曲轴回转中心最曲轴回转中心最远处为上止点；远处为上止点；活塞顶面离曲轴活塞顶面离曲轴回转中心最近处回转中心最近处为下止点。在上、为下止点。在上、下止点处，活塞下止点处，活塞的运动速度为零。的运动速度为零。柴
17、油发动机基础知识3 3、活塞行程、活塞行程 上、下止点上、下止点间的距离间的距离S S称为称为活塞行程。曲轴活塞行程。曲轴的回转半径的回转半径R R称称为曲轴半径。对为曲轴半径。对于气缸中心线通于气缸中心线通过曲轴回转中心过曲轴回转中心的内燃机，其的内燃机，其S=2RS=2R。柴油发动机基础知识4 4、气缸工作容积、气缸工作容积 上、下止点间所上、下止点间所包容的气缸容积包容的气缸容积称为气缸工作容称为气缸工作容积。积。 一般用一般用VhVh表示：表示： 式中：式中： D D气缸直径气缸直径 S S活塞行程活塞行程 单位：单位：mmmm柴油发动机基础知识5 5、排量、排量 多缸柴油机所有多缸柴
18、油机所有气缸工作容积的总和气缸工作容积的总和称为柴油机排量。多称为柴油机排量。多缸柴油机各气缸工作缸柴油机各气缸工作容积的总和，称为柴容积的总和，称为柴油机排量。一般用油机排量。一般用VLVL表示：表示：VLVLVhVhi i，式，式中：中：VhVh气缸工作容气缸工作容积；积；i i 气缸数目。气缸数目。柴油发动机基础知识6 6、燃烧室容积、燃烧室容积 活塞位于上止活塞位于上止点时，活塞顶面以点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下上气缸盖底面以下所形成的空间称为所形成的空间称为燃烧室，其容积称燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也为燃烧室容积，也叫压缩容积。一般叫压缩容积。一般用用VcVc表示表示 柴油发
19、动机基础知识7 7、气缸总容积、气缸总容积 气缸工作气缸工作容积与燃烧室容积与燃烧室容积之和为气容积之和为气缸总容积一般缸总容积一般用用VaVa表示，显表示，显而易见，气缸而易见，气缸总容积就是气总容积就是气缸工作容积和缸工作容积和燃烧室容积之燃烧室容积之和，即和，即VaVaVcVcVhVh。柴油发动机基础知识8 8、压缩比、压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温的程度。压缩比
20、越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般用度就越高。一般用表示：表示：VaVaVcVc（VhVhVcVc）VcVc1 1VhVhVcVc；式中：；式中：VaVa 气缸总容积气缸总容积柴油发动机基础知识第三节：柴油机的工作原理第三节：柴油机的工作原理 柴油发动机基础知识一、一、四冲程柴油机四冲程柴油机工作原理工作原理 四冲程柴油机是曲轴旋转两周（即转四冲程柴油机是曲轴旋转两周（即转720720度）完成度）完成一个工作循环，它的工作过程可表述为：活塞下行一个工作循环，它的工作过程可表述为：活塞下行时，气缸内吸入新鲜空气，以提供燃料燃烧时所需时，气缸内吸入新鲜空气，以提供燃料燃烧时所需的氧
21、气。然后活塞上行，对空气压缩，使之压力温的氧气。然后活塞上行，对空气压缩，使之压力温度升到柴油燃点以上，此时喷入气缸的柴油立即着度升到柴油燃点以上，此时喷入气缸的柴油立即着火燃烧产生热能，高温高压气体推动活塞下行而作火燃烧产生热能，高温高压气体推动活塞下行而作功，并通过连杆曲轴转换为机械能从飞轮输出。最功，并通过连杆曲轴转换为机械能从飞轮输出。最后活塞上行将燃烧后的废气排出气缸。这样周而复后活塞上行将燃烧后的废气排出气缸。这样周而复始重复进行上述过程就形成柴油机连续旋转。因此，始重复进行上述过程就形成柴油机连续旋转。因此，柴油机的实际工作过程是由进气、压缩、燃烧、膨柴油机的实际工作过程是由进气
22、、压缩、燃烧、膨胀、排气五个过程组成的。如果联系到活塞运动规胀、排气五个过程组成的。如果联系到活塞运动规律，可划分为：进气、压缩、作功、排气四个冲程。律，可划分为：进气、压缩、作功、排气四个冲程。柴油发动机基础知识1 1）进气冲程）进气冲程 第一冲程第一冲程进气，它的任务进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。缸内的燃烧室中还留有一些废气。 当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机
23、构使进气门打开。曲轴相联的传动机构使进气门打开。 随着活塞的向下运动，气缸内随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气力，因此外面空气就不断地充入气缸。完成第一冲程曲轴旋转缸。完成第一冲程曲轴旋转180180 柴油发动机基础知识2 2）压缩冲程）压缩冲程 第二冲程第二冲程压缩。压缩时活塞从压缩。压缩时活塞从下止点向上止点运动，这个冲程的功用下止点向上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气
24、体膨胀作功创行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进、排气门关闭造条件。当活塞上行，进、排气门关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断缩小，空气的压力和温度也就积的不断缩小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：一般压缩终点的压力和温度为：PcPc4 48MPa,Tc8MPa,Tc470470670670。 柴油的自燃温度约为柴油的自燃温度约为270290 270290 ，（汽油（汽油40040
25、0多度）压缩终点的温度要比柴多度）压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。完成第二冲程缸的燃油自行发火燃烧。完成第二冲程曲轴旋转曲轴旋转180180 柴油发动机基础知识3 3）作功冲程）作功冲程 第三冲程第三冲程燃烧膨胀。当第二燃烧膨胀。当第二冲程即将结束时喷油器向气缸内喷入冲程即将结束时喷油器向气缸内喷入雾化的燃油，在这个冲程开始时，大雾化的燃油，在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高
26、温压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。所以这一秆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。冲程又叫作功或工作冲程。 随着活塞的下行，气缸的容积增随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。塞行至下止点，排气阀打开时结束。完成第三冲程曲轴旋转完成第三冲程曲轴旋转180180 柴油发动机基础知识4 4）排气冲程）排气冲程 第四冲程第四冲程排气。排气冲程排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，的功用是把膨胀后的废气排出去，
27、以便充填新鲜空气，为下一个循环以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高气体压力加比大气压力高0.0250.0250.035MPa0.035MPa，其温度，其温度TbTb720720920 920 。完成第四冲程曲轴旋转。完成
28、第四冲程曲轴旋转180180 柴油发动机基础知识二、二、二冲程柴油机二冲程柴油机工作原理工作原理 在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个工作循环，其中两个冲程（进气和排气），活塞的功用相工作循环，其中两个冲程（进气和排气），活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即活塞每两个冲程就完成一个工作循环，而进气和排气过程活塞每两个冲程就完成一个工作循环，而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴油机的活塞没有空气
29、泵的作用，为了排除燃烧后的废气，油机的活塞没有空气泵的作用，为了排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵（增压器）。下图是气门式直流换气的二冲程柴油机的泵（增压器）。下图是气门式直流换气的二冲程柴油机的工作原理图。工作原理图。柴油发动机基础知识柴油发动机基础知识1）第一冲程）第一冲程 活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通口进入气缸，气缸
30、中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气过排气口扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后，空气停止充入，排气还在口，当扫气口完全关闭后，空气停止充入，排气还在进行，这阶段称为进行，这阶段称为“过后排气阶段过后排气阶段”。排气口关闭。排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。柴油发动机基础知识2）第二冲程）第二冲程
31、活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口f f打开，膨打开，膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为（一般扫气箱中的扫气压力为0.105-0.140MPa0.105-0.140MPa）下行）下行活塞把扫气口打开，活塞把扫气口打开， 扫气空气进入气缸，同时把气扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口缸内的废气经排
32、气口f f赶出气缸。活塞运行到下止点，赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束，但扫气过程一直继续到下一个冲程排气本冲程结束，但扫气过程一直继续到下一个冲程排气口关闭为止。口关闭为止。 柴油发动机基础知识结论结论柴油发动机基础知识三、涡轮增压柴油机的工作原理三、涡轮增压柴油机的工作原理 在介绍涡轮增压柴油机工作原理之前，先回顾在介绍涡轮增压柴油机工作原理之前，先回顾一下柴油机的基本工作原理及其与空气增压系统一下柴油机的基本工作原理及其与空气增压系统的关系。柴油机是一种耗气机械，因为燃油需要的关系。柴油机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到与空气混合才能完成燃烧冲
33、程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。柴油机燃油排到大气中外，不会产生更多功率。柴油机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加进入气缸的空气量对柴油机来说是此可见，增加进入气缸的空气量对柴油机来说是非常重要的非常重要的。 柴油发动机基础知识涡轮增压柴油机的工作原理涡轮增压柴油
34、机的工作原理柴油发动机基础知识涡轮增压器结构涡轮增压器结构 涡轮增压器主要由涡轮机、中间体和压气机三大部分组成。涡轮增压器主要由涡轮机、中间体和压气机三大部分组成。涡轮机的主要作用是利用柴油机排出的废气冲击涡轮做功，涡轮机的主要作用是利用柴油机排出的废气冲击涡轮做功，以驱动压气机叶轮高速旋转。压气机的作用是将涡轮旋转的以驱动压气机叶轮高速旋转。压气机的作用是将涡轮旋转的动能转变为空气的压力能，使进入柴油机的空气压力有效提动能转变为空气的压力能，使进入柴油机的空气压力有效提高，增大空气进入量。中间体既是增压器的支承机构，又是高，增大空气进入量。中间体既是增压器的支承机构，又是增压器的润滑冷却装置
35、。工作时，增压器转子轴一端的涡轮增压器的润滑冷却装置。工作时，增压器转子轴一端的涡轮叶轮在气缸排出的废气驱动下，带动另一端的压气机叶轮高叶轮在气缸排出的废气驱动下，带动另一端的压气机叶轮高速旋转（速旋转（3000030000160000r/min160000r/min） 同时，涡轮带动离心式压同时，涡轮带动离心式压气机提高进气压力，并通过中冷器冷却，增大空气的密度后气机提高进气压力，并通过中冷器冷却，增大空气的密度后进入气缸，使每个工作循环进入气缸的新鲜空气量增加，从进入气缸，使每个工作循环进入气缸的新鲜空气量增加，从而喷入更多的燃油。高压空气流经进气管进入气缸与喷入气而喷入更多的燃油。高压空
36、气流经进气管进入气缸与喷入气缸的更多柴油混合燃烧，显著改善了柴油机的燃烧过程，可缸的更多柴油混合燃烧，显著改善了柴油机的燃烧过程，可提高柴油机功率提高柴油机功率30305050，降低油耗，降低油耗8 8左右。左右。柴油发动机基础知识涡轮增压器结构涡轮增压器结构柴油发动机基础知识涡轮增压系统概述涡轮增压系统概述 涡轮增压有许多好处。非增压柴油机通过曲轴的运动直接从大气中涡轮增压有许多好处。非增压柴油机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向柴油机提供压缩空气。由于进入气缸的空气吸进空气，而涡轮增压器向柴油机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使柴油机产生较多的
37、功率并具有较高增多，所以允许喷入较多的燃油，使柴油机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的柴油机经增压后可以产生的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的柴油机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量柴油机经增压后可产生与较大柴油机较多的功率，或者说，一台小排量柴油机经增压后可产生与较大柴油机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。 由于涡轮增压器为柴油机提供了更多的空气，燃油在柴油机气缸里由于涡轮增压器为柴油机提供了更多的空气，燃油在柴油机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。柴油机进气管的空气保持正压力（大燃烧
38、时会燃烧得更充分、更彻底。柴油机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对柴油机机有多方面的好处。当柴油机进排气门重叠于大气压的压力）对柴油机机有多方面的好处。当柴油机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。冷却气缸头、活塞和气门。 涡轮增压器可使非增压柴油机在高原上工作时得到氧气补偿（使其涡轮增压器可使非增压柴油机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。柴油机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持达到标准大气条件）。柴油机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平
39、面大气压。而一台自然吸气的柴油机，随着海拔高度的增加，其功海平面大气压。而一台自然吸气的柴油机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。率将下降。 装有增压器的柴油机称为增压柴油机，而直接从大气中吸入空气的装有增压器的柴油机称为增压柴油机，而直接从大气中吸入空气的柴油机称为非增压柴油机。由于增压柴油机具有动力性能、经济性能及柴油机称为非增压柴油机。由于增压柴油机具有动力性能、经济性能及排气污染等都优于非增压柴油机，因此，增压柴油机正获得越来越广泛排气污染等都优于非增压柴油机，因此，增压柴油机正获得越来越广泛的应用。的应用。柴油发动机基础知识增压柴油机的性能增压柴油机的性能 （1 1）升功率提高、燃料
40、消耗降低柴油机增压能够）升功率提高、燃料消耗降低柴油机增压能够有效提高其升功率和降低燃料消耗，并扩大了柴有效提高其升功率和降低燃料消耗，并扩大了柴油机的转速范围。这对于经常处于不同负荷、不油机的转速范围。这对于经常处于不同负荷、不同转速下变工况工作的柴油机而言，是极为有利同转速下变工况工作的柴油机而言，是极为有利的，可以获得良好的动力性的经济性。的，可以获得良好的动力性的经济性。 柴油发动机基础知识（2 2）加速性与起动性变差）加速性与起动性变差 涡轮增压柴油机由于增压器本身惯性和低速涡轮增压柴油机由于增压器本身惯性和低速时（小于时（小于200r.p.m200r.p.m）输出功率较低。在加速过
41、程）输出功率较低。在加速过程中增压压力上升缓慢，使柴油机转速及平均有效中增压压力上升缓慢，使柴油机转速及平均有效压力增长过程时间拖长，因此增压柴油机的加速压力增长过程时间拖长，因此增压柴油机的加速性比非增压的差。性比非增压的差。 柴油机起动时因无高温排气，涡轮无法工作，柴油机起动时因无高温排气，涡轮无法工作，压气机也不能供气。而且增压柴油机的压缩比较压气机也不能供气。而且增压柴油机的压缩比较小，使起动压缩终了的温度降低，造成柴油机着小，使起动压缩终了的温度降低，造成柴油机着火的起动困难。火的起动困难。柴油发动机基础知识（3）减低了排气污染及噪声）减低了排气污染及噪声 低污染、低噪声是对汽车柴油
42、机提出的另一个要求。由于低污染、低噪声是对汽车柴油机提出的另一个要求。由于增压柴油机是在较充裕的过量空气下工作，混合气较稀，燃烧增压柴油机是在较充裕的过量空气下工作，混合气较稀，燃烧完全，使高负荷冒烟、排出完全，使高负荷冒烟、排出CO及及HC等有害物质显著减少。增等有害物质显著减少。增压柴油机的有害气体排放量一般为非增压的压柴油机的有害气体排放量一般为非增压的1/3-1/2。如果措施。如果措施得（例如采用高喷射率并延迟喷射），得（例如采用高喷射率并延迟喷射），NO排放量也明显降低，排放量也明显降低，尤其在采用增压及中冷以后，对减少有害排放更为有利。尤其在采用增压及中冷以后，对减少有害排放更为有
43、利。 柴油机噪声主要来源是燃烧噪声和机械噪声，此外还有进、柴油机噪声主要来源是燃烧噪声和机械噪声，此外还有进、排气、冷却风扇等发出的噪声。增压柴油机由于增压比减小和排气、冷却风扇等发出的噪声。增压柴油机由于增压比减小和喷油提前角减小，燃烧压力升高率降低，使燃烧噪声减小。另喷油提前角减小，燃烧压力升高率降低，使燃烧噪声减小。另外由于压气机和涡轮机的阻力作用，也使进、排气噪声减小。外由于压气机和涡轮机的阻力作用，也使进、排气噪声减小。所以柴油机增压后，整机总的噪声有明显下降，一般增压比非所以柴油机增压后，整机总的噪声有明显下降，一般增压比非增压柴油机噪声可降低增压柴油机噪声可降低35dB(A)。柴
44、油发动机基础知识四、多缸柴油机的工作顺序四、多缸柴油机的工作顺序 概述概述 四冲程柴油机每个工作循环中，只有燃烧膨四冲程柴油机每个工作循环中，只有燃烧膨胀冲程才做功，而进气、压缩和排气三个辅助冲胀冲程才做功，而进气、压缩和排气三个辅助冲程不但不做功，而且还消耗一部分功，用来压缩程不但不做功，而且还消耗一部分功，用来压缩气体和克服进、排气时的阻力。因此，在柴油机气体和克服进、排气时的阻力。因此，在柴油机运行时，由于各冲程中有的获得能量而有的消耗运行时，由于各冲程中有的获得能量而有的消耗能量，造成转速不均匀，有时加速有时减速。能量，造成转速不均匀，有时加速有时减速。 柴油机运转不均匀性，既达不到匀
45、速运转的柴油机运转不均匀性，既达不到匀速运转的要求，又使各运动零件在工作过程中到冲击，引要求，又使各运动零件在工作过程中到冲击，引起零件的严重磨损，有时会造成损坏。因此，提起零件的严重磨损，有时会造成损坏。因此，提高运转的均匀性是柴油机结构上的一个重要问题。高运转的均匀性是柴油机结构上的一个重要问题。 柴油发动机基础知识多缸柴油机的工作顺序多缸柴油机的工作顺序 提高柴油机运转均匀性，通常采用两种方法：提高柴油机运转均匀性，通常采用两种方法： 在曲轴上安装飞轮；在曲轴上安装飞轮； 采用多缸结构型式。采用多缸结构型式。 柴油发动机基础知识多缸柴油机的工作顺序多缸柴油机的工作顺序 飞轮是一个具有较大
46、转动惯量的圆盘，安装在飞轮是一个具有较大转动惯量的圆盘，安装在柴油机的曲轴后端。当柴油机在燃烧膨胀冲程中柴油机的曲轴后端。当柴油机在燃烧膨胀冲程中气体压力通过活塞连杆推动曲轴时，也带动飞轮气体压力通过活塞连杆推动曲轴时，也带动飞轮一起转动。此时飞轮将获得的一部分能量一起转动。此时飞轮将获得的一部分能量“储存储存”起来。当柴油机运转到其它三个辅助冲程时，飞起来。当柴油机运转到其它三个辅助冲程时，飞轮便放出所轮便放出所“储存储存”的能量，使曲轴仍然保持原的能量，使曲轴仍然保持原有的转速，从而大大提高柴油机运转的均匀性。有的转速，从而大大提高柴油机运转的均匀性。 因此，单缸柴油机上必须安装一个尺寸与
47、质因此，单缸柴油机上必须安装一个尺寸与质量相当大的飞轮，以保证它的正常运转。量相当大的飞轮，以保证它的正常运转。柴油发动机基础知识 在多缸柴油机中，对每个气缸来讲，它是按在多缸柴油机中，对每个气缸来讲，它是按照前述的单缸柴油机的工作过程进行工作的。但照前述的单缸柴油机的工作过程进行工作的。但在同一时刻每缸所进行的工作过程却不相同。它在同一时刻每缸所进行的工作过程却不相同。它们是根据气缸数目和曲柄排列方式的不同、按照们是根据气缸数目和曲柄排列方式的不同、按照一定的工作顺序而工作的。为了保证柴油机运转一定的工作顺序而工作的。为了保证柴油机运转均匀性和平衡性的要求，对四冲程柴油机，曲轴均匀性和平衡性
48、的要求，对四冲程柴油机，曲轴转动两转（即转动两转（即720720）内，每个气缸都必须完成一）内，每个气缸都必须完成一个循环。因此，各缸应相隔一定的转角而均匀的个循环。因此，各缸应相隔一定的转角而均匀的着火。若多缸柴油机有着火。若多缸柴油机有i i个气缸，则着火间隔角应个气缸，则着火间隔角应为：为：=720/i=720/i多缸柴油机的工作顺序多缸柴油机的工作顺序柴油发动机基础知识1 1 四缸柴油机的工作顺序四缸柴油机的工作顺序 着火间隔：着火间隔：=720/i=720/i可知：可知：四缸机的着火间四缸机的着火间隔角为隔角为180180。各缸的着火顺序各缸的着火顺序可为：可为：1-3-4-21-3
49、-4-2，即表示第一缸着即表示第一缸着火以后，依次为火以后，依次为第第3 3、4 4、2 2缸的缸的顺序相继着火。顺序相继着火。 柴油发动机基础知识四缸柴油机的工作顺序四缸柴油机的工作顺序 上图为四缸柴油机示意图和着火顺序，四缸柴油机的曲上图为四缸柴油机示意图和着火顺序，四缸柴油机的曲轴由四个曲拐构成，各曲拐平面之间的相互夹角为轴由四个曲拐构成，各曲拐平面之间的相互夹角为180180；若第若第1 1、4 4缸内的活塞运行到上止点位置时，第一缸进行做功缸内的活塞运行到上止点位置时，第一缸进行做功冲程，则第四缸进行吸气冲程，而第三缸和第二缸分别开始冲程，则第四缸进行吸气冲程，而第三缸和第二缸分别开
50、始进行压缩冲程和排气冲程。在曲轴转过进行压缩冲程和排气冲程。在曲轴转过180180后，则第二缸后，则第二缸和第三缸的活塞处于上止点位置，第三缸开始进入做功冲程，和第三缸的活塞处于上止点位置，第三缸开始进入做功冲程，第二缸为进气冲程。此时一、四缸分别力排气和压缩冲程。第二缸为进气冲程。此时一、四缸分别力排气和压缩冲程。如此循环，使四个气缸每隔如此循环，使四个气缸每隔180180曲轴转角，交替进入做功曲轴转角，交替进入做功冲程推动活塞运动。冲程推动活塞运动。4DF4DF型和型和4DL4DL型柴油机即按此着火顺序工型柴油机即按此着火顺序工作。根据四缸机曲拐排列的特点，也可按作。根据四缸机曲拐排列的特
