柴油機基本知識濰柴動力股份有限公司第一頁，共57頁。WD615柴油機第二頁，共57頁。柴油機的能量轉換過程燃料的化學能氣體壓力能機械能一、基本概念1.什么是柴油機？柴油機是以柴油為燃料的將化學能轉換為機械能的動力裝置。第三頁，共57頁。2.什么叫活塞的死點（或止點）？什么是上死點和下死點？什么是活塞的沖程（行程）？上死點下死點活塞行程S曲軸回轉中心曲柄半徑R活塞行程S曲柄半徑R=2×第四頁，共57頁。

曲軸旋轉時，活塞所能到達的兩個極限位置稱作活塞的死點；

距離曲軸旋轉中心最遠的稱作活塞的上死點；

距離曲軸旋轉中心最近的稱作活塞的下死點；

上下死點之間的距離稱作活塞的沖程（行程）。第五頁，共57頁。3.什么是氣缸壓縮容積？工作容積？氣缸總容積？什么是柴油機的總排量？壓縮容積Vc工作容積Vs氣缸總容積Va第六頁，共57頁。

活塞位于上死點時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作壓縮容積；

活塞從上死點移到下死點所掃過的容積稱作工作容積；

活塞位于下死點時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作氣缸總容積；

所有氣缸的工作容積之和稱為柴油機的排量。第七頁，共57頁。氣缸壓縮容積、工作容積、氣缸總容積和總排量之間的關系：氣缸總容積Va=壓縮容積Vc+工作容積Vs柴油機排量Va=氣缸數×工作容積VsL第八頁，共57頁。

按沖程數分：有四沖程和二沖程。四沖程：曲軸旋轉兩周完成一個工作循環。二沖程：曲軸旋轉一周完成一個工作循環。

按氣缸排列方式分：有直列式、V型、W型和星型排列等。

按氣缸數分：有單缸機和多缸機（二缸和二缸以上的）。二、柴油機分類第九頁，共57頁。

按進氣方式：有自然吸氣、增壓和增壓中冷。

按冷卻介質分：有水冷和風冷柴油機。

按轉速分：有高速機、中速機和低速機。轉速：n＞1000r/min高速機

600r/min＜n≤1000r/min中速機

n≤600r/min低速機

按用途分：固定用柴油機和移動式柴油機。第十頁，共57頁。三、柴油機主要性能指主要性能動力性能經濟性能可靠性排放性能維修性能第十一頁，共57頁。轉速功率動力性能指標扭矩動力性能指標是用來表征做功能力大小的指標。第十二頁，共57頁。

功率：在單位時間內柴油機對外輸出的有效功，單位為kW。

轉速：柴油機曲軸每分鐘所轉動的圈數，單位為r/min。

扭矩：柴油機對外輸出的有效扭矩轉動力矩，單位為N·mPe=Me×n/9550(kW)動力性能指標是滿足用戶的配套需求。

第十三頁，共57頁。經濟性能指標機油消耗率有效熱效率經濟性能指標表征柴油機的工作使用成本。

燃油消耗率第十四頁，共57頁。

有效熱效率：燃料燃燒所產生的熱量轉換成有效功的百分數。

燃油消耗率：柴油機單位時間、單位功率所消耗的燃油量，單位為g/(kW·h)。

機油消耗率：柴油機單位時間、單位功率所消耗的機油量，單位為g/(kW·h)。以上指標是發動機在臺架試驗中測量考核的指標，與用戶的實際情況存在差異，影響的因素也較復雜。第十五頁，共57頁。四、四沖程柴油機基本工作原理柴油機一個工作循環由四個工作沖程組成，即：

進氣沖程

壓縮沖程

做功沖程

排氣沖程柴油機的連續運轉是由無限個工作循環構成。在柴油機四個工作沖程中，只有燃燒做功沖程對外做功，其他三個沖程消耗能量。第十六頁，共57頁。吸氣沖程

壓縮沖程

做功沖程

排氣沖程

180°CA180°CA180°CA180°CA進氣閥排氣閥第十七頁，共57頁。

進氣沖程活塞由上止點向下止點移動，進氣閥打開，排氣閥關閉。在柴油機進氣沖程中，純凈空氣被吸入氣缸，為柴油燃燒提供氧氣。第十八頁，共57頁。

壓縮沖程活塞由下止點向上止點移動，進氣閥和排氣閥全部關閉。柴油機壓縮比較大，壓縮終點時氣缸內氣體壓力可高達3~5MPa，溫度可達310~340K，為氣缸內油氣混和與點火做好準備。第十九頁，共57頁。

做功沖程活塞由上止點向下止點移動，進氣閥和排氣閥同時關閉。壓縮沖程結束時噴入燃燒室內的柴油，與高溫高壓氣體混和并燃燒。燃氣受熱膨脹，推動活塞下移，對外做功。第二十頁，共57頁。

排氣沖程活塞由下止點向上止點移動，進氣閥關閉，排氣閥打開。通過活塞將廢氣排出氣缸，為下一個工作循環做好準備。第二十一頁，共57頁。五、柴油機的基本組成柴油機的基本組成

機體組件曲柄連桿機構配氣機構燃油供給系統潤滑系統冷卻系統啟動系統第二十二頁，共57頁。（一）機體組件【功能】各機構和系統的裝備骨架，并作某些系統的組成部分。【組成】氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底殼等零部件。第二十三頁，共57頁。汽缸體曲軸箱WD615柴油機機體第二十四頁，共57頁。（二）曲柄連桿機構【功能】將活塞的往復運動轉換為曲軸的旋轉運動，從而實現熱能向機械能的轉換；曲軸飛輪組還承擔著柴油機功率輸出的功能。【組成】活塞組、連桿組、曲軸飛輪組。第二十五頁，共57頁。

WD615柴油機曲柄連桿飛輪曲軸連桿活塞第二十六頁，共57頁。（三）配氣機構【功能】定時向柴油機氣缸內提供充足而干凈的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出氣缸體。【組成】進、排氣門、搖臂、凸輪軸、正時齒輪、氣門挺桿、氣門彈簧等。第二十七頁，共57頁。曲軸齒輪凸輪軸齒輪中間齒輪噴油泵齒輪機油泵齒輪WD615柴油機配氣機構（一）第二十八頁，共57頁。WD615柴油機配氣機構（二）挺柱凸輪軸挺桿第二十九頁，共57頁。排氣門進氣門挺柱排氣門搖臂進氣門搖臂WD615柴油機配氣機構（三）氣門調解螺釘第三十頁，共57頁。（四）燃油供給系統【功能】按照柴油機工作循環所規定的時間及柴油機負荷情況，向柴油機氣缸內噴入適量的柴油?！窘M成】柴油箱、低壓油管、輸油泵、濾清器、高壓油泵、高壓油管及噴油器等零部件。第三十一頁，共57頁。高壓油泵柴濾器高壓油管噴油器低壓油管WD615柴油機燃油供給系第三十二頁，共57頁。（五）潤滑系統【功能】將清潔的潤滑油以一定的壓力不間斷地送到柴油機各摩擦表面或高溫零件冷卻表面，以減少摩擦阻力和零件的磨損，并帶走摩擦時產生的熱量和金屬屑，以及高溫零件所吸收的熱量，保證柴油機長期可靠工作。【組成】滑油泵、滑油濾清器、滑油冷卻器和滑油管路等。第三十三頁，共57頁。油底殼機油泵WD615柴油機潤滑系統機油濾清器機油冷卻器第三十四頁，共57頁。（六）冷卻系統【功能】對柴油機的高溫零件進行適當冷卻，以保證其正常的工作溫度，這也是保證柴油機長期可靠工作的必要條件之一?！窘M成】水泵、水箱、散熱器及節溫器和管路等。第三十五頁，共57頁。水泵節溫器風扇進水口出水口WD615柴油機冷卻系統出水管第三十六頁，共57頁。（七）啟動系統【功能】為柴油機的啟動提供外部動力，并保證啟動的安全性和可靠性?！窘M成】電啟動方式：啟動鑰匙和開關，啟動電源，啟動線路和電動馬達等。第三十七頁，共57頁。發電機起動機WD615柴油機起動系統第三十八頁，共57頁。（一）柴油機工況

顧名思義，柴油機工況就是指柴油機實際運行的工作狀況。表征內燃機運行工況的參數可由下式給出：Pe∝Ttqn

式中，Pe為有效功率，Ttq為內燃機轉矩，n為內燃機的工作轉速。

六、柴油機的基本特性第三十九頁，共57頁。

描述工況的三個參數只有兩個是獨立變量，換句話說，當其中任意兩個參數固定之后，第三個參數就可以通過上式求出。比較常用的是用Ttq與n或者Pe與n兩組參數來表征內燃機穩定運行的工況點。轉速n表示內燃機工作過程進行的速度快慢，而Ttq或者Pe說明內燃機發出功率或承受負荷能力的大小。第四十頁，共57頁。（二）柴油機工況分類

內燃機的工作區域取決于內燃機的用途。用途不同時，工作區域將有很大的差異。通常將內燃機工況分為三類：

第一類工況：特點是柴油機的功率變化時轉速幾乎保持不變。該工況又稱為固定式柴油機工況，如發電用內燃機等。此工況屬線工況。灌溉用內燃機，除啟動和過度工況外，在運行過程中負荷與轉速基本均保持不變，稱為點工況。第四十一頁，共57頁。

第二類工況：其特點是內燃機的功率與轉速接近于冪函數關系。當內燃機作為船用主機驅動螺旋槳時，內燃機所發出的功率必須螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉速的高低，且與轉速成冪函數關系。這樣內燃機功率就呈現一種十分有規律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進工況，也屬于線工況。第四十二頁，共57頁。

第三類工況：其特點是功率和轉速都在較大范圍內變化，它們之間沒有特定的關系。汽車及其他陸地運輸用內燃機，都屬于這種工況。此時，內燃機的轉速取決于行駛速度，可以從最低穩定轉速到一直變到最高轉速；負荷取決于行駛阻力，在同一轉速下，從零可以變到全負荷。內燃機可能的工作區域就是該種類型內燃機的實際工作區域，相應的工況區域稱為面工況。第四十三頁，共57頁。第四十四頁，共57頁。（三）柴油機性能特性

所謂柴油機特性，就是指柴油機各性能參數隨參數調整或運轉工況變化的規律。性能指標隨運行工況變化的特性稱為性能特性。用來表示特性的曲線叫特性曲線。第四十五頁，共57頁。

負荷特性----指轉速不變時，柴油機性能指標隨負荷而變化的關系，用曲線的形式表示出來就稱為負荷特性曲線。驅動發電機、壓縮機、風機、水泵等動力裝置的內燃機，都是按照負荷特性運行的。第四十六頁，共57頁。

速度特性----指柴油機在油量調節機構（油量調節齒條）保持不變的情況下，其主要性能指標隨轉速的變化關系。當油量控制機構在標定位置時，測得的柴油機速度特性為全負荷速度特性，簡稱外特性；油量低于標定位置時的速度特性，稱為部分負荷速度特性。第四十七頁，共57頁。

WD615T1-3A柴油機1850r/min負荷特性和外速度特性柴油機負荷

燃油消耗率

第四十八頁，共57頁。

由于外特性上反映了柴油機能夠達到的最高性能，確定了最大功率、最大扭矩以及對應的轉速，因而十分重要，所有的發動機出廠時都必須提供柴油機外特性。第四十九頁，共57頁。

萬有特性----柴油機幾個主要特性參數之間相互關系的綜合特性成為柴油機的萬有特性。

從萬有特性上，可以清晰地了解到內燃機在各種工況下的性能，很容易找出最經濟的負荷和轉速。

在萬有特性圖上，最內層的等燃油消耗率相當于內燃機運轉的最經濟區域，等值曲線越向外，經濟性越差。第五十頁，共57頁。WD615T4柴油機萬有特性第五十一頁，共57頁。等燃油消耗率曲線的形狀與位置對內燃機的實際使用經濟性能有重要的影響。----如果該曲線的形狀在橫向上較長，則表示內燃機在負荷變化不大而轉速變化較大的情況下工作時，燃油消耗率變化較小。----如果曲線形狀在縱向較長，則表示內燃機在負荷變化較大而轉速變化不大的情況下工作時，油耗率變化較小。第五十二頁，共57頁。----對于汽車用內燃機，最經濟區域應大致在萬有特性的中間位置，這樣常用轉速和負荷就可以落在最經濟區域內，并希望等燃油消耗率曲線在橫向較長。----對于拖拉機和工程機械用內燃機，其轉速變化范圍較小，而負荷變化范圍較大，最經濟區域應在標定轉速附近，并沿縱向較長。第五十三頁，共57頁。濰柴企業標準——綜合比油耗產生背景由于工程機械柴油機工況復雜，負荷、轉速等變化頻繁，負荷特性、外特性及萬有特性并不能真實反映發動機在實際使用過程中的耗油量。為統一柴油機經濟性評價和性能優化時的依據，有必要建立一套柴油機按實際使用狀況下的綜合燃油消耗率耗的計量標準。單位時間內，柴油機按配套機械工作要求輸出所需動力消耗的燃油量成為綜合比油耗。第五十四頁，共57頁。柴油機綜合比油耗的計算依據計算綜合比油耗必須考慮按配套主機對動力的要求。即考慮柴油機工作時的工況點和在該工況點的運行時間長短兩因素的影響。實際上這兩項因素越按柴油機實際運行情況細化，綜合比油耗結果越接近實際值。但由于工程機械作業情況的復雜性及匹配從動機的多樣性，實際上難以對上述兩影響因素具體進行量化處理，只能用統計數字進行概率計算