cw200系列柴油机培训内容-含原理、结构

第一部分内燃机原理、构造第一章绪论原动机水轮机风力发动机电动机热机外燃机内燃机蒸汽机蒸汽轮机燃气轮机活塞式发动机往复式旋转式内燃机与外燃机比较（优点）：热效率高；结构紧凑、重量轻、尺寸小；功率范围广、适应性好；使用操作方便；运行安全；内燃机的分类1.按采用的燃料分柴油机汽油机煤气机天然气机柴油机的分类：2、按工作循环过程分二冲程四冲程内燃机的分类：3、按机体结构形式分单缸机：一台内燃机只有一个气缸多缸机：一台发动机有多个气缸多缸机直列式V型式内燃机的分类：4、按冷却方式分风冷式：空气作为冷却介质水冷式：水作为冷却介质内燃机的分类：按进气方式分非增压式增压式只增压增压中冷内燃机的分类：6、按点燃方式分：压燃式（柴油机）点燃式（汽油机、天然气机）内燃机的分类：7、按转速分类高速机1000r/min中速机600（500）~1000r/min低速机600（500）r/min柴油机的分类：8、按用途分固定式：在固定不变位置进行工作；如钻井平台移动式：作移动机械动力的内燃机如：汽车、拖拉机船用发动机、铁路牵引等内燃机名称和型号GB725规定：主要燃料来命名——柴油机、汽油机、煤气机、天然气机、双燃料机型号含义：WD615CW6200ZC12VE230ZC第二章内燃机工作原理在内燃机中，要完成一个工作循环，活塞在气缸内需要往返4个行程（即曲轴转2转）或者往返2个行程（即曲轴转1转），前者称为四冲程内燃机，后者称为二冲程内燃机。一、四冲程内燃机工作原理1、进气行程进气门、排气门关闭，随着活塞下行气缸内产生低压，从进气门吸入空气（柴油机）或汽油与空气的混合气（汽油机）。2、压缩行程为了使吸入气缸的气体温度升高，容易燃烧，就需要一个压缩过程。在这个过程中，进排气门全部关闭，曲轴推动活塞上行压缩气缸内的气体。在柴油机中，把空气压缩到燃料自燃温度以上。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比3、膨胀行程（作功行程）在这个行程中，进排气门仍旧关闭，当活塞快到上止点时，汽油机用火花塞点燃使混合气体燃烧；在柴油机中，此时燃料以雾化状态喷射到气缸内，和高温空气接触而自行着火燃烧。燃烧所产生的高压气体，把活塞往下推动，通过连杆使曲轴旋转而作功。4、排气行程可燃混合气燃烧产生的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程当活塞到下止点前稍一些时，排气门开启，排气溢出，气缸内压力下降，活塞上行把膨胀完了的燃气排出气缸外。通过以上四个行程就完成了一个循环，然后又重复以上四个过程，使发动机连续不段地运转。在四冲程内燃机中，只有一个行程作功，其余三个行程是靠飞轮的惯性或其它气缸工作来推动的。二、二冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机工作过程仍然是进气—压缩—燃烧膨胀—排气。只是它没有四冲程机那样具有的专门的进排气行程，燃气的排出和新鲜气体的吸入，是借用下止点附近的部分作功行程和压缩行程来实现的。第一行程：活塞自下止点向上移动。行程开始前不久，进气孔和排气门均已开启，利用扫气泵的空气使气缸换气。当活塞继续向上移动，进气空被遮盖，排气孔也被关闭，空气受到压缩，燃油在高压下喷入气缸内，这时燃油边自行着火燃烧，使气缸压力增大。第二行程：活塞受燃烧气体膨胀作用自上止点向下止点移动而作功，活塞下行一段时间后，排气门开启，排除废气；此后，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气。这个过程一直持续到活塞的下一个行程将换气口被完全遮盖为止。三、二冲程内燃机与四冲程内燃机比较：曲轴每转动一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍，但实际上由于换气损失及扫气泵缩短有效行程，因此只有1.5~1.7倍。由于发生作功过程的频率较大，所以二冲程发动机的运转比较均匀。由于没有专门的配气机构，所以它的结构简单，质量也比较小。使用简单。四、常用参数缸径D（mm）行程S(mm)S=2r曲柄半径r活塞平均速度n—柴油机转速（r/min）燃烧室容积Vc气缸工作容积Vh气缸总容积Va=Vc+Vh压缩比ε柴油机ε=12~20汽油机ε=6.5~10柴油机排量V=i×Vhi—气缸数发火间隔角：四冲程φ=720/i二冲程φ=360/i30nSCmchcaVVVV1五、发动机主要性能指标与特性1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以Te表示，单位为N•m。2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，用侧功器测定有效转矩和曲轴转速，然后运用以下的公式算出发动机的有效功率：)(9550106023kWnTNTpeee五、发动机主要性能指标与特性3、燃油消耗率：发动机每发出1kW的有效功率，在1小时内所消耗的燃油质量（以g为单位），用ge表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。燃油消耗率按下式计算：Gf—发动机每单位时间的耗油量，kg/h)/(103hkWgPGgefe五、发动机主要性能指标与特性4、速度特性：柴油机性能参数（扭矩、功率、燃油消耗率）随转速变化的规律。当燃料调节机构固定在全负荷位置时，其试验称全负荷速度特性试验，所得的曲线称全负荷速度特性曲线，也称为外特性曲线。当燃料调节机构固定在部分负荷位置时，所得的曲线称部分负荷速度特性曲线5、推进特性：船用柴油机功率与转速按螺旋桨特性变化，其中a、C为常数，Pe为功率（kW），n为柴油机转速（r/min）。所得到的曲线称为推进特性曲线。第三章柴油机主要固定件一、气缸体1、气缸体是作为发动机各机构、各系统的装配基体。有的发动机将气缸体分铸成两部分，上部分称为气缸体，下部分成为曲轴箱。气缸体应有足够的强度和刚度。必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。2、气缸体的结构形式：a)一般式b)龙门式c)隧道式1-气缸体；2-水套；3-凸轮轴座孔；4-加强筋；5-湿缸套；6-主轴承座；7-主轴承座孔；8-安装油底壳的加工面；9-安装主轴承盖的加工面3、多缸发动机气缸排列型式二、气缸套1、干缸套：不直接与冷却水接触。2、湿缸套：直接与冷却水接触。三、汽缸盖汽缸盖的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖结构复杂，气缸盖上应有进、排气门座及气门导管孔、进排气通道及复杂的水套。汽油机气缸盖设有火花塞座孔，柴油机则设有安装喷油器的座孔。四、油底壳油低壳的主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力较小，一般采用薄钢板冲压焊接而成。第四章柴油机主要运动件一、活塞连杆组件活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。1、活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞的基本结构可分成顶部、头部和裙部三部分活塞顶部形状2、活塞环活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气漏入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁，再由冷却水或冷却空气带走。油环用来刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜，这样既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。气环断面形状气环的切口形状油环断面形状3、活塞销活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件一般较差，因而要求有足够的刚度和强度，表面耐磨，质量尽可能小。为此，活塞销通常做成空心圆柱体。活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，一般多采用“全浮式”，即发动机在运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢地转动，以使活塞销各部分的磨损比较均匀。为了防止销的轴向窜动而刮伤气缸壁，在活塞销座两端用卡环嵌在销座凹槽中加以轴向定位。4、连杆连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并从而使得活塞的往复运动变成为曲轴的旋转运动。连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。要求连杆的质量在尽可能小的情况下有足够的强度和刚度。连杆螺栓是一个经常承受交变载荷的重要零件。连杆螺栓必须以工厂规定的拧紧力矩，分2~3次均匀地拧紧，还必须用防松胶或其它锁紧装置紧固，以防止工作时自动松动。二、曲轴飞轮组1、曲轴曲轴的功用是承受连杆传来的力。曲轴受到旋转质量的离心力，周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面耐磨而且润滑良好。平衡重可以用来平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩。2、曲轴的扭转振动在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性地变化的，这种周期性变化的激力作用在曲轴上，引起曲拐回转的瞬时角速度也成周期性的变化。由于固装在曲轴上的飞轮转动惯量比较大，其瞬时角速度基本上可以看成是均匀的。这样，曲拐便忽儿比飞轮转得快，忽儿又比飞轮转得慢，形成相对于飞轮的扭转摆动，这就是曲轴的扭转振动。扭转振动使发动机功率受到损失，正时齿轮磨损增加，严重时将曲轴扭断。这就需要扭转减振器。3、飞轮飞轮是一个惯性很大的圆盘，其主要功用是将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其它行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀。飞轮外缘上压有一个齿圈，与起动机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡，否则在旋转时因质量不平衡而产生的离心力，将引起发动机的振动并加速主轴承的磨损。第五章配气机构及进、排气系统一、配气机构配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。一、配气机构配气机构可以从不同的角度分类，按气门的布置形式，主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置，可分为可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式和链条传动式和齿带传动式。按每缸气门数目，有二气门式、四气门式。1、配气机构组成气门式配气机构由气门组和气门传动组组成。气门组气门组由气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件组成，有的气门还有气门旋转机构。气门组应保证气门能够实现气缸的密封，因此要求：①气门头部与气门座贴合严密；②气门导管与气门杆的上下运动有良好的导向；③气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直，以保证气门头在气门座上不犏斜④气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动机构运动件的惯性力，使气门能迅速开闭，并保证气门紧压在气门座上。气门传动组气门传动组主要由凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导管等组成。气门顶置式配气机构还有推杆、摇臂和摇臂轴等。气门传动组的作用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。2、气门间隙发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中的漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。为了消除这种现象。通常在发动机冷态时，在气门与其传动机构中，留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙通常称为气门间隙。气门间隙的大小一般根据发动机制造厂根据实验确定。气门间隙大小对发动机工作的影响如果间隙过小，发动机在热状态下可能发生漏气，导致功率下降，甚至气门烧坏。如果间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击，响声，而加速磨损，同时也会使得气门开启的持续时间减少，气缸的充气及排气情况变坏。3、配气相位配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图表示。这种图称为配气相位图。气门重叠角由上图可知，进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内进气门和排气门同时开启的现