柴油机培训（PPT72页)

内燃机原理和构造一内燃机原理二柴油机构造一内燃机原理1功能:组织燃料燃烧,使化学能转化为机械能的动力输出.2工作过程:(1)由进气、压缩、燃烧-膨胀、排气四个工作过程组成.(2)汽油机燃料+空气燃烧室柴油机空气+燃料混合压缩热能压力能推动活塞(往复机械能)连杆曲轴旋转机械能(3).二冲程内燃机是在活塞两个行程内曲轴旋转一圈完成一个工作循环四冲程内燃机是在活塞四个行程内曲轴旋转二圈完成一个工作循环.四冲程柴油机吸气行程压缩行程膨胀行程排气行程活塞下行活塞上行活塞下行活塞上行进气门打开进气门关闭进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭排气门关闭排气门打开3燃料的总热量分布摩擦、轴承、缸套和气缸套和气缸盖的散热总冷却水带走的热量10~35%排气道(船用)散热热废气带走的热量25~50%量辅助机构损失热量2~5%100%转化为有用的机械能25~40%总热量(100%)转化为有用的机械能全负荷最低燃油消耗(g/kW.h)汽油机:25~30%270~325柴油机:30~40%214~285增压(增压中冷)柴油机35~45%190~2184燃料燃烧最高爆发压力及最高温度PZ(kPa)Tz(K)汽油机2940~4900(30~50kg/cm2)2200~2800柴油机5880~17640(60~180kg/cm2)1800~22003燃料的总热量分布二柴油机构造1曲柄连杆机构和固定机件2配气机构3供油系统4润滑系统5冷却系统6进排气系统7起动系统二柴油机构造二柴油机构造1.曲柄连杆机构和固定机件1.1曲柄连杆机构组成:活塞、连杆组件和曲轴组件.功能:往复运动转化为旋转运动;燃料燃烧时产生的热能转变为曲轴输出的机械功.1.1曲柄连杆机构1.1.1曲轴组件曲轴组成:主轴颈、曲柄臂和连杆轴颈组成的曲柄、自由端(装曲轴箱机油密封、减震器及付动力输出)、飞轮端(曲轴箱机油密封,主动力输出)1.1.1曲轴组件工作状况:a.燃烧气体膨胀压力b.活塞连杆机构往复惯性力、曲轴离心惯性力c.高速旋转结构形式:a.整体式:主轴颈、曲柄箱和曲柄臂组成一个整体,例如114、121、G6135.b.组合式(圆盘式):主轴颈由两个曲柄臂合成一个圆盘,圆盘外面装滚柱式主轴承.例135、180.其强度高、刚性好、质量大、成本高、噪音大.c.套合式:主轴颈、曲柄销及曲柄臂单独制造,热套成整体,通常用于低速大型柴油机.1.1.1曲轴组件设计要求:a.足够疲劳强度.b.大的弯曲刚度和扭转刚度.c.足够的承压面积和可靠润滑,轴颈有良好的耐磨性.材料:a.低指标(不增压或低增压柴油机:球墨铸铁).b.中、高增压柴油机:中碳钢、中碳合金钢锻制.(1).工作状况:a.交变负荷作用,不能形成均匀、恒定的油膜.b.轴颈与轴承之间的相对运动速度可高达10m/s以上,要求高的耐磨性、耐蚀性.c.轴承座刚度要好,不致变形造成局部负荷集中,破坏轴承.d.有高嵌芷性,在轴承润滑油中,尽管通过滤清总有硬质颗粒含在其中,轴承能嵌芷杂质或金属碎粒,不致刮伤轴颈.轴承---主轴承、连杆轴承轴承---主轴承、连杆轴承(2)材料:a.白合金：锡锑铜合金或铝锡锑铜合金.强度低,耐磨性、嵌芷性、顺应性均好,主要用于大型低速柴油机.b.铜基合金:铜铝合金或铝青铜合金.承载能力大,疲劳强度高,表面性能差,主要用于中高速大功率柴油机.c.铝基合金:钢背铝基合金表面镀铝锡合金的三层合金.厚度薄、强度高、抗疲劳性好,有一定表面性能,中小型柴油机使用较广.轴承---主轴承、连杆轴承(3)损坏特征:a.磨损、拉伤:由杂质磨损,颗粒大的拉伤表面,表现为表面合金磨损或表面有拉丝.b.咬合:润滑不良,油压低或断油引起.或大量杂质发生激烈磨损,表现为轴承材料熔化.c.疲劳:在交变负荷下产生破坏,表现为龟裂的裂纹,合金层小块剥落.d.蚀损:润滑油质氧化变质,对轴承腐蚀,使轴承表面粗糙;润滑油压力急剧变化,形成局部真空而产生气泡,导致轴瓦穴蚀.1.1.2连杆部件组成:连杆、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承和连杆衬套.工作状况:受气体压力、活塞连杆组惯性力等交变负荷作用.结构形式(连杆大端):平切口、斜切口、船用式(大端与连杆体分开).1.1.2连杆部件结构形式(连杆大端):平切口、斜切口、船用式(大端与连杆体分开).主要考虑:达到要求强度,外形尺寸不大于缸套内径.1.1.2连杆部件设计要求:连杆的断裂一会损坏整个柴油机,二会出现人身事故.(1)足够的疲劳强度.(2)足够刚度.(3)轴瓦、衬套有足够的耐磨性和抗疲劳性.材料:优质碳钢(35、45)、优质合金钢35CrMoA、42CrMoA、18Cr2NiWA.1.1.3活塞部件组成:主要零部件有活塞、活塞销、气环、油环及卡簧等.1.1.3活塞部件活塞(1)组成:火力岸、活塞环槽部、活塞销座、裙部.1.1.3活塞部件(2)工作状况:a.活塞组成燃烧室一部分,起密封和导向作用,将燃气压力传递给连杆,瞬时压力达150~180KPa.燃烧室及顶部受高温燃气热负荷(瞬时高温达2000℃左右)及交变热负荷,热变形大.b.销座受拉、压交变应力.c.活塞环、活塞槽受弯曲和剪切作用.(3)材料:a.铸铁:强度高、耐热好,但重量稍重.b.铝合金:有一定的强度和耐热性,重量轻.c.组合式:头部用铸铁或钢,裙部用铝合金,结构复杂.活塞a.保证活塞与气缸壁之间有效密封,使燃气泄漏减少到最低程度.b.活塞顶受到的高热量通过活塞环传递给气缸壁到冷却水中,它占活塞吸收热量的60~70%.c.对气缸壁面的润滑油具有调节作用,保证活塞和活塞环在气缸内良好润滑,并避免过多润滑油窜入燃烧室燃烧.1.1.3活塞部件活塞环(1)功能:活塞环1.1.3活塞部件(2)工作状况:a受燃气的压力作用.b高弹力压在气缸壁上保证径向密封.c润滑条件差,易磨损活塞环1.1.3活塞部件(3)活塞环型式:(4)设计要求a.有较好的燃气密封性,通常用上面二个环来密封,用锥形环或扭曲环.b.为减少机油窜入燃烧室,用刮油环刮油.c.高温燃气对活塞环槽间隙中的机油有燃结现象,应有一定抗咬能力,即活塞环胶结在活塞环中不起作用.用梯形环解决.d.耐磨性较好,表面磷化处理,镀铬或陶瓷材料.(5)材料:a.球墨铸铁或灰铸铁.b.合金铸铁:强载大功率柴油机.c.钢制组合式活塞环:高速大功率柴油机用作油环较多.(6)损坏特征:a.表面异常磨损:一般设计环的开口间隙在0.5~0.7mm(114~135缸径),在运转几十小时出现环开口间隙高达1.50~2.00mm现象.b.环在环槽内结焦卡死,不起封油作用.c.环断裂(往往在装配时出现较多),产生漏气窜油量大.d.环口上下不错位,使窜气多.1.2固定机件组成：固定机件由气缸盖部部件、气缸体部件、油底壳、前齿壳和飞轮壳等组成。功能：固定机件的功能主要是作为内燃机中各机构、各系统的支承骨架，它们承受着燃烧工质的爆发压力，螺栓预紧力和运动零件的惯性力等各种力的作用，因此要求它们有较高的强度和刚度。1.2固定机件1.2.1气缸盖组成：由气缸盖、进气门、排气门、进排气门弹簧、进排气门导管、进排气门座圈及进排气门卡簧等主要零部件组成1.2固定机件1.2.1气缸盖(1)工作状况:a.受爆发压力机械负荷和交变热负荷作用,排气阀座最高温度可达400℃,最大温差达200℃.b.冷却喷油器及排气道、燃烧室、进排气阀座、阀杆等.(2)设计要求:a.能承受高的爆发压力和热负荷,有足够的强度和热变形.b.进排气道要做得尽量大,进气充气效率高,并有一定涡流,排气道阻力小.1.2.1气缸盖(3)结构形式:a.整体式,如114为6缸一个气缸盖.适合150mm缸径以下.b.单缸式,180为1缸一个气缸盖.c.多缸式,135为2缸一个气缸盖.(4)材料:a.铝合金:重量轻.,强度低,军工产品使用多.b.耐热合金铸铁:强度高,耐热性好,重量重,使用面广.c.上部铝合金+下部耐热铸铁:强度高,重量轻,结构复杂.1.2固定机件1.2.2气缸盖垫片(1)工作状况:安装在气缸盖与机体之间,主要密封气缸燃烧的高温高压气体的泄漏,密封缸盖与机体之间相通的水道和油道,是防止漏气、漏水、漏油的关键零件.(2)结构:a.橡胶石棉外包铜皮:耐压低,适应非增压柴油机,如135柴油机用.b.钢架橡胶石棉:耐压提高,适合中增压柴油机如121、114及135增压柴油机用.c.多层钢片结构:耐压高,适合高增压柴油机,爆发压力可达13MPa以上.1.2固定机件1.2.3机体1.2固定机件组成：由气缸体、气缸盖垫片、气缸套、气缸套封水圈、曲轴前后油封、油底壳、前齿壳和飞轮壳等组成。1.2.3机体(1)工作状况:a.受力较复杂,燃气压力通过缸盖传递给它的拉力,活塞连杆运转中产生的惯性力也作用在机体上,产生弯曲作用的颠覆力矩作用在机体上.b.曲轴内力矩的不平衡部分产生附加弯曲力矩作用到机体上.c.安装在机体上的各种零部件都会对机体产生作用.且配套中的零部件也会对它产生作用力.1.2固定机件1.2.3机体(2)设计要求:a.有足够强度,能承受交变冲击力和各种力矩作用.b.有足够的刚度,变形量小,不致使缸套变形产生活塞拉缸现象.c.新设计的柴油机采用内置冷油器,使油道、水道内置而减少外置管道,减少三漏,减少零件数.合理的水道、油道布置更为重要.(3)材料:a.HT250铸铁或合金铸铁.b.铝合金.c.焊接机体.1.2固定机件2配气机构2.1.功能:实现柴油机按时打开和关闭进气门和排气门的机构,保证气缸内的气体充量充分更换,最大限度地获得新鲜空气.2.2.组成:(1)凸轮轴及其传动机构:凸轮轴、传动齿轮.(2)气门摇臂组:由进气门、排气门,气门弹簧、摇臂、摇臂座等组成.(3)驱动机构:由挺柱、推杆等组成.2配气机构2.3.工作状况:(1)柴油机每二转,凸轮轴转一转,完成柴油机的5个工作循环.(2)各传动齿轮相啮合的对应齿和齿槽要做好配对记号,曲轴齿轮与第一缸上死点定位设计.(3)保证进排气门一定升程及开启和关闭的时间.(4)避免活塞上移时进排气门碰活塞顶面.(5)为适应气门、推杆系统热胀冷缩,气门与摇臂调节螺栓接触面之间冷态时留有间隙.例114B进气门间隙0.30mm、排气门间隙0.50mm.2配气机构2.4结构布置(1)下置式凸轮轴布置凸轮轴布置在曲轴箱或气缸体位置.布置在曲轴箱上方一般称低置式,布置在气缸体上方称高置式.凸轮轴通过挺柱、推杆、摇臂驱动进排气门,运动件较多,质量增加,刚性差,惯性力大,对气门弹簧受力大,影响柴油机转速提高.(2)顶置式凸轮轴布置凸轮轴布置在气缸盖内,进排气门上方,减少挺柱、推杆等运动件,质量轻,刚性大,有的结构还减少摇臂,使惯性质量减小,适用于高速柴油机,因传动机构较复杂,成本高.(图如下页)2配气机构2.4结构布置(3)顶置式凸轮轴布置3供油系统3.1功能:将一定数量的干净燃油,以足够的压力,在规定的时间内以雾壮喷入气缸,与空气充分混合,保证气缸内燃油的充分燃烧.3供油系统3.2组成:燃油箱燃油箱燃油粗滤器低压输油泵旁通阀燃油箱燃油精滤器高压油管喷油泵喷油器燃烧室3供油系统3.3工作状况3.3.1燃油箱(1)装在整机的合适位置,由主机厂设计安置,不能设置低于低压输油泵0.5~1.0m,否则输油泵吸不上油.(2)要密封保持清洁,可便于清洗.3.3.2低压输油泵(1)有一定的压力和吸头,克服燃油滤清器阻力和低位油箱的吸头.(2)供油量是喷油泵需要量3~5倍以上,减少低压油管的压力波动,保证喷油泵良好和均匀充油.(3)通常采用活塞式输油泵,也有用齿轮式或叶片式.3供油系统3.3.3燃油滤清器(1)保证柴油机供油系统可靠工作,喷油泵和喷油嘴中的偶件为精密偶件,配合间隙0.005mm以下,是单配成对的不可互换的偶件,对燃油杂质很敏感,会卡死、咬伤而损坏.(2)粗滤器装在输油泵前,可滤去颗粒为0.1~0.2mm以上的杂质,常用网式、缝隙式.(3)精滤器装于输油泵与喷油泵之间,可滤去颗粒为0.01~0.06mm的杂质,用毛毡、棉纱及纸质作为滤清滤芯,