柴油机的基本结构

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第二节  柴油机的基本结构
一、柴油机的基本工作原理
    柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。
    柴油机必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能完成了一个工作循环。然后不断重复进行这些过程，使柴油机持续工作。
二、柴油机的基本结构（教材图1-1）

图1-l  柴油机的基本结构组成
l-气缸盖；2-活塞；3-气缸套；4-心活塞销；5-连杆；6-连杆螺栓；7-曲轴；8-机座；9-主轴承；10-机体；11-凸轮轴；12-喷油泵；13-顶杆；14-进气管；15-摇臂；16-过气阀；17-高压油管；18-喷油器；19-排气阀；20-气阀弹簧；21-排气管
    （1）固定部件
    主要由气缸盖、气缸套、机体、机座、主轴承等构成柴油机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。
    （2）运动部件
    主要由活塞、活塞销、连杆，连杆螺栓、曲轴等组成。它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。
    （3）配气系统
    它包括进气系统和排气系统。
    进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。
    排气系统主要由排气阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和传动机构以及排气管、排气消音器等组成。用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。
    （4）燃油系统
    它包括供应和喷射两个系统。前者由日用油柜、燃油滤清器，输油泵等组成，后者由喷油泵、高压油管和喷油器组成。其功用是供给柴油机燃烧作功所需的燃油。
    （5）润滑系统
    主要作用是润滑摩擦表面，以减少机件的磨损，延长使用寿命，降低摩擦功率损失，提高机械效率。
    （6）冷却系统
    主要作用是维持柴油机受热零部件在合适的温度状态下工作。
    （7）起动系统
    柴油机本身无自行起动能力。起动系统的任务就是使柴油机从停车状态发动起来。
    （8）调速装置
    调速装置的作用是使柴油机能按外界阻力矩的变化而自动改变喷油泵的喷油量，从而使柴油机在选定转速下稳定运转。
    此外，船舶柴油机还设有换向装置，并将起动、调速、换向和停车集中控制组成操纵系统。多数柴油机还设有增压系统，用于进一步提高柴油机作功能力。                  
三、柴油机的基本结构参数（教材图1-2）
（1）气缸直径D：气缸套的名义内径。
    （2）曲柄半径R：曲轴的曲柄销中心与主轴颈中心间的距离。
    （3）上止点（TDC）：活塞在气缸中运动的最上端位置，也就是活塞离曲轴中心线最远的位置。
    （4）下止点（BDC）：活塞在气缸中运动的最下端位置，也就是活塞离曲轴中心线最近的位置。
    （5）冲程（S），又称行程：活塞从上止点移动到下止点间的直线距离。它等于曲轴曲柄半径R的两倍（S＝2R）。活塞移动一个行程，相当于曲轴转动180°（曲轴转角）。
（6）气缸余隙容积（压缩室容积Vc）：活塞在气缸内上止点时，活塞顶上的全部空间（活塞顶、气缸盖底面与气缸套表面之间所包围的空间）容积。
    （7）余隙高度（顶隙）：上止点时活塞最高顶面与气缸盖底平面之垂直距离。
（8）气缸工作容积（Vh）：活塞在气缸中从上止点移动到下止点时所扫过的容积。
    （9）气缸总容积（Va）：活塞在气缸内位于下止点时，活塞顶以上的气缸全部容积，亦称气缸最大容积。Va＝Vc＋Vh
    （10）压缩比（ε）：气缸总容积与压缩室容积之比值，亦称几何压缩比。ε＝Va／Vc＝1＋Vh／Vc

图l-2  柴油机的主要几何名称
压缩比ε是柴油机主要性能参数之一，表示缸内工质被压缩程度。ε愈大，被压缩终点的压力、温度愈高，柴油机易起动，热效率也高，ε过高使柴油机工作粗暴，机械负荷过大，磨损加剧，消耗压缩功增大，机械效率降低，输出功率减小。ε可通过改变Vc来调节。柴油机压缩比约为12～22。中、高速机压缩比高于低速机。低速机：13～15，中速机：14～17，高速机：15～22，增压机：11～14（低散热少，增压后Pc、Tc相应高）。
当气缸直径与活塞冲程确定后，气缸工作容积Vh也随着确定了，所以若要调整压缩比，可通过改变压缩容积Vc来实现。
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