柴油机原理及结构介绍

《柴油机原理及结构介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柴油机原理及结构介绍（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、柴油机原理及结构介绍 n 1 柴油机工作原理n 上止点、下止点、冲程（行程）、燃烧室容积、工作容 积（排量）、压缩比 n 当活塞由上向下运动时，外界的新鲜空气经过进气门被 吸入气缸，而后活塞向上运动，对这部分新鲜空气进行 压缩，使空气的温度和压力都有较大的升高。这样的空 气与从喷油器喷入气缸的柴油混合，能使柴油自行着火 燃烧放出热能，此时燃气温度和压力急剧升高，而后急 剧膨胀，推动活塞向下运动做功，经过连杆、曲轴输出 扭矩。柴油机一个完整的工作过程由进气、压缩、燃烧 膨胀、排气四个冲程组成，曲轴旋转两圈、活塞经过四 个冲程。北京二七机车厂1.1 进气冲程：在配气机构的作用下，进气门在活塞处于上

2、止点 前4220曲轴转角时开启，新鲜空气通过增压并冷却后，经稳压 箱、进气支管、气缸盖进气道进入气缸内，当活塞运动到下止点 后4220曲轴转角时，进气门关闭。1.2 压缩冲程：当气门完全关闭时，活塞继续上行，压缩过程 开始，随着活塞上行，气缸内的空气不断被压缩，其压力和温度 不断升高，为柴油自燃创造了必要的条件。当活塞到达上止点前 21时，柴油以雾状喷入燃烧室，与气缸内的高压高温的空气混合 。 1.3 燃烧膨胀冲程：当喷入气缸内的柴油与高温高压空气混合后 迅速燃烧，开始了燃烧过程，燃烧压力急骤上升，燃气最高温度 可达1500。燃烧分四个阶段。 1.4 排气冲程：当活塞到达下止点前4220曲轴转

3、角，排气门开 启，开始了排气过程，这时气缸内经过膨胀做功的燃气开始排出 ，活塞经过下止点继续上行，直到活塞再次达到上止点后4220 曲轴转角，排气门完全关闭为止。2增压 增压目的：不增大结构尺寸，增大功率。 废气能量：脉冲和定压能量。 涡轮机：喷嘴环、涡轮等。 两种增压方式：定压增压、脉冲增压。目前铁路机车柴油机采用的增压方式主要有三种，定压增压 、脉冲增压和脉冲转换器增压（MPC）。干线机车大都采用定压和 MPC方式，调车机车则以脉冲方式为主。我厂生产的12V240ZJ6F型 柴油机是专为DF7C机车配套设计的脉冲增压柴油机，为充分适应 调车作业（部分工况运转时间长、工况变换频繁），设计上选

4、取 高性能增压器使柴油机运用线穿过压气机高效区。经增压配套试 验，在标定工况各项参数满足设计要求的条件下，柴油机部分工况性能得到很大提高，与定压增压柴油机比较主要优点如下： a 柴油机部分工况负载能力高。与同等强化程度的定压增压柴油机 比部分工况功率提高10-15%。 b 柴油机部分工况排温低。由于部分工况扫气压比高，平均在1.1- 1.2，进、排气压差大，柴油机扫气彻底。而定压柴油机部分工况扫气 压比接近1，甚至低于1。柴油机部分工况排温高，往往在750-850r/min 时的排温要高于标定工况。 c 柴油机部分工况燃油消耗率低。因部分工况压气机效率高，压比 、爆发压力均比定压增压柴油机高。

5、燃油消耗率平均低5-7g/k.wh。 d 部分工况增压器跟随性好。由于脉冲增压不但能利用等压能量， 还能有效利用脉冲能量。在设计合理的情况下，脉冲能量中有40-50%可 以得到利用。所以增压器工作能力大，这在部分工况尤为突出。因此， 在同等增压器转子惯量的条件下，柴油机变工况时，脉冲增压，增压器 转子获得的能量多，过渡时间相对较短。 3柴油机特性 柴油机的性能指标随它的工况变化的关系叫柴油机 特性。用曲线表示，就是柴油机的特性曲线。 3.1负荷特性：转速保持不变的条件下，柴油机的性 能指标随负荷变化的关系。 3.2速度特性：油泵齿条保持不变的条件下，柴油机 的性能参数随转速变化的关系。 3.3

6、调速特性：柴油机安装调速器后，调速弹簧压缩 量保持不变的条件下，柴油机的性能参数随转速变化的 关系。 3.4联合特性：柴油机和从动机械联合工作的特性。 4 柴油机的排放问题随着人们环保意识的增强，铁路内燃机车的排放越来 越被公众所关注。尽管国际铁路联盟现用的UIC623标准规 定了废气排放限值，但由于该标准是非强制性的，未被所 有成员路采用。为此，国际铁路联盟已起草新的强制性标 准，从发展趋势看，我国机车柴油机的排放迟早将纳入国 家法规。目前我国铁路执行的标准是TB/T2783-97铁路牵 引用柴油机排放污染物限值及测试规则，主要废气物的 限定值：NOx16g/kW.h；HC1.6 g/kW.

7、h；CO4 g/kW.h 。欧洲铁路执行的是UIC号标准，主要废气物的限定值： NOx9.5 g/kW.h；HC0.8 g/kW.h；CO2.5 g/kW.h。尽 管铁标规定比较宽松，但我厂柴油机仍达不到标准要求， 距国际水平差距更大。 2001年我厂12缸强化柴油机在大连所做过排 放检测。结果为NOx=11.4；HC=4.0；CO=1.2，其 中HC超出标准一倍多。NOx按UIC标准也不合格。 因此，对柴油机排放问题我们有大量深入的工作 可做，从污染物的生成机理到柴油机工作过程中 产生污染物的特定因素，全方位进行研究。深入 研究喷油定时的影响、喷油速率的影响、喷孔直 径的影响、喷油规律的影响

8、、喷油压力的影响、 喷嘴压力室容积的影响、进气温度的影响、进气 压力的影响，以及诸多因素之间的相互影响等 制定 单位名称生效 期NOxHCCO颗粒烟 度国际 铁路 联盟 UICUIC-32008 年6.00.52.00.2 美国 环保 局 EPAEPA Tier 22005 年7.40.42.00.27 中国TB/T27832003 年16. 01.64.0 1.65 国内机车柴油机现状目前，我国内燃机车主要装用240/275和280/285系列柴 油机，其缸径为240mm、280mm,行程为275mm、285mm,标定转 速为1000r/min，其中“275”B型机的标定功率为154kW/缸

9、， C型机的为168kW/缸，D型的为186kW/缸。“280”A型机的为 241kW/缸。随着铁路对重载、高速机车的需求，要求柴油机 有更大功率，我厂240/275系列柴油机的强化程度已达到D型 机的水平,Pe值达1.93MPa.但其主要零部件的可靠性、耐久性 问题也日益突出。同时，由于该系列柴油机采用传统的装用 联合调节器的机械式燃油系统，不能很好地解决控制排放与 较低燃油经济性之间的矛盾。另外，对整机的电控水平仍处 于较低的阶段。 6 国外机车柴油机水平当今国外大功率柴油机的发展方向除了增大功 率、降低燃油消耗率、提高可靠性和耐久性外，降 低和控制排放是其研究的重点。国外机车柴油机的 强

10、化程度普遍超过240/275和280/285系列柴油机的 水平，Pe值在2.0-2.5MPa之间，甚至更高，而且其 排放指标和柴油机油消耗率比240/275系列柴油机 好。由于采用先进的电子控制技术，使柴油机的运 用状况能实时调节，并具有故障诊断功能，做到提 前发现故障，排除故障，大大提高了机车的安全可 靠性。 机型Pe（MPa ）Pe.CmGe(g/kw.h )美国:GE-7HDL2.1223.74186德国：MTU-80002.4629.74195大连厂： 16V240ZJD1.9516.26207大连厂：12V280ZJ2.2423.90204戚墅堰： 16V280ZJB1.9119.1

11、0204二七厂： 12V240ZJ6F1.6114.762117国内外机车柴油机可靠性对比通常认为柴油机Pe值和强化系数越高，柴油机 性能指标越好，但同时要求工艺制造水平也高，否 则，柴油机可靠性下降，这是一对矛盾。我国批量 生产的16V240ZJD型柴油机，新研制的16V280ZJB和 12V280ZJ型柴油机同国外机车柴油机性能比较接近 ，但可靠性相差很大。我国机车柴油机大修周期90 万公里，国外机车柴油机大修周期120-160万公里 。零部件方面，国外柴油机规定曲轴、活塞、连杆 等使用寿命16-24万公里，喷油器拆检周期24万公 里，我国的活塞使用寿命不足80万公里，喷油器拆 检周期仅2

12、万公里。8 柴油机主要技术参数 型号： 12V240ZJ6F 气缸直径： 240mm 活塞行程： 275mm 压缩比： 12.5 标定转速： 1000r/min 标定功率： 2000kW (在大气压力0.1MPa，环境温度25，相对湿度30，中冷器进水温度55和柴油机转速为1000r/min条件下) 最大运用功率： 1840kW 最低空载稳定转速： 430r/min 标定功率时的平均有效压力： 1.6MPa 标定功率时的最高爆发压力： 13.5MPa 最低空载稳定转速时的压缩压力： 2.750.1MPa 供油提前角： 211 标定功率时，增压空气压力不小于： 0.22MPa 标定功率时，增压空

13、气流量： 4 kg/s 标定功率时，排气温度： 气缸盖出口处 500 增压器涡轮进口处 600 标定功率时： 增压器进气压力损失 2500 Pa 排气背压 3000 Pa 增压器涡轮进口最高承受温度650 排气烟度： 1.2Bosch 标定功率时燃油消耗率： 211+3% g/(kWh)9 柴油机主要零部件 9.1机体n 柴油机机体采用铸焊组合结构或整体铸造结构。曲轴孔中心 距底面450mm。每位主轴承盖用两条M482贯穿式螺栓紧固 ，两侧采用侧肩定位，并用两条M302横拉螺钉使轴承盖与 机体牢牢紧固，与机体形成封闭式结构，以增强机体的总刚 度，主轴承孔装有20高锡铝合金钢背轴瓦，输出端装有两

14、半 式止推挡圈。 机体横截面呈六边形。气缸孔型夹角为50 ，A、B两列气缸中心前后错开74mm，同侧气缸孔距为 400mm，每个气缸孔周围有六个M362紧固气缸盖的螺栓孔 ，气缸孔外侧对应设有二个进排气推杆孔和一个喷油泵孔， 其下方布置隧道式凸轮轴孔。型夹角内设有进气稳压腔和 润滑主油道。机体输出端有连接箱安装座板，自由端有齿轮 和泵支承箱安装端板。机体两侧各有六个曲轴箱检查孔和凸 轮轴检查孔。在曲轴箱侧盖中有五个装有防爆安全阀，左右 侧还各有一个机油加油口 组装方法及技术要求 a) 主油道须冲洗干净。焊修后须做1MPa的水压试验，保持20min不泄漏。 b) 机体上各种双头螺柱栽入前应清洗干

15、净；喷油泵下体螺柱、靠机体外侧的气缸螺栓栽入 机体时，须涂耐油密封润滑脂；气缸螺栓和连接箱用螺栓栽入机体时，须涂二硫化钼；其 余双头螺柱栽入时均涂密封胶。 c) 主轴瓦在压紧状态下，瓦背与机体主轴承孔的接触面积不少于总面积的60%。 d) 主轴承螺栓的紧固螺栓伸长量为0.870.03mm（铸焊组合机体），0.970.03mm（整 体铸造机体）；横拉螺钉的紧固力矩为1000Nm。 e) 主轴瓦与主轴颈间的径向间隙为0.250.30mm，同一台柴油机径向间隙允差0.03 mm， 相邻位 允差0.02 mm。 f) 主轴瓦、主轴承盖和主轴承孔的端面突出量不大于0.5 mm。 g) 机体止推挡圈与曲轴止推面间的轴向总间隙为0.250.35 mm，主发电机安装后，此间隙 应不小于0.18 mm，组装前后的间隙减少量应不超过0.10 mm，在组装时允许修研止推挡 圈背面（贴机体止推轴承孔侧），修研量不得超过0.02 mm。 h) 机体止推挡圈在合口面处的间隙为0.40.75 mm。9.2气缸套装配n 柴油机的气缸套与气缸盖、活塞共同组成柴油 机的燃烧