使用說(shuō)明書

康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)

 

摘要：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由許多不同作用的部件組成的復(fù)雜機(jī)器，由兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。由于柴油發(fā)電機(jī)是壓燃的，與汽油機(jī)相比，就去掉了點(diǎn)火系統(tǒng)。但是無(wú)論是四行程還是二行程或者是單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，都必須具備這兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)。康明斯公司在本文中重點(diǎn)介紹了柴油機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)、作用以及工作原理。

 

一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)

 

      曲柄連桿機(jī)構(gòu)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理十分簡(jiǎn)單，但卻具有極大的實(shí)用性和效率。當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿隨之進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)活塞進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)形式在許多機(jī)械設(shè)備中都有重要的應(yīng)用。通過(guò)控制曲柄的轉(zhuǎn)速和連桿的長(zhǎng)度，可以調(diào)控活塞的行程和速度，實(shí)現(xiàn)不同的工作需求。

1、機(jī)體組

      機(jī)體組包括氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、油底殼等。它們構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)的基本框架，為活塞和其他運(yùn)動(dòng)部件提供了空間。

2、活塞連桿組

      活塞連桿組包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿。活塞在氣缸內(nèi)上下移動(dòng)，通過(guò)連桿與曲軸相連，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3、曲軸飛輪組

      曲軸飛輪組包括曲軸和飛輪。曲軸通過(guò)扭轉(zhuǎn)減震器和平衡軸與飛輪相連，它將活塞的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)飛輪傳遞出去。飛輪還負(fù)責(zé)儲(chǔ)存能量，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

 

二、配氣機(jī)構(gòu)

 

      柴油機(jī)工作時(shí)，離不開(kāi)空氣供給，而空氣是由配氣機(jī)構(gòu)來(lái)分配的。 配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過(guò)程，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動(dòng)組和氣門驅(qū)動(dòng)組組成。

1、氣門組

      氣門組包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座、鎖片、卡環(huán)等零件。氣門組主要保證氣門錐面與氣門座錐面嚴(yán)密配合，在高溫條件下有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。

（1）氣門。氣門由氣門頭和氣門桿組成。氣門頭的圓錐面一般是45°錐環(huán)帶與氣門座的錐孔環(huán)帶相貼合，形成密封環(huán)帶。

（2）氣門導(dǎo)管。用于引導(dǎo)氣門作直線運(yùn)動(dòng)，保證氣門與氣門座對(duì)中。為防止氣門卡死或機(jī)油漏入汽缸，氣門桿與導(dǎo)管之間的間隙應(yīng)適當(dāng)。

（3）氣門座。采用耐磨材料制成單獨(dú)座圈，以適當(dāng)?shù)木o度壓入汽缸蓋的座孔中。

（4）氣門彈簧。每個(gè)氣門上裝有繞向相反的內(nèi)外兩個(gè)彈簧，以保證氣門及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

（5）氣門彈簧座及鎖夾。彈簧上座鎖夾卡在氣門桿尾部，限制氣門彈簧的自由伸長(zhǎng)。在安裝時(shí)，兩半鎖夾兩邊的間隙應(yīng)相等，低于彈簧上座平面，保證鎖定牢固。

2、氣門傳動(dòng)組

      氣門傳動(dòng)組的主要功用是按照凸輪的外廓形狀傳遞動(dòng)力，使氣門按時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉。氣門傳動(dòng)組主要由挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸等零件組成。

（1）挺柱。挺柱是凸輪的從動(dòng)件，使凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥χ闹本€運(yùn)動(dòng)，并將凸輪的推力通過(guò)推桿和搖臂傳到氣門。挺柱的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕。挺柱上的推桿球面支座的半徑比推桿球頭半徑略大，以便在兩者中間形成楔形油膜來(lái)潤(rùn)滑推桿球頭和挺柱上的球面支座。

（2）推桿。推桿處于挺柱和搖臂之間，將挺柱傳來(lái)的運(yùn)動(dòng)和作用力傳給搖臂。在凸輪軸下置式的配氣機(jī)構(gòu)中，推桿是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)桿件，加上傳遞的力很大，所以極易彎曲。因此，要求推桿有較好的縱向穩(wěn)定性和較大的剛度。

（3）搖臂。搖臂的功用是將推桿和凸輪傳來(lái)的運(yùn)動(dòng)和作用力改變方向，傳給氣門使其開(kāi)啟。搖臂是一個(gè)雙臂杠桿，以搖臂軸為支點(diǎn)，兩臂不等長(zhǎng)。短臂端加工有螺紋孔，用來(lái)擰入氣門間隙調(diào)整螺釘。長(zhǎng)臂端加工成圓弧面，是推動(dòng)氣門的工作面。

（4）搖臂軸。固定在汽缸蓋上，用來(lái)支撐搖臂，其空腔兼做油道。

 

三、燃料供給系統(tǒng)

 

      燃料供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油發(fā)電機(jī)燃料供給系統(tǒng)的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。

1、燃油箱

      用于存放燃油的容器，為燃油系統(tǒng)提供燃料。燃油箱一般位于柴油機(jī)附近，并通過(guò)燃油管道與燃油過(guò)濾器相連。

2、燃油過(guò)濾器

      對(duì)燃油進(jìn)行過(guò)濾，去除其中的雜質(zhì)和微粒。保持燃油的純凈度，減少對(duì)噴油器和燃油泵的損壞。

3、燃油泵

      將燃油從燃油箱中抽取，并加壓向噴油器供給燃油。燃油泵一般由驅(qū)動(dòng)齒輪、柱塞、柱塞泵等部件組成。

4、噴油器

      將燃油霧化成微小的顆粒，并將燃油噴射到氣缸中。噴油器一般由噴油嘴、噴油器針閥和噴孔等部件組成。

 

四、潤(rùn)滑系統(tǒng)

 

      柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是依賴其零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間必然產(chǎn)生摩擦和磨損。干摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱，使零件溫度升高，磨損加劇，表面擦傷、膠合，甚至咬死。因此，不潤(rùn)滑柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就不能工作；潤(rùn)滑不良，會(huì)使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，縮短壽命。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障有50%~60%是由于潤(rùn)滑不當(dāng)引起的。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)，連續(xù)不斷地供給各個(gè)摩擦表面潤(rùn)滑劑（潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂），以減少摩擦，降低磨損，保護(hù)摩擦表面。潤(rùn)滑油除了有潤(rùn)滑作用外，還可以起散熱作用、帶走摩擦表面的污物作用，以及短時(shí)間防銹作用，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸活塞組還有密封作用。

1、機(jī)油泵

      轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵由內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、油泵殼體等組成。油泵工作時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)外殼向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)轉(zhuǎn)子有四個(gè)凸齒，外轉(zhuǎn)子有五個(gè)凹齒，它們可以看作是一對(duì)只相差一個(gè)齒的內(nèi)嚙合傳動(dòng)，其轉(zhuǎn)速比為5：4。無(wú)論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到任何角度，內(nèi)外轉(zhuǎn)子各齒形之間總有接觸，分隔成5個(gè)空腔。進(jìn)油道一側(cè)的空腔，由于轉(zhuǎn)子脫開(kāi)嚙合，容積增大，產(chǎn)生真空度（即空腔內(nèi)壓力低于外界壓力），機(jī)油被吸入空外轉(zhuǎn)子徑向間隙約0.06～0.15 mm。間隙過(guò)大會(huì)降低機(jī)油泵的泵油效率，造成供油不足。當(dāng)因磨損使軸向間隙增大到0.15mm、徑向間隙增大到0.22 mm時(shí)，潤(rùn)滑油量和機(jī)油壓力會(huì)明顯下降，影響正常潤(rùn)滑。這時(shí)可通過(guò)調(diào)整機(jī)油泵體與機(jī)油泵蓋的墊片來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)子的軸向間隙。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合間隙超過(guò)磨損極限時(shí)應(yīng)更換新件。

2、機(jī)油濾清器

      按濾清方式不同，機(jī)油濾清器可分為過(guò)濾式和離心式兩大類。過(guò)濾式濾清器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為濾網(wǎng)式、刮片式、紙質(zhì)濾芯式、線繞式和復(fù)合式等。拖拉機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油濾清器廣泛采用單級(jí)紙質(zhì)濾清器。濾芯為圓筒折疊式紙質(zhì)濾芯。濾紙經(jīng)化學(xué)處理，具有無(wú)數(shù)微細(xì)小孔，兩端與端蓋粘合密封。機(jī)油通過(guò)濾紙的微孔進(jìn)入內(nèi)腔時(shí)得到過(guò)濾，然后流入主油道。主油道的機(jī)油壓力可以用濾清器上的調(diào)壓閥調(diào)整，此壓力一般為0.2～0.4 MPa。在濾清的過(guò)程中，如果濾芯過(guò)臟或冷車啟動(dòng)潤(rùn)滑油黏度增加，機(jī)油通過(guò)濾芯的阻力增大，使油道中機(jī)油量不足時(shí)，機(jī)油就沖開(kāi)旁通閥（安全閥），不經(jīng)過(guò)濾直接進(jìn)入油道。旁通閥的開(kāi)啟壓力一般為0.1~0.2 MPa。

3、油底殼

      油底殼是存放潤(rùn)滑油的容器，通常位于柴油機(jī)底部。油底殼具有一定的容積，以確保潤(rùn)滑油在柴油機(jī)工作過(guò)程中的正常循環(huán)。油底殼內(nèi)還配有油位表，用于監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的油位，以便及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。

4、機(jī)油冷卻器

      機(jī)油冷卻器是潤(rùn)滑系統(tǒng)中的附件部件，其主要作用是通過(guò)冷卻潤(rùn)滑油，降低潤(rùn)滑油的溫度，防止?jié)櫥瓦^(guò)熱。

 

柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

機(jī)油濾清器零件解剖示意圖

 

五、冷卻系統(tǒng)

 

      冷卻系統(tǒng)的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)通常由冷卻液套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。

1、冷卻水泵

      水泵是柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的核心部件，主要作用是通過(guò)葉輪將水循環(huán)流動(dòng)，形成連續(xù)的循環(huán)，使柴油機(jī)的熱量得到有效的散發(fā)。水泵由葉輪、水封、軸承組成，它們的質(zhì)量直接影響柴油機(jī)的穩(wěn)定性。

2、散熱器

      散熱器是冷卻液流經(jīng)的地方，通過(guò)雙重金屬片插彎相間的結(jié)構(gòu)，達(dá)到充分的接觸，使散熱效果更佳。它的作用是將排出柴油機(jī)的熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境，使溫度降低，保持柴油機(jī)在正常工作溫度范圍內(nèi)。

3、節(jié)溫器

      節(jié)溫器是調(diào)節(jié)冷卻液的溫度的控制裝置。它根據(jù)柴油機(jī)工作的溫度情況，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫。一般情況下，它位于散熱系統(tǒng)的出水口處。

4、散熱風(fēng)扇

      風(fēng)扇是柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)中的重要組成部分，主要作用是散出汽車前進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的風(fēng)阻，加速空氣流動(dòng)。空氣流過(guò)水箱散熱器時(shí)，可以幫助水箱散熱器更快地散熱，保持柴油機(jī)正常工作溫度。

 

柴油機(jī)冷卻液循環(huán)路徑示意圖

柴油機(jī)冷卻液循環(huán)流程框圖

 

六、起動(dòng)系統(tǒng)

 

      要使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過(guò)程所需的裝置，稱為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)。電啟動(dòng)系統(tǒng)主要由起動(dòng)機(jī)、蓄電池、充電發(fā)電機(jī)、主控制器等組成。

1、蓄電池

       當(dāng)啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，蓄電池負(fù)責(zé)為起動(dòng)機(jī)提供所需的電力，確保發(fā)動(dòng)機(jī)能夠順利啟動(dòng)。

2、起動(dòng)馬達(dá)

      起動(dòng)馬達(dá)的作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)、起動(dòng)繼電器和點(diǎn)火起動(dòng)開(kāi)關(guān)等控制裝置，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

3、充電發(fā)電機(jī)

      充電發(fā)電機(jī)是一種直流發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子內(nèi)置有永磁體和線圈，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，永磁體和線圈之間的磁場(chǎng)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

4、主控制器

      主控制器按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來(lái)控制柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作，控制著發(fā)電機(jī)組的整體運(yùn)行。

 

柴油機(jī)起動(dòng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)造示意圖

柴油機(jī)起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)原理圖

 

總結(jié)：

      柴油機(jī)是一種利用壓縮燃油混合氣使其自燃的內(nèi)燃機(jī)。相對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，柴油機(jī)更加高效、經(jīng)濟(jì)和耐用。總之，柴油機(jī)的構(gòu)造是復(fù)雜的，由多個(gè)部件組成。每個(gè)構(gòu)造部分都有各自的特點(diǎn)和功能，構(gòu)成了柴油機(jī)整體的運(yùn)行系統(tǒng)。理解柴油機(jī)的構(gòu)造對(duì)于正確地進(jìn)行操作、檢修以及維護(hù)都非常重要。

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