昆明云内动力股份有限公司 装配车间昆明云内动力股份有限公司柴油发动机基础原理培训资料2008-11-08昆明云内动力股份有限公司 装配车间内燃机基本原理内燃机是将燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能的一种能量转 换装置，在内燃机机中燃料与空 气混合、燃烧、产生高温、高压 的工作气体，它作为热能的载体 推动活塞，通过连杆、曲轴向外 输出机械功。由于这一能量转变 过程完成是在发动机的内部完成 的，所以成为内燃机。根据着火 方式、燃料类别、冲程数和进气 状态等的不同，内燃机又常常分 为各种不同的类型。昆明云内动力股份有限公司 装配车间内燃机基本原理基本定义四冲程柴油机柴油机完成进气、压缩、燃烧、排气4个工作过程（即一个循环）曲 轴需要旋转两周（即活塞四个行程）二冲程柴油机柴油机完成进气、压缩、燃烧、排气4个工作过程（即一个循环）曲 轴需要旋转一周（即活塞两个行程）昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油机和汽油机的比较柴油机与汽油机的技术优势比较项 目汽油机柴油机 起动性能 爬坡度加速性经济性 排放 排烟 噪音振动 耐用性 成本昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机结构基本术语压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩 比，用表示。 Va 气缸总容积；Vh 气缸工作容积； Vc 燃烧室容积；发动机排量多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量 ，用表示VL ： VL= V h i Vh气缸工作容积（气缸排量 ）i 气缸数目昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机结构基本术语工作循环对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、 排气四个过程，这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。 进气行程压缩行程做功行程排气行程昆明云内动力股份有限公司 装配车间内燃机基本原理第一行程进气行程（由进气门开始开启到进气门关闭为止） 在活塞接近上止点时，排气门关闭，进气门打开，当活塞由上止点向下运行时，气缸内容积增加，压力降低，新鲜空气吸入气缸。第二行程压缩行程（由进气门关闭到活塞移动到上止点为止） 由于曲轴的旋转，活塞由下止点向上止点运动，进、排气门都关闭，气缸容积逐渐减少，空气被压缩，结果使气体的温度与压力都有明显上升，为燃油喷入气缸后能迅速燃烧创造有利条件。第三行程燃烧膨胀行程（由压缩上止点开始到排气门开始开启为止） 1、燃烧 柴油机活塞在上止点前喷油器开始喷油，喷入期缸内的燃油借压缩终了的高温空气的热量自燃。2、膨胀 活塞到达上止点后，在燃烧压力的推动下向下移动，过了最大燃烧压力点，柴油机进入膨胀阶 段，气缸容积增加，压力和温度随之下降。第四行程排气行程燃烧膨胀过程，活塞向下止点移动。为使气缸内的废气尽可能排得干净，排气门在活塞达到下止点前提前开启，部分废气开始排出气缸。当活塞由下止点向上运动时。废气在活塞的驱赶下迅速排除。活塞到达上 止点，排气还未结束，直至活塞由上止点开始向下，进气门开启，排气门尚未关闭，仍在利用下一循环进 入气缸的新鲜空气，继续扫除一部分废气。昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构两 大 机 构曲柄连杆机构配气机构五 大 系 统燃烧系统润滑系统冷却系统供油系统进气系统昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构供油系统供油系统按柴油机工作需要，将适量的燃油在适当的时刻内，以适当的空间状态喷入燃烧室，以保证混合气的形成及燃烧过程能在最有利 的条件下进行，从而使柴油机获得良好的经济性、动力性、稳定性及 满足排放、噪声等指标。供油系统应满足以下条件：1）应正确地供给与柴油机负荷相适应的油量，并保持各缸供油量的均匀性；2）应能自动改变喷油正时，以适应柴油机转速或负荷变化的需要；3）当柴油机转速和负荷变化时，供油系统应有足够的响应速度，提 所需要的供油量；4）喷雾特性应与燃烧室有良好配合，应使柴油机能获得最佳的燃烧 过程；5）可靠耐用，结构简单，制造容易，维修方便。昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构供油系统 燃油滤清器低压油管高压油管喷油泵喷油器回油管燃油箱输油泵 油水分离器调速器限压阀喷油提前器昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构排放 阶段 技术路线 主要差异 主打机型 国 阶段直列泵 +P嘴 +增压中冷 缸内最大燃油喷射量完全依靠机械液力过程实现，各缸均匀性由机械 加工精度保证； 喷油正时完全依靠正时传动、喷油器弹簧、机械提前装置实现； 通过提高泵端压力（80MPa）、采用小孔P型喷嘴、应用增压中冷、 缸内直喷技术进行燃烧系统的匹配优化可达到国排放水平。 4100QBZL 4102QBZL 495ZQL 国 阶段 电控高压共 轨系统 +增压中冷 缸内最大燃油喷射量由发动机转速和增压压力计算，依靠喷油器机械 液力和电磁阀开启过程实现，各缸均匀性可通过油量自学习功能进行适 时修正； 喷射正时由燃油喷射量和发动机转速来计算，依靠喷油器电磁阀开启 过程实现，并且可实现多次喷射； 轨压可达（140160MPa）、采用电控高压喷射技术、应用增压中冷、 缸内直喷技术进行燃烧系统的匹配优化可达到国排放以上水平。 YNCR系列 供油系统公司国和国发动机供油系统的差异昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构供油系统共轨系统相对与传统喷油系统的优势共轨系统传统喷油系统喷油压力可以自由控制，即使在发动机低速段也能 保证足够的喷射压力喷油压力随转速和循环喷油量的降低而降低 高压喷油泵结构简单，驱动力矩小高压喷油泵结构复杂，驱动力矩高 喷油泵结构紧凑，驱动方式和安装位置比较自由 喷油泵结构复杂庞大，驱动方式单一，安装位置受限 喷射压力高达1450bar喷射压力小于1000bar可实现多次喷射，噪音和振动小不能实现多次喷射，噪音和振动大喷射压力电控闭环控制，精度高喷射压力由机械控制，精度低喷射油量控制精确并随使用周期自适应调整喷射油量由机械控制，精度低 喷射提前角自由灵活可调 喷射提前角可调节范围很窄 高压油管短，压力波动小可靠性高高压油管长，压力波动大可靠性差 高欧三排放易达标，产品一致性高欧三排放很难达到，产品一致性不好昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构冷却系统使发动机得到适度的冷却，并保持其在最适宜地温度范围内工作。 冷却系统由散热器、水泵、风扇、冷却水套和节温器装置等组成。通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器 装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口）， 根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动 路线，以达到调节冷却系的冷却强度。当发动机在正常热 状态下工作时，即水温高于76，节温器阀门打开了通往 散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全 部流经散热器，形成大循环；当冷却水温低于76时，节 温器阀门关闭了通往散热器的通道，同时打开了通往水泵 的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水 泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热 器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过 冷；当发动机的冷却水温在7080范围内，通往散热器 的通道和通往水泵的旁通管均处于半开闭状态，此时一部 分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。冷却系的大小循环定义昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构润滑系统油底壳，机油泵、滤清器、冷却器器、传感器和油压力表等组成润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗。清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物。冷却作用：机油在润滑系内循环带走摩擦产生的热量，起到冷却作用。密封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油。防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作 用，防止腐蚀生锈。液压作用：润滑油可用作液压油，起液压作用，如液压挺柱。减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。 昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构配气机构按照发动机每个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。传动方式图 示应 用齿轮传动凸轮轴下置、中置式配气 机构链条传动凸轮轴上置式配气机构 齿形带传动凸轮轴上置式配气机构凸轮轴的传动方式昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构气门数目及排列方式配气机构昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构配 气 相 位配气机构 上止点1030 4080 4080 1030 气门从开启到关闭所经历的曲 轴转角，称为配气相位。昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构气门重叠当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气门同时开启的现象。 配气机构气门重叠角气门同时开启的角度（+ ） 。气门重叠角排气过程进气过程昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构废气涡轮增压器的工作原理将排气管 1接到增压器的涡轮壳 4 上。柴油机排出的具有一 定压力的高温废气经涡轮壳 4 进入喷嘴环 2，由于喷嘴环的通道面积做成由大到小，因而废气的压力和温度下降，而速 度却迅速提高。这个高温高速的废气气流，按一定方向冲击 涡轮 3，使涡轮高速旋转，废气的压力、温度和速度越高，涡 轮转速也越高。通过涡轮的废气最后排入大气。这时与涡轮 3 固装在同一根转子轴 5 上的压气机叶轮 8也以相同的速度旋转，将经滤清器滤清过的空气吸入压气机壳。高速旋转的压 气机叶轮把空气甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加，并 进入形状做成进口小出口大的扩压器 7，因 此气流的速度下 降压力升高。再通过断面由小到大的环形压气机壳 9 使空气 压力继 续升高。高压空气流经柴油机进气管 10 进入气缸与更多的柴油混合燃烧，以保证发 动机发出更大的功率。 图 废气涡轮增压工作原理示意图1-排气管，2-喷嘴环，3-涡轮，4-涡轮壳，5-转子轴，6-轴承，7-扩压器，8-压气机叶 轮,9-压气机壳，10-进气管昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构优点 ：增压系统增压的目的在于增加每工作循环充入气缸内的空气量，从而可以相应增加每工作循环柴油的供给量，使每工作循环作出更多的功，增加柴油机的输出功率。柴油机采用废气涡轮增压不仅可提高功率 30100甚至更多，还可减小单位功率质量，缩小外形尺寸，节约原材料，降低燃油消耗。 因为增压器增加的重量和尺寸都相对较小，而柴油机的功率可有较大提高， 所以增压机单位功率 的重量，尺寸将会相应减小； 可使柴油机单位功率的造价降低； 排气的噪声有所降低，对减少有害物质排放也会有所提高； 在采用涡轮增压时，柴油机的热效率得到较大的提高，经济性将会得到改善。柴油机选配涡轮增压器的要求 柴油机应能达到预定的功率和经济指标；增压器应能供给柴油机所需要的增压压力和空气流量； 增压器应能在柴油机的各种工况下稳定地工作，压气机不应出现喘振或堵塞现象； 增压器应在柴油机的各个工况下都能高效率地运行； 增压器在各种工况下都能可靠地工作，如增压器在柴油机满负荷时不出现超速，柴油机不出现排温超高。昆明云内动力股份有限公司 装配车间柴油发动机基本机构增压系统所谓柴油机增压就是增加进入气缸之前的空气压力，使进气密度增 加，以增加进入气缸的空气质量，从而提高柴油机的功率空气入口排气出口润滑油入口润滑油出口转子轴压气机叶轮扩压管压气机壳涡轮壳涡轮推力轴承转子轴密封套昆明云内动力股份有限公司 装配车间发动机机械性能开发试验性能试验1、台架性能试验1）燃油泵匹配2）燃烧室匹配3）喷油器匹配4）增压器匹配试验5