柴油機原理與構造目錄柴油機的基本工作原理和總體構造1主要固定件3配氣機構及進排氣系統34曲柄連桿機構32燃料供給系統5潤滑、冷卻、啟動系統36第一章柴油機的基本工作原理和總體構造2.5柴油機的主要性能指標和型號規則2.4柴油機的總體構造2.3多缸柴油機曲柄排列與發火順序2.2柴油機基本工作原理2.1概述第一章柴油機的基本工作原理和總體構造第一節概述一、什么是柴油機發動機：將某一種能量轉變為機械能而驅動其它機械做功的機器，稱為發動機。熱力發動機：將燃料的化學能通過燃燒產生熱能，再通過機械本身將熱能轉變為機械能的機器。熱力發動機可分為：內燃機、外燃機內燃機：燃料在發動機內部（氣缸內）燃燒，將其燃燒的熱能直接轉變為機械能的熱力發動機，稱為內燃機。外燃機：燃料在發動機外部燃燒的熱力發動機，稱為外燃機。在內燃機中，根據所用燃料的不同，又可分為柴油機、汽油機和煤氣機等。其中，柴油機是以柴油作為燃料的內燃機，其工作特點為空氣在氣缸內被壓縮成高溫、高壓氣體，使噴入的柴油自燃，并由燃氣膨脹而做功。目前，內燃機車的動力裝置一般都采用柴油機。二、柴油機的特點及用途1.優點：（1）對能量的利用率高。（2）功率和轉速范圍廣，能適應各種不同用途。（3）結構緊湊、輕巧便于移動。（4）啟動迅速、工作可靠、便于自動控制，并能在啟動后很快達到全負荷運轉。（5）消耗水量少。2.缺點：（1）對燃油要求嚴格。（2）結構復雜，零部件的加工、裝配、使用和維修要高。（3）排氣中含有毒性物質，污染大氣；振動和噪音也會對環境造成污染。三、柴油機的一般構造和基本工作情況構造為了燃燒與做功的需要，在柴油機上設置了由活塞組、連桿組和曲軸組等組成的曲柄連桿機構；氣缸套和氣缸蓋；包括氣門、搖臂、橫臂、挺柱及凸輪軸等組成的配氣機構；包括噴油泵、噴油器及管道輸送等組成的燃油供給系統；機體及其它配屬系統等幾大部分。2.單缸柴油機的基本工作情況首先由曲軸帶動活塞自上而下運動，空氣經進氣管、進氣門進入氣缸內，當活塞接近最下端位置時，進氣門關閉，然后活塞向上移動，氣缸內的空氣受到活塞的壓縮，使空氣的壓力和溫度都有較大的升高。然后柴油通過進油管經噴油器噴入燃燒室與被壓縮的高溫、高壓空氣接觸而著火燃燒，燃氣膨脹產生的巨大推力推動活塞向下運動并通過連桿使曲軸旋轉，從而對外輸出功率，最后活塞由下向上移動，將膨脹后的廢氣排出氣缸，至此，完成一個工作循環。柴油機的工作循環：進氣、壓縮、燃燒膨脹做功和排氣。四、柴油機的基本名詞術語活塞的止點與沖程活塞在氣缸內作上、下往復運動的兩個極端位置稱為止點。上止點：活塞在氣缸中作上下往復運動所能達到的最上方的位置，稱為上止點。下止點：活塞在氣缸中作上下往復運動所能達到的最下方的位置，稱為下止點。上、下止點之間的距離稱為活塞沖程。2.氣缸容積（1）燃燒室容積：當活塞位于上止點時，活塞頂上面的氣缸空間叫燃燒室，這個空間的容積稱為燃燒室容積。

（2）氣缸工作容積：活塞從上止點移動到下止點所掃過的空間容積稱為氣缸工作容積。（3）氣缸總容積：活塞位于下止點時，活塞頂上部的全部氣缸容積稱為氣缸總容積。它等于燃燒室容積與氣缸工作容積之和。3.壓縮比氣缸總容積與燃燒室容積的比值稱為壓縮比。壓縮比表明進入氣缸的空氣被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了的空氣的壓力和溫度就會高一些，柴油機啟動就容易，柴油機的熱量利用程度也就更高。五、柴油機的分類根據完成一個工作循環的沖程數：

二沖程柴油機：活塞連續運行兩個沖程（曲軸轉一圈）完成一個工作循環的柴油機。

四沖程柴油機：活塞連續運行四個沖程（曲軸轉二圈）完成一個工作循環的柴油機。按氣缸數目排列方式分類（1）按氣缸數目分：單缸柴油機多缸柴油機（2）根據氣缸的布置形式分

立式臥式V形對置活塞H形3.按冷卻方式分類

水冷式柴油機：利用水作為冷卻介質。

風冷式柴油機：利用空氣作為冷卻介質。4.按進入氣缸的空氣壓力分類

增壓柴油機

：空氣通過增壓器提高壓力后進入氣缸非增壓柴油機：空氣是靠活塞的抽吸作用進入氣缸。目前，機車用柴油機幾乎全部采用增壓柴油機。5.根據柴油機的用途分類（1）固定式柴油機（轉速固定不變）（2）船舶柴油機（3）機車柴油機（4）汽車拖拉機用柴油機

第二節柴油機基本工作原理一、四沖程柴油機工作原理

柴油機的工作是由進氣、壓縮、燃燒膨脹作功和排氣這四個過程來完成的，這四個過程構成了一個工作循環?；钊舷峦鶑退拇巫咚膫€過程才能完成一個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。1.進氣沖程進氣提前角：從進氣門開啟到活塞行至上止點時的曲軸轉角，稱為進氣提前角。

進氣延遲角：將活塞行至下止點到進氣門關閉的曲軸轉角，稱為進氣延遲角。2.壓縮沖程供油提前角：噴油泵開始供油的瞬間到活塞行至上止點時的曲軸轉角，稱為供油提前角。噴油提前角：噴油器開始噴油的瞬間到活塞行至上止點時的曲軸轉角，稱為噴油提前角。3.燃燒膨脹作功沖程4.排氣沖程

排氣提前角：從排氣門開啟的瞬間，到活塞行至下止點時的曲軸轉角，稱為排氣提前角。自由排氣階段：從排氣門開啟到活塞行至下止點這一階段為自由排氣階段。強迫排氣階段：活塞由下止點向上止點運動，廢氣被活塞強迫推出缸外，這一階段的排氣稱為強迫排氣階段。過后氣排階段：將活塞在上止點以后的排氣稱為過后排氣階段。排氣延遲角：從活塞行至上止點到排氣門完全關閉時的曲軸轉角稱為排氣延遲角。氣門重疊：進、排氣門處于同時開啟的狀態，通常將這個現象稱為氣門重疊。同一氣缸的進、排氣門同時開啟的曲軸轉角，稱為氣門重疊角。二、四沖程柴油機的配氣相位圖三、二沖程柴油機工作原理活塞在兩個沖程內完成一個工作循環的柴油機，稱為二沖程柴油機。二沖程柴油機的工作循環中，也包括進氣、壓縮、燃燒膨脹作功及排氣四個過程。但這四個過程是在活塞的兩個沖程中完成的。第一沖程——輔助沖程第二沖程——作功沖程四、二沖程與四沖程柴油機的比較（1）二沖程柴油機大大縮短了輔助沖程所占用的時間，曲軸每轉一圈，就有一個作功沖程。而四沖程柴油機曲軸每轉兩圈才有一個作功沖程。（2）由于二沖程柴油機每兩個沖程即作功一次，所以運轉比較平穩，結構簡單。（3）燃燒不充分，功率低；熱負荷與油耗率相對比較高。第三節多缸柴油機曲柄排列與發火順序一、幾個概念輸出端（后端）：曲軸可連接到被驅動機械上的一端。自由端（前端）：對應的另一端。柴油機左右側：面對輸出端朝自由端看，左手一側為柴油機左側，右手一側為柴油機右側。4.氣缸編號：從自由端開始向輸出端順序對氣缸編號。自由端輸出端右左123456781011121314151695.柴油機曲軸的旋轉方向：從輸出端朝自由端看凡順時針旋轉的稱為“右旋”；逆時針旋轉的稱為“左旋”。6.曲柄：多缸柴油機曲軸是由形狀尺寸相同，彼此位置不同的多個曲柄組成。曲柄由主軸頸、曲柄臂和曲柄銷組成。7.曲柄排列：多缸柴油機曲軸上的各曲柄，按一定規律，一定角度位置布置，這種布置方式稱為曲柄排列。以16V240ZJB型柴油機為例：為達到曲軸對外平衡及均勻發火，通常采用十字形鏡面對稱曲柄排列。其特點是：曲軸的前半段、后半段曲柄，對稱于中間主軸頸。123456781.84.52.73.6二、直列式柴油機的發火順序發火順序：柴油機的各氣缸按一定次序、一定時間間隔輪流發火，這種發火的先后次序，稱為發火順序。以16V240ZJB型柴油機為例：161141012911151316375862415040四沖程柴油機曲軸每轉動兩圈（720°）完成一個工作循環。三、V型柴油機的發火順序V型柴油機發火順序分為填補式發火和交叉式發火兩種。填補式發火

填補式發火方式，左、右兩列氣缸的發火順序不相同，每列中有連續發火，但是整機發火可以是均勻的。2.交叉式發火

交叉式發火方式，左、右兩列氣缸的發火順序完全相同，每列都是均勻發火兩列相間發火。整臺柴油機發火不一定均勻。（1）連續發火——左、右兩列同名氣缸連續發火。（2）錯開發火——左、右兩列同名氣缸錯開一定的曲軸轉角發火。

第四節柴油機的總體構造一、曲柄連桿機構由活塞組、連桿組、曲軸組等運動件組成，是柴油機中最重要的運動部件。它的功用是將活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動，并將作用在活塞上的燃氣壓力轉變為扭矩，通過曲軸向外輸出。二、柴油機主要固定件由氣缸體、曲軸箱（或機體）、氣缸套和氣缸蓋等組成的固定部件是柴油機的骨架，所有運動部件和輔助系統都支承和安裝在它上面。三、進、排氣及增壓系統進、排氣系統由進、排氣管，空氣濾清器和進、排氣控制機構組成。四沖程柴油機的進、排氣控制機構稱為配氣機構，由氣門機構和氣門驅動機構組成。根據工作循環的需要，按一定時間開啟和關閉進、排氣門，排出廢氣，引入清潔的新鮮空氣。對增壓柴油機，進排氣系統中還裝有增壓器，其作用是提高進入空氣的壓力，從而可加大進氣量。四、燃料供給系統它的功用是定時、定量、定質地將柴油噴入燃燒室內，并創造良好的燃燒條件，滿足燃燒過程的需要。燃料供給系統由燃油箱、輸油泵、燃油濾清器、噴油泵、噴油器、調速器或聯合調節器等組成。五、潤滑系統功用是將機油送到柴油機各運動件的摩擦表面，起減磨、冷卻、凈化、密封和防銹等作用，用以減小摩擦阻力和減小磨損，并帶走摩擦產生的熱量，從而保證柴油機能正常工作并延長使用壽命。它主要由機油泵、機油濾清器、機油冷卻器、閥門和各種管路等組成。六、冷卻系統功用是將受熱零件所吸收的熱量及時傳導出去，使柴油機在工作時能保持溫度正常，不致因過熱而損壞機件，影響柴油機運轉。冷卻系統可分為水冷式和風冷式兩種。七、啟動系統要使柴油機由靜止狀態轉入運轉狀態，必須借助于外力使曲軸旋轉并達到一定的轉速，以使氣缸內形成可燃混合氣并實現第一次著火燃燒而轉為自行運轉。施加外力的裝置稱為啟動裝置。有人力啟動、電力啟動、壓縮啟動等。第五節柴油機的主要性能指標和型號規則一、柴油機的主要性能指標柴油機的性能指標包括動力性指標、經濟性指標、排放性能指標、可靠性耐久性指標等。1.動力性指標（1）有效扭矩：柴油機曲軸上對外輸出的扭矩稱為有效扭矩。（2）有效功率：柴油機在單位時間內對外作功的量稱為有效功率。A:15分鐘功率：柴油機允許連續運轉15分鐘的最大有效功率。B:1小時功率：柴油機允許連續運轉1小時的最大有效功率。C:12小時功率：柴油機允許連續運轉12小時的最大有效功率。D:持續功率：柴油機允許長期連續運轉的最大有效功率。（3）轉速：柴油機可在很寬廣的轉速范圍內的任意轉速下運轉。2.經濟性指標（1）有效熱效率：柴油機一個工作循環所發出的有效功與得到此功所消耗燃料中的熱量之比稱為有效熱效率。（2）有效燃油消耗率：柴油機每發出1kw有效功率，在1h內所消耗的燃油量，稱為有效燃油消耗率。3.排放性能指標：柴油機的有害排放物主要包括有害氣體排放物和有害固體排放物——顆粒。排放性能指標由單位體積排氣中有害排放物的體積表示。4.可靠性耐久性指標：可靠性是指柴油機在規定的運轉條件下，具有持續工作不致因故障而影響柴油機正常運轉的能力。二、柴油機的型號編制規則例如：16V240ZJB——16缸，V型，四沖程，缸徑240mm，水冷增壓，機車用柴油機，變型結構型。第二章曲柄連桿機構

第一節活塞組活塞組包括活塞、活塞環、活塞銷及其固定件。一、活塞1.活塞的功用（1）活塞在氣缸中作往復運動進行力的傳遞，完成柴油機的工作循環。（2）活塞、氣缸蓋、氣缸一起組成燃燒室。其中，活塞組起密封作用，使燃氣基本上不漏入曲軸箱，同時，也限制機油進入燃燒室。（3）有些二沖程柴油機的活塞，還起到控制氣孔開閉的作用?；钊墓ぷ鳁l件（1）高溫（2）高壓（3）高速活塞材料制造活塞的材料主要有三類：鋁合金、鑄鐵和耐熱鋼。（1）鋁合金優點：導熱系數大，活塞所吸收的熱量能很快導出，從而保持活塞溫度不致過高；比重小，也使往復慣性力減小。缺點：受熱變形大；在高溫下的強度、剛度和耐磨性較低。（2）鑄鐵優點：強度高、硬度大、耐磨、耐高溫。缺點：比重大。（3）耐熱鋼優點：熱強度高，能承受很高的熱負荷。缺點：比重大。采用鋼頂鋁裙組合式活塞?；钊麡嬙旎钊旧峡煞譃樗膫€部分：頂部、環槽部、裙部和銷座。（1）活塞頂部（2）環槽部分（3）活塞裙部（4）活塞銷座活塞的冷卻機車柴油機的活塞，通常采用機油循環強制冷卻，以提高活塞組的工作可靠性，其冷卻方式有：（1）噴射冷卻把機油用噴嘴直接噴射到活塞頂的背面，以冷卻活塞。（2）內油道冷卻

在活塞體內設有螺旋環形或環形內油道，機油通過連桿、活塞銷和活塞銷座通道引入內油道，冷卻活塞頭部后，從另一銷座的通道流回曲軸箱。二、活塞環活塞環包括氣環和油環兩種。1.活塞環的功用：（1）氣環的作用是密封活塞與氣缸之間的間隙，防止高溫、高壓燃氣從該間隙中大量漏入曲軸箱；導熱作用。（2）油環的作用是上行布油，下行刮油。

2.活塞環的工作條件（1）氣環直接受到高溫燃氣和高溫活塞的加熱，其溫度較高。（2）氣環在環槽中的運動十分復雜，劇烈的運動使氣環受到交變的彎曲甚至扭轉應力，嚴重時會使環折斷?；钊h的材料活塞環要求耐磨、耐熱、耐沖擊，導熱性好，與氣缸的磨合性好，還要有一定的彈性。通常以合金鑄鐵應用最為廣泛。氣環的密封原理氣環在自由狀態時，外形尺寸要比氣缸內徑大。將它套裝在活塞環槽內裝入氣缸后，氣環由于彈性而產生徑向壓力，使氣環緊貼在氣缸壁上，形成第一道密封面。在高壓燃氣的作用下，將氣環壓緊在氣缸和環槽上，切斷了燃氣向下漏氣的通道，形成第二道密封面。第一道氣環阻止了大量燃氣泄漏，仍有少量氣體從氣環開口處泄漏，但經第二、三、四道氣環密封后，漏氣量已很微小。氣環的切口氣缸中燃氣漏入曲軸箱的唯一通道是活塞環的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后間隙的大小對漏氣量有一定程度的影響。閉口間隙：活塞環裝入氣缸后的切口間隙叫做閉口間隙。切口的形狀有：直切口、斜切口、搭切口三種。常用的是直切口。氣環的截面形狀（1）矩形環（2）扭曲環（3）桶面環（4）梯形環7.氣環的泵油作用氣缸的下部靠飛濺潤滑。氣缸中、上部的潤滑，是通過氣環的泵油作用來達到的。當活塞下行時，氣環因慣性而貼靠在環槽的上側面，被氣環刮下的機油，聚積在氣環與油環槽的下方及氣環背面間隙內，待活塞上行時，氣環則貼靠在環槽的下平面上，此時機油被擠壓在氣環的上側

面間隙內。這樣活塞不斷地往返運動，形成機油從氣缸壁下部，曲折上升的泵油現象。頭幾道氣環的泵油作用，主要發生在進氣和排氣過程中，而在壓縮和燃燒膨脹時，由于氣壓的作用，在活塞下行時，氣環仍貼靠在環槽的下平面，使泵油作用受到限制。油環的作用和結構形式（1）油環的作用活塞與氣缸之間的摩擦靠飛濺的機油進行潤滑，潤滑油膜的厚度，是通過油環來控制的。當活塞下行時，靠油環本身的彈力，時油環外圓面得刃口與氣缸面密貼，滑過氣缸面，刮下粘附在氣缸壁上多余的機油。為保證油環順利刮油，在油環背面及油環下方的活塞壁面上開有排油孔，使刮下的機油，直接流回油底殼。當活塞上行時，油環外圓面的上邊緣倒角形成油楔，把機油均勻地分布在氣缸壁上。

上行布油，下行刮油。（2）油環的結構形式油環分為普通油環和組合式油環兩種。普通油環一般是用合金鑄鐵制造的。在它的外圓住表面中間車削出一個油環嘴，并對它的上、下唇倒角。為使油環有較強的刮油能力，采用彈簧漲圈環。三、活塞銷活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，將活塞承受的氣體壓力傳給連桿?；钊N與活塞銷座孔以及連桿小頭襯套孔德配合有三種方式：（1）擺動式：活塞銷固定在連桿小頭襯套內，對于活塞銷座右相對的擺動。（2）固定式活塞銷固定在銷座孔內，對于連桿小頭襯套可相對轉動。（3）浮動式

活塞銷在連桿小頭襯套內和活塞銷座內，都可自由轉動，圓柱面的磨損比較均勻。四、活塞組常見故障活塞頂面疲勞裂紋環與環槽的磨損活塞環己環岸的斷裂銷和銷座的疲勞裂紋活塞裙部磨損

第二節連桿組連桿組包括連桿（連桿體和連桿蓋）、連桿螺栓和連桿軸承。一、連桿連桿的作用連桿用來把活塞承受的氣體壓力傳遞給曲軸，同時把活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。2.連桿的工作條件連桿在工作時承受著活塞傳來的氣體壓力、活塞運動的往復慣性力和曲軸對連桿的反作用力。要求具有足夠的強度和剛度。強度不足：導致連桿斷裂，打壞機體或其他零部件，造成嚴重事故。剛度不足：連桿大頭孔失圓，軸瓦的潤滑油膜被破壞而使軸頸或軸瓦燒損、連桿彎曲，造成活塞與氣缸套偏磨、活塞環漏氣竄油等。3.連桿材料連桿應采用強度、剛度和沖擊韌性均較高的材料制造。機車柴油機的連桿幾乎全部采用中碳合金鋼制造。4.連桿構造連桿主要由連桿小頭、連桿桿身和連桿大頭三部分組成。（1）連桿小頭連桿小頭從小頭孔軸向看是一個近似的圓環與桿身連接。由于向下的壓力大于向上的力，因此連桿小頭孔寬帶常做成上部窄下部寬的結構。

連桿小頭孔內通常有一個壓配的襯套，其材料為鉛青銅或鋼背銅鉛錫合金層組成的雙金屬襯套，與活塞銷構成一對摩擦副。機車柴油機連桿小頭多采用強制潤滑，在連桿桿身內鉆一個油道，使從曲軸的曲柄銷油孔內來的壓力油經此油道進入連桿小頭襯套。還在連桿小頭頂部裝一個小噴嘴，利用壓力油噴到活塞頂底面來冷卻活塞。（2）連桿桿身桿身的截面形狀一般采用工字型。（3）連桿大頭為使連桿能裝到曲軸上，連桿大頭是分開結構；由連桿桿身大頭部分和連桿蓋合成為一個圓，用螺栓或螺釘裝配在一起。連桿大頭體與蓋的剖分面形式有兩種，一種為平切口，另一種為斜切口。二、V型柴油機連桿V型柴油機左、右兩列氣缸中，對應的左缸和右缸的兩根連桿是裝在同一個曲柄銷上的。按連接方式的不同，V型柴油機連桿形式有下列三種：1.并列連桿兩根結構形式完全一樣的連桿一前一后裝在一個曲柄銷上。優點：兩列氣缸的活塞連桿組運動規律相同，動力性能一樣，連桿可以互換，因而便于生產和維修。缺點：兩列氣缸的中心線沿曲軸軸向要錯開一段距離（錯缸距），所以曲軸長度、機體長度要增加，剛度下降，機體的結構和受力不對稱。2.主副連桿一列氣缸的每個連桿大頭直接裝在曲柄銷上，稱為“主連桿”；另一列氣缸的連桿裝在對應的主連桿大頭的凸耳上，通過圓柱形粗銷壓入凸耳中連接起來，這種連桿稱為副連桿。優點：柴油機整體長度短，主連桿大頭剛度大，軸承承壓狀況好。缺點：連桿無互換性，副連桿對主連桿要產生附加作用力，而且左、右兩缸的活塞連桿組運動規律不一樣，兩缸的壓縮比不一致，燃燒過程不同。3.叉片式連桿同一曲柄銷上連接的兩根對應連桿與氣缸中心線在同一平面內。其中一個連桿的大頭做成叉形，稱為“叉形連桿”，另一個連桿的大頭做成片狀，插在叉形連桿的大頭叉形內。優點：兩列氣缸中活塞連桿組的運動規律一樣，動力性能相同，不存在錯缸距；缺點：叉形連桿大頭結構和工藝復雜，剛度差受力變形較大。三、連桿軸瓦在連桿大頭孔內裝有滑動軸承，由于連桿大頭是剖分結構，所以滑動軸承也是兩塊分開的軸瓦，稱為連桿軸瓦。連桿上瓦：為受力瓦，為了保證上瓦的承載面積和油膜的承載能力，在工作面上一般不設油槽和油孔。連桿下瓦：為非受力瓦，在其工作面的中央設有一道油槽，槽內分布有10個油孔。過盈量四、連桿螺栓連桿螺栓用于將連桿蓋與連桿體連接成一體。

第三節曲軸組曲軸組通常由曲軸、聯軸器、扭振減震器、傳動齒輪和油封裝置等組成。一、曲軸曲軸的功用將活塞的往復運動轉變成旋轉運動，活塞上的燃氣壓力通過連桿轉換為曲軸的扭轉力矩輸出，同時保證活塞在進、排氣和壓縮沖程期間的運動，另外還要帶動柴油機自身的一些附件如凸輪軸、配氣機構、噴油泵、調速器、水泵等的運轉。2.工作條件（1）受力復雜，容易產生疲勞破壞。（2）軸頸與軸承之間有強烈的摩擦和磨損。3.曲軸的材料常用的曲軸材料有兩種，一種為鋼，另一種為合金球墨鑄鐵。（1）鋼優點：強度高，經調質處理和表面處理后有一定的疲勞強度，耐磨性較好。（2）合金球墨鑄鐵優點：對應力集中不敏感，耐磨性好，有較好的吸振性能，價廉，可澆鑄成合理的形狀，以有利于減輕重量和提高強度。缺點：強度低，剛度差，為保證剛度，曲軸尺寸必須做的很大，增加了曲軸的重量。4.曲軸的總體構造課本39頁5.曲軸的分類（1）按主軸頸的數目分全支承式曲軸：在相鄰的兩個曲柄之間都設置有主軸頸的曲軸。非全支承式曲軸：（2）按結構形式分整體式曲軸：曲軸的各組成部分鑄成為一根整體。組合式曲軸：曲軸各部分毛坯單獨鑄造，經機械加工后再組合在一起的。3.按曲柄臂形式分曲柄式曲軸：一個曲柄上既有主軸頸和曲柄銷，也有曲柄臂的。盤形曲軸：只有主軸頸和曲柄銷，由主軸頸兼做曲柄臂的曲軸。6.曲軸的構造（1）曲柄排列方式（2）曲柄結構形式曲柄由主軸頸、曲柄銷和曲柄臂組成。二、聯軸器柴油機曲軸的功率輸出端（后端）要連接從動機械，并帶動其轉動，因此必須有一個聯軸器。聯軸器可以是剛性的，如法蘭盤，也可以是彈性的。彈性聯軸節的作用（1）可以起飛輪作用，并能均勻地傳遞扭矩。（2）減少曲軸與從動機械轉軸之間因不同心造成的振動和噪音。（3）能緩和柴油機啟動、變速和停車時對從動機械的沖擊。（4）還可以改變曲軸軸系的扭振動力性能，起一定的減振和避振的作用。2.彈性聯軸節的構造采用徑向簧片式彈性聯軸節3.彈性聯軸節工作原理柴油機輸出扭矩的傳遞，是通過與曲軸一起轉動的花鍵軸來驅動彈簧片，經簧片組將扭矩傳遞到傳遞機械的轉軸上。由于是通過簧片組傳遞力矩，使得柴油機與從動機械之間成為彈性聯結，起到了緩和沖擊的作用。當曲軸軸系發生扭轉振動時，簧片產生反復的反向變形，迫使聯軸器內機油的流動反復換向，因而產生較大的粘滯摩擦阻尼，同時由于簧片的變形，產生彈性反力矩，起到了一定的抑制扭振振幅的作用。三、減振器為避免曲軸產生強烈的扭振共振，對運轉平穩性要求較高的機車柴油機都裝有減振器。減振器一般安裝在扭振振幅最大的曲軸自由端。根據減振原理的不同，減振器可分為兩類：動力式減振器：依靠自身的動力作用產生反力矩來抵制干擾力矩。在工作轉速范圍內可對一定的扭振共振起抑制作用。阻尼式減振器：利用阻尼元件來吸外界加給曲軸的干擾力矩能量，以起到衰減振動的目的。16V240ZJB型柴油機采用動力式和阻尼式相結合的硅油簧片減振器，其中硅油起阻尼作用，簧片起動力作用。減振器通過平鍵熱裝到曲軸的自由端。工作原理：當柴油機曲軸發生扭振時，減振器隨曲軸一起扭擺，而慣性體由于沒有剛性約束，仍按慣性保持等速轉動，因此與減振器產生相對位移，使簧片產生彎曲變形，并使黏度極大地硅油層受到剪切，同時彈簧片變形產生的彈性反力矩也迫使硅油運動。于是產生了與振動方向相反的硅油粘滯阻力矩和彈簧片的彈性阻力矩，從而抑制和減弱了曲軸系統的扭振，使扭振振幅減小，曲軸的扭轉應力降低。這時干擾力矩加給曲軸軸系的一部分扭振能量轉換為熱能，并通過硅油和減振器體、蓋向外散逸。四、曲軸組其它零件傳動齒輪曲軸要帶動柴油機的附件如凸輪軸、水泵、油泵等一起運轉，因此必須有一套傳動機構。最常用的傳動裝置是齒輪傳動裝置。驅動凸輪軸轉動的齒輪稱為正時齒輪，驅動冷卻水泵和機油泵的齒輪稱為傳動齒輪。2.油封裝置為了防止潤滑油沿曲軸前后端漏到機體外面，通常在曲軸的前、后端軸段上設置油封裝置。3.曲軸的軸向定位裝置柴油機工作時受到從動機械和傳動裝置的軸向力作用，會引起曲軸沿軸向竄動，所以必須對曲軸進行軸向定位。機車柴油機的止推軸瓦一般設在最末位主軸頸上，如16V240ZJB型柴油機止推軸瓦在第九位主軸頸上。五、曲軸組常見故障曲軸的常見損壞形式主要是兩類：一是軸頸磨損，二是疲勞裂紋。第三章主要固定件柴油機主要固定件包括機體、氣缸套和氣缸蓋。第一節機體機體由氣缸體、上、下曲軸箱或油底殼組成。一、機體的功用和工作條件作用：構成了柴油機的骨架是所有零部件的安裝基礎。形成油、水、氣的通道工作條件：承受氣體壓力、運動件的慣性力、緊固零部件的螺栓預緊力。所以要求機體具有足夠的強度和剛度。二、機體的材料鑄鐵鑄鐵機體一般是整體鑄造成型。優點：成本低，工藝性好，減振性好，對應力集中不明顯。缺點：重量大。2.鋼鋼制機體可以是整體鑄造成型，也可以是完全用鋼板焊接成型，也有一部分為鑄造，另一部分為焊接的鑄焊組合式結構。優點：強度高，材料的彈性摸量大，重量輕。缺點：鑄造性能較差，造價高，全焊接機體剛度不足，焊接工藝復雜。3.鋁合金鋁合金機體多為整體鑄造成型。優點：重量輕，導熱性好。缺點：強度、剛度較差。機車柴油機的機體全都是采用鑄鐵或鋼制造的。三、機體的結構形式按照主軸承（蓋）的安裝形式，機體可分為下列幾種形式：正置曲軸機體主軸承座在下曲軸箱上，主軸承蓋正扣，曲軸箱下面必須是機座。2.懸掛曲軸機體主軸承座設在上曲軸箱的橫臂上，曲軸懸掛在曲軸箱內，主軸承蓋倒扣在主軸承座上。曲軸箱下面可以是機座，也可以是重量佷輕的油底殼。3.隧道式機體有些柴油機機體的上、下曲軸箱不剖分開，主軸承蓋和主軸承座做成一個整體，稱為隧道式機體。四、機車柴油機機體機車柴油機常用的機體形式有三種：機座式懸掛曲軸機體油底殼型懸掛曲軸機體隧道式機體機車柴油機由于要安裝到內燃機車上，在機體上一般都設有支承裝置。例如16V240ZJB型柴油機用機體側下方的四個彈性支承安裝到機車車架上。采用彈性支承可消除或緩和機車車架與柴油機之間振動的干擾和相互間影響。防爆安全閥16V240ZJB型柴油機曲軸箱左側的7個檢查孔蓋上設有防爆安全閥。當曲軸箱內氣體壓力超過一定值時，防爆安全閥自動開啟，排出氣體，防止爆炸。差示壓力計

第二節氣缸套一、氣缸套的功用和工作條件1.作用：（1）氣缸與活塞、氣缸蓋組成燃燒室空間。（2）氣缸套內壁對活塞起導向作用。2.工作條件：（1）承受很大的氣體壓力和活塞側壓力。（2）內、外壁溫差大、軸向溫度也較大。（3）氣缸套內壁磨損較大。二、氣缸套材料氣缸套一般采用合金鑄鐵制造，即在優質灰鑄鐵中加入合金元素，使鑄鐵的機械強度提高，更加耐磨，以適應氣缸套高溫、高壓、高的表面相對運動速度以及潤滑不良的工作條件。三、氣缸套結構形式氣缸套的內表面為圓筒形狀，缸徑為240毫米，表面為鏡面并進行電火花淬火等處理。常用的氣缸套有干式缸套和濕式缸套兩種。干式缸套干式缸套外壁不直接與冷卻水接觸。2.濕式缸套在氣缸套外壁有冷卻水腔。四、氣缸套的常見故障氣缸套的磨損氣缸套的穴蝕第三節氣缸蓋一、氣缸蓋的功用和工作條件1.功用：（1）密封氣缸的上平面，并與活塞頂部及氣缸套一起形成封閉的燃燒空間。（2）內部形成進、排氣道與冷卻水道；安裝進、排氣門，噴油器以及氣門驅動機構。2.工作條件：受到氣體壓力和將氣缸蓋裝在機體上的缸蓋螺栓預緊力。二、氣缸蓋材料鑄鐵優點：鑄造性能好，熱強度高，熱膨脹系數小，價格低廉。缺點：導熱性能差。2.鋼優點：熱強度高。缺點：熔點高，流動性差，收縮大，不易澆鑄成復雜的形狀。3.鑄鋁優點：導熱系數大，熔點低，流動性好，可鑄成任意復雜的形狀。缺點：強度低，塑性變形大，氣缸的密封性差，價格昂貴。機車柴油機的氣缸蓋一般都用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。三、氣缸蓋的結構形式整體式柴油機機體上幾個氣缸共用一個氣缸蓋。優點：結構緊湊，零部件數量少，適合用于中、小型柴油機。缺點：結構受力不勻，密封性差，產生漏氣現象。2.單體式每個氣缸單獨用一個氣缸蓋。優點：密封性好，壓力分布均勻，便于制造維修，具有通用性和互換性，有利于產品的系列化、通用化。缺點：零部件數量多，柴油機缸心距大，整體長度加大。機車柴油機一般均采用一缸一蓋的單體式氣缸蓋結構。四、氣缸蓋螺栓用來緊固氣缸蓋和氣缸體的連接件。五、氣缸蓋與機體間的密封在氣缸蓋和氣缸套與機體之間，必須采取密封措施。否則即使少量的漏氣也會引起氣缸蓋螺栓過熱而使預緊力下降，造成進一步的漏氣和漏水。所以在氣缸蓋下面一般都有氣缸蓋墊片，在螺栓預緊力的作用下，壓緊而起密封作用。氣缸墊片有時還有另外一個作用，即通過調整它的厚度來調整氣缸內的壓縮間隙，使壓縮比符合柴油機設計的規定值。六、氣缸蓋的常見故障氣缸蓋在工作時的常見故障是熱疲勞裂紋。

第四節油底殼

油底殼的功用是儲存潤滑油，它是一個薄殼形的非承載式焊接結構。用8毫米厚的鋼板圍成油底殼的主體。在油底殼的上部設有濾網，它有兩個作用：一是使流回油底殼的機油泡沫經過濾網后消除，以免影響機油泵的泵油效率，二是當軸承合金有剝離、緊固件松脫或其它零件破損時，掉在濾網上，以便及時發現。為了檢查油底殼機油量的多少，在油底殼兩側中部均設有油標尺的安裝座孔，座內安裝一根深入油底殼內的管子，管內裝有油標尺，以檢查油底殼的儲油量。第五節連接箱泵支承箱一、連接箱連接箱的作用是把機體和牽引發電機的定子連接在一起，成為柴油機—發電機組。在連接箱的一端呈五邊形的結合面與柴油機機體后端面用螺栓固定。另一端設有與牽引發電機相連的圓形法蘭。箱體內裝有彈性聯軸節和盤車機構。盤車機構：人為地使曲軸轉動的裝置，稱為盤車機構。二、泵支承箱

泵支承箱用來安裝主機油泵和水泵以及機油、燃油精濾器等部件。

第六節曲軸箱的防護裝置一、差示壓力計差示壓力計裝在動力室后墻壁上，它是用來測試曲軸箱壓力，并且當曲軸箱壓力升高到一定限度時，使柴油機自動停機的一種安全保護裝置。二、防爆安全閥在曲軸箱左側7個檢查孔蓋上均設有防爆安全閥。當曲軸箱內壓力超過一定值時，防爆安全閥自動開放，排出壓力氣體，防止爆炸。第四章配氣機構及進排氣系統

第一節配氣機構作用：

配氣機構是柴油機換氣過程的控制機構。它的作用是根據柴油機氣缸的發火順序和配氣相位，適時地開啟進、排氣門，并與進排氣系統相配合，保證柴油機各氣缸盡量干凈地排出廢氣，盡可能多地進入新鮮空氣。形式：柴油機采用的配氣機構的形式有氣孔式、氣孔—氣門式和氣門式三種。四沖程柴油機廣泛采用氣門式配氣機構；二沖程柴油機則多采用氣孔式配氣機構，利用活塞運動控制氣缸的開閉來實現換氣。有些二沖程柴油機進氣靠氣缸上的氣孔，排氣則利用氣缸蓋上的氣門，稱為氣孔—氣門式配氣機構。一、氣門配氣機構的布置和傳動氣門式配氣機構的形式有許多種，按氣門的布置位置可分為頂置式氣門和側置式氣門；按凸輪軸的位置可分為上置式凸輪軸和下置式凸輪軸；按曲軸與凸輪軸之間傳動方式可分為齒輪傳動式與鏈條傳動式；按每氣缸氣門數目可分為二氣門、四氣門，甚至更多的氣門配氣機構。氣門布置有頂置式氣門和側置式氣門頂置式氣門配氣機構的進、排氣門都裝在氣缸蓋上。氣門開啟過程如下：凸輪軸由曲軸通過齒輪帶動旋轉，凸輪的尖端頂起挺柱、推桿和調整螺釘，使杠桿式的搖臂壓緊氣門的桿端，壓縮氣門彈簧，使氣門下行而開啟。氣門關閉過程如下：當凸輪繼續旋轉時，在氣門彈簧恢復力的作用下，氣門上升關閉，并推動搖臂反向轉動壓回推桿和挺柱。側置式氣門配氣機構的進、排氣門都裝在機體上氣缸體的一側。其動作過程與頂置式氣門機構類似。2.凸輪軸的布置凸輪軸的布置有上置式凸輪軸和下置式凸輪軸兩種。頂置式氣門配氣機構的凸輪軸可以上置或下置，側置式氣門配氣機構的凸輪軸只能下置。上置式凸輪軸布置在氣缸蓋上，凸輪直接驅動或通過橫臂驅動氣門桿上端。下置式凸輪軸布置在氣缸蓋下方，一般裝在機體內。機車柴油機多為V型柴油機，都是頂置式氣門、下置式凸輪軸。凸輪軸布置在機體的兩側，即兩根凸輪軸，每列氣缸用一根，這樣布置的凸輪軸易于維修。3.凸輪軸的傳動從曲軸到凸輪軸的傳動方式有兩種：齒輪式傳動和鏈條式傳動。機車柴油機中都采用齒輪式傳動。由曲軸帶動的正時齒輪在柴油機自由端，即通過一組齒輪來驅動一根或兩根凸輪軸，使曲軸與凸輪軸的速比為2：1.

4.氣門數目及布置氣門數目影響到每循環進、排氣量。壓力一定時，氣門數目多，循環進氣量大。四沖程柴油機的氣缸直徑都大于150毫米，幾乎都采用四氣門機構。氣門的布置主要與氣缸蓋內氣道的標準形式有關，可分為兩種：（1）串聯氣道（2）并聯氣道二、配氣機構的組成分為氣門機構和氣門驅動機構氣門機構氣門機構的零件有：氣門、氣門導管、氣門座、氣門彈簧、鎖夾等。（1）氣門

用來控制氣缸蓋上進氣道和排氣道的開啟和關閉。要求氣門耐熱、耐磨，氣門與氣門座圈密封性好。柴油機的進氣門一般采用普通合金鋼，排氣門采用耐熱合金鋼。氣門由氣門頭部和桿部組成。氣門頭部的形狀有三種，即平頂氣門、凹頂氣門和凸頂氣門。氣門桿為圓柱形截面，它在氣門導管中往復運動，表面經過磨光，以提高耐磨性，桿的端部為安裝氣門鎖夾的縮頸。（2）氣門導管

氣門導管的作用是在氣門作往復直線運動時為其導向，使氣門與氣門座正確配合，并傳導氣門的部分熱量到冷卻介質。

（3）氣門座

氣門座是氣門座合面的支承面，與氣門頭部一起配合構成對氣缸的密封，并傳導氣門頭部的部分熱量。目前國內機車柴油機的進排氣門均鑲有氣門座圈。（4）氣門彈簧

氣門彈簧的功用是保證氣門與氣門座緊密配合，并防止氣門在開啟過程中因氣門、挺柱、推桿等運動件慣性力作用而產生彼此脫開現象，它還是氣門關閉時主動力的來源。因此，氣門彈簧應具有足夠大的彈力，安裝到機構上時應有足夠大的預緊力，以避免柴油機振動引起氣門彈跳，破壞了氣門的密封性。

氣門彈簧為圓柱形螺旋彈簧，通過氣門桿尾端的氣門彈簧盤和鎖夾連接到氣門上。機車柴油機上一個氣門有時采用兩根氣門彈簧同心安裝，并且粗細不同，旋向相反，目的是利用兩根彈簧自振頻率的不一致來防止共振，并且其中一根彈簧折斷時，另一根彈簧還可繼續工作，同時還可減少彈簧的總體高度。旋向相反是為了避免工作時折斷的彈簧卡入另一彈簧圈內。2.氣門驅動機構氣門驅動結構零件有挺柱、推桿、搖臂、氣門橫臂和凸輪軸等。（1）挺柱

挺柱的作用是將凸輪的推力通過推桿、搖臂傳到氣門。挺柱一般安裝在氣缸體一側圓柱形座孔內，挺柱的底面隨凸輪的轉動而升起或降落，因此要求挺柱表面耐磨，有足夠的硬度。挺柱的結構形式有平面挺柱和滾子挺柱兩種。（2）推桿

用它來傳遞從凸輪經過挺柱傳來的推力。推桿一般為空心直圓鋼管，推桿兩端有不同形狀的端頭，上端頭一般為凹球窩，氣門搖臂上調節螺釘的球體頭部落座其中，下端頭與挺柱配合，一般也為球窩，與挺柱上球體頭部配合。（3）搖臂與氣門橫臂搖臂是推桿與氣門之間的傳動零件，與推桿配合工作。它的作用是將推桿傳來的推力改變方向后傳給氣門桿端部，使氣門開啟。

氣門橫臂是四氣門機構中使一根搖臂能驅動兩個同名氣門同時開啟和關閉而設的機構，是裝在搖臂與氣門之間的“T”字形橫臂。（4）凸輪軸是配氣機構中起決定作用的元件，它控制各氣缸氣門開啟關閉是否正確和準時。

16V240ZJB型柴油機的一根凸輪軸是分成四段制造，然后用螺栓連接在一起的。凸輪和凸輪軸一般也做成一體，每個氣缸至少有一個進氣凸輪，一個排氣凸輪，對于采用單體式噴油泵的柴油機，凸輪軸對應每氣缸還有一個油泵凸輪。三、氣門間隙及其調整柴油機工作時氣門的溫度很高，受熱膨脹后長度增加，氣門驅動機構也會因溫度升高而膨脹。若傳動鏈中各零件的結合面都密貼無隙，則只有氣門可以向氣缸內伸長，即造成氣門在高溫下自動開啟的情況。這樣一來氣門座合面就會積碳、漏氣，使柴油機功率下降，燃燒過程惡化，甚至可能造成氣門被燒損的事故。因此配氣機構在冷機時必須預留一定的間隙，通常稱為氣門冷態間隙。間隙太小，不能保證氣門在非開啟情況下緊密閉合；間隙太大，會使氣門關閉和開啟時造成嚴重沖擊，產生強烈的噪音，同時還會加速氣門座合面的磨損，影響進排氣的質量。在裝配時或運用了一個時期之后，必須對氣門間隙在冷機狀態下進行檢查和調整。氣門間隙的調整必須在氣門關閉時進行，因為只有這時才有間隙存在。

16V240ZJB型柴油機的氣門冷態間隙是指冷機狀態下氣門橫臂頂面與壓球座之間的預留間隙。進氣門為0.4毫米，排氣門為0.5毫米。調整時松開搖臂和橫臂上的調整螺釘及鎖緊螺母，將測量片或塞尺插入氣門橫臂頂面與壓球座之間，旋動氣門間隙調整螺釘，直至橫臂頂面與測量片接觸，并以手能自由移動測量片為準，然后擰緊螺母。四、配氣機構常見故障1.排氣門燒損2.氣門座合面磨損3.氣門頭破裂4.氣門斷裂5.氣門桿卡滯6.凸輪工作面損壞第二節進排氣系統

16V240ZJB型柴油機的進、排氣系統主要由兩臺空氣濾清器、兩臺廢氣渦輪增壓器、兩臺空氣中間冷卻器、進氣穩壓箱、排氣總管、進、排氣支管等組成。進、排氣系統的作用是向氣缸內供給充足、清潔的空氣，同時盡可能干凈地排出氣缸中燃燒膨脹后的廢氣，并將廢氣的能量充分地加以利用，以提高柴油機的進氣壓力。16V240ZJB型柴油機的進、排氣通路：一、進氣通路：大氣

空氣濾清器渦輪增壓器的壓氣機擴散通道空氣中間冷卻器收斂通道進氣穩壓箱進氣支管各氣缸蓋進氣道進氣門氣缸。二、排氣通路：氣缸排氣門各氣缸蓋排氣道排氣支管排氣總管渦輪增壓器的渦輪排煙道大氣。一、進、排氣管機車柴油機絕大多數為V型柴油機，一般都利用V型夾角中間的空間來安裝進氣管或排氣管，或是進、排氣管都放在V型夾角上方空間。16V240ZJB型柴油機的進、排氣總管都布置在V型夾角上方，其中進氣總管利用了機體V型夾角內的部分空間，排氣總管則在其上方。16V240ZJB型柴油機的排氣管是分段焊接而成，而各段之間用螺栓連接。由于排氣管直接與高溫廢氣接觸，因此采用耐熱合金鋼制造。為適應排氣管受熱伸長且兩端接在兩臺渦輪增壓器上不允許總長發生變化的要求，每兩段之間的連接采用波紋管。二、空氣濾清器空氣濾清器的功用是清除空氣中的灰塵和雜質，將清潔的空氣送入氣缸內，減少由于進氣空氣帶進的機械雜質對活塞、氣缸套、進氣門等組件的磨損?？諝鉃V清器的濾清方法主要有三種。第一種稱為慣性法，它利用空氣中所含塵土和雜質的比重比空氣比重大的特點，當氣缸吸入空氣時，引導氣流急劇旋轉，由于離心力的作用，使較重的物質自動地從空氣中甩出或分離出去。第二種稱為油浴法，它是使濾清的空氣通過油液進行清洗。第三種稱為過濾法，即通過引導氣流經過濾芯，使塵土和雜質被隔離或黏附在濾芯上，達到濾清的目的。濾芯有金屬絲網和紙質濾芯等幾種。

16V240ZJB型柴油機采用“旋風—鋼板網”復式空氣濾清器，分成兩級來濾清。第一級是慣性法過濾，采用旋風除塵器；第二級是過濾法濾清，采用板式濾網。一共有四組旋風除塵器，每組由箱體、旋風除塵器單體、集塵袋組成。

箱體上按上、中、下三排安裝著21個旋風除塵器單體，構成空氣濾清器的第一級，裝在機車車體側墻上。當含有雜質的空氣流過旋風除塵器體時，由于旋轉葉片的作用，空氣被迫作螺旋運動，空氣中雜質由于質量較大，在離心力的作用下被分離出來，落入集塵袋中，干凈的空氣從出風口去往鋼板網濾清器。鋼板網濾清器組是空氣濾清器的第二級，它和旋風除塵器之間是串聯關系。每一鋼板網濾清器由四個相同的濾網元件組成，它裝在同一個框架內。每一濾網元件又由六片鋼板網構成，濾網元件的兩側為兩片粗濾網，中間四片為細濾網。組裝時相鄰兩片網按魚眼方向相互錯開疊放，空氣流過濾網時只能曲折流動，這樣可提高過濾效果。最后，過濾后的空氣經帆布軟管進入增壓器的壓氣機。第三節柴油機增壓與廢氣渦輪增壓器一、柴油機增壓所謂增壓就是利用增壓器把進入柴油機的空氣預先進行壓縮，是在柴油機進氣過程中充入氣缸內的空氣量增大。由于充入氣缸的空氣量增大，氣缸里就可以噴入更多的柴油，并得到充分燃燒，從而發出更大的功率。因此。增壓是提高柴油機功率、改善柴油機經濟性的有效途徑。二、廢氣渦輪增壓器的總體結構及型號

45GP802型廢氣渦輪增壓器主要由渦輪進、出氣殼、噴嘴環、渦輪、轉子軸、壓氣機工作輪、導風輪、葉輪罩、擴壓器、蝸殼、導流殼、軸承和密封裝置等組成。渦輪進氣殼對廢氣起導流作用。它的一端與柴油機排氣總管相連接；另一端與渦輪出氣殼相連接。渦輪出氣殼用作渦輪增壓器的支架；噴嘴環安裝在渦輪進氣殼和出氣殼之間。渦輪工作輪有工作葉片和輪盤組成，葉片采用扭轉葉型。

渦輪工作輪和壓氣機工作輪安裝在同一根轉子軸上，并成為一個整體，稱為渦輪增壓器的轉子，轉子是高速回轉的部件。壓氣機葉輪由導風輪和工作輪兩部分組成，導風輪在前，工作輪在后。壓氣機采用單級離心式壓氣機，即空氣沿軸向流入而沿徑向流出。擴壓器是將工作葉輪流出的高速空氣流的動能轉變成壓力能。

渦輪機是將柴油機排出的廢氣中能量轉換成機械能的一種葉片式動力機械，用來驅動壓氣機轉動。按燃氣在渦輪中流動方向的不同，渦輪機可分為軸流式和徑流式兩種。徑流式渦輪機用于小流量的增壓器中，軸流式渦輪則用于大流量的增壓器中。軸流式渦輪機中燃氣的流動方向與轉子軸軸線方向一致，機車柴油機的增壓器都采用單級軸流式渦輪機。45GP802型渦輪增壓器采用內置式滑動軸承。所謂內置式軸承就是將兩個軸承設在渦輪和壓氣機葉輪之間，其中一個是止推軸承設在壓氣機端；另一個為徑向支承軸承設在渦輪端。型號：書81頁三、廢氣渦輪增壓器的工作原理目前，柴油機普遍采用廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪增壓是指柴油機和渦輪增壓器聯合工作，增壓器的渦輪在柴油機廢氣的推動下工作，而柴油機燃燒所需要的空氣則由增壓器的壓氣機供給。渦輪增壓器由裝在同一根軸上的渦輪和壓氣機組成。柴油機排氣管連接到渦輪增壓器的渦輪進氣殼上。柴油機排出的具有高溫、高壓的廢氣，經渦輪進氣殼進入噴嘴環。由于噴嘴環的形狀做成進口大、出口小，因而廢氣的壓力和溫度下降，而速度卻迅速提高。這個高速的廢氣氣流，按照一定的方向流入渦輪，使渦輪高速旋轉。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉的越快。通過渦輪的廢氣最后排入大氣。

因為渦輪與壓氣機葉輪固裝在同一根轉子軸上，所以壓氣機葉輪也與渦輪以相同的速度旋轉，將經空氣濾清器濾清的空氣吸入壓氣機殼。高速旋轉的壓氣機葉輪把空氣甩向葉輪的外緣，使其速度和壓力增加，并進入擴壓器。擴壓器的形狀做成進口小出口大，因此，氣流的速度下降壓力升高，再通過斷面由小到大的壓氣機蝸殼，使空氣氣流的壓力繼續提高。壓力空氣經柴油機進氣管進入氣缸與柴油混合燃燒，從而保證柴油機發出更大的功率。渦輪增壓器的工作于柴油機本身沒有任何機械聯系，它不僅不消耗柴油機的有效功率，而且還能有效地利用廢氣的能量實現增壓，以提高柴油機功率。因此，它是最常用的增壓方式。目前，機車柴油機多采用渦輪增壓。四、廢氣渦輪增壓器常見故障壓氣機喘振增壓壓力下降增壓壓力過高4.增壓器強烈振動

第四節廢氣渦輪增壓系統主要形式一、恒壓渦輪增壓系統恒壓渦輪增壓是指渦輪前的廢氣壓力基本恒定。柴油機工作時各缸輪流排氣，排氣過程中廢氣的壓力是極不穩定的，即使對一個氣缸來說也是如此。開始排氣時廢氣壓力極高，排氣快結束時則壓力很低。為使進入渦輪機的廢氣壓力基本保持恒定，以使渦輪機運轉平穩，可以將各氣缸的排氣支管連接到一根較粗大的排氣總管中，使廢氣壓力在排氣總管中均勻恒定后再進入渦輪機。二、變壓渦輪增壓系統為了充分利用廢氣中能量，有些柴油機采用變壓渦輪增壓。它一般是將氣缸分成若干組，同一組中幾個氣缸的排氣管是連通的，與其它氣缸的排氣管不連通。由于每根排氣管連接的氣缸數目較少，排氣管可以做的比較細，將它直接通到渦輪機膨脹環入口處。這樣，在氣缸開始排氣后不久，排氣管內廢氣壓力迅速提高，并接近于氣缸內廢氣壓力。排氣的脈沖能量可以被有效地利用來驅動渦輪機，從而提高了廢氣能量的利用率。當廢氣流入渦輪后，排氣管內壓力迅速下降，直到同一組中另一氣缸排氣時，該排氣管內壓力又再次迅速升高，然后迅速降低，從而形成排氣管內壓力的周期性脈動。所以這種渦輪是在進口處廢氣壓力有較大波動的情況下工作的，故稱為變壓渦輪增壓，又稱脈沖渦輪增壓。變壓渦輪增壓由于利用了柴油機排氣的壓力波能量，而且由于排氣管體積小，對壓力波動的響應快，減少了節流損失，故能量利用率較高。

第五章燃料供給系統第一節柴油機燃料的主要性能熱值：1kg柴油完全燃燒后所放出的熱量稱為柴油的熱值。熱值有高熱值和低熱值。高熱值包括了燃燒產物中水蒸氣具有的潛熱，這部分潛熱只有當水蒸氣凝結時才有可能利用。低熱值不包括這部分潛熱。

柴油根據其黏度和比重的不同，可分為輕柴油和重柴油兩類。中高速柴油機多用輕柴油，大型低速柴油機一般用重柴油。機車柴油機都采用輕柴油。下面說明柴油質量指標中幾種較重要的性能指標。十六烷值黏度凝點餾程閃點第二節燃料供給系統的功用一、功用是按照柴油機的工況（負荷和轉速的變化），定質、定時、定量地向氣缸噴射霧化的燃油，使之與空氣很好地混合以利于燃燒。二、燃料供給系統組成燃料供給系統主要由燃料輸送裝置、燃料噴射裝置和調控裝置三部分組成。三、燃油輸送裝置主要部件燃油箱輸油泵將燃油從油箱內吸出，以一定的壓力充滿低壓管路中，供噴油泵使用。燃油泵為齒輪泵。工作原理：主動齒輪帶動從動齒輪轉動。在吸油腔一側，轉動的齒輪不斷將柴油沿箭頭所示路線帶走，造成吸油腔局部真空，使柴油從進油口不斷被吸入補充；在壓油腔一側輪齒的轉動使油腔內的油受壓縮而壓力升高，然后流進輸油管道。3.燃油濾清器

燃油系統中設置有兩級濾清裝置。（1）燃油粗濾器（2）燃油精濾器4.燃油預熱器燃油的黏度對燃油的霧化質量影響較大，黏度大則霧化質量差，燃燒過程滯后，柴油機經濟性下降。而燃油

的黏度主要與溫度有關，為確保燃油在一定黏度下進入噴油裝置以使得霧化質量達到良好燃燒的要求，機車柴油機燃料供給系統中一般都設有燃油預熱器。機車柴油機一般采用油—水換熱的管式燃油預熱器，管內通以冷卻柴油機后的高溫水，燃油在管外流動。

第三節燃燒室及燃燒過程

柴油機的燃燒室是可燃混合氣形成和燃燒的場所，混合氣形成質量是燃燒過程完善的關鍵，而混合氣質量又與噴油裝置、燃燒室以及進氣空氣的流動有密切關系。根據混合氣形成的原理和燃燒室的結構特點，基本上可分為直接噴射式燃燒室和分隔式燃燒室兩大類；直接噴射式燃燒室：開式燃燒室和半開式燃燒室。分隔式燃燒室：渦流式燃燒室和預燃式燃燒室。一、直接噴射式燃燒室

直接噴射式燃燒室是開式燃燒室和半開式燃燒室的統稱。設在活塞頂上，采用多孔噴油器將燃油直接噴入燃燒室中。直接噴射式燃燒室按燃燒室深淺可分為開式和半開式兩類。1.開式燃燒室開式燃燒室由氣缸蓋底平面、活塞頂面及氣缸壁所形成的統一空間所構成?；钊斠话阌袦\的凹坑。特點：（1）.形狀簡單，結構緊湊，散熱面積小，啟動容易，經濟性好。（2）.一般不組織進氣渦流，混合氣的形成主要靠噴油器將燃油噴成霧狀，因此對噴油系統如噴油器、噴油泵要求較高，噴油壓力要求高。（3）.著火前混合氣形成數量多，一旦著火，燃燒比較粗暴，柴油機機械負荷大。（4）.對燃油質量要求高，對轉速變化比較敏感。2.半開式燃燒室半開式燃燒室一般是在活塞頂面有較深的凹坑，目的是當活塞在壓縮沖程中上升時在燃燒室內產生一定的擠壓渦流以幫助空氣與燃料的混合，因此，半開式燃燒室中混合氣的形成不單依靠燃油的噴霧質量，還借助于進氣渦流和擠壓渦流來促進混合氣的形成。二、分隔式燃燒室

分隔式燃燒室是渦流室式燃燒室和預燃室式燃燒室的統稱。這種燃燒室被明顯地分隔成兩部分，一部分由活塞頂面及氣缸蓋底面空間構成，燃燒過程主要在這里進行，稱為主燃燒室；另一部分在氣缸蓋內，稱為輔助燃燒室，兩部分之間由一個或幾個通道相連接。1.渦流室式燃燒室

渦流室式燃燒室的輔助燃燒室即為渦流室，位于氣缸蓋內。渦流室容積占全部燃燒室容積的50℅---80℅,它與主燃燒室之間有一個較大切向通道相連。渦流室式燃燒室的混合氣形成與燃燒主要依靠壓縮渦流。壓縮沖程時空氣從主燃燒室被壓入渦流室，由于通道與渦流室壁面相切，空氣在渦流室中產生有規律的強烈渦流。活塞接近上止點時，單孔噴油器將柴油噴入渦流室，由于渦流的作用，燃料與空氣迅速混合并著火燃燒，著火后渦流室內的壓力與溫度急劇上升，氣流攜帶著尚未燃燒的燃油高速噴入主燃燒室，與主燃燒室中的空氣進一步混合，促進燃燒迅速完成。2.預燃室式燃燒室

預燃室式燃燒室的輔助燃燒室即為預燃室，預燃室通常是用耐熱鋼制成的單獨的零件，裝在氣缸蓋中，容積占整個燃燒室容積的25℅—45℅，與主燃燒室之間用幾個小直徑的通道相連。

四氣門柴油機的預燃室通常布置在氣缸蓋中間。預燃室式燃燒室，在壓縮沖程時氣缸內一部分空氣經通道被壓入預燃室中，形成不規則的氣流運動。活塞接近上止點時，單孔噴油器將柴油噴入預燃室中，有少量燃油著火燃燒，預燃室中氣體壓力迅速升高，大部分未燃燒的柴油和正在燃燒的混合物以極高的速度經數個通道噴入主燃燒室中。在主燃燒室中產生強烈的燃燒渦流，使燃油及燃燒混合物與空氣進一步混合，迅速完成燃燒過程。三、燃燒過程分析燃燒過程是柴油機循環中起決定作用的過程，燃燒過程的完善程度對柴油機的作功能力、經濟性能和使用壽命均有很大影響。燃燒過程分為四個階段：1.著火落后期從噴油器開始噴油到氣缸內開始著火燃燒這一階段稱為著火落后期。

2.速燃期從柴油開始自燃著火到接近最高燃燒壓力時的階段稱為速燃期。3.主燃期從氣缸內壓力接近最高時起，到缸內溫度達到最高時，這一階段稱為主燃期。4.后燃期在后燃期，噴油結束，但燃燒并未結束，有時會持續到膨脹沖程的末期。第四節燃料噴射裝置

燃料噴射裝置的功用是根據柴油機的不同工況，定時、定量、定質地將霧化好的燃油按一定的規律噴入氣缸內。由噴油泵、噴油器以及連接它們的高壓油管組成。一、噴油泵1.噴油泵的作用將燃油泵送來的低壓燃油升至高壓，并定時、定量地送到噴油器。2.對噴油泵的要求和分類（1）按柴油機工作循環的要求，保證一定的供油開始時刻和供油持續時間。（2）根據柴油機負荷的大小，供應所需的燃油量。（3）根據燃燒室形式和混合氣形成方式，保證以一定壓力的高壓油供給噴油器。（4）每循環供油結束時，噴油泵應迅速干脆地停止供油，以避免噴油器產生滴漏現象。（5）對多缸柴油機還應保證各缸供油次序符合柴油機發火次序；各缸供油量均勻；各缸供油提前角一致；各缸噴油持續時間一致等。噴油泵的結構形式按作用原理不同，大致可分為三類：柱塞式噴油泵、泵-噴油器和轉子式分配泵。柱塞式噴油泵按構造區分為單體式和整體式。3.噴油泵的結構

16V240ZJB型柴油機采用單體柱塞式噴油泵。由泵體、柱塞偶件、調節齒圈與齒條、出油閥偶件、柱塞彈簧等組成。

噴油泵體用鑄鐵制成。它是噴油泵所有零件的安裝基礎。

柱塞偶件柱塞偶件由柱塞和柱塞套組成，成對研磨制成后不許單獨更換其中的任何一個零件。柱塞全長173.5毫米，工作部直徑為18毫米，幾何行程為20毫米，其上部開有雙螺旋槽，槽深2毫米。螺旋槽的上螺旋邊與下螺旋邊位置不同，螺距不同，旋向相反。在兩個螺旋槽之間有環形槽和垂直槽，且三槽相通。柱塞頂面中心垂直油孔與環形槽中的兩個徑向孔相通。柱塞中部對稱的切出兩凸塊做為鍵與調節齒圈上的鍵槽配合。柱塞地面與推桿頭接觸。柱塞套裝于泵體內。在柱塞套圓柱體對應柱塞的兩個螺旋槽邊處，有兩個直徑為5mm的油孔，并與泵體內的進油腔相通，一個為上油孔，一個為下油孔。這兩個油孔分別由柱塞上的上、下螺旋邊來控制開閉。

柱塞在供油凸輪、推桿和柱塞彈簧的作用下，可以在柱塞套內作上、下往復運動。當噴油泵推桿的滾輪接觸于供油凸輪的基圓部位時，柱塞處于下止點位置，柱塞頂面位于柱塞套上油孔之下，而柱塞套下油孔，則處于環形槽處；當噴油泵推桿滾輪和供油凸輪的頂點接觸時，柱塞則處于上止點位置，這時，柱塞上油孔已處于環形槽處，下油孔已被下螺旋邊以下的圓柱面遮蓋。由下止點到上止點為柱塞的全行程。柱塞偶件的供油過程：

1.當柱塞自上止點向下止點移動時，柱塞頂部油腔通過柱塞套上油孔以及柱塞頂部的垂直油孔、徑向油孔經下油孔分別與泵體內油腔連通。于是低壓燃油從柱塞上、下油孔進入柱塞頂部空間，這是吸油過程。

2.當柱塞從下止點位置上行時，由于柱塞套上、下油孔尚未被遮蓋，柱塞頂部燃油雖受壓，但此時壓力還小于出油閥彈簧預緊力及高壓油管內剩余油壓的合力，出油閥仍不能打開，此時壓力油可上、下油孔處回泄至低壓油管。當柱塞繼續上行，首先柱塞頂部圓柱面封閉上油孔，而下螺旋邊還沒有封閉柱塞套下油孔，因此，柱塞頂部空間的燃油可通過軸向垂直孔、徑向孔從下油孔流向低壓油管。這段屬于不供油的空走行程。空走行程持續到柱塞套上、下油孔全被遮蓋為止。3.從柱塞下螺旋邊剛封閉下油孔開始，當柱塞繼續上行時，壓縮被密封的燃油，燃油的壓力劇增，這時燃油壓力超過出油閥彈簧壓力和高壓油管內剩余油壓之和而頂開出油閥，供入高壓油管。下螺旋邊封閉下油孔位置稱為幾何供油始點。柱塞繼續上行，當上螺旋邊剛打開上油孔時，又使柱塞頂部空間通過軸向垂直孔、徑向孔、上油孔與泵體油腔相通，高壓油便迅速回流，壓力迅速下降，出油閥在高壓油管存油壓力和出油閥彈簧復原力作用下迅速落座，柱塞偶件停止供油。柱塞上螺旋邊剛打開柱塞套上油孔的位置稱為幾何供油終點。柱塞從幾何供油始點至幾何供油終點所走的一段行程是柱塞偶件的供油行程，也叫有效行程。相應的下螺旋邊為供油始邊，上螺旋邊為供油終邊。

4.柱塞繼續向上極端位置運動，并不產生供油作用，也為空行程，直至上止點為止。柱塞到達上止點位置后，開始下行，將重復上述過程。

4.柱塞繼續向上極端位置運動，并不產生供油作用，也為空行程，直至上止點為止。柱塞到達上止點位置后，開始下行，將重復上述過程。

柱塞偶件供油量的調節：

柱塞供油行程的大小代表供油延續時間的長短，即代表供油量的大小，如果改變幾何供油始點和幾何供油終點，則供油行程變更，供油量隨之改變。柱塞螺旋邊的幾何特性，轉動柱塞，改變螺旋邊與油孔的相對位置，可以得到不同的柱塞供油行程，就可以實現供油量的調節。當柱塞向左旋轉到另一個位置時，使供油始點提前，供油終點延后，則供油行程加大，因而加大了供油提前角，增加了供油量。相反的，如柱塞向右旋轉時，而使供油始點延后，供油終點提前，供油行程減小，因而減小了供油提前角，減小了供油量。這樣隨著柴油機負荷的改變而同時自動改變供油量提前角和供油量。調節齒圈與齒條，轉動柱塞的機構采用“齒圈—齒條”型式。在柱塞套下部套裝一個調節齒圈，齒圈下方內孔設有鍵槽，柱塞中部的鍵（凸塊）插入此槽內，齒圈置于彈簧座上。圓柱形空心齒條（又稱齒桿）穿過噴油泵體與齒圈嚙合，拉動齒條便可轉動齒圈與柱塞。齒條可作左、右往復運動，但不能轉動。

出油閥偶件：出油閥偶件包括出油閥和閥座，是一對精密偶件，二者須成對研配，不能單獨更換其中一個零件。1.調節和控制高壓油管內剩余油壓的大小。

柱塞的上螺旋邊打開柱塞套的上油孔后，高壓油迅速回流，高壓油管中油壓急劇下降，噴油迅速停止，出油閥借壓迅速落座。出油閥落座不僅起到止回作用，而且使高壓油管內保留有一定大小的剩余油壓值，待下次供油時可迅速地將剩余油壓升高至噴射壓力。出油閥落座的速度對剩余油壓有較大的影響，而剩余油壓的大小又將影響噴油提前角及噴油量。

2.提高噴油泵的供油量

出油閥的止回作用可增加噴油泵的供油量。

3.防止空氣進入高壓油管由于出油閥偶件將柱塞頂部油腔與高壓油管隔開，由低壓燃油管路中泄入的空氣就比較難以到達高壓管路。二、噴油器

1.作用：控制噴射壓力及噴射質量。靠自身建立起來的高壓條件，把一定數量的燃油霧化成細小顆粒噴射到燃燒室內，促使混合氣的良好形成，以利于著火和燃燒。

2.要求：（1）噴射出的燃油應具有一定的壓力、一定的方向、一定的貫穿度，并與燃燒室的特性和形狀相配合，使油霧均布