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1、柴油机知识学习资料 第一节 柴油机概述 一、柴油机类型 柴油机是装载机工作的动力源，按柴油机每循环冲程数（行程）可分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。二冲程柴油机是指活塞连续运行二个冲程（即曲轴旋转一圈）完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机；四冲程柴油机是指活塞连续运行四个冲程（即曲轴旋转两圈）完成一个工作循环的称为四冲程柴油机。柴油机还可以按进气方式、冷却方式、转速高低、汽缸数等进行分类。轮式装载机一般采用的是四冲程、水冷、多缸、高速柴油机。WD615 型柴油机外形图 二、柴油机的基本名词定义(1)上止点-活塞离曲轴旋转中心最远的位置。(2)下止点-活塞离曲轴旋转中心最近的位置。(3)活塞行
2、程-上、下止点之间的距离，用符号 s 表示，单位为 mm。(4)曲柄半径-曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离，用符号 r 表示，单位为 mm，则 s=2r 柴油机的四个工作过程 四冲程柴油机工作循环如图所示，由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成一个工作循环。第一冲程 活塞由上止点移动到下止点，即曲轴的曲柄内 0转到 180(活塞位于第一冲程上止点时，曲轴的曲柄位置定为 0)。在这个冲程中，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。因此，第一冲程又称为进气冲程。第二冲程 活塞由下止点移动到上止点，即曲柄由 180转到 360。在这个冲程中，气缸内的气体被压缩，故称为压缩冲程。第三冲程 活塞再由上止点移
3、动到下止点，即曲柄由 360转到 540。在这个冲程中燃气膨胀做功，所以又称为工作冲程或做功冲程。第四冲程 活塞再由下止点移动到上止点，即曲柄由 540转到 720。在这个冲程中排气门打开，燃烧后的废气经排气门排出气缸，又称为排气冲程。四冲程柴油由上述四个冲程组成了一个工作循环，为了便于讲解，现对四冲程柴机（自然吸气）的四个工作过程分别进行阐述。1进气过程 进气过程是由进气门开始开启到进气门关闭为止。为了获得较多的进气量，活塞到达上止点前进气门就开始开启。当活塞到达上止点时，进气门和进气门座之间已有一定的通道面积。活塞由上止点下行不久，气缸内的压力很快低于大气压力，形成了真空，空气在大气压力作
4、用下经空气滤清器、进气管道、进气门充入气缸。当活塞到达下止点时，空气还具有较大的流动惯性继续向气缸内充气，为了充分利用气体流动的动量，使更多的空气充入气缸，进气门在下止点之后才关闭。在进气门关闭之前，由于气体流动惯性的作用使气缸内的气体压力有所回升，但由于气体流动的节流损失，气缸内的压力仍低于外界大气压力 Pa，进气终点压力 Ps 约为(0.80.95)Pa。充入气缸的空气与燃烧室壁及活塞顶等高温机件的接触，以及与上一循环没有排净而留在气缸内残余废气的混合，使进气温度升高。进气终点温度 Ts 可达 30 一 65。2压缩过程 当进气行程终了时，活塞继续在曲轴的推动下越过下止点而向上止点移动。由
5、于此时进气门和排气门都关闭，所以活塞上移时气缸容积逐渐减小，缸内空气逐渐被压缩，其压力和温度也随之逐渐升高直至活塞到达上止点时，空气完全被压缩至燃烧室内，此时压力可达 3050 Kg.f/cm2，温度可达 680730，这就为柴油喷入气缸后的着火燃烧和充分膨胀创造了必要条件。柴油的自燃温度约在300左右，为保证柴油喷入气缸后能及时迅速燃烧和冷启动时可靠着火，其压缩终点温度应高出于柴油自燃温度的一倍左右。压缩终了的状态参数主要决定于空气的压缩程度，也就是压缩前活塞处于下止点时气缸中气体所占有的容积(即气缸总容积Vt)与压缩后活塞处于上止点时气体所占有的容积(即燃烧室容积Vc)之比，此比值称为压缩
6、比，以符号C 表示。C=Vt/VC=1+VS/VC 3做功行程(膨胀行程)在压缩行程接近终了，活塞到达上止点前的某一时刻，柴油开始(并经历一小段时间)从喷油嘴以高压喷入燃烧室而形成油雾状，并在高温压缩空气中迅速蒸发而混合成可燃混合气(这种在气缸内部形成可燃混合气的方式称为“内混合”)，随后便自行着火燃烧放出大量热量，使气缸中的气体温度和压力急剧升高，最高温度可达 2000左右，最高爆发压力可达 60 一 90 Kg.f/cm2(随燃烧室的结构型式不同而有所差异，增压及增压中冷柴油机此数值还要更高)。由于此时进气门和排气门是关闭着的，所以高温高压气体便膨胀而推动活塞内上止点迅速向下止点移动，并通
7、过连杆的传递而迫使曲轴旋转对外输出动力。这样，热能便转化成了机械功。随着活塞的下移，气缸内的气体压力和温度也随之逐渐降低，待活塞接近下止点时，做功行程便告终了，此时缸内压力降到34 Kg.f/cm2。，而温度降到 800 一 900。4排气行程 做功行程终了，曲轴靠飞轮的转动惯性继续旋转，推动活塞越过下止点向上止点移动。这时排气门开启，进气门仍关闭。由于膨胀后的废气压力仍高于外界大气压力，所以废气在此压差作用下，以及受活塞的排挤作用下，迅速从排气门排出。出于受到排气系统的阻力作用，因此排气终了时的缸内废气压力仍略高于大气压力，约为 1.051.25Kg.f/cm2温度约为 300 一 700(
8、在排气门附近)。由于燃烧室占有一定的容积，以及上述排气阻力的影响，因此废气不可能完全排出，留下的残余废气在下一工作循环进气时与新鲜空气混合而成为工作混合气。残余废气愈多，对下一工作循环的不良影响愈大，因此希望废气排得愈干净愈好。柴油机经过上述四个连续行程后，便完成了一个工作循环，当活塞再次从上止点向下止点移动时，又将开始新的工作循环。如此周而复始的继续下去，柴油机便能保持连续运转而对外做功。三、柴油机的组成 柴油机一般由以下机构和系统组成：1.曲柄连杆机构和机体组件 曲柄连杆机构是柴油机最基本的运动部件和传力机构，它将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的燃气压力转变为转矩
9、，通过曲轴向外输出；机体组件是柴油机的基础和骨架，几乎所有的运动部件和辅助系统都支承和安装在它的上面。曲柄连杆机构主要包括活塞组、连杆组和曲轴飞轮组等运动组件；机体组件主要包括气缸体、气缸盖和曲轴箱等。2.配气机构 柴油机配气机构的功用是适时地开闭进、排气门，使新鲜空气进入气缸，使废气排出气缸。它主要包括气门组、传动组（包括挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、凸轮轴、正时齿轮）、空气滤清器、进排气管以及消声器等。3.燃料供给系 柴油机燃料供给系的功用是根据工况需要，定时、定量、定压地向燃烧室内供给一定雾化质量的洁净柴油，并创造良好的燃烧条件，以满足燃烧过程的需要。它主要包括燃油箱、输油管、输油泵、燃油滤
10、清器、喷油泵、喷油器以及调速装置等。4.润滑系 润滑系的任务是将机油（润滑油）送到柴油机各运动零部件的摩擦表面，减小零部件的摩擦和磨损，流动的机油可以带走摩擦表面产生的热量，并可清除摩擦表面上的磨屑等杂物。另外，机油还具有辅助密封以及防锈等作用。因此，润滑系统是保证柴油机连续可靠工作、延长柴油机使用寿命的必要条件。润滑系主要包括机油泵、机油集滤器、机油滤清器、机油散热器、润滑油道、调压阀、机油标尺以及油底壳等。5.冷却系 冷却系的功用是将受热零部件所吸收的多余热量及时地传导出去，以保证柴油机在适宜的温度下工作，不致因温度过高而损坏机件，影响柴油机工作。因此，冷却系也是保证柴油机连续可靠工作的必
11、要条件。冷却系按使用的冷却介质的不同可分为水冷却系和风（空气）冷却系两种。水冷却系主要包括气缸体及气缸盖内的冷却水套、水泵、散热器、风扇、水温调节装置（节温器）以及冷却水管路等。而风冷却系则主要由气缸体及气缸盖上的散热片、导流罩以及风扇等组成。6.起动系 起动系的主要功用是为柴油机的起动提供动力及创造有利条件。它主要包括起动机及使柴油机易于起动的辅助装置（如预热装置）等。第二节 机体组件 机体组件主要由气缸体、气缸套、气缸盖和气缸垫等零部件组成。柴油机上几乎所有的零部件都安装在机体上，所以机体是柴油机的基础和骨架。一、气缸体 水冷柴油机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸-曲轴箱，简称为气缸体
12、。在气缸体上半部，有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸。下半部为支承曲轴的曲轴箱。作为发动机各个机构和系统的装配基体，气缸体本身应具有足够的刚度和强度。其结构型式可分为平分式气缸体、龙门式气缸体、隧道式气缸体三种。发动机机体是将主轴承盖和主轴承座铸成一个整体，称为隧道式气缸体。这种结构型式的气缸体，不但刚度最好，而且结构紧凑，可以缩短发动机的轴向尺寸。但工艺性差，曲轴拆装也不方便，而且使用滚动轴承，成本较高。有的柴油机则是主轴承盖与曲轴箱（亦称框架）铸为一体，曲轴箱与气缸体结合面在曲轴中心线剖开，用螺栓连接，这种隧道式结构不仅有很好的刚度，而且可以采用滑动轴承，减少了噪音，
13、提高了使用寿命。（如图）二、气缸套 由于气缸在高温、高压、活塞高速往复运动以及润滑不良的情况下工作，磨损是很大的。为了提高气缸表面的耐磨性，有些发动机的气缸体用加入少量合金元素，如镍、钼、铬、磷、硼等元素的优质铸铁材料制成。但气缸体全部使用优质耐磨材料，将会造成材料的极大浪费。所以，近年来广泛采用在机体内镶入单独制成的气缸套结构。这样就可以用更加耐磨的材料做气缸套，以延长气缸的使用寿命。而气缸体则用一般铸铁材料做成，以降低成本。常用的气缸套有干式和湿式两种。1.干式气缸套 外壁不直接与冷却水接触的气缸套为干式气缸套。干式气缸套的壁很薄，一般只有 13 毫米，采用合金铸铁制造。干式气缸套外园与机
14、体上的座孔以过盈配合装配，装配时应保持气缸体与气缸套间有一定的压入过盈量，过盈量太大会造成气缸破裂或热变形；过小则会造成气缸套松动，并影响气缸套与机体间的热交换。气缸套的取出，必须采用专用拆具，更换气缸套时必须保证气缸套外壁干燥、清洁并不得涂油。2.湿式气缸套 外壁直接与冷却液接触的气缸套称为湿式气缸套。湿式气缸套的壁比干式气缸套厚，一般为 58 毫米。气缸套的外表面有两个保证径向定位的凸出的圆环带分别称为上支承定位带和下支承定位带。气缸套的轴向定位是利用上端的凸缘。为了密封和调整的需要，大部分气缸套的凸缘下面都装有紫铜垫片。在更换气缸套时应注意使用该调整垫片调整气缸套高出气缸体的高度，使各缸
15、基本一致。气缸套的上支承定位带直径略大，与气缸套座孔配合较紧密。下支承密封带与座孔配合较松，通常装有 13 道橡胶密封圈来封水。常用的密封结构型式有两种，一种是将密封环槽开在气缸套上，将具有一定弹性的橡胶密封圈装入环槽内；另一种型式则是将安装密封圈的环槽开在气缸体上。由于后一种结构工艺性差，因此柴油机上常用前一种结构。气缸套装入座孔后，通常气缸套顶面略高出气缸体上平面 0.050.15 毫米。这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸垫压得更紧，以保证气缸的密封性，防止冷却液和气缸内的高压气体窜漏。湿式气缸体的优点是在气缸体上没有封闭的水套，铸造方便，容易拆卸、更换，冷却效果也较好。其缺点是气缸体的刚度
16、差，容易漏气、漏水。湿式气缸套广泛应用于柴油机上。由于活塞在气缸内高速运行，气缸套与活塞（环）之间会产生磨损。当活塞与气缸套（壁）的磨损超过极限值时，柴油机就会出现烧机油冒兰烟、功率下降、起动困难等故障。这时，一般可以通过更换活塞环的方法予以解决；也可以通过镗磨气缸，加大活塞（环）的方法修理，但要选配加大同级修理尺寸的活塞、活塞环等，从而恢复标准配合间隙。镗磨气缸的修理方法，一般只用在装有干式气缸套的柴油机，装有湿式气缸套的柴油机一般采用更换气缸套的方法进行修理。三、飞轮壳 飞轮壳上一般铸有耳形平台，经铣削加工，其中下端两侧平台与发动机后支撑连接固定于车架上，起发动机支撑作用。飞轮壳为铸铁薄壁
17、件，因此在拆卸、安装时应注意：（1）拆卸时：因飞轮壳与机体结合面涂有密封胶，不易取下应用撬杠上下、左右均匀撬动，不可用力从单侧猛撬，不能用锤击，以免损伤飞轮壳。（2）飞轮壳与发动机机体连接面，在安装时，需涂 510 乐泰密封胶，用螺栓把紧。安装时：注意双头螺栓安装一定要到位。拧入丝扣太少，容易使螺丝孔滑扣损坏。若已损坏，可用丝攻重新攻丝。与缸体结合拧紧的螺栓要按规定顺序和方法紧固。使各螺栓扭矩基本一致，受力均匀，可避免受形和裂纹。四、气缸盖与气缸垫（如下图）1.气缸盖 气缸盖的主要功用是密封气缸上部，与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖直接接触高温燃气，承受螺栓预紧力、燃气压力和交变应力的
18、作用。要求气缸盖有一定的强度和刚度，冷却可靠及结合面平整等，以保证可靠密封。气缸盖一般采用铸铁铸造，也有用铝合金铸造的。气缸盖内部有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。柴油机的气缸盖上还设有进排气门座、气门导管孔、进排气通道及安装喷油器的座孔等。气缸盖与气缸垫 2.气缸垫 气缸垫是气缸盖和机体接合面之间的弹性密封元件，其功用是填补结合面上的微观孔隙，进一步保证结合面处有良好的密封性。3.气缸盖螺栓 气缸盖螺栓是紧固气缸盖和气缸体的联接体，它的分布位置对气缸盖和气缸体的受力情况以及密封可靠性等都有直接影响。所以每个气缸盖周围，均有四个以上的气
19、缸盖螺栓。气缸盖螺栓受力严重，一般采用优质合金钢制成。为了保证结合面具有良好的密封性，要求气缸盖螺栓具有一定的预紧力。但预紧力过大，会使螺栓遭到疲劳破坏，也会造成气缸盖翘曲变形，以致漏气、漏水，甚至冲坏气缸垫等事故。气缸盖在拆卸时都必须按由中间对称、交叉地向四周拆卸；而在拧紧气缸盖螺栓时，则必须按照由中间对称、交叉地向四周扩散的顺序分 23 次拧紧。铸铁材料的气缸盖应在热车时拧紧。以达到使气缸盖受力均匀，不发生翘曲。第三节 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是将燃烧室中的工作混合气燃烧时放出的热能转化为机械能的重要机构。它主要包括曲轴飞轮组和活塞连杆组。一、曲轴飞轮组（如下图）曲轴飞轮组主要由曲轴、飞
20、轮和扭转减振器等零件组成。曲轴飞轮组 1.曲轴 曲轴的功用是承受、传递连杆传来的力，并驱动其它机构或装置工作。它通常由曲轴前端、主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、曲轴后端等部分组成。曲轴可分为整体式和组合式两种。整体式曲轴的强度和刚度好，结构紧凑，重量轻，工作可靠，使用广泛。组合式曲轴采用单个曲拐单独制造，然后用螺栓装配成完整曲轴的方法制造，这种曲轴系列产品制造简单，使用中若某段损坏时可单独更换，不致将整根曲轴报废，但结构复杂，加工精度要求高。主轴颈是曲轴在缸体上的支承部分，根据支承情况，曲轴可分为全支承和非全支承两种。全支承曲轴是在每个相临的两个气缸间（即每道连杆轴颈两端）都设有支承点。否则为非全支
21、承曲轴。柴油机由于爆发压力高，一般采用全支承曲轴。整体式曲轴的主轴颈支承一般采用滑动轴承，称为主轴瓦（俗称大瓦）。主轴瓦的结构、材料与连杆轴瓦相似。组合式曲轴一般采用滚动轴承支承，滚动轴承的内圈与轴颈紧配合，轴承的外圈与缸体上的轴承座孔过渡配合，两侧用锁簧限制其轴向移动。连杆轴颈是连杆大头的连接部分，为了减小旋转惯性力，高速柴油机的连杆轴颈一般制成中空的。中空的连杆轴颈一般用螺塞封堵成封闭的空腔作为离心式机油沉淀室。采用组合式曲轴型柴油机，曲轴旋转轴线上有贯通的油道，机油经曲轴前端的径向小孔引入，再经各道连杆轴颈的沉淀室后进入轴颈表面润滑；支承主轴颈的滚动轴承靠飞溅方式润滑。如果可能，在维修保
22、养柴油机时应视需要清理曲轴沉淀室内的油泥。曲轴前端用来安装曲轴齿轮、甩油盘、皮带盘、扭转减振器和起动爪零件等。曲轴的后端则用来安装飞轮。在曲轴的前后端一般都安装了曲轴油封（现多为骨架油封），装配时应注意保持油封不变形，并使骨架油封的唇口朝向气缸体。为了保证曲柄连杆机构正常工作，必须限制曲轴的轴向窜动，但又要考虑曲轴受热膨胀时能自由伸长，因此必须设置一处轴向定位装置，通常采用止推片或止推环，轴向间隙一般在 0.10.3mm。飞 轮 2、飞轮（如图）发动机飞轮的作用主要为增加发动机的转动惯性，以保证发动机具有容许的旋转不均匀度，并兼作输出功率、传递扭矩之用。一般飞轮外缘装有齿圈，如图所示，借以与起
23、动机啮合以起动发动机。在飞轮上往往有各种定时记号，以便于发动机的调整与检查，如配气相位、喷油正时、气门间隙调整时，均需借助飞轮记号。二、活塞连杆组 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。(如下图）活塞连杆组的功用是与气缸套一起组成燃烧室；承受燃气压力并传递动力，把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。另外，活塞连杆组还具有密封气缸、防止气缸内气体漏入曲轴箱以及传递热量，将活塞顶部接受的热量通过气缸壁传给冷却介质等功用。由于活塞连杆组直接承受燃气的高温、高压作用，导致承受很大的机械负荷和热负荷，产生很强的冲击力。因此，为了保证柴油机正常工作，对活塞连杆组件的零部件 必须有较高的强度
24、要求。1、2-连杆轴瓦 3-活塞肖 4-连杆体 5-连杆盖 6-连杆螺栓 7-连杆衬套 8-活塞 9-挡圈 10-梯形环 11-锥面环 12-螺旋撑簧油环 1.活塞 活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。由于活塞顶部直接与高温燃气接触，燃气的温度可达 20002500。因此，活塞的温度也很高。活塞顶部在柴油机作功冲程时，承受着燃气冲击性的高压力（其压力可达 69Mpa，采用增压时则更高）。高压将导致活塞的侧压力增大，加速活塞外表面的磨损，也容易引起活塞变形。所以，要求它在高温下有足够的机械强度、重
25、量轻、导热性能好、热膨胀系数小，具有良好的耐磨、耐腐蚀性能等。高速柴油机的活塞一般采用铝合金制造，其中以共晶铝合金用得最多。铝合金活塞的主要优点是重量轻、导热性能好，用在中小功率的柴油机上可以满足强度要求；缺点是热膨系数大、耐磨性差。为了在同一台柴油机上，保持各缸惯性力尽可能一致，要求用在同一台柴油机的各缸活塞的重量差在一定的允许范围内，一般为：缸径85mm 时，重量允差5g；缸径为 85120mm 时，重量允差8g；缸径为 121140mm时，重量允差 为 15g；当缸径为 141160mm 时，重量允差20g。各缸活塞重量允差，在柴油机使用维护说明书中一般有明确的规定。为了区分方便，柴油机
26、生产企业一般在活塞顶部刻有分组号。因此，在维修中换用单件活塞时，必须加以注意。2.活塞环 活塞环包括气环和油环两种。(1)气环 气环用来密封活塞与气缸壁之间的间隙，防止气缸中的高温、高压燃气从该间隙中大量涌入曲轴箱，气环还能将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁。简而言之，气环的作用是密封和传热。(2)油环 油环用来刮除气缸壁上多余的润滑油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜，既可以防止润滑油窜入气缸燃烧，导致积碳和耗费价格较高的润滑油；又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。此外，油环还起到封气的辅助作用。油环一般分为普通油环、螺旋衬簧式油环和组合油环等。普通油环也叫开槽油环，即在环的外圆面上开
27、有若干个凹槽，槽底加工有通孔，使刮下来的机油通过此通孔处流回曲轴箱，这种环制造简单，成本低（一般为合金铸铁），使用较为普遍。螺旋衬簧式油环是在普通油环内加装螺旋胀簧，提高了环的径向压力，使环与气缸壁能均匀稳定贴合，并能补偿活塞环磨损后的弹性降低，因此封油效果好，使用寿命长。目前，工程机械用柴油机多采用这种油环。(3)活塞环的装配 活塞环的工作效果，与装配质量有密切的关系，因此要特别注意以下事项：正确区分各道气环：通常第一道气环为镀铬环，其它为普通环。无法区分时，应查阅柴油机使用维护说明书。转速为 1900r/min 及其以上的非增压 135 型柴油机每只活塞装用三道活塞环，而活塞上却有四道环槽
28、。第一道环槽装镀铬平环，第二道装镀铬扭曲环，第三道为空缺，第四道装油环。装配时要注意空缺的环槽。正确区分活塞环的上下端面：锥面环的小端向上，扭曲环的内缺口向上，外缺口向下。一些厂家在活塞环上打有“上”字、“”字或其它记号，装配时一般将打有记号的一面朝上。矩形环（平面环）和桶面环及多数油环，除非有特别说明，一般没有上下之分。开口间隙、端隙及背隙合适：活塞环装入活塞前应“试缸”，测量其开口间隙和端隙。必要时校正开口间隙。活塞环装入环槽后，应能在槽内自由转动。活塞环的开口应相互错开合适的位置，但开口应避开活塞销及活塞推力面一侧。装配内撑弹簧式油环时，应将穿有钢丝内撑弹簧的接口处放在油环开口的对面。将
29、活塞环装入活塞时，应注意将活塞环扩张至正好通过活塞顶部为宜，不得将活塞环扩张过大，以免折断活塞环。将装有活塞环的活塞装入气缸时，应使用专用工具，不可强行砸入或压入，以免损坏活塞环和环槽。3.活塞销 活塞销用来连接连杆小头与活塞并传递动力。活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件差（一般采用飞溅润滑），因此要求有足够的刚度和强度高，表面耐磨，并且质量小。为此，活塞销通常被制成空心圆柱体，并采用低碳钢或低碳合金钢材料，经表面渗碳处理后进行精磨和抛光。活塞销、活塞销座孔和连杆小头衬套孔的配合连接，一般采用“全浮式”，即在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套内转动，还可在活塞销座孔内
30、转动，以使活塞销各部分的磨损较为均匀。由于活塞多采用铝合金制成，活塞销座的热膨胀量大于活塞销的热膨胀量。为了保证在高温下有正常的配合间隙，在冷态下，活塞销与座孔间为过渡配合。装配活塞销时，应先将活塞放在温度为 90100 的机油或水中加热，然后将活塞销推入座孔内，不可在冷态下强行将活塞销砸入或压入座孔。为了防止活塞销轴向窜动，在座孔两端用卡簧加以定位。4.连杆组 连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆组一般包括连杆、连杆铜套、连杆轴承等。连杆又由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。连杆小头与活塞销相连，工作时小头与活塞销之间相对转动，因此小头孔中一般
31、压入减摩青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在连杆小头和衬套上均钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转时被飞溅上来的机油,以便润滑。装配连杆铜套时应当注意：青铜衬套上的孔必须与连杆上端的油孔相通。连杆杆身通常做成“工”字形断面，以求在强度和刚度足够的前提下减轻质量。为防止装配时配对错误，在连杆大头与连杆盖的同一侧刻有配对记号（一般为相同的数字）。安装连杆盖时一定要注意对准配对记号。在连杆体上一般也标有安装记号（一般为凸点），将活塞连杆组装入气缸时，应注意安装记号的朝向（一般情况下朝向发动机的前端）。连杆大头按剖分面的方向可分为平切口和斜切口两种，柴油机一般采用斜切口方式。斜切口连杆在工作中受到
32、惯性力的拉伸，在切口方向也有一个较大的横向分力。因此，在斜切口连杆上必须采用可靠的定位措施。斜切口连杆常用的定位方法有止口定位、套筒定位和锯齿定位三种。目前装载机用柴油机大多采用锯齿定位和套筒定位的方法。连杆轴承与曲轴轴颈间要有充足的机油来润滑。为了形成润滑油膜，除了保证一定的机油压力外，还必须有适合的配合间隙，这个间隙柴油机生产厂在柴油机使用维护说明书中有明确规定，保养、维修中应严格按规定操作。第四节 配气机构 配气机构的功用是按照发动机各缸工作次序的要求，在每一工作循环中按时开启和关闭各气缸的进、排气门，以保证各缸准时吸进清洁空气，并及时排出废气。因此要求配气机构具有进气完善、排气彻底、噪
33、声低、振动小、工作可靠、维修保养方便、使用寿命长等特性。配气机构一般由气门组和气门传动组等组成。（如下图）装载机的发动机一般都采用气门顶置式配气机构。这种机构的发动机的进排气门均布置在气缸盖上。柴油机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，当凸轮轴的凸轮凸起部分 顶 起挺杆时，通 过 推杆、调整螺 钉 使摇 臂 摆动，在消除 气 门间隙后，压 缩 气门弹簧，使 气 门开启。由于气门摇臂的两臂不等长，可实现凸轮在较小升程的情况下气门有较大的开度。当凸轮的凸起部分离开挺杆后，气门便在气门弹簧的弹力作用下压紧在气缸盖的气门座圈上，使气门关闭。四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴需转两周，各缸的进、排
34、气门各开启一次，即凸轮轴只需转一周。所以，曲轴与凸轮轴的转速比为2：1。气门的开启与关闭由凸轮轴上的凸轮通过挺柱直接控制。一、气门组 气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等，有的气门组还设有气门旋转机构。对气门组的基本要求是气门与气门座配合紧密，在高温条件下工作可靠。为此气门组必须满足：气门与气门座配合锥面严密；气门导管对气门杆导向正确，不使气门卡滞、倾斜；气门弹簧有足够的刚度和预紧力，且两端面应与气门中心线垂直。1.气门 气门用来控制进、排气道的开启和关闭。气门由菌状头部和圆柱状杆部两部分组成。气门头部的工作温度高，而且还要承受气体压力、弹簧弹力以及气门传动组零件的惯性力作用，其冷却和
35、润滑条件差。因此要求气门必须有足够的强度、刚度、耐热和耐磨性能。进气门的材料一般采用合金钢，排气门则常采用耐热合金钢。为减小进气阻力，提高气缸充气效率，多数柴油机进气门的头部直径比排气门大，以增大进气通流面积。气门密封锥面的锥角称为气门锥角。2.气门座 气门座与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受从气门传来的热量。气门座在高温下工作，磨损严重。所以，很多柴油机的气门座采用较好的材料单独制成气门座圈，然后镶到气缸盖上。为保证气门密封良好，装配前应将气门头与气门座（圈）二者的密封锥面相互研磨（必要时，应铰削气门座或气门座圈），研磨后气门与气门座圈的接触带应均匀、连续，不允许有断线现象以保证有良好的
36、密封。3.气门导管 气门导管主要起导向作用，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合。气门导管与气缸盖之间采用过盈配合，安装时将气门导管压入气缸盖。气门杆与气门导管之间一般有 0.050.12mm 的间隙，使气门能在导管中自由运动。为了防止过多的机油通过气门导管与气门杆之间的间隙进入燃烧室，在气门导管上（一般进气门的气门导管为多）通常装有气门油封，如果气门油封失效，往往会造成大量机油进入气缸，使柴油机冒兰烟。4.气门弹簧 气门弹簧的功用是利用其弹力来关闭气门。当驱动气门开启的推力撤除后，气门便在弹簧弹力的作用下及时与气门座贴合，以保证其密封性。二、气门传动组 气门传动组主要包括凸轮轴、
37、正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。气门传动组的作用是使进排气门能按配气相位规定的时刻开闭，并保证有足够的开度。1.凸轮轴 凸轮轴是控制各缸进、排气门开启和关闭的重要零件。为此，凸轮轴上配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位开闭，并保证气门有足够的升程。凸轮在工作中受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此要求凸轮表面耐磨，并要求凸轮轴有足够的韧性和刚度。发动机工作时，凸轮轴的变形会影响配气相位。因此，多数发动机凸轮轴采用全支承以减小其变形。但支承过多，加工工艺较为复杂，所以一些发动机采用每隔两个气缸设置一个轴颈支承。为安装方便，凸轮轴各轴颈的直径从前向后依次减小，安装时要加
38、以注意。凸轮轴通常由曲轴通过一对正时齿轮驱动，小齿轮用半圆键装在曲轴的前端，大齿轮则固定在凸轮轴的前端，曲轴与凸轮轴的转速比为 2:1。为了保证正确的配气相位和发火时刻，在两正时齿轮上均刻有安装记号。装配时必须将正时记号对准。2.挺杆 挺杆也叫挺柱，气门顶置式配气机构挺杆的功用是将凸轮的推力传给推杆、摇臂，开启气门。3.推杆 推杆的作用是将从凸轮轴经过挺杆传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。因此，要求有很高的刚度。4.摇臂 摇臂实际上是一个双臂杠杆，其功用是用来将推杆传来的力改变方向，并作用到气门杆端以推开气门。摇臂短臂端的螺纹孔中旋入用以调节气门间隙的调节螺钉。螺钉的球头与推
39、杆顶端的凹球座相接触。三、配气相位及气门间隙 1.配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻 从理论上讲，四冲程发动机的气门开启和关闭都应在活塞冲程的开始和终了时实现。即：进气门应在上止点时开启，在下止点时关闭；排气门则在下止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占 180曲轴转角。但现代工程机械用柴油机的转速都很高，活塞每一冲程所经历的时间都极短。在标定功率时的转速为 2200r/min，一个冲程经历的时间仅为 0.0136 秒。这样短的时间，往往会造成柴油机充气不足和排气不彻底，从而使机器输出功率不足。为了尽可能地增大进、排气时间，以使气缸中能充气较充足、排气较彻底，现代柴油机都采取延长
40、进排气时间的方法。(1)进气门早开迟闭：进气门在上止点前提前开启的目的是为了保证在进气冲程开始时，进气门已开大，新鲜空气能顺利地充入气缸。进气门延迟关闭是有利于气缸充气的。(2)排气门早开迟闭：排气门的开启时间在活塞到达下止点之前，使一部分废气迅速排出气缸。排气门关闭的时间延迟至上止点之后，以借助废气在排气管中气流的惯性，使废气排放地较为彻底。(3)气门重叠角：在活塞上止点附近，存在着进气门早开和排气门迟闭的现象，即进、排气门是同时开启的，这种现象称为“气门重叠”。进气提前角加上排气延迟角，称为气门重叠角。自然吸气式柴油机的气门重叠角一般为 2060，增压型柴油机的气门重叠角一般为 40140
41、。不同型号的柴油机，由于结构型式不同、转速不同，因此配气相位也不相同。合理的配气相位是发动机制造企业根据发动机的性能要求，通过优化设计和反复试验确定的。2.气门间隙 气门间隙是指气门杆尾端与气门摇臂之间留有的间隙，柴油机运转过程中，气门及各传动件会受热膨胀，导致气门密封不严。为了保证气门的密封性，必须在气门与传动件之间预留有一定的间隙。气门间隙的大小由发动机制造企业通过试验的方法确定。柴油机在运转过程中，由于配气机构各传动件的磨损，以及气门间隙调整螺钉松动等原因，可能会引起气门间隙发生变化。因此，在维护保养时应注意检查该间隙。必要时，按照柴油机使用维护说明书中规定的间隙进行调整。3.气门间隙的
42、调整(1)一般调整法 检查和调整气门间隙时，必须在所检查、调整的气门处于完全关闭状态下，即该缸正处于压缩上止点位置时进行。对于多缸机来说，一般可根据飞轮壳上的刻线，判定第一缸的压缩上止点。刻度线标明的一般为 2 个气缸的上止点位置，这时可根据喷油状况断定第一缸压缩上止点，也可根据工作次序，观察其它缸的工作情况判定压缩上止点。第一缸调整结束后，根据多缸柴油机工作次序，转动曲轴，逐缸进行调整。采用此方法比较可靠，但如果缸数多，则显得比较繁琐，熟练时可按此方法验证用快速调整法调整的气门间隙。(2)快速调整法 首先确定第一缸压缩上止点，方法同前。运用柴油机各缸工作次序，推算出第一缸在压缩上止点时处于关
43、闭状态的各缸气门，逐一进行调整。然后将曲轴旋转 360，再调整剩余的气门。现以装载机中使用较多的缸柴油机为例，介绍该“快速调整法”。六缸柴油机的工作次序为153624，由此可推算出，当缸处于压缩上止点时，缸的进气门、缸的排气门、缸的进气门、缸的排气门均处于完全关闭状态。与缸的进气门和排气门结合起来可以看出：当缸处于压缩上止点时，从第缸开始可按“进排、进、排、进、排”的口诀依次对 6 个气门进行调整。只不过第缸是调整进、排两个气门，而其它四缸每缸只调整一个气门。同样，将曲轴旋转 360，当第六缸处于压缩上止点时（此时第一缸气门重叠）则从第缸开始，按“进排、进、排、进、排”的口诀进行调整。不难看出
44、，这一次调整的气门，正是第缸处于压缩上止点时剩下未调整的气门。不论进、排气门的排列如何，只要能正确区分出每缸的进气门和排气门，就可以按照这种方法进行调整。该方法只使曲轴旋转两周（720），就可将所有气门调整结束，简便易行。但是，需要对柴油机的工作次序有充分的理解。四、进.排气系统 柴油机进排气系统由涡轮增压器、进气管、排气管、空气滤清器及消音器等组成。（如图）1.进排气管 一般地，柴油机进排气管分别安装在机体的两侧，并分别与气缸盖上的进排气道相连，其功用是引导新鲜空气进入气缸，并使废气从气缸内排出。柴油机进排气管一般用铸铁制成，进排气管气道的轮廓做成圆滑的形状，使气流方向及剖面尺寸无骤然变化，
45、以减小气体的流动阻力。2.空气滤清器 空气滤清器的功用是滤除空气中的灰尘和杂质，以减少气缸、活塞和活塞环以及气门等零件的磨损，延长柴油机的使用寿命。空气滤清器一般通过管路与进气管相连，检查安装时应注意管路的密封性，以免影响滤清效果。为了保证柴油机的正常运行，必须按使用维护说明书的要求，定期对滤芯进行除尘或更换，作业环境恶劣时，则应提前对空气滤清器进行保养。3.排气消声器 排气消声器的功用是减少气缸中燃烧废气排出时的强烈噪声，以及消除废气中的火焰及火星。排气消声器一般由薄钢板冲压然后焊接制成。其基本原理是消耗废气中的气流能量，并平衡排出废气流的压力波动。五、采用增压、中冷的进排气系统 空气增压系
46、统流程如图 1.工作原理：当环境温度为 20时，新鲜空气经过空气滤清器后，进入增压器压气机进气口，经增压后，从压气机进气口进入进气管道，空气密度增加，温度升高，压气机出气口处的空气温度为 135左右；经过长的进气管，增压后的新鲜空气流至中冷器进气口端时空气温度为 120左右；经过中冷器冷却后，空气从中冷器出气口出来，温度降为 50，然后进入发动机进气管；当到达各缸缸盖进气道内，空气温度稍有升高，为 55左右；新鲜空气经进气门吸入气缸，经过压缩，空气温度、密度骤增，达到上止点前喷油提前角度曲轴转角时，喷入的柴油达到所需的自燃温度和压力，空气与燃油混合燃烧后膨胀做功；进入排气冲程，排气门打开，废气
47、经缸盖气道时的废气温度高达 600以上；经过排气歧管，进入增压器涡轮，高温废气推动涡轮高速旋转后从涡轮出气口排出，温度降为440左右；经过排气制动阀体通道和活动球节管（或膨胀伸缩管）进入消音器，经过消音、除碳粒后排入大气。2.涡轮增压器的结构和工作原理（如上图）（1）结构 涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成。压气机部分：主要包括单级离心式压气机、扩压器和压气机壳。涡轮部分：主要包括涡轮壳、单级径流式涡轮。涡轮轴与涡轮采用摩擦焊接连成一体。压气机叶轮以间隙配合装在涡轮轴上，并用螺母压紧，涡轮与轴总成、压气机叶轮经过精确的单体动平衡，以保证高速旋转下正常工作。增压器的转子支承采用内支承型式，全
48、浮动式浮动轴承位于两叶轮之间的中间体内，转子的轴向力靠止推轴承端面来承受。在涡轮端和压气机端均设有密封环装置。压气机端还有挡油罩，以防止润沿油的泄漏。压气机壳、涡轮壳、中间体是主要固定件，涡轮壳和中间体采用螺栓、压板连接，压气机壳与中间体间通过扩压器后板或螺栓、压板连接。压气机壳可绕轴线在任意角度进行安装。增压器的润滑：采用压力润滑，润滑油从机身上主油道进入进油口，进入润滑系统，然后通过回油管流回发动机的油底壳。（2）工作原理：因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程，一旦发动机的空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机供油越多，黑烟就越浓。
49、因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油耗过大、大气污染、排温升高，柴油机寿命缩短，由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。柴油机排出的废气经过涡轮壳进入喷嘴，将废气的热能及静压能变成动能，并以一定的方向流向涡轮叶轮，从而使涡轮高速旋转，带动同轴上的压气机叶轮亦高速旋转，新鲜空气经过空气滤清器被吸入高速旋转的压气机叶轮，使气流速度增加，压力提高，再经过扩压器与压气机壳，使气流的动能变成静压能，压力进一步提高，增大密度的空气最后进入发动机的进气管，以实现进气增压提高发动机功率的目的。一台装有增压发动机的功率输出与其非增压时
50、相比可增加40左右。第五节 燃油供给系 燃油供给系是柴油机的重要组成部分，它直接影响到柴油机的动力性、经济性以及噪声、排放等性能指标。柴油机的燃料是柴油，由于粘度大、蒸发性差，故采用高压喷射的方法，将柴油直接喷入气缸并迅速形成可燃混合气。同时，借助接近压缩终了时形成的高温、高压条件，自行着火燃烧。因此，柴油机燃油供给系统的功用是根据柴油机的工作要求，定时、定量、定压地将雾化质量好的柴油，按一定的喷油规律喷入气缸，并使其与空气迅速混合燃烧。一、燃油供给系统的组成 柴油机燃油供给系统一般由柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器以及高、低压输油管路等组成。柴油机的燃油供给系如下图所示。发动机的回