柴油机基本结构参数Word格式文档下载.docx
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气缸中心距L与气缸直径D的比值L/D气缸中心距L与气缸直径D的比值，其大小影响柴油机的总体长度与重量指标。
为此，在保证满足气缸盖螺栓合理布置和曲轴轴瓦承载能力等要求的前提下，应尽可能地减小L/D的比值。
在机车柴油机中，该比值的范围一般为1.2～1.6。
气缸工作容积VS与柴油机压缩比εC活塞从上止点运动到下止点时，活塞所扫过的气缸容积称为气缸工作容积，用VS表示。
活塞在上止点时，活塞顶面以上的气缸空间是燃烧室,这部分年间的容积称为余隙容积，可用VCC表示。
气缸工作容积与气缸余隙容积之t称为气缸最大容积。
若用V1表示气缸最大容积，则V1=VS＋VCC。
气缸最大容积与气缸余隙容积的比值称为压缩比，用εC表示，即
压缩比表明进人气缸的空气在气缸内被压缩的程度，它是柴油机的一个重要结构参数。
采用较高的压缩比，有助于改善柴油机的启动性能与经济性能，但压缩比过高，会导致最高燃烧压力过大而使机械负荷增大（参见柴油机工作作的有效参数）。
为此，在选择压缩比时，必须统筹考虑诸多因素的影响。
机车柴油机大都为增压柴油机，其压缩比的一般范围是11～14。
柴油机特性（dieselenginecharacteristic）柴油机的性能指标及其主要参数随工况而变化的关系。
主要参数包括：
有效功率Ne，有效扭矩Me，转速n，燃油消耗率g，平均有效压力Pe，机械效率ηm，有效效率ηe，排气温度tr，过量空气系数α等。
柴油机特性包括柴油机固有特性和柴油机调速降性。
柴油机固有特性不装设调速器或调速器不起作用时柴油机本身所具有的特性。
表示柴油机主要参数随工况变化的关系曲线称为柴油机特性曲线。
固有特性按实验条件的不同和参数变化关系的不同可分为负荷特性、速度特性和万有特性。
图1柴油机负荷特性
负荷特性当转速不变时，柴油机的性能指标及其主要参数随负荷而变化的关系称为负荷特性，见图1。
不同的转速对应不同的负荷特性。
测取负荷特性时要在保持柴油机油温、水温基本不变的前提下同时调节测功器的阻力矩（负荷）和柴油机的循环供油量，改变负荷并保持柴油机转速不变，测量主要性能参数随负荷的变化关系。
有些参数还需通过计算获得。
例如有效油率ge是通过测量一段时间内的柴油消耗量Gf和柴油机发出的有效功率Ne由下式计算出来的负荷特性可表征柴油机的经济性、动力性等性能指标。
速度特性当喷油泵齿杆位置一定（即循环供油量一定）时，柴油机的性能指标与主要参数随转速而变化的关系称为速度特性。
不同的循环供油量对应不同的速度特性。
当喷油泵齿杆固定于柴油机发出标定功率时，测得的速度特性称为标定功率速度特性或外特性；
当喷油泵齿杆固定于最大供油量以下位置时测得的速度特性称为部分负荷速度特性。
柴油机速度特性主要反映功率与扭矩随柴油机转速变化机而改变的情况。
图2中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ对应不同的喷油泵齿杆位置。
其他参数随柴油机转速变化而改变的情况，见图3。
图2柴油机速度特性曲线
图3柴油机部分参数随转速变化关系
万有特性负荷特性或速度特性曲线图只能表示某一转速或某一喷油泵齿杆位置条件下柴油机运行参数间的变化规律。
对于工况变化较宽广的柴油机（如机车柴油机），要分析它在各种工况下的性能就需要用许多负荷特性和速度特性曲线图。
为了能在一张图上全面表示柴油机在各种工况下的某些性能，将多个负荷特性或速度特性曲线汇总到一张图上构成多参数性能曲线，就是万有特性。
常用的万有特性是在以转速为横坐标、功率为纵坐标的图形中标出一系列燃油消耗率曲线，用来评价柴油机在各种转速和负荷条件下的经济性，见图4。
图4柴油机万有特性曲线
柴油机调速特性柴油机装设调速器后的速度特性称为调速特性。
柴油机本身的速度特性不能满足大多数从动机械的要求，因为其扭矩曲线比较平坦，当外界阻力矩有少量变化时柴油机转速就会有很大波动。
这对柴油机及其从动机械的正常运转是不利的，因此柴油机需装设调速器。
调速器可以根据外界阻力矩的变化，自动调节供油量，从而使柴油机保持在所要求的转速下稳定运转。
不同的调速器会导致柴油机具有不同的调速特性（图5，图6）。
调速特性表征了柴油机克服外界阻力矩波动时保持稳定工作的能力。
图5带全程机械调速器的柴油机调速特性
图6装有恒速调速器的柴油机调速特性
有些从动机械运转时要求柴油机的功率与转速按一定的函数关系变化。
如船用和液力传动内燃机车柴油机要求功率和转速按螺旋桨特性曲线变化；
电传动内燃机车要求柴油机功率和转速按p次抛物线关系变化。
这时可采用特殊的调速器或转速一功率联合调节器来满足要求。
相应的调速特性称为螺旋浆特性和联合调节特性。
柴油机动力学（dieselenginedynamics）研究柴油机曲柄连杆机构运行中各种动力学现象的科学。
具体说来，是研究曲柄连杆机构（参见柴油机曲柄连杆机构）各主要零部件的运动规律及其受力情况，它是柴油机主要零件强度、刚度、磨损等设计计算的依据，也是柴油机总体设计以及解决动力平衡、振动等问题的基础。
其主要内容有曲柄连杆机构运动学、动力学、柴油机的（动力）平衡分析以及轴系的扭转振动等。
曲柄连杆机构运动学
研究活塞、连杆、曲轴的运动规律及其特征。
曲柄连杆机构运动学的作用是将在气缸内气体力作用下活塞的周朝性直线往复运动，通过连杆转变为曲轴的旋转运动，连杆小头连接活塞，大头连接曲柄销，因此，连杆作复杂的平面运动。
曲柄连杆机构动力学
研究曲柄连杆机构运动时的作用力以及它们在各零件中的传递和输出。
作用在曲柄连杆机构的作用力有∶
气体力作时活塞顶上，是曲柄连杆机构运动的原动力，可从柴油机示功图求出。
惯性力包括往复运动质量（活塞组和分配到连杆小头中心的部分连杆质量）所产生的往复惯性力以及旋转运动质量（曲柄销、曲柄以及连杆余下的部分质量）所产生的离心惯性力。
前沿气缸中心线作用，其大小和方向以曲轴转一圈为周期循环改变；
后者的大小不变，方向沿曲柄向外。
气体力与往复惯性力的合力沿活塞销、连杆传至曲轴。
作用在曲柄销的力可分解为沿曲柄方向的径向力和垂直于曲柄方向的切向力。
切向力对曲轴旋转中心形成力矩，这就是柴油机的指示力矩。
在扣除摩擦阻力矩和驱动附件所消耗的力矩后，便是柴油机输出的有效力矩。
作用在曲柄销上的力以及离心惯性力，最终传至主轴承经机体传给柴油机基础。
活塞在运动过程中，会产生周期性变化、垂直于气缸壁的侧压力。
由于活塞、缸套间存在间隙，侧压力使活塞对缸壁产生敲击，增加活塞、缸套的磨耗，并使柴油机产生侧向倾倒的趋势。
气体力向下经活塞、连杆、曲轴传至机体的同时，也向上作用在缸盖上，再传给机体。
这两种力在机体内相互抵消。
因此经机体传给基础的只有惯性力，以及侧压力对曲轴旋转中心形成的倾倒力矩（柴油机输出力矩的支承反力矩）。
柴油机平衡分和平衡法
平衡分析在稳定工况下，柴油机传给基础的总惯性力和总惯性力矩（多缸机中惯性力对曲轴中点形成的力矩），若其大小、方向不变或等于零，则称该柴油机是平衡的。
在多缸柴油机中，各缸曲柄按一定的错角排列，它们之间存在一定的相位差角（详见柴油机发火顺序），因此各气缸的惯性力和力矩有可能部分或全部（离心惯性力及其力矩大都可以完全平衡）相互抵消，使柴油机平衡状况得到改善。
实际上，惯性力和惯性力矩完全平衡的情况是不存在的，柴油机平衡分析的任务就是研究各种柴油机在不同缸数和不同曲柄排列状态的平衡状况。
相对而言，曲柄均匀排列、曲轴镜面对称的直列机或V形六缸机，其一级、二级惯性力和力矩均已平衡，性能较好。
平衡法对离心惯性力，只要在曲柄的对称侧设置适当的平衡块，便可平衡离心惯性力。
对往复惯性力，采用这种简单的平衡块只能使往复惯性力转移到与气缸轴线相垂直的方向上。
在单缸机上，常采用较小的平衡块将部分惯性力转移，使垂直、水平两个方向上的惯性力都不至于太大。
对要求较高的单缸机，常采用兰彻斯特平衡机构，见下图。
它采用两组大小相等、旋转方向相反的平衡块，其中平衡块A的转速与曲轴相同，且相位差180°
，因此两平衡块的离心力在气缸轴向的分力与柴油机的一级往复惯性力平衡；
在与气缸轴向垂直方向上的分力相互抵消。
而转速为曲轴两倍的平衡块B则可平衡二级往复惯性力。
兰彻斯特平衡机构
上述方法对多缸机也同样起平衡作用。
使兰彻斯特平衡机构两端的平衡块相差180°
，即可平衡往复惯性力矩。
柴油机功率
柴油机功率（powerofdieselengine）柴油机单位时间内所作的功。
极限功率一台柴油机所能发出的最大功率称为极限功率，它受许多因素的限制。
非增压柴油机的极限功率受到平均有效压力和转速两方面的限制。
提高平均有效压力意味着降低过量空气系数α，当α减小到一定值后，就会出现排气冒黑烟等不完全燃烧现象。
提高转速也可提高柴油机的功率，但转速过高会使运动部件惯性负荷加大，磨损加剧。
强化柴油机和废气涡轮增压柴油机的极限功率还受到最高燃烧压力Pmax、、
废气涡轮前温度Tr和增压器转速nT等因素的限制。
因此，一台柴油机
的功率究竟标定多大才合适，要根据柴油机的特性、用途、寿命和可靠性等要求综合考虑确定。
标定功率中国国家标准规定，内燃机的功率标定按用途和使用特点分为四种。
15min功率内燃机允许连续运转I5min的最大有效功率。
适用于汽车、舰艇、坦克等用途的内燃机功率标定。
1h功率内燃机允许连续运转1h的最大有效功率。
适用于工业用拖拉机、工程机械、内燃机车、船舶等用途的内燃机功率标定。
12h功率内燃机允许连续运转12h的最大有效功率。
适用于农用拖拉机，农业排灌，内燃机车，内河船舶等用途的内燃机功率标定。
持续功率内燃机允许长期连续运转的最大有效功率。
适用于农业排灌，远洋轮船及电站等用途的内燃机功率标定。
按照中国国家标准标定的柴油机功率称为标定功率。
但是标准中并未规定标定功率与极限功率的关系，因此，标定功率只能通过生产实践合理确定。
功率修正柴油机运行时，外界的大气压力、大气温度和相对湿度对柴油机充气量有很大影响。
大气状态的变化引起柴油机充气量的变化，进而影响到柴油机的性能。
因此，柴油机的功率标定和其他性能测定必须有一个基准，中国国家标准规定，测定标定功率时的标准大气条件是：
①陆用柴油机：
大气压力101.3kPa，环境温度25℃，相对湿度60%；
③船用柴油机∶大气压力101.3kPa，环境温度35℃，相对湿度60%。
由于地区间气候、地理条件的差异，要求所有柴油机制造厂模拟标准大气条件进行柴油机试验非常困难。
因此，需要一种将试验大气条件下测得的功率换算到标准大气条件下柴油机所应发出功率的办法，这就是柴油机的功率修正。
另一方面，柴油机使用地区的大气条件与标准大气条件的差异，使柴油机不能按铭牌上功率使用，而必须以使用地区的大气状态所对应的功率作为柴油机正常使用功率。
因此，还必须将标准大气条件下的功率换算到使用地大气条件时对应的功率。
内燃机
内燃机（internalcombustionengine）燃料在机器内部燃烧，将其热能直接转换成机械能的热能动力机械。
通常所说的内燃机是活塞作往复运动的动机，见下图。
气缸套、气缸盖和活塞组成封闭的燃烧空间，活塞上行时压缩进入燃烧室中的空气，喷油器喷入的燃料与空气混合在燃烧室内燃烧，所产生的高温、高压气体在气缸内部膨胀，推动活塞下行，通过连杆使曲轴转动，带动从动机械完成热能到机械能的转换。
内燃机
1—汽缸；
2—活塞；
3—连杆；
4—曲轴；
5—汽缸盖
6—进气门；
7—喷油器；
8—排气门。
发展概况1860年法国人Lenoir设计并制造了第一台实用的煤气机，使用的是照明煤气，无压缩，电点火，其热效率为4.2%。
之后有许多人提出可燃混合物进行压缩的重要作用，并指出压缩可以大大提高内燃机的效率。
1862年法国科学家BeaudeRochas对内燃机热力过程进行了理论分析，提出了提高内燃机效率的要求和措施，这是一次认识上的飞跃，是最早的四冲程工作循环。
1876年德国发明家Otto运用BeaudeRochas的原理成功制造出第一台往复活塞式内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，热效率达14%。
随着石油的开发，比煤气易于运输的汽油和柴油引起了人们的注意。
1883年德国的Daimler研制成功第一台以汽油为燃料的内燃机，它的特点是轻型和高速，特别适用于交通运输，大大地推动了汽车的发展。
I897年德国工程师Diesel首创了压缩点火式内燃机，热效率达到26%，这种内燃机大多以柴油为燃料，故称这种内燃机为柴油机。
为纪念发明者的功绩，这种内燃机命名为Dieselengine引擎。
这种发动机1898年首先用于固定式发电机组，1913年用于机车，1920年开始用于汽车和农业机械。
经过100多年的不断改进和发展，内燃机已经是比较完善的动力机械，它的热效率高（汽油机热效率为20%～30%，柴油机热效率为30%～46%）、功率和转速范围宽、配套方便和机动性好，所以获得广泛的应用。
世界上内燃机的保有量在动力机械居首位，在人们的生活中占有非常重要的地位。
工作循环活塞位于距曲轴轴线最远的位置，称为上止点（内止点），活塞位于距曲轴轴线最近的位置，称为下止点（外止点）。
上、下止点之间的距离，称为活塞的行程，一般用S表示。
上、下止点之间的气缸容积，称为气缸的工作容积，一般用VS表示。
活塞由一个止点移动到另一个止点，称为一个冲程，相当于曲轴旋转180°
。
内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等四个过程完成，其中只有膨胀过程是对外作功的，其他过程都是为更好地实现作功过程所需要的。
按实现一个循环所需要的冲程教不同，内燃机的工作循环分为四冲程和二冲程两大类。
四冲程工作循环气缸盖上有进气门和排气门，在气门驱动机构的作用下，分别定时开启和关闭。
当活塞从上止点移向下止点时，进气门开启，外面的气体被吸入气缸，这个冲程称为进气冲程。
曲轴继续转动，活塞便由下止点移向上止点，这期间进气门关闭，已进入气缸内的气体便在封闭的空间内被压缩，这个冲程称为压缩冲程。
被压缩的气体温度和压力相应升高，这时由喷油器喷入气缸的燃油便被引燃。
燃料燃烧后释放出热能，使气体的温度和压力进一步升高，推动活塞由上止点移向下止点，这个冲程称为膨胀冲程，即推动曲轴旋转的作功冲程。
曲轴继续旋转，活塞便由下止点返回上止点，这时排气门打开，活塞的移动便将作完功的废气经排气门排出，这个冲程称为排气冲程。
这样就完成了一个工作循环。
曲轴再继续旋转，排气门关闭，进气门打开，便开始了新的工作循环。
完成一个四冲程的工作循环，曲轴旋转两圈（720°
）
二冲程工作循环这类内燃机不同于四冲程工作循环之处是没有专门的进气和排气两个冲程，气体进入和排出气缸是在活塞位于下止点前后进行的。
当活塞接近下止点时，首先开启了气缸套上的一排气孔，作完功的废气通过气孔排出，活塞继续下移便开启了气缸套上的进气孔，新鲜气体便进入气缸，将废气排出气缸，直至活塞由下止点向上止点移动，先后关闭进气孔和排气孔，这时进、排气过程便告结束。
这种进、排气孔同时开启的时间，称为扫气过程。
二冲程工作循环的内燃机，相当于曲轴旋转一图（360°
）有一个作功过程。
二冲程内燃机由于要用新鲜空气清扫废气，所以进入气缸的新鲜扫气气体，预先采用一定的方式来提高压力。
内燃机分类
按活塞运动方式分①往复活塞式。
前面所介绍的都属这一类型，是最常见的。
②旋转活塞式。
活塞为三角形，气缸内表面呈特定的形状，活塞在固定的气缸内转动完成工作循环，也称Wankel内燃机，目前只在个别型号的轿车上使用。
③自由活塞式。
在气缸内布置有两个沿轴向作相对运动的工作活塞，气缸上分别开有进气口和排气口，其结构类似于二冲程工作循环的孔式直流扫气方案，但没有曲柄连杆机构。
在工作活塞的另一端各有一个直径稍大的压缩室活塞，当工作活塞在燃烧产生的高温高压工质推动下向两端运行时，借助压缩室活塞压缩相应空间内的气体，用以储存工作活塞返回行程所需的能量，在工作活塞作返程运行时，通过压缩室活塞可向气缸供给扫气空气。
在自由活塞式发动机中，可燃混合气燃烧后产生的高温高压工质经由排气口进入燃气轮机，在燃气轮机中膨胀作功。
因此，在这里自由活塞式发动机仅起燃气发生器的作用，它本身并不直接对外界输出机械能。
按进气方式分①自然吸气式内燃机。
即将大气压力下的空气吸入气缸的内燃机。
②增压内燃机。
将大气压力下的空气在增压器中提高压力后送入气缸。
增压器压缩后的空气经过冷却后再送入气缸的，称为增压中冷内燃机。
同样尺寸的内燃机，增压后不仅功率大于自然吸气式内燃机，而且经济性也得到改善。
干线内燃机车柴油机，大部分采用增压柴油机。
按所用燃料分①液体燃料内燃机。
所用液体燃料包括汽油、柴油和煤油。
用汽油为燃料时，用电火花引燃。
汽油的使用有两种方式：
一种方式是汽油在化油器中先行汽化，和空气混合后进入内燃机气缸；
另一种方式是吸入气缸的是纯空气，汽油通过喷油器喷人气缸。
用柴油为燃料时，柴油是通过喷油器喷入压缩后的空气中，依靠气体的高温引燃的。
用柴油为燃料的内燃机，其热效率高于用汽油为燃料的内燃机。
②气体燃料内燃机。
气体燃料包括发生炉煤气、天然气、液化石油气和氢气。
在机车上很少采用纯气体燃料内燃机。
③双燃料内燃机。
即同时使用液体和气体两种燃料，例如在低负荷和高负荷时使用柴油为燃料，而在其他负荷时用天然气和柴油两种燃料。
按气缸排列分按气缸中心线的排列位置，内燃机可分为：
①直列立式。
单列气缸中心线与地面垂直。
②直列卧式。
单列气缸中心线与地面平行。
③V形。
两列气缸中心线呈V形布置。
④X形。
四列气缸中心线呈X形布置。
⑤三角形。
采用三个对置活塞组成三个边，三个顶点为三根曲轴。
④H形。
两个直列立式用齿轮联接两根曲轴后输出。
⑦星形。
一根曲轴与多列气缸的连杆连接。
机车上多用直列立式和V形内燃机。
按用途分内燃机的用途不同，其性能、结构和重量等的要求也就不同。
一般可分为：
①汽车用；
②拖拉机用；
③船用；
④机车用；
⑤固定用；
⑥工程机械用。
内燃机型号根据中国国家超标准规定：
内燃机的型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母或象形字组成。
内燃机的型号分为首、中、后及尾四部分，首部及尾部的符号由制造厂自选，可根据具体情况标出或不标出，气缸直径以毫米数字表示，必要时可用D/S数表示之。
中国生产内燃机型号编排规则如下：
机车司机室
机车司机室（locomotivedriver’scab）司机驾驶机车与休息的场所。
司机室要有足够的空间和良好的工作环境，以减轻司机的疲劳和体力的消耗，确保行车的安全可靠。
司机室的设计应满足下列要求：
①有良好的采光。
司机室空间应宽敞明亮、色调和谐、视线开阔；
②司机室的门、窗和间壁应采取有效的吸音、隔热和防振措施，降低噪声、改善环境和减轻疲劳；
③室内各种设备及仪表的布置，应符合人机工程原理，司机在正常工作位置时，不仅能全面监视仪表、操纵自如，且易瞭望和行动方面；
④设备改善乘务人员劳动条件、应包处理和自检自修等方面的设备，以及保护人身安全的消防器材；
⑤对高速机车司机室外形设计要流线化，符合空气动力学性能要求，减少机车高速运行空气阻力。
干线客、货运机车一般为棚式车体、两端司机室结构完全相同。
司机室由端壁下部、端壁上部、顶盖、左右侧壁及蒙皮组杨成。
司机室骨架用型钢或钢板压侧制成各种立柱、横梁和肋板等经组焊而成。
整个骨架与国体左右侧壁、车顶、间壁和车架等焊接成一个封闭完整的钢结构。
司机室骨架上外蒙较厚的钢板，内表面喷涂阴尼隔热材料，间壁、侧壁及顶盖内充填吸音、隔热材料、再覆盖柔色多孔铝板。
在所有接缝和转角处，用压条装饰，使司机室显得平整、宽敞、舒适、色调和谐。
司机室地板设计成多块活动木结构，以利维修下部管路和设备。
地板表面要平整防滑，易于清扫；
底面设有防振、吸音材料，以减少噪声和振动。
司机室顶盖蒙皮外装有头灯散热罩和雨檐。
前端有明亮的后倾前窗。
前窗玻璃有单层磨光钢化玻璃（适用南方地区），或双层中空并充入干燥空气或安装电热玻璃，防止天寒外面结霜（适用北方地区）。
窗外安装风动刮雨器，窗内有卷帘遮阳。
前部下面设置标志灯座。
司机室两侧设有侧门，供司乘人员上下机车，侧窗可上下移动，密封性能好，供
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