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柴油发动机工作原理与维修
武汉理工大学网络教育学院
毕
业
论
文
题目：
柴油发动机工作原理与维修
年级：
2011年秋季
姓名：
陆天龙
学号：
111015083008
指导教师：
汪涌
日期：
2013年8月30日
摘 要 ........................................................................................................................................... ...1
前言 ................................................................................................................................................2
第一章：
柴油发动机结构原理及常见四故障解析..................................... 3
一、柴油机结构原理 ..........................................................................................................3
二、柴油机常见故障解析 ..............................................................................................4
第二章：
发动机烟色判别故障............................................................................... ..8
总结...............................................................................................................................................16
摘 要
柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。
柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。
但由于柴油机用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸发，而其自燃温度却比汽油高，因此，可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。
不同之处主要有，柴油发动机的气缸中的混合气是压燃的，而非点燃的。
柴油发动机工作时，进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点的时候，温度可以达到500-700℃，压力可以达到40—50个大气压。
活塞接近上止点时，供油系统的喷油嘴以极高的压力在极短的时间内向气缸燃烧室喷射燃油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，可燃混合气自行燃烧，猛烈膨胀产生爆发力，推动活塞下行做功，此时温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压，产生的功率很大，所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油设备上。
关键词：
粘度；压燃；气缸燃烧室
前言
传统柴油发动机的特点：
热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。
因此，柴油发动机无需点火系统。
同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。
由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。
热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。
但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。
由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。
传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机（转速较低），噪声、振动较高，炭烟与颗粒（PM）排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。
特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，成为“绿色发动机”。
第一章：
柴油发动机结构原理及常见四故障解析
一、柴油机结构原理
柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。
但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个“压燃”一个“点燃”，就是两者的根本区别点。
汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功；柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。
这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。
柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属辅助件组成。
柴油机燃料输送的简单过程是：
输油泵将柴油送到滤清器，过滤后进入喷油泵（为了保证充足的燃料并保持一定的压力，要求输油泵的供油量比喷油泵的需要量要大得多，多余的柴油就经低压管回到油箱，其它部分柴油被喷油泵压缩至高压）经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。
（示意图是柴油机燃料供给系统，红色管路是高压输油管、褐色管路是低压输油管、紫色是回油管）
为了柴油机能在怠速稳定工作和限制柴油机超速，在喷油泵上还带有调速器。
喷油泵是柴油机燃料供给系统中最精密的部件，它的作用就是根据柴油机工况的变化调节柴油量，并提高柴油压力，按规定的时间与规律将柴油供给喷油器。
与汽油机比较，柴油机具有转速慢，扭矩大，油耗低、负荷高及重量大，多用在大中型汽车上。
1976年德国大众汽车公司开发出第一台高速小型化柴油机，使轿车应用柴油机进入实用化，现在西欧约有30%的轿车和90%的商务车采用柴油机。
目前轿车柴油机采用每缸4气门,电控喷射系统，使柴油机排放达到欧洲Ⅱ号标准。
这里要提一下的是，在柴油机上应用电控技术比汽油机困难得多。
因为柴油机是高压喷射，对于直喷式柴油机的高压油管，其喷射压力一般高达30－100MPa，而汽油机上的喷射压力只需0.3MPa，起码相差100倍，因此汽油机喷射量的控制只需通过电磁阀就可以控制，而象柴油机这样的高压喷射状态用电磁阀控制是难以办到的，所以现有的柴油机电控燃油系统还要加装一个电子控制的执行器来达到控制的目的。
二、柴油机常见故障解析
与汽油发动机相比，柴油发动机由于没有点火系统，所以不会存在火花塞、插线或分电器故障导致的问题，但是其将燃料通过压缩加热点燃的特性，使得燃料、喷射器等因素引发的故障也不在少数，下面我们就柴油发动机常见的几种故障一一作以分析，并对相关问题给出了对应的检测及处理方法：
常见故障
1.柴油发动机不能启动
柴油发动机能够正常转动，但就是不能启动。
那么，如果发动机压缩正常，首先检查一下油表，看看是否有油。
如果排除以上问题的话，检查一下燃料过滤器和油管，看看有没有堵塞的地方。
另外，则有可能是喷射泵不能通过管线把燃料送到喷射器里面，可能是其中的螺线管坏损。
当点火开关打开的时候，听听喷射泵里面有没有咔嗒声。
如果没有的话，就意味着螺线管或者喷射泵需要更换。
如果有咔嗒声，但是没有燃料从喷射管线里面进来（过滤器和管线没有堵塞的情况下），喷射泵可能坏了，需要进行更换。
2.柴油发动机停转
如果发动机在减速的时候停转，可能是喷射器泵里面的润滑油出了问题。
首先要做的就是检查一下怠速，如果怠速低，它就会在减速的过程中阻止喷射泵调节器迅速恢复，便无法预防发动机的停转。
另外，燃料里进了水也会引起发动机停转，因为水会让泵里的计量阀或活塞粘住。
使用润滑添加剂可以帮助解决这个问题，如果添加剂不起作用，就必须对泵进行清洗或者更换。
3.柴油发动机冒白烟
白烟通常是在发动机没有足够的热能燃烧燃料的时候才会出现。
没有燃烧的燃料微粒从排气管出去，有一种很浓的柴油的味道。
但如果在寒冷的天气里，发动机热起来以前，看到排气管冒白烟则属于正常。
再者，电热塞有问题或者电热塞控制模块出错都会导致发动机起动的时候冒白烟，而且发动机起动速度过低、压缩过低也会生成白烟。
另外，如果在发动机热起来以后还能看到白烟，可能就是发动机里面有一个或更多喷射器坏了，喷射正时反应变慢，或者喷射泵磨损了。
而且，脏了的喷射器会让油气混合比率出现问题，导致动力的损失，怠速过慢，导致排气系统冒出白烟。
4.柴油发动机冒黑烟
黑烟通常是燃料过多，空气不足，或者是喷射泵正时关闭的信号。
最常见的原因之一是空气进气障碍。
起因可能是空气过滤器过脏，软管破损，或者是排气系统堵塞。
柴油发动机是没有气门的，所以没法测量进气口的真空状态。
而且，喷射器泄漏会让油气混合物中油的比例增大，引起排气系统冒黑烟。
相关问题检测及处理
由以上柴油发动机的故障现象，我们不难发现，其大都与燃料的供给系统与喷射器的正常与否紧密相关，所以接下来便就这两个问题给出相关的检测与处理方式：
1.喷射器故障
柴油发动机喷射器会受到包括漆皮沉积、堵塞、磨损和泄漏等问题的困扰。
现在低硫化处理的柴油燃料更有可能把漆皮和胶质沉积在喷射器上，提供的润滑油也更少了，所以尽可能使用一款能够保持燃油流动平稳的添加剂。
以下是可以发现柴油机上的喷射器出现问题的方法：
（1）用数字高温计检查每个汽缸的运行温度。
如果其中一个比其他的读数低，就说明这个汽缸有问题。
如果压缩正常，问题就是燃料输送出现了堵塞。
（2）快速检查的办法是在发动机运转的时候，使用能读出0.1欧姆的欧姆计测量电热塞的电阻。
电热塞的电阻随着温度的升高而上升，所以如果一个或两个汽缸的读数很低，就知道是这个汽缸出了问题。
例如，在发动机运转起来并很热的时候，电热塞的正常电阻在1.8到3.4欧姆之间，如果一个电热塞的读数在1.2到1.3欧姆之间，就说明这个汽缸没有产生热能。
2.燃料输送故障
（1）首先，燃料里面有空气也会引起起动困难或是无法起动。
起动以后，空气会让发动机熄灭，再起动会很困难。
空气会通过油管上的任何一个破口或通过回流进入系统。
为了确定空气是不是造成故障的原因，可以在喷射泵反向一侧安装一个清除反向软管。
起动发动机，观察线路。
如果燃料中冒出气泡，就说明喷射泵的进气一侧进了空气。
喷射泵自身通常不是空气泄漏的源头，所以要仔细检查燃油线路和泵。
（2）泵出现磨损或是堵塞也会造成发动机难以起动。
如果还伴随着动力损失，情况就正在变得越来越差，再加上发动机已经跑了很长的距离（75000英里以上），潜在的原因可能是泵需要更换了。
（3）在检查泵之前最好先检查一下燃油过滤器。
过滤器如果堵塞了，会导致燃料阻碍，让油泵无法正常工作。
主水油分离器通常需要每30000公里到40000公里更换一次，次水油分离器需要每20000英里到30000英里更换一次。
新型的只有一个过滤器的燃料系统通常需要每年进行一次保养。
如果过滤器没有被重视，它就有可能被阻塞或是堵住。
（4）燃料污染
柴油发动机燃料和汽油相比，它的另一个不同是如果油里面有某些特殊的微生物，特别是如果油箱里面有水的话，它的味道就会变得很奇怪。
某些细菌确实可以在柴油机的油箱里面茁壮成长，形成一层粘稠的酸性物质，或者其他粘在上面的物质，这些东西会把燃料管、过滤器、喷射器泵和喷射器粘起来，导致燃料供给出现问题。
那么怎样才能发现并且正确处理呢？
首先，被污染的燃料经常会有一种臭鸡蛋的味道，在燃油系统部件的内层留下一层黑色或者绿色的包裹物。
大多数有机体的成长速度会在天气比较暖和的时候加快，但是有些有机体可以在冰冻温度下保持旺盛的繁殖。
所以，为了除掉小虫子的干扰，需要把油箱排空，并进行清洁。
已经证实生物杀灭剂不但在这方面有效，而且对杀灭有机体，防止它们再生也有效果。
清洁过程之后，应该用预防性生物杀灭剂对干净油箱里面的燃料进行处理。
如果油管和喷射泵也被污染了，那也必须对它们进行清洁。
第二章：
发动机烟色判别故障
在工程机械中，当发动机出现故障时有可能会“冒烟”，当然这里说的“冒烟”不是正常的冒烟。
通常人们把发动机排出的异常烟的颜色分为三种：
蓝烟、黑烟和白烟。
一般情况下，蓝烟是由烧机油引起的；黑烟是因为燃烧不完全造成的；而白烟则是因为水而引起的。
但是在实际操作中，要描述一个烟色谈何容易，除了烟色变化的连续性外，还必须考虑到外部环境对观察烟色的影响，对于同一种烟表现出来的烟色来说：
１、白天和晚上不一样。
２、早上和中午不一样。
３、有没有阳光不一样。
４、室内室外不一样。
５、晴天阴天不一样。
６、气温高低不一样。
７、因空气中的含水量不同也不一样。
除此之外，你还要考虑向你报烟色的人是不是色弱色盲。
综合上述原因，你几乎是没有办法对发动机的烟色进行一个精确的描述。
因此，在要求别人描述烟色时，与其去问烟的颜色不如只问：
浓、淡、冷车烟、热车烟、有负荷烟还是无负荷烟，还有就是设备所在的环境。
那么怎样才能判断引起“冒烟”的原因呢？
既然烟是由三种液体燃烧而发生的，那么先让我们看一下都有什么样的部位会引起它们的燃烧：
一、水：
既然白烟是因为“烧水”引起的，那也就是说白烟是水蒸气，排气中的水蒸气通常情况下有三个来源：
1．燃油燃烧引起的水蒸气。
在工程机械中使用燃料通常都是碳氢化合物，碳氢化合物燃烧时会生成二氧化碳和水，这就是排气中水蒸气的第一个来源，这是永远没有办法避免的，正常的水蒸气的排出往往会因为发动机排气速度和温度较高而不能被发现，而冬天气温较低时就能被发现。
比如冬天我们会发现小轿车的排气会是一种淡淡的白烟，而夏天则没有。
2．燃料油中有水引起的“白烟”。
工程机械的发动机中多采用柴油机，柴油机的燃料供给系统中都有油水分离器和柴油滤清器，使用中如果能对设备进行正常的保养（按时排放油箱中的沉淀物、按时排放油水分离器中的沉淀物、按时更换柴油滤清器），油箱中的水要想随柴油一起通过喷油头进缸燃烧几乎是不可能的，既便是真的因为保养问题引起了水随柴油进缸，那故障往往会伴生有柴油泵中柱塞和油头的损坏，发动机动力不够，甚至突然停车。
3．冷却水直接进缸燃烧。
造成冷却水直接进缸的原因往往与缸床垫的损坏有关，由于缸床垫某些特定位置的损坏，造成冷却水道和燃烧室之间的连通。
在发动机进行进气冲程时，由于气缸中气体的负压和冷却水的增压，会有一部分冷却水进入燃烧室，工作时此一部分冷却水被气化，排出时就是白烟，当冷却水出现异常消耗、同时伴的异常排烟时，就有可能是缸垫损坏，此时还会表现为冷却水“非高温开锅”，更有甚者还可能造成发动机不能起动（不转）、连杆弯曲或曲轴损坏（见发动机故障例一）。
发动机故障例一：
日立EX200-5
故障现象：
冷车烟，冷车开锅，换过两次缸垫，故障依旧。
拆开缸盖后发现：
四缸凸轮轴一侧缸筒内侧有损失下陷，离水道最近处缸床上有通向水道的烧失小槽。
三，四，五缸内有拉伤。
解体时发现：
一，六缸活塞可自由出入，二、三、四、五缸则不能。
拆下后发现三、五缸活塞前后（按发动机）方向也就是活塞销卡簧处有拉伤，二缸活塞裙部有拉伤，四缸活塞咬死在缸筒中无法拿出（最后用锤打出），而且连杆是弯的，并且已打到了缸体，在缸体上打出一个几毫米深的缺口（不过换缸筒后不会影响工作）。
曲轴、缸体检查：
缸体无变形，曲轴没有弯曲。
更换三个缸筒、四个活塞、一个连杆。
装配完成试机正常。
连杆弯曲的原因分析：
一般来说，使连杆弯曲的原因应该是缸内掉进杂物。
当空滤和增压器没有问题时多数是气门断裂或修理时留有异物,此时活塞顶部都有打击痕迹，而此活塞顶部完好无损。
分析原因应该是某次仃车时发动机仃在四缸进气开始位置或者是排气即将结束位置（气门没有关闭），由于此时燃烧室与大气相通，内部无压力，而水箱是增压的（压力是0。
9？
），缸筒缸床的损坏造成了水箱和燃烧室的连通，冷却水进入燃烧室。
起动时由于四缸燃烧室中的冷却水不可以压缩而使连杆弯曲。
这中间最不幸的是仃车时发动机曲轴仃的位置，如果四缸是仃在下止点位置就不会造成连杆的弯曲，因为根本就不能起动。
二、机油：
能使机油进缸只有下列几个部位：
1、增压器。
2、气门导管。
3、活塞环。
1．增压器是利用发动机的排气做为动力，通过涡轮带动泵轮对发动机的进气进行增压。
通常情况下，其转速达数万转以，有时可达十数万转，主轴的润滑是靠从主油道引来的压力机油，压力一般在1-6kg/cm²,远远大于增压器两端的气体的压力，当增压器的轴和轴套磨损严重或增压器的回油不畅时，就会出现增压器漏油。
漏到进气一侧的机油进入燃烧室燃烧生成所谓的“蓝烟”；进入排气管一侧的机油则形成油雾、油滴或被高温的排气碳化随废气排出。
当增压器的轴和轴套磨损严重时，往往伴有增压器“扫膛”的
啸叫声，同时发动机功率不足；当回油不畅时，往往会出现大量的排气管漏机油。
（见发动机故障例二）。
发动机故障例二
小松PC200-5
故障现象：
冷车烟，动力不减，无下排气，增压器出口与消声器接口处漏油。
曾经作过的处理：
新调校的柴油泵并更换的柱塞、出油阀、喷油头，新更换的增压器。
故障分析：
动力不减、无下排气说明活塞、活塞环、缸筒无故障；动力不减、无异常叫声说明增压器工作正常，无冷开锅说明缸床缸垫正常。
检查处理：
综合上述分析应该是增压器回油不畅通。
打开机油加油口后一切故障消失；盖上机油加油口，从上部断开废气管故障消失。
至此故障原因已可以确定：
废气管不畅通（废气管下部被护板和机体挤压堵塞造成废气管不畅通）。
最终结论：
由于废气管被堵，使的曲轴箱压力增高，从而导致增压器回油压力过高，一部分机油分别从增压器两端泄漏，或进缸燃烧，或随排气排出。
2．缸筒、活塞、活塞环：
活塞在缸筒中作往复运动，活塞环和活塞、缸筒配合将燃烧室变成一个封闭的腔才使的发动机可以作功，在高温下，高速运动的活塞和活塞环之间的磨擦靠飞溅或喷射的机油润滑，当活塞、活塞环和缸筒之间的间隙大于某个范围时，就会有一部分机油进入燃烧室燃烧生成所谓的“蓝烟”，与此同时也会有一部分的废气从此间隙进入曲轴箱再从废气孔排出，也就是说当因活塞、活塞环间隙较大而烧机油时，一定伴生有较大的下排气。
3．气门、气门导管、气门密封。
气门和气门导管之间的机油的泄漏引起的烧机油可以认为是烧机油的第三个原因。
与增压器相似，通过进气门导管泄漏的机油进入燃烧室燃烧生成蓝烟；通过排气门导管泄漏的机油则形成油雾、油滴或被高温的排气碳化随废气排出。
由经验看，气门、气门导管、气门密封的使用寿命都较长，由此引起的烧机油可以说是微不足道，有人曾作过试验，即便是不装气门密封，由此引起的燃烧机油也是极不容易被发现，故在此不作讨论。
三．柴油。
由于柴油不能完全燃烧引起的发动机排烟是异常排烟中最主要的原因之一，通常引起不能完全燃烧的原因有：
进气不足、供油量过大、压缩比不够、点火时间不对、喷油嘴雾化不好。
1、进气不足：
发动机工作时，活塞对被吸入缸筒中的空气进行压缩使其产生高温高压，喷油器以雾状喷入柴油来燃烧作功。
当进气不足，不能满足被喷入的柴油完全燃烧来生成二氧化碳和水时，就会有一部分变成碳随排气排出，这就是我们常说的“黑烟”，此时往往会伴有动力不足。
引起进气不足的主要原因有：
空气滤清器堵塞；增压器故障；在个别情况下也有可能是气门故障造成的。
2、供油量过大：
与上述“进气不足”相同，当供油量过大时，正常进缸的空气量不能满足喷入过量柴油的完全燃烧也会造成柴油的碳化，随排气排出时便是黑烟。
引起供油过大的原因往往是人的介入：
比如调校油泵。
3、缸压不够；这里所说的缸压是指发动机在压缩行程中缸内空气产生的最大压力，当活塞环漏气、气门封闭不严、进气不足时都会缸压不够。
此时由于不能产生足够的压力和温度，使得喷入燃烧室中的柴油不能良好地燃烧做功甚至于不能燃烧做功而变成积碳排出。
对于使用时间较长的发动机来说，这样的情况比较多，特别是当下排气比较严重时，往往会出现上述现象，此时通常是发动机需要大修了。
4．点火时间（供油提前角）不对：
每一种发动机都有一个固定的供油提前角，此供油提前角是保证发动机正常工作的一个非常重要的条件，在此提前角下供油时所对应的缸压、温度等条件都非常有利于柴油的燃烧，否则会因为燃烧不良而排烟。
此种故障往往出现在拆装柴油泵之后；有时也会因为柴油泵轴与正时齿轮之间相对位置的意外变动而产生。
5．雾化不良：
当活塞运行到压缩上止点的某个位置时（供油提前角）柴油被以雾状喷入燃烧室燃烧作功，雾化的好坏直接影响燃烧的好坏。
当柴油的质量不能保证时非常容易引起喷油头的损坏或卡死而使雾化不良甚至不雾化。
此时往往伴生有柴油泵柱塞的损坏和动力不足。
发动机故障例三
三一SY65
电话报来的故障现象：
新车，冒黑烟，机油烧，从消声器出口向外喷机油，但机油不减少。
问下排气如何，回答是不知道。
这个故障可以说是报的一塌糊涂，但有两点很明确：
烟很浓、从消声器出口向外喷油。
分析与检查：
（1）、此SY65用的4BJ1发动机，没有增压器，
（2）、检查没有下排气，可以排除缸筒、活塞、活塞环故障。
（3）、新车通常情况下气门不应该有太大的问题。
（4）、从消声器出口向外喷出的不象是机油。
（4）、冷却水无异常。
（5）、柴油质量保证。
综上所述：
故障点应该是在燃料供给系统上，断1、2、4缸变声不变烟，断3缸后无烟不变声。
结论：
3缸供油不燃烧。
总结：
结合柴油发动机日常易出现的故障可以看出，燃料及其供给系统、喷油器等细节的日常检测与维护至关重要，而预防发动机故障则需要从这些细节做起。
总之，对于正常的发动机来说，工作中应该是没有烟或者是只有极不容易被发现的淡淡的烟。
当发动机突然开始排烟或者是排烟逐渐变大时，应该首先考虑引起排烟的部位，每个引起排烟的部位都有自己的独立的和关联的特徵，当你对其有了一定的认识后，引起排烟的问题也就好分析多了。
你可以一个一个进行排除，排除了“没有问题的部位”后就只剩下“有问题的部位”了。
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