柴油机及辅助系统3

柴油机及辅助系统3第一节概述柴油机是内燃机车的动力装置，虽然不同用途机车上装用的柴油机型号不同，如东风5型机车上装用的是8240ZJ型，东风7G型机车上装用的是12V240ZJ型，东风4B型机车上装用的是16V240ZJB型，东风8和东风11型机车上装用的是16V280型，但其基本组成和工作原理是相同的。

一、柴油机的常用术语上止点：也叫上死点、内止点，指活塞在气缸中上行到最高位置，此时活塞距曲轴中心线最远。

下止点：也叫下死点、外止点，指活塞在气缸中下行到最低位置，此时活塞距曲轴中心线最近。

活塞行程：活塞从上止点移动到下止点，或从下止点移动到上止点所行经的距离叫做活塞行程。

工作容积：活塞从上止点移动到下止点，或从下止点移动到上止点所走过的气缸容积，叫做气缸的容积。

燃烧室容积：也叫余隙容积或压缩容积，即活塞位于上止点时，活塞、气缸套及气缸盖所包围的空间容积，叫做燃烧室容积。

气缸总容积：气缸工作容积与燃烧室容积之和叫做气缸总容积。

压缩比：气缸工作容积与燃烧室容积之叫做压缩比。

进（排）气持续角：进（排）气门开启至关闭所转过的曲轴转角称为进（排）气持续角。

16 V 240ZJB型柴油机的进排气持续角是264°40′。

几何供油提前角：当活塞到达上止点前，喷油器开始供油时的曲轴转角称为几何供油提前角。

16V240ZJB型柴油机的供油提前角是21°。

16V280型柴油机的供油提前角是22°。

二、柴油机的工作原理一般情况，四冲程柴油机的工作过程是由进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程这四个冲程组成一个工作循环，在这个循环过程中柴油机曲轴要旋转两圈，四冲程柴油机的实际工作状态与理论上相比是有一定差异的，不同类型的柴油机其进气门和排气门的开启和关闭、喷油器供油的时刻是不同的。

下面以国产16V240ZJB型和16V280型机车用柴油机的工作过程来叙述柴油机的工作原理。

16V240ZJB型和16V280型柴油机是我国自行设计研制的铁路机车用柴油机，它是四冲程、直接喷射、开式燃烧室、废气涡轮增压、增压空气中间冷却式柴油机，其工作过程如下：（一）进气冲程在配气机构的作用下，进气门在活塞处于上止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是59°）时开启，新鲜空气通过增压并冷却后，经稳压箱、进气支管、气缸盖进气道进入气缸，当活塞运动到下止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是59°）时，进气门关闭，进气过程结束。

（二）压缩冲程当进气门完全关闭后，活塞继续向上运动，压缩过程开始。

随着活塞的上行，气缸内的新鲜空气不断被压缩，其压力和温度不断升高，为柴油机的着火燃烧创造了必要的条件，当活塞到达上止点前某一曲轴转角（几何供油提前角：16V240ZJB 型柴油机是21°，16V280型柴油机是22°），这时高压油泵柱塞顶面将柱塞套上的进油孔完全遮蔽，燃油开始被压缩，当压力达到一定值（16V240ZJB 型柴油机是25.5MPa，16V280型柴油机是25.51～26MPa）时，喷油器的针阀被抬起，燃油以雾状喷入燃烧室内，与气缸内的高温、高压空气相混合，压缩过程结束。

（三）作功冲程当喷入气缸内的燃油与高温、高压空气混合后迅速燃烧，气缸内燃气压力急骤上升，至燃油喷射结束后，燃烧骤步停止。

燃烧室气缸内的燃气急骤膨胀，此时将燃油燃烧过程中产生的化学能转变为机械能，推动活塞下行，直至活塞运动到下止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是69°）时，排气门开启，作功过程结束。

通过曲柄连杆机构使曲轴转动，并由曲轴向外输出机械功。

（四）排气冲程活塞运动到下止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是69°）时，排气门开启，气缸内膨胀作功后的燃气开始排出，同时活塞经过下止点后继续上行，直到活塞运动到上止点前某一曲轴转角（16V240ZJB 型柴油机是42°20′，16V280型柴油机是59°）时，排气门完全关闭，排气过程随之结束。

以后柴油机又重新回复到进气冲程，并按上述循环不断的工作。

三、柴油机的型号及曲轴转向规定（一）柴油机的型号机车柴油机的型号是按国标GB725-82中规定而编制的，由阿拉伯数字和汉语拼音或象形字组成。

柴油机型号依次由下列四部分组成：1、首部：为产品系列符号或换代标志符号（非系列设计产品可不标系列符号）。

2、中部：由缸数符号，气缸排列形式符号，冲程符号和缸径符号组成。

3、尾部：为区分符号。

同系列产品因改进等原因需要区分时，可用字母或数字顺序表示。

例如16V240ZJB—表示16缸，气缸V形排列，四冲程，缸径为240mm，Z表示增压，J表示铁路机车用柴油机，B表示第二种改进产品。

（二）柴油机气缸编号柴油机气缸的编号：柴油机气缸的编号，是从功率输出端朝自由端看，以垂直于功率输出轴中心线的水平线为基准，从该水平线的右端，逆时针方向依次计数，最先遇到的第一列气缸为第一列，依次为第二列，第三列等等。

V型柴油机是右边的为第一列气缸，从自由端开始编为1、2、3、……n, 左边的为第二列气缸，从自由端开始编为n+1、n+2、n+3、……2n，根据上述规定，16V240ZJB 型柴油机的编号为：自由端右1、2、3 、4、5、6、7、8输出端/自由端左9、10、11、12、13、14、15、16 输出端。

（三）柴油机曲轴旋转方向规定柴油机曲轴的旋转方向：确定柴油机的旋转方向时，应面对输出端朝自由端看，凡功率输出轴顺时针旋转的称为右旋（即正转），凡功率输出轴逆时针旋转的称为左旋（即反转），对于多轴式柴油机应以主要输出功率轴确定。

四、内燃机车柴油机的基本组成我国自行生产的内燃机车柴油机大同小异，都是由固定件、运动件、配气机构、进排气系统、燃油系统、机油系统、冷却系统和控制系统等主要部分组成。

第二节固定件固定件是指柴油机在运转过程中固定不动的配件或部件。

固定件由机体、油底壳、气缸套、轴瓦、联接箱、泵支承箱、弹性支承、盘车机构及油封装置等组成。

一、机体机体是整个柴油机的骨架和基础，柴油机的固定件、运动件及辅助装置都安装在它的四周，内腔布置有气道、油道，以保证柴油机的换气、冷却和润滑的需要，它的受力状态繁重而复杂，要有足够的刚度和强度，因而16V240ZJB 型柴油机采用了铸焊混合结构，16V280型柴油机采用了整体铸造结构。

二、油底壳油底壳是由钢板压制成型的壳体，以及各种板件、法兰和底梁等焊接而成，仅起构成曲轴箱及储存和汇流机油的作用。

三、气缸套气缸套是柴油机的重要部件之一，它的上部支承法兰搁置在机体顶板的座孔上，通过气缸盖螺栓与气缸套一起压紧在机体上，它的外壁为水腔，内壁进行了磷化处理，利于布油。

气缸套与气缸盖、活塞组成柴油机的燃烧室，气缸套对活塞工作时起支承和导向作用，并导出活塞在工作中所承受的部分热量。

四、联接箱联接箱是采用铸钢整体铸造而成，它将柴油机与牵引发电机联接起来，形成柴油机发电机组。

五、泵支承箱泵支承箱是采用铸钢整体铸造而成，它安装在柴油机自由端上，中部与机体控制端板相连，下部与油底壳相连，高低温水泵、机油泵安装在其上，由曲轴齿轮驱动，左侧设有机油离心精滤器安装支座，上面设有安装燃油精滤器安装支座架。

六、弹性支承弹性支承上座内部为锥形腔的铸钢件，通过螺栓与机体相连，下座为锥形中空铸钢件，通过调整垫片安装在支撑座板的凹形圆盘内，支承座板焊接在机车车架上，它承载柴油机发电机组的全部质量，缓和柴油机发电机组与车架间的振动，改善柴油机发电机组的工作条件。

七、盘车机构盘车机构安装在柴油机机体的输出端的端板上，由支座、滑动支架、滑动轴承、滑动轴、伞齿轮及蜗杆、形程开关、指针等组成。

主要是用于在柴油机组装、检查、供油定时及其他调整、维修、保养时盘动曲轴用。

八、油封装置油封分为大油封和小油封，分别安装在柴油机的前后端，主要作用是防止曲轴箱内的飞溅的机油，以及流在轴颈上的机油渗漏到柴油机外。

第三节运动件柴油机的运动件一般包括活塞组、连杆组、曲轴总成、减振器、联轴节，以及驱动凸轮轴、机油泵和冷却水泵的传动装置。

一、活塞组活塞组通常由活塞本体、活塞环（气环和油环）、活塞销、卡环等零部件组成。

活塞与气缸盖、气缸套共同组成燃烧室，承受高温高压燃气的作用。

活塞裙起着导向作用，活塞销起着连接连杆与活塞的作用，气环阻止燃烧室中的新鲜空气及燃气泄漏到曲轴箱中去，并将活塞的部分热量传给缸套。

油环阻止曲轴箱的机油进入燃烧室，又使机油均布在气缸套工作面上。

二、连杆组连杆组是柴油机的主要运动件之一，它由连杆体、连杆盖、连杆螺栓、小头衬套和连杆轴瓦、定位销等组成。

连杆组把活塞组的往复直线运动转变为曲轴的回转运动，并在活塞与曲轴之间传递作用力。

柴油机上通常使用的连杆有三种形式，即并列连杆、叉形连杆和主副连杆，16V240ZJB型和16V280型柴油机上均使用的是并列连杆。

三、曲轴组曲轴组由曲轴、平衡块、平衡块螺钉、定位销和油封等组成。

曲轴是柴油机的重要运动件之一，活塞的往复直线运动通过连杆转变为曲轴的旋转运动，柴油机的功率通过它输出，并直接或间接地驱动配气机构、喷油泵、机油泵、水泵及机车的辅助装置。

曲轴承受活塞和连杆所传递的气体压力、活塞和连杆的往复惯性力及回转惯性力。

这些力在曲轴上产生很大的弯矩和扭矩。

而且，这些力和力矩的大小是周期性变化的，因而所产生的弯矩和扭矩是一种交变负荷。

交变的弯矩使曲轴产生轴向振动；交变的扭短使曲轴产生扭转振动。

交变负荷及其在曲轴上所产生的振动，在曲轴上形成很高的交变弯曲应力和扭转应力。

曲轴承受高的而且复杂的负荷，但其尺寸又受到柴油机总体尺寸及重量的限制，为此，需要精心设计确定曲轴各部分的尺寸和结构，选用合适的材料，采取提高曲轴疲劳强度的必要措施和经济合理的形位公差，以满足对曲轴的强度要求。

机车柴油机上的曲轴一般为合金钢整体锻造和采用合金铸铁铸造而成。

如16V240ZJB型柴油机上使了稀土钼铜合金铸铁曲轴。

16V280型柴油机上使了42CrMo合金钢锻坯，全纤维挤压成形的锻压曲轴。

为改善曲轴的内部平衡，在曲柄臂上装有平衡块。

四、减振器减振器是为改善柴油机的扭振性能的一个配件，16V240ZJB型和16V280型柴油机上装用的是簧片式硅油减振器，它是动力式和阻尼式相结合的一个减振器。

五、联轴节联轴节上一般都装有橡胶或弹簧等弹性元件，一方面传递扭矩，另一方面在扭矩方向上起弹性和阻尼作用。

16V240ZJB型柴油机输出端装有簧片式弹性联轴节, 16V280型柴油机上装用的是盖斯林格阻尼弹性连轴节。