挖掘机发动机结构组成及特点

时间：2023-09-27 理论教育版权反馈

【摘要】：发动机的结构概括的讲由两大机构、四个系统组成。发动机用水冷却时，气缸周围和气缸盖中均有充水的空腔，称为水套。有的放油螺塞是磁性的，能吸集机油中的金属屑，以减少发动机零件的磨损。在高温、高压、高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环是发动机所有零件中工作寿命最短的。

挖掘机发动机结构组成及特点

发动机的结构概括的讲由两大机构（曲柄连杆机构、配气机构）、四个系统（供油系、润滑系、冷却系、进排气）组成。

（一）曲柄连杆机构

曲柄连杆机构的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，进而向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构的主要零件可以分成三组：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。

1.机体组

机体组由气缸体、气缸盖、气缸衬垫和油底壳等机件组成。

（1）气缸体气缸体是发动机所有零件的装配基体，应具有足够的刚度和强度，一般用优质灰铸铁制成，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，其内腔为曲轴运动的空间，气缸套的位置如图2-2-2所示。

图2-2-2 气缸套位置图

气缸工作表面经常与高温、高压的燃气接触，且有活塞在其中作高速往复运动，所以必须对气缸和气缸盖随时加以冷却。冷却方式有两种：一种用水来冷却（水冷）；另一种直接用空气来冷却（风冷）。发动机用水冷却时，气缸周围和气缸盖中均有充水的空腔，称为水套。气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。发动机用空气冷却时，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加散热面积。

图2-2-3 气缸套形式

为了提高气缸表面的耐磨性，广泛采用缸体内镶入气缸套，形成气缸工作表面。气缸套用合金铸铁或合金钢制造，以延长其使用寿命。气缸套有干式和湿式两种，如图2-2-3所示。干式缸套不直接与冷却液接触，壁厚一般为1～3mm。湿式缸套则与冷却液直接接触，壁厚一般为5～9mm，通常装有1～3道橡胶密封圈来封水，防止水套中的冷却液漏入曲轴箱内。

（2）气缸盖气缸盖的主要功用是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖内部有冷却水套，用来冷却燃烧室等高温部分。气缸盖上应有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道等。汽油机气缸盖还设有火花塞座孔，而柴油机则设有安装喷油器的座孔。如图2-2-4所示。

图2-2-4 气缸盖

气缸盖用螺栓紧固在气缸体上。拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，以免损坏气缸垫和发生漏水现象。

（3）气缸衬垫气缸盖与气缸体之间置有气缸衬垫，以保证燃烧室的密封。一般用石棉中间夹有金属丝或金属屑，外覆铜片或钢片制成。近年来，国内正在试验采用膨胀石墨作为衬垫的材料。

（4）油底壳油底壳的主要功用是储存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成。油底壳底部装有放油螺塞。有的放油螺塞是磁性的，能吸集机油中的金属屑，以减少发动机零件的磨损。

2.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。如图2-2-5所示。

（1）活塞活塞的主要功能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，活塞的结构如图2-2-6所示。

目前广泛采用的活塞材料是铝合金。

活塞的基本构造可分顶部、头部和裙部三部分，如图2-2-7所示。

活塞顶部多为平顶式和凹顶式。活塞头加工有安装活塞环用的槽，汽油机一般有2～3道环槽，上面1～2道用于安装气环，下面一道用于安装油环。柴油机由于压缩比高，常设有3道气环，2道油环。在油环槽的底部上钻有许多径向小孔，以便将油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经这些小孔流回油底壳。活塞裙部用来引导活塞在气缸内往复运行，并承受侧压力。活塞裙部上有活塞销孔，两头有安装活塞销用锁环环槽。

图2-2-5 发动机活塞连杆组

1—第一道气环 2—第二道气环 3—组合油环 4—活塞销 5—活塞 6—连杆 7—连杆螺栓 8—连杆轴瓦 9—连杆盖

（2）活塞环活塞环分为气环和油环。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱，同时将活塞顶部的热量传导给气缸壁，再由冷却液或空气带走。油环的作用是刮去气缸壁上多余的机油，在气缸壁上均匀地形成一层机油膜，既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁间的磨损。

图2-2-6 活塞

为了保证气缸有良好的密封性，安装活塞环时应注意第一道气环的内倒角应朝上，第二、三道气环的外倒角应朝下。为避免活塞环端口重叠，造成漏气，各活塞环开口在安装时应成十字互相错开，同时应避免在活塞销的方向上。

目前广泛应用的活塞环材料是合金铸铁。在高温、高压、高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环是发动机所有零件中工作寿命最短的。当活塞环磨损到失效时，将出现发动机起动困难，功率不足，曲轴箱压力升高，通风系统严重冒烟，机油消耗增加，排气冒蓝烟，燃烧室、活塞表面严重积炭等不良状况。

图2-2-7 活塞结构剖视图

1—活塞顶 2—活塞头 3—活塞环 4—活塞销座 5—活塞销 6—活塞销锁环 7—活塞裙 8—加强筋 9—环槽

（3）活塞销活塞销的功能是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢经渗碳、淬火制成。

活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，一般采用“全浮式”，即在发动机工作时，活塞在连杆小头衬套孔内和活塞销座孔内缓慢地转动，使活塞销各部分的磨损比较均匀。为了防止销的轴向窜动而刮伤气缸壁，在活塞销座两端用锁环嵌在销座凹槽中加以轴向定位。

（4）连杆连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆一般用中碳碳素钢或中碳合金钢经模锻或辊锻而成，如图2-2-8所示。

图2-2-8 连杆

连杆由小头、杆身和大头三部分组成。连杆小头与活塞销相连，小头内装有青铜衬套，小头和衬套上钻孔或铣槽用来集油，以便润滑。杆身通常做成“工”字形断面。大头与曲轴的曲柄销相连，一般做成两个半圆件，被分开的半圆件叫做连杆盖，两部分用高强度精制螺栓紧固，装配时按规定力矩拧紧。连杆轴瓦上有油孔及油槽，安装时应将油孔对准连杆大头上的油眼，以使喷出的机油能甩向气缸壁。

连杆大头的两个半圆件的切口可分为平切口和斜切口两种。汽油机连杆大头尺寸都小于气缸直径，可采用平切口。柴油机的连杆由于受力较大，大头尺寸往往超过气缸直径。为使连杆大头能通过气缸，一般采用斜切口。

3.曲轴飞轮组

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。

（1）曲轴曲轴的功用是把连杆传来的推力转变成旋转的扭力，经飞轮再传给传动装置，同时还带动凸轮轴、风扇、水泵、发电机等附件工作。为了保证可靠工作，曲轴具有足够的刚度和强度，各工作面要耐磨而且润滑良好。曲轴的结构如图2-2-9所示，曲轴瓦结构如图2-2-10所示。

曲轴的组成：

图2-2-9 曲轴

a）解放CA6102型发动机曲轴 b）北京BI492型发动机曲轴

1—前端轴 2—主轴颈 3—连杆轴颈（曲柄销） 4—曲柄 5—平衡重 6—后端凸缘

图2-2-10 曲轴瓦

①主轴颈——用来支承曲轴，主轴颈用轴承（主轴瓦，俗称大瓦）安装在气缸体的主轴承座上。

②连杆轴颈——又称曲柄销，与连杆大头相连。由一个连杆轴颈和它两端的曲柄以及前后两个主轴颈构成一个曲拐。

③平衡重——平衡重的功用是平衡由连杆轴颈、曲柄等回转零件所引起的离心力。

④前端轴——曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的带轮，前油封和挡油圈以及起动爪等。

⑤后端凸缘——后端凸缘上安装飞轮。

多缸发动机各曲拐的布置，取决于气缸数、气缸排列形式和发动机的工作顺序（也叫发火次序）。在安排发动机的发火次序时，力求做功间隔均匀，各缸发火的间隔时间最好相等。对于四冲程发动机来说，发火间隔角为720°/缸数，即曲轴每转720°/缸数时，就应有一个缸做功，以保证发动机运转平稳。

图2-2-11 直列四缸发动机的曲拐布置

四冲程直列四缸发动机发火间隔角为720°/4=180°。其曲拐布置如图2-2-11所示，四个曲拐布置在同一平面内。发火次序有两种排列法，即1-2-4-3或1-3-4-2，它们的工作循环见表2-2-1、表2-2-2。

四冲程直列六缸发动机的发火次序，因缸数为6，所以发火间隔角为720°/6=120°，六个曲拐布置在三个平面内，各平面夹角为120°。通常的发火次序为1-5-3-6-2-4。

表2-2-1 四缸机工作循环表（发火次序，1-2-4-3）

表2-2-2 四缸机工作循环表（发火次序，1-3-4-2）

（2）飞轮飞轮是一个转动惯性很大的圆盘，主要功能是将做功行程中曲轴所得到的一部分能量储存起来，用以克服进、排气和压缩三个辅助行程的阻力，使发动机运转平稳，并提高发动机短时期超负荷工作能力，使机动车容易起步。此外，飞轮还是离合器的组成部件。飞轮总成如图2-2-12所示。

图2-2-12 飞轮总成

飞轮多采用灰铸铁铸造。在飞轮的外圆上压装有起动齿圈，可与起动机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。飞轮上通常刻有第一缸发火正时的记号，以便校准发火时间。

（二）配气机构

配气机构的功能是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门。使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。

1.配气机构的布置形式

配气机构的布置形式分为顶置式气门和侧置式气门两种。

（1）气门顶置式配气机构气门顶置式配气机构应用最广泛，其进气门和排气门都安装在气缸盖上。它由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂轴支座、摇臂、气门、气门导管、气门弹簧及气门锁片等机件组成。气门顶置式配气机构如图2-2-13所示。

图2-2-13 气门顶置式配气机构

1—气缸盖 2—气门导管 3—气门 4—气门主弹簧 5—气门副弹簧 6—气门弹簧座 7—锁片 8—气门室罩 9—摇臂轴 10—摇臂 11—锁紧螺母 12—调整螺钉 13—推杆 14—挺柱 15—凸轮轴

发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮的凸起部分向上转动顶起挺柱时，通过推杆和调整螺钉使摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧，使气门离座，即气门开启。当凸轮的凸起部分离开挺柱后，气门便在气门弹簧力作用下上升落座，即气门关闭。

（2）气门侧置式配气机构气门侧置式配气机构的进、排气门都布置在气缸体的一侧。它是由凸轮轴、挺柱、挺柱座、气门、气门弹簧、气门导管、气门锁销等机件组成。其工作情况与顶置式相似。由于这种形式的配气机构发动机的动力性和高速性较差，目前已趋于淘汰。

2.配气机构的主要机件

（1）气门组气门组包括气门、气门座及气门弹簧等零件。气门组应保证气门能够实现气缸的密封。

①气门。气门分进气门和排气门两种。它由气门头和气门杆组成。

气门头的圆锥面用来与气门座的内锥面配合，以保证密封；气门杆与气门导管配合，为气门导向。进气门的材料采用普通合金钢（如铬钢或镍铬钢等），排气门则采用耐热合金钢（如硅锰钢或铬钢）。

气门头顶部的形状有平顶、球面顶和喇叭顶三种，目前使用最普遍的是平顶气门头。气门头的工作锥面锥角，称为气门锥角，一般汽油机进气门采用35°，排气门采用45°；柴油机的进、排气门均采用45°。

气门杆呈圆柱形，它的尾端用凹槽和锁片或用眼孔和锁销来固定弹簧座。

②气门座。气门座是在气缸盖上（气门顶置时）或气缸体上（气门侧置时）直接镗出。它与气门头部共同对气缸起密封作用。

③气门导管。气门导管主要是起导向作用，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合。气门杆与气门导管之间一般留有0.05～0.12mm间隙。

气门导管大多数用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制成。

④气门弹簧。气门弹簧的功能是保证气门及时落座并紧紧贴合。因此，气门弹簧在安装时必须有足够的顶紧力。

气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，其材料为冷拔钢丝。

（2）气门传动组气门传动组的功用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。它包括凸轮轴正时齿轮、挺柱及其导管，气门顶置式配气机构还有推杆、摇臂和摇臂轴等。

①凸轮轴。凸轮轴上有进、排气凸轮，用以使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程，四缸四冲程汽油机凸轮轴如图2-2-14所示。

凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成，也可采用合金铸铁或球墨铸铁铸造。

发动机各气缸的进气（或排气）凸轮的相对角位置应符合发动机各气缸的发火次序和发火间隔时间的要求。因此，根据凸轮轴的旋转方向及各进气（或排气）凸轮的工作次序，就可以判定发动机的发火次序。

②挺柱。挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（顶置式）或气门杆（侧置式），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。

气门顶置式配气机构的挺柱制成筒形，以减轻重量；气门侧置式配气机构的挺柱制成菌形，其上部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。

③推杆。推杆的功用是将凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂。它是气门机构中最易弯曲的零件，要求有很高的刚度。推杆可以是实心的，也可以是空心的。

④摇臂。摇臂实际上是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。

图2-2-14 四缸四冲程汽油机凸轮轴

a）492QA发动机的凸轮轴 b）各凸轮的相对角位置图 c）进（或排）气凸轮投影

1—凸轮 2—凸轮轴轴颈 3—驱动燃油泵的偏心轮 4—驱动分电器等的弧齿锥齿轮

为了增大气门升程，通常将摇臂的两个力臂作成不等长度，长臂一端是推动气门的，端头的工作表面为圆柱形。短臂一端安装带有球头的调整螺钉，用以调节气门间隙。

⑤摇臂轴。摇臂轴是一空心管状轴，用支座安装在气缸盖上。摇臂套装在摇臂轴上，能在轴上作圆弧摆动。轴的内腔与支座油道相通，机油流向摇臂两端进行润滑。

⑥正时齿轮。凸轮轴通常由曲轴通过一对正时齿轮驱动。小齿轮安装在曲轴前端，称为曲轴正时齿轮。大齿轮安装在凸轮轴的前端，称为凸轮轴正时齿轮；小齿轮的齿数是大齿轮齿数的1/2，所以曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，正时齿轮组如图2-2-15所示。

图2-2-15 正时齿轮组

为保证正确的配气相位和着火时刻，在大、小齿轮上均刻有正时记号。在装配曲轴和凸轮轴时，必须按正时记号对准。

3.配气相位及气门间隙

配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角来表示。

由于发动机的曲轴转速很高，活塞每一行程历时短达千分之几秒。为了使气缸中进气充足，废气排除干净，要求尽量延长进、排气时间。所以，四冲程发动机气门开启和关闭终了时刻，并不正好在活塞的上、下止点，而是提前和延迟一些，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性，如图2-2-16所示。

图2-2-16 配气正时

如图2-2-17所示，在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，即曲轴转到离曲拐的上止点位置还差一个角度α时，进气门便开始开启，直到活塞过了下止点重又上行，即曲轴转到超过曲拐的下止点位置以后一个角度β时，进气门才关闭。这样，整个进气行程持续时间相当于曲轴转角180°+α+β。α一般为10°～30°，β一般为40°～80°。

进气门提前开启的目的，是为了保证进气行程开始时进气门已开大，新鲜空气能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上移速度较慢的情况下，仍可利用气流惯性和压力差继续进气。因此，进气门晚关一点是有利于充气的。

同样，在做功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°。经过整个排气行程，在活塞越过上止点后，排气门才开始关闭，排气门关闭的延迟角δ一般为10°～30°。整个排气过程的持续时间相当于曲轴转角180°+γ+δ。

排气门提前开启的原因是：当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体虽有0.3～0.4MPa的压力，但就对活塞做功而言，作用不大，这时若稍开启排气门，大部分废气在此压力作用下可迅速从气缸内排出；当活塞到达下止点时，气缸内压力已大大下降（约为0.115MPa），这时排气门的开度进一步增加，从而减少了活塞上行时的排气阻力。高温废气的迅速排出，还可以防止发动机过热。当活塞到达上止点时，燃烧室内的废气压力仍高于大气压力，加之排气时气流有一定的惯性，所以排气门迟一点关，可以使废气排放得更干净。

由于进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内排气门和进气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠，重叠的曲轴转角称为气门重叠角。由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在短时间内是不会改变流向的，因此，只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气排出的可能性。这对于换气是有利的。但应注意，如气门重叠角过大，当汽油机小负荷运转，进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流，使进气量减少。

图2-2-17 配气相位图

对于不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，因而配气相位也不相同。合理的配气相位应根据发动机性能要求，通过反复试验确定。

发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间，在冷态时间隙过小或没有间隙，则在热态下气门及其传动件的膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和做功行程中漏气，功率下降，严重时不易起动，为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，在气门及其传动件中留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量，这一间隙通常称为气门间隙。

气门间隙的大小一般由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门的间隙为0.25～0.3mm，排气门间隙为0.3～0.35mm。

（三）柴油机供给系

燃油供给系统和供给油路示意图如图2-2-18所示。

柴油机使用的燃料是柴油。与汽油相比，柴油黏度大，蒸发性差，一般来说不可能通过化油器在气缸外部与空气形成均匀的混合气，而采用高压喷射的方法。在压缩行程接近终了时，把柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，并借缸内空气的高温自行发火燃烧。由此特点决定了柴油机供给系的组成、构造及其工作原理与汽油机供给系有较大的区别。

柴油机供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四套装置组成。

1）燃油供给装置由柴油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器和回油管组成。

2）空气供给装置由空气滤清器、进气管和气缸盖内的进气道组成。

图2-2-18 燃油供给系统和供给油路示意图

3）混合气形成装置即是燃烧室。

4）废气排出装置由气缸盖内的排气道、排气管和排气消声器组成。

1.柴油

柴油机使用的燃料是柴油。与汽油相比，它具有相对分子质量大、蒸馏温度高、黏度大、自燃点低、便宜等特点。评价柴油质量的主要性能指标是发火性、蒸发性、黏度和凝点。

发火性是指燃油的自燃能力。柴油的自燃点约为300℃。柴油的发火性用十六烷值表示，十六烷值愈高，发火性愈好。

蒸发性是由燃油的蒸馏试验确定的。蒸发性愈好，愈有利于可燃混合气的形成和燃烧。

黏度决定燃油的流动性，黏度愈小，则流动性愈好。但容易泄漏，导致供油不足，功率下降。黏度过大，不易喷雾，混合气质量差，燃烧不完全。所以柴油的黏度应适当。

凝点是柴油冷却到开始推动流动性的温度，它表示柴油在低温时流动性的好坏。国产柴油以凝点的温度来命名牌号。如10号、0号和-35号轻柴油的凝点分别为10℃、0℃和-35℃。(www.xing528.com)

综上所述，柴油机应选用十六烷值较高、蒸发性较好、凝点和黏度合适、不含水分和机械杂质的柴油。

2.可燃混合气的形成与燃烧

柴油机的可燃混合气直接在燃烧室内形成，通常把柴油机的燃烧过程分为四个阶段。

第一阶段是备燃期。当压缩行程接近终了，活塞到达上止点前某一时刻，柴油开始喷入燃烧室，迅速与高温高压空气雾化、混合、升温和氧化，进行燃烧前的化学准备过程。

第二阶段是速燃期。此时活塞位于上止点附近，火焰从着火点处迅速向四周传播，气缸压力很快升到最大值，推动活塞下行做功。

第三阶段是缓燃期。活塞在下行中一边燃烧，一边继续喷油，直到喷油停止，绝大部分柴油被烧掉，放出大量热量，燃烧温度可达1973～2273K。

第四阶段是后燃期。在缓燃期中没有烧掉的柴油继续燃烧，但因做功行程接近结束，放出的热量大部分被废气带走。

可见柴油的燃烧过程贯穿整个做功行程的始终。

3.燃烧室

由于柴油机的混合气形成和燃烧是在燃烧室进行的，故燃烧室结构形式直接影响混合气的品质和燃烧状况。

柴油机燃烧室分成统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。

1）统一式燃烧室是由凹形活塞顶与气缸盖底面所包围的单一内腔，燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，故又称为喷射式燃烧室。这种燃烧室一般配用多孔喷油器。如图2-2-19所示。

2）分隔式燃烧室由两部分组成，一部分是活塞顶与气缸盖底面之间，称为主燃烧室；另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。这两部分由一个或几个孔道相连。这种燃烧室配用轴针式单孔喷油器。按其结构又可分为涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。这两种燃烧室如图2-2-20和图2-2-21所示。

图2-2-19 燃油直喷式

图2-2-20 预燃室式

图2-2-21 涡流室式

4.喷油器

喷油器的功用是将柴油雾化成较细的颗粒，并把它们分布到燃烧室中。根据混合气形成与燃烧的要求，喷油器应具有一定的喷射压力、射程以及合适的喷注锥角。此外，喷油器在规定的停止喷油时刻应能迅速切断油的供给，不发生滴漏现象。目前，中小功率高速柴油机绝大多数采用闭式喷油器，其形式有两种：孔式喷油器和轴针式喷油器。喷油器结构如图2-2-22所示。

国产柴油机多采用孔式喷油器，主要用于具有直接喷射燃烧室的柴油机。喷油孔的数目一般为1～8个，喷孔直径为0.2～0.8mm。喷孔数和喷孔角度的选择由燃烧室的开关、大小和空气涡流情况而定。

5.喷油泵

喷油泵的功用是定时、定量地向喷油器输送高压燃油。多缸柴油机的喷油泵应保证：

1）各缸的供油次序符合所要求的发动机发火次序。

2）各缸供油量均匀，不均匀度在标定工况下不高于3%～4%。

3）各缸供油提前角一致，相差不大于0.5°曲轴转角。

4）供油和停止迅速，避免喷油器滴漏现象。

喷油泵的结构如图2-2-23所示。喷油泵的结构形式可分为三类：柱塞式喷油泵、喷油泵—喷油器和转子分配式喷油泵。柱塞式喷油泵性能良好，使用可靠，目前为大多数柴油机所采用。

图2-2-22 喷油器结构图

6.调速器

柴油机工作时的供油量主要取决于喷油泵的油门拉杆位置。此外，还受到发动机转速的影响。因为当发动机转速增高时，喷油泵柱塞的运动加快，柱塞套上油孔的阻流作用增强，柱塞上行到尚未完全封闭油孔时，柴油来不及从油孔挤出，致使泵腔内的油压及早升高，供油时刻略有提前。同样道理，当柱塞下行到其斜槽与油孔接通时，泵腔内油压一时又降不下来，使供油停止时刻略有延迟。这样，发动机转速升高，柱塞有效行程增长，供油量急剧增多，如此反复循环，导致发动机超速运转而发生“飞车”。反之，随着发动机转速的降低，供油量反而自动减少，最后使发动机熄火。为了适应柴油机负荷的变化，自动地调节喷油泵的供油量，保证柴油机在各种工况下稳定运转，这就是调速器的作用。调速器的结构如图2-2-24所示。

图2-2-23 喷油泵

柴油机多采用离心式调速器，即利用飞球离心力的作用来实现供油量的自动调节。离心式调速器分为两速调速器和全速调速器。保证柴油机怠速运转稳定和能限制最高转速的称为两速调速器。保证柴油机在全部转速范围内的任何转速下稳定工作的称为全速调速器。

7.喷油提前角调节装置

喷油提前角的大小对柴油机工作过程影响很大。喷油提前角过大时，由于喷油时缸内空气温度较低，混合气形成条件较差，备燃期较长，将导致发动机工作粗暴，严重时会引起活塞敲缸；喷油提前角过小时，将使燃烧过程延迟过多，所能达到的最高压力降低，热效率也明显下降，且排气管中常冒白烟。因此为保证发动机有良好的性能，必须选定最佳喷油提前角。

图2-2-24 调速器

最佳喷油提前角是指在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。应当指出，对任何一台柴油机而言，最佳喷油提前角都不是常数，而是随供油量和曲轴转速变化的。供油量愈大，转速愈高，则最佳喷油提前角也愈大。此外，它还与发动机的结构有关，如采用直接喷射燃烧室时，最佳喷油提前角就比采用分隔式燃烧室时要大些。喷油量调节如图2-2-25所示。

图2-2-25 喷油量调节

喷油提前角实际上是由喷油泵供油提前角保证的。而调节整个喷油泵供油提前角的方法是改变发动机曲轴与喷油泵凸轮轴的相对角位置。近年来国内外车用柴油机常装用机械离心式供油提前角自动调节器，以适应随转速的变化而自动调节喷油提前角。

8.柴油机供给系的辅助装置

（1）柴油滤清器柴油在运输和储存过程中，不可避免地会混入尘土、水分和机械杂质。柴油中水分会引起零件锈蚀，杂质会导致供油系统精密偶件卡死。为保证喷油泵和喷油器工作可靠并延长其使用寿命，除使用前将柴油严格沉淀过滤外，在柴油机供油系统工作过程中，还采用柴油滤清器，以便仔细清除柴油中的杂质和水分。柴油滤清器如图2-2-26所示、沉淀过滤器如图2-2-27所示。

图2-2-26 柴油滤清器

图2-2-27 沉淀过滤器

目前常用的滤清器是单级微孔纸芯滤清器。因其滤清效率高、使用寿命长、抗水能力强、体积小、成本低等优点，在柴油滤清器中获得广泛应用。

（2）输油泵输油泵的功能是以一定的压力将足够数量的柴油从油箱输送到喷油泵。输油泵如图2-2-28所示。

图2-2-28 输油泵

活塞式输油泵由于工作可靠，目前应用广泛。它安装在喷油泵壳体的外侧，依靠喷油泵凸轮轴上的偏心轮来驱动。在输油泵上还装有手油泵，其作用是在柴油机起动前，用来排除渗入低压油路中的空气，利于起动。

（四）发动机润滑系

发动机工作时，运动零件的相对运动表面（如曲轴与主轴承、活塞与气缸壁，等）之间必然产生摩擦。金属表面之间的摩擦不仅会增大发动机内部的功率消耗，使零件工作表面迅速磨损，而且由于摩擦产生的大量热量可能导致零件表面烧损，致使发动机无法运转。因此，为保证发动机正常工作，必须对运动表面加以润滑，也就是在摩擦表面上覆盖一层润滑油，形成油膜，以减小摩擦阻力，降低功率损耗，减轻机件磨损，延长发动机使用寿命。

发动机的润滑是由润滑系来实现的。润滑系的基本任务就是将机油不断地供给各零件摩擦表面，减少零件的摩擦和磨损。

1.润滑剂

发动机润滑系所用的润滑剂有机油和润滑脂两种。机油编号应根据季节气温的变化来选择。因为机油的黏度是随温度变化而变化的。温度高则黏度小，温度低则黏度大。因此夏季要用黏度较大的机油，否则将因机油过稀而不能使发动机得到可靠的润滑。冬季气温低要用黏度较小的机油，否则因机油黏度过大，流动性差而不能在零件摩擦表面形成油膜。

国产机油按黏度大小编号，号数大黏度大。汽油机用的机油分为6D、6、10和15号四类。其中，冬季使用6号和10号，夏季使用10号或15号；6D是低凝固点机油，适用于我国北方严寒地区使用。柴油机用机油分为8、11、14三类。其中冬季使用8号，夏季使用14号，装巴氏合金轴承的柴油机可全年使用11号。

发动机所用润滑脂，常用的有钙基润滑脂、锂基润滑脂、钙钠基润滑脂及合成钙基润滑脂等。选用时也要考虑冬、夏季不同气温的工作条件和特点。

2.润滑系统的组成

发动机的机油是通过机油泵产生一定压力后，经过油道输送到各摩擦表面上进行润滑的，这种润滑方式叫做压力润滑，如主轴瓦、凸轮轴瓦、气门摇臂等。利用曲轴连杆运动时将机油飞溅或喷溅起来的油滴和油雾润滑没有油道的零件表面，这种润滑方式叫做飞溅润滑，如连杆小头与活塞销、活塞与气缸壁的润滑等。所以，发动机的润滑又叫复合式润滑。

润滑系由集滤器、机油泵、机油滤清器、限压阀等组成。柴油机润滑系统油路如图2-2-29所示。

图2-2-29 润滑系统油路示意图

1）机油泵的作用是将机油提高到一定压力后，强制地压送到发动机各零件的运动表面。齿轮机油泵因其工作可靠、结构简单得到了广泛的应用。

2）机油滤清器的作用是在机油进入各摩擦表面之前，将机油中所夹带的杂质清除掉。为使机油滤清效果良好，而又不使机油阻力增大，所以在发动机润滑系中采用了多级滤清，即由集滤器→粗滤器→细滤器。如图2-2-30所示为粗滤器、如图2-2-31所示为细滤器。

图2-2-30 粗滤器

图2-2-31 细滤器

3）限压阀的作用是使润滑系统内机油压力保持在一个适当的数值上稳定地工作。机油压力过高或过低都将给发动机的工作带来危害。油压过高，将使气缸壁与活塞间的机油过多，容易窜入燃烧室形成大量积炭；油压过低，机油不易进入各摩擦表面，从而加速机件的磨损。如图2-2-32所示为溢流阀、安全阀。

图2-2-32 溢流阀、安全阀

机油冷却器——降低油温，防止机油高温裂化。机油冷却器如图2-2-33所示。

活塞冷却喷嘴——喷出机油冷却活塞，防止活塞烧结。活塞冷却喷嘴如图2-2-34所示。

旁通滤清器——使机油得到充分过滤，降低机油污染程度。

图2-2-33 机油冷却器

图2-2-34 活塞冷却喷嘴

（五）冷却系统

前面所述，在可燃混合气的燃烧做功过程中，气缸内气体温度可高达2000K以上，直接与高温气体接触的机件（如气缸体、气缸盖、活塞、气门等）若不及时加以冷却，则其中运动机件可能因受热膨胀而破坏正常间隙，或因机油在高温下失效而卡死；各机件也可能因高温而导致机械强度降低甚至损坏。为保证发动机正常工作，必须对这些在高温条件下工作的机件加以冷却。因此，冷却系的任务就是使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。

根据冷却介质的不同，冷却系分为风冷系和水冷系。发动机中使高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的一系列装置称为风冷系；使热量先传导给水，然后再散入大气而进行冷却的一系列装置则称为水冷系。目前车用发动机上广泛采用的是水冷系。采用水冷系时，应使气缸盖内的冷却液温度在80～90℃之间。

1.水冷系的组成

水冷系中分为自然循环式水冷系和强制循环式水冷系。前者利用水的自然对流实现循环冷却，因冷却强度小，只有少数小排量的发动机在使用。后者是用水泵强制地使水（或冷却液）在冷却系中进行循环流动，因其冷却强度大，得到广泛使用。发动机强制循环式水冷系示意图如图2-2-35和图2-2-36所示。

发动机的水冷却系由百叶窗、风扇、水泵、分水管、节温器、冷却液温度表等组成。

2.散热器

散热器的功用是将冷却水中的热量散发到大气中。散热器包括上水室、散热管、散热片、下水室、散热器盖、放水开关等组成。散热器结构如图2-2-37所示。

3.水泵

水泵的功用是对冷却液加压，使其在冷却系中加速流动循环。目前，离心式水泵被广泛采用。如图2-2-38所示为离心式水泵。