柴油发动机：数据中心基础设施运维基础教程

1.柴油发动机原理

柴油发动机俗称引擎、机头或油机,是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机,它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。原理是在汽缸内,洁净空气与高压雾化柴油充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为“作功”。各汽缸按一定顺序依次做功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。

2.柴油发动机结构

柴油机总体结构一般由以下几大系统或机构组成:机体、曲轴连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统。

机体组件:包括机体(气缸—曲轴盖)、气缸、气缸盖和底座(油底壳)等。这些零件构成了柴油机骨架,所有运动件和辅助系统都支承在它上面。柴油机的机体组件如图2-18所示。

图2-18　柴油机的机体组件

曲轴连杆机构:汽缸内燃烧气体的压力推动曲轴连杆机构,并将活塞的直线运动变为曲轴的旋转动力。主要部件有:活塞、连杆、曲轴、飞轮等。曲轴连杆机构如图2-19所示。

图2-19　曲轴连杆机构

配气机构:适时向汽缸内提供新鲜空气,并适时的排出气缸中燃料燃烧后的废气。它由进气门、排气门、凸轮轴及其传动零件组成。配气机构如图2-20所示。

图2-20　配气机构

燃油系统:燃料供给系统是按照内燃机工作是所要求的时间,供给汽缸适量的燃料。它由燃油箱、燃油滤清器、油泵、喷油器等组成。燃油系统如图2-21所示。

图2-21　燃油系统

润滑系统:润滑系统是向柴油机各运动机件的摩擦表面,不断提供适量的润滑油。它由机油泵、机油滤清器、机油散热器等组成。润滑系统如图2-22所示。

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图2-22　润滑系统

冷却系统:适当冷却在高温下工作的机件,使柴油机保持正常的工作温度。它由水泵、散热器、水套、节温器、风扇等组成。冷却系统如图2-23所示。

图2-23　冷却系统

1—扇热水箱 2—大循环进水管 3—水泵 4—进水管 5—水冷机的冷却器
6—机体进水管 7—气缸出水管 8—节能器 9—回水管 10—风扇 11—小循环进水管

启动系统:以外力转动内燃机曲轴,使内燃机由静止状态转入工作状态的装置。由蓄电池、启动电动机等组成。电磁线圈及保持线圈通电,铁心移动带动驱动杆摆动,使启动机的齿轮与飞轮齿圈啮合,铁心继续移动接通直流电动机电路开始运转工作,直至柴油机启动。启动系统如图2-24所示。

图2-24　启动系统

1—电刷 2—换向片 3—前端盖 4—换向器罩 5—磁极线圈 6—机壳 7—啮合器滑套止盖
8—摩擦片啮合机构 9—啮合齿轮 10—螺母 11—启动机轴 12—后端盖 13—启动杠杆
14—牵引铁心 15—牵引继电器线圈 16—保持线圈 17—启动开关接触盘

3.柴油发动机工作流程

进气冲程:活塞从上止点向下止点移动,目的是吸入新鲜空气为燃烧作好准备,此时进气门打开,排气门关闭。活塞到达下止点时进气门关闭,进气冲程结束。

压缩冲程:活塞从下止点向上止点移动,此时上下气门关闭,汽缸内空气受压缩,温度、压力提高,为燃烧提供条件,活塞到达上止点时压缩冲程结束。

膨胀(作功)冲程:在压缩冲程结束前,喷油器将燃油喷入汽缸,与空气混合形成可燃气体并自燃,产生高温、高压推动活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而作功,活塞到达下止点时,汽缸内压力下降,直至排气门打开。

排气冲程:作功结束后,汽缸内的气体已成为废气,活塞从下止点向上止点运动,排气门打开,进气门关闭,活塞将废气排出汽缸,到达上止点时,排气冲程结束。四冲程原理示意图如图2-25所示。

图2-25　四冲程原理示意图

柴油机通过改变汽缸内柴油和空气的比例来达到调整功率的目的。发动机转速固定时,又跟单位时间内柴油供应量大小、柴油燃烧性能的好坏等因素有关。向汽缸内多喷油,功率增加,当油量多到一定数量后,由于氧气不足,排气开始冒黑烟,如再继续增加油量,冒烟加重,但功率仍可少许增加,达到最大功率后,再多喷油,功率下降。