第四节 柴油机的基本构造

内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机，无论是四冲程柴油机，还是二冲程柴油机，无论是单缸柴油机，还是多缸柴油机，要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，就必须具备一些机构和系统。柴油机主要由三大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、传动机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、增压系统（或进排气系统）和起动系统组成。这些机构和系统的协调动作及周而复始的运动为设备源源不断地提供动力。

一、曲柄连杆机构

曲柄连杆机构（图1-29）是柴油机实现工作循环、完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在做功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他3个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说，曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

工作条件：柴油机工作时，曲轴的旋转速度很高，活塞往复运动的线速度相当大，曲柄连杆机构直接与可燃混合气和燃烧废气接触，同时受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，要承受高温、高压、高速和化学腐蚀等。

图1-29 柴油机的曲柄连杆机构

曲柄连杆机构由机体组、曲轴飞轮组和活塞连杆组三部分组成。

1.机体组的组成及其功用

机体组（图1-30）是柴油机曲柄连杆机构的基础件，也是整台柴油机的基础件，包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸盖、气缸垫等零部件。

（1）气缸体和曲轴箱 机体是由气缸体、气缸水套和曲轴箱形成一体的部件，但也有些机型的机体与曲轴箱分为两个部件，以紧固件相连接，如160系列柴油机。机体是内燃机用以安装各主要零部件的基体，保证运动零部件的正常运转。常见的机体有卧式单缸机机体、立式单缸机机体和立式多缸机机体。

机体一般用HT150、HT200灰铸铁铸造，不是易损件，常见的损坏情况为水冷机型在冬季很低气温时被冻裂和连杆螺栓断裂导致连杆击破曲轴箱壁，在这种情况下需要更换气缸体。在单缸柴油机上以机件零件形式供应，在多缸机上因需要配套的主轴承盖、凸轮轴衬套、主轴承螺栓、气缸盖螺栓等零件，故一般均以气缸体机械合件的形式提供，否则无法保证主轴孔等的尺寸精度。

（2）气缸套和封水圈 气缸内壁与活塞顶部、气缸盖底面共同构成燃烧工作容积，因而承受燃烧气体的高温与压力。气缸内壁对活塞的往复运动起导向作用，同时也受到两者间的相对高速运动产生的摩擦，因而对材质有较高的要求。

在水冷内燃机中根据气缸套外表面是否与冷却液直接接触，可分为干式缸套和湿式缸套两种；在风冷内燃机中由空气直接冷却气缸，在气缸外壁铸有散热片以增大散热面积，实现有效、均匀的冷却。

湿式气缸套较厚，刚性较好，与缸体间形成水道，其下端通常以耐热的橡胶封水圈来密封，防止冷却液泄漏。湿式气缸套外表面直接与冷却液接触，散热好、拆装方便，一般柴油机都采用这种结构。

干式气缸套直接与缸体接触，一般为钢质薄壁气缸套，壁厚为2.5～3.5mm，内表面镀铬，其硬度高，耐磨性好，与气缸体之间为滑动配合，用手轻压再转动就可装入。气缸套是易损件，为提高其使用寿命，多选用合金铸铁，如高磷铸铁（磷的质量分数为0.3%～0.8%），其耐磨性好，但较脆。中硼铸铁（硼的质量分数为0.03%～0.08%）是一种为克服高磷铸铁脆性的新材料，有更好的耐磨性。当气缸套磨损过大或磨损不均匀形成椭圆度和锥度时会产生漏气，需要及时更换。

图1-30 四缸柴油机的机体组件

（3）气缸盖和气缸垫

①气缸盖。它位于气缸的上部，密封气缸并形成燃烧室顶面，承受高的燃气压力和温度，并经其传出部分燃烧产生的热量。气缸盖内布置有进气和排气的通道、进气门、排气门及气门导管。水冷柴油机气缸盖内布置有冷却水道，风冷柴油机气缸盖上布置有散热片。有些柴油机的气缸盖上还布置有燃烧室及安装喷油器的孔位。

气缸盖常见的损坏情况：气缸盖裂纹；在两个气门座之间，气缸盖水套因积水垢过多导致冷却效果不好而烧裂；长期工作后气缸盖的底平面不平度超差过大。在这些情况下需要更换气缸盖。

②气缸垫（图1-31）。气缸盖和机体之间装有气缸垫，用以保证燃烧室的密封，防止高温高压燃气的泄漏，同时密封润滑油和冷却液的通道。

气缸垫应有足够的强度、弹性、抗腐蚀性，拆装方便能重复使用。气缸垫用耐热石棉板外包0.25mm左右的纯铜，在油、水的通孔周围用纯铜卷边加强。气缸垫具有一定的弹性，能补偿结合面的不平度与粗糙度，保持好的密封性。风冷柴油机气缸垫的结构较为简单，一般为一个圆形铜片或钢片。

③气缸盖螺栓或螺母。气缸盖螺栓或螺母用来紧固气缸盖和气缸垫，并有防止气缸盖平面长期在高温情况下工作而发生翘曲变形的作用。气缸盖螺栓为非标准件，它和螺母均是采用优质中碳钢或合金钢并经调质处理的高强度螺栓、螺母。气缸盖螺栓有较大的预紧力（铁牛-55C、东方红-802拖拉机用柴油机为180～210N·m，195型柴油机为245N·m），故拧紧螺母时必须按照生产厂使用说明书的规定，用扭力扳手并按气缸盖螺母紧固顺序（多缸机由中心向两端，单缸机按对角线方向）分2～3次逐步拧紧气缸盖螺母。

2.活塞连杆组的组成及其功用

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈、连杆、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆螺母等组成，如图1-32所示。

图1-31 单缸柴油机的气缸垫

图1-32 曲柄连杆机构的活塞连杆组

1—连杆螺母 2—连杆轴瓦 3—连杆盖 4—连杆 5—活塞 6—油环 7—油环衬簧 8—第二压缩环 9—第一压缩环 10—活塞销 11—连杆螺栓

（1）活塞 活塞是内燃机的重要配件，属于容易磨损的零件。活塞在高温（2000℃左右）、高压（13.0MPa左右）燃烧气体的作用下，在气缸内进行往复直线运动。它的顶面承受燃气压力；环带部用以装置活塞环（气环和油环）；销座部用以装配活塞销，将燃气压力通过它传递给连杆；裙部在活塞往复直线运动中起导向作用，并承受侧压力。

装配时裙部与缸套之间必须保持一定的间隙，以防止活塞受热膨胀后在气缸套内卡死。以S195型柴油机为例，装配间隙为0.19～0.255mm，当间隙因磨损增大到极限值0.42mm或裙部有较大面积的拉损且痕深在0.1mm以上时，应更换活塞。在多缸机上活塞连杆还需要按重量配套装配，在同一台柴油机上必须装用同一重量组的活塞和同一重量组的连杆，以保证各缸间运动惯量的平衡，减小扭振。如135系统柴油机上的同一重量组的活塞，其质量偏差不超过10g。大多数车用柴油机的活塞都是由铝合金制成。

（2）活塞环 活塞环基本外形为矩形断面的开口圆环。活塞环和活塞一起密封燃烧室，将活塞的热量传导到气缸套，使气缸壁面的润滑油分布均匀和防止窜泄，另外活塞环还对活塞起到支承作用，使其在往复运动中稳定、平顺。按作用的不同，活塞环分为气环和油环两大类。活塞环的基本结构如图1-33所示。

①气环。气环主要用以密封和导热，安装在活塞环带区的上部，一般有三道气环，第一道气环直接与高温高压气体接触，工作条件恶劣，环的磨损也最严重，因此，常在第一道气环表面镀上多孔铬层，用以保存润滑油，提高耐磨性。

②油环。油环的作用是将气缸壁上多余的润滑油刮下，防止窜入燃烧室，并使气缸壁上的润滑油分布均匀，改善润滑条件。油环布置在气环的下方，一般有一或二道油环。常用的油环有普通油环和组合油环。

图1-33 活塞环的基本结构

为了防止活塞环受热膨胀卡死后拉伤气缸，当活塞环装入气缸后，活塞环开口处应保留一定的间隙，这个间隙被称为开口间隙，其大小与气缸直径有关，一般为0.25～0.8mm，当活塞环磨损开口间隙增大到2～3mm时，需要更换新活塞环。环与环槽之间在高度方向的间隙称为侧隙，一般为0.04～0.15mm，以防止活塞环受热膨胀而卡在环槽中；侧隙过大，密封不好，还会增加气环的泵油作用。

（3）活塞销 活塞销（图1-34）用以连接活塞与连杆，承受活塞运动时的往复惯性力和燃气压力，并传递给连杆。活塞销为中空圆柱体，一般采用20低碳钢或15Cr、20Cr等铬合金钢制造。为了满足活塞销外表面硬而耐磨、内部韧而抗冲击的要求，销的外表面需进行渗碳处理并抛光，渗碳深度为0.8～1.2mm。活塞销与活塞销座孔为紧配合，一般装配方法为将活塞在热油中加热到80～100℃，然后压入活塞销。

（4）连杆、连杆衬套、连杆螺栓 连杆用以连接活塞和曲轴，并将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆可分为小头、大头和杆身三部分，如图1-35所示。

连杆小头压装有连杆衬套，连杆杆身断面呈“工”字形，既减轻重量，又保证强度；连杆大头剖分成两半，可拆部分称为连杆盖，两者配对加工，同一侧打有配对号，用连杆螺栓拧紧。连杆大头部分与连杆盖的剖分形式通常有平切口和斜切口两种。常用的是平切口形式，这种形式的大头面加工方便、刚性好；但连杆或连杆螺栓的断裂往往造成击破曲轴箱或整机破坏的重大事故。

因而，连杆材料一般选用具有较高强度和冲击韧性的45、40Cr等钢材锻造、加工制成。

图1-34 活塞销的结构

图1-35 连杆的结构

在多缸机中为了不影响各个气缸间运动惯量的平衡，成组的连杆质量差不允许大于15g。在商品供应中，连杆以连杆总成的方式供应，不允许拆散。维修配套时，应按同一重量组选购连杆总成。

连杆杆身与连杆盖由连杆螺栓拧紧，连杆螺栓为高强度专用螺栓，其材料与加工精度均优于普通螺栓。连杆螺栓在安装时应有足够的预紧力，以防止松动，中部有定位带作为连杆杆身与连杆盖的定位，螺纹部分钻有孔，供穿保险钢丝用，也有用保险钢片、开口销固定连杆螺母的。连杆螺栓、螺母一般用35CrMo、40Cr等中碳合金钢制造。连杆螺栓为重要零件，绝对不允许用普通螺栓代用。

连杆小头在活塞销上作摇摆运动，在其上压入连杆衬套以减少运动摩擦。连杆衬套一般用锡青铜或铜基粉末冶金制造。连杆小头的结构形状如图1-36所示。

图1-36 连杆小头的结构形状

a）全浮式连杆小头 b）楔形连杆小头 c）半浮式连杆小头

（5）连杆轴瓦 连杆大头和连杆盖内装有分开的滑动轴承（轴瓦），轴瓦上有油孔或油槽，具有保持油膜、减少摩擦阻力的作用。连杆轴瓦几乎全为滑动轴承，其结构简单、成本低、工作性能稳定。目前广泛应用的为双金属薄壁轴瓦，瓦背是一层柔性钢带，以一定的过盈量装入轴承座孔，再加上轴瓦壁厚的精度保证，安装后不再刮配，轴瓦互换性好，便于维修和批量生产。连杆轴瓦一般都配有维修级别的标准轴瓦，便于曲轴连杆轴颈磨损后修配。

3.曲轴飞轮组的构成及其功用

曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、正时齿轮、曲轴传动带轮、曲轴轴瓦和减振器等零部件，如图1-37所示。

图1-37 多缸柴油机的曲轴飞轮组

（1）曲轴 曲轴的功用是将由活塞连杆组传来的燃气压力转变为转矩，以旋转的形式输出，并带动柴油机的其他运动机构。曲轴受到燃气压力和往复、旋转运动的质量惯性力及其力矩的作用，受力情况复杂。因此，对曲轴的强度、刚度、硬度、韧性和制造精度都有较高的要求。

曲轴的结构因机型的不同而不同，从其结构上看有整体式曲轴与组合式曲轴、单缸式曲轴与多缸式曲轴之分；从制造角度看有铸造曲轴与锻造曲轴之分；从材质上看有钢制曲轴与球墨铸铁曲轴之分。常见的曲轴有下列3种结构。

1）单缸柴油机曲轴（图1-38）。顾名思义，单缸机曲轴仅用于单缸柴油机，结构简单。

图1-38 单缸柴油机的曲轴示意图

2）多缸机整体式曲轴（图1-39）。整体式曲轴主要用于中小功率的多缸柴油机，结构复杂，需要根据柴油机的气缸工作顺序设计曲拐（连杆轴颈）的相对位置，如4缸柴油机的曲轴就有平面结构（4个连杆轴颈在一个平面上，如图1-40所示）和十字头结构两种形式。

图1-39 4缸柴油机曲轴的结构示意图

3）组合式曲轴。组合式曲轴又分为：全套式，曲柄销、曲臂、主轴颈分别制造，然后套合为一体；半套合式，曲柄销与曲臂为一体。套合方法为热套或液压套。

组合式主要用于大型低速船用柴油机，解决了大件锻造困难的问题。分段式曲轴也属于组合式曲轴。

（2）飞轮 在柴油机的工作循环中，只有一个行程做功，飞轮的功用就是把传到曲轴上的一部分能量储存起来，用以克服进气、压缩、排气行程中的阻力，使曲轴旋转均匀，并能克服柴油机短时间超负荷工作，飞轮还有便于起动及输出功率的作用。

飞轮与曲轴装配前，应进行动平衡校正，否则在高速旋转时由于质量不平衡产生的离心力，将引起柴油机振动。固定飞轮时，必须按规定的拧紧力矩拧紧飞轮固定螺栓，并用锁片锁紧以防止松动脱落。飞轮的外缘上有热压的起动齿圈，供柴油机起动用。为了便于对柴油机进行维修调整，飞轮上还应该有表示活塞上止点、供油提前角、点火时间、气门开闭时间等的记号。

（3）扭转减振器的功用 当柴油机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各连杆曲颈之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。

当柴油机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，柴油机功率下降，甚至使曲轴断裂。为了消减曲轴的扭转振动，现代汽车柴油机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器。汽车柴油机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油橡胶扭转减振器等。橡胶扭转减振器的结构示意图如图1-40所示。

4.柴油机轴瓦的结构与功用

柴油机的轴瓦有连杆衬套、连杆轴瓦、主轴瓦和曲轴止推轴瓦（片）等。

（1）连杆轴瓦和主轴瓦 连杆轴瓦和主轴瓦（图1-41）均承受交变载荷和高速摩擦，因此轴承材料必须具有足够的抗疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀。

图1-40 橡胶扭转减振器的结构示意图

图1-41 柴油机轴瓦的结构示意图

连杆轴瓦和主轴瓦均由上、下两片轴瓦对合而成。每一片轴瓦都是由钢背和减摩合金层或钢背、减摩合金层和软镀层构成，前者称为二层结构轴瓦，后者称为三层结构轴瓦。轴瓦都是标准件，无需刮瓦处理。

钢背是轴瓦的基体，由1～3mm的低碳钢板制造，以保证有较高的机械强度。在钢背上浇铸减摩合金层，减摩合金材料主要有白合金、铜基合金和铝基合金。

白合金也叫巴氏合金，应用较多的锡基合金减摩性好，但疲劳强度低，耐热性差，温度超过100℃时硬度和强度均明显下降，因此常用于负荷不大的汽油机。铜基合金的突出优点是承载能力大，抗疲劳强度高，耐热性好，但其磨合性能和耐腐蚀性差。为了改善其磨合性和耐腐蚀性，通常在铜基合金表面电镀一层软金属（称为软镀层）而构成三层结构轴瓦，多用于高强化的柴油机。铝基合金包括铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金。锡质量分数在20%以上的高锡铝合金轴瓦因为有较好的承载能力、抗疲劳强度和减摩性能而被广泛地用于汽油机和柴油机。软镀层是指在减摩合金层上电镀一层锡或锡铅合金，其主要作用是改善轴瓦的磨合性能并作为减摩合金层的保护层。

轴瓦在自由状态时，两个接合面外端的距离比轴承孔的直径大，其差值称为轴瓦的张紧量。在装配时，轴瓦的圆周过盈变成径向过盈，对轴承孔产生径向压力，使轴瓦紧密贴合在轴承孔内，以保证其良好的承载和导热能力，提高轴瓦工作的可靠性和延长其使用寿命。

（2）曲轴止推轴瓦（片）（图1-42）设备运行过程中，由于踩踏离合器踏板而对曲轴施加轴向推力，使曲轴发生轴向窜动。过大的轴向窜动将影响活塞连杆组的正常工作并破坏正确的配气正时和柴油机的喷油正时。为了保证曲轴轴向的正确定位，需装设推力轴承，而且只能在一处设置推力轴承，以保证曲轴受热膨胀时能自由伸长。曲轴推力轴承有止推轴瓦、半圆环止推片和推力轴承环3种形式。

图1-42 柴油机曲轴止推轴瓦的结构

a）组合式 b）整体式 1—主轴瓦 2—止推片 3—主轴承盖 4、6—油槽 5—油孔 7—止推面 8—翻边止推瓦

①止推轴瓦也称为翻边轴瓦，如图1-42b所示，是将轴瓦两侧翻边作为止推面，在止推面上浇铸减摩合金。轴瓦的止推面与曲轴止推面之间留有0.06～0.25mm的间隙，从而限制了曲轴的轴向窜动量。

②半圆环止推片（图1-42a）一般为四片，上、下各两片，分别安装在机体和主轴承盖上的浅槽中，用定位舌或定位销定位，防止其转动。装配时，需将有减摩合金层的止推面朝向曲轴的止推面，不能装反。

③推力轴承环为两片止推圆环，分别安装在第一主轴承盖的两侧，如图1-43所示。

图1-43 曲轴推力轴承环

二、配气机构

配气机构（图1-44）的功用是根据柴油机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进、排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。

配气机构是柴油机的重要组成部分，其功用是按照柴油机每一气缸内所进行的工作循环和着火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜空气得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。新鲜空气充满气缸的程度用充气效率表示。充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气的质量越大，相应的喷入气缸的燃油就可以越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量愈大，柴油机发出的功率也愈大。

1.配气机构的分类

①按气门的布置分为气门顶置式和气门侧置式。

②按凸轮轴的布置方式分为下置式、中置式和上置式（图1-45）。

③按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链条传动式和同步带传动式。

④按每气缸气门数目分为二气门式和四气门式等。

图1-44 配气机构的基本结构示意图

1—凸轮轴正时齿轮 2—气缸体 3—凸轮 4—挺柱 5—推杆 6—气门间隙调整螺钉 7—锁紧螺母 8—摇臂轴 9—摇臂 10—气门弹簧座 11—气门弹簧 12—气门导管 13—气门 14—惰轮 15曲轴正时齿轮

2.配气机构的组成与功用

各式配气机构中，其组成结构可分为气门组和气门传动组两大部分。配气机构的主要零部件如图1-46所示。

（1）气门组 气门组包括进排气门、气门导管、气门座圈、气门弹簧、气门油封及气门锁片等。

（2）气门传动组 气门传动组由正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及气门间隙调整螺钉等组成。它的功用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开启，并保证气门有足够的开度。

①凸轮轴。它的功用是控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸轮轴由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴颈、驱动燃油泵的偏心轮、驱动机油泵及分电器的斜齿轮等组成。

②挺柱。它的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。

③推杆。它的功用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，是配气机构中最容易弯曲的零件。因为要求推杆有很高的刚度，所以在动载荷大的发动机中，推杆应尽量做得短些。

④摇臂。摇臂是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向而驱动气门开启。

图1-45 配气机构凸轮轴的布置方式

a）下置式 b）中置式 c）上置式

图1-46 配气机构的主要零部件

三、传动机构

传动机构的作用是将一部分曲轴动力传递给维持柴油机正常工作所必需的附件，如驱动配气机构、喷油泵、风扇、机油泵、输油泵等以及其他辅助部件如空压机、液压泵等。柴油机传动机构主要有以下4种形式：

（1）前端齿轮传动方式 前端齿轮传动方式将所有需要传动的辅助部件全部安装在柴油机的前端（自由端），曲轴只在前端有一个传动齿轮。这种传动方式的特点是自由端直径可以较小，齿轮可以小一些，齿轮圆周速度可以低一些，要求的加工精度相对要低一些，结构比较紧凑，拆装和调整比较方便。因此，应用广泛。但可能造成较大的共振，影响柴油机的配气正时和喷油正时。

（2）后端齿轮传动方式 这种传动方式将传动齿轮机构全部布置在最后一道主轴颈和飞轮之间。这个位置靠近扭振节点，扭振较小，传动平稳，正时准确可靠，但维护保养不方便。

（3）混合齿轮传动方式 这种传动方式综合了上述两种齿轮传动方式，将重要部件（正时要求严格）的传动附件放在后端，非重要部分（正时要求不严格）的传动附件放在前端。这种结构保证了正时准确、传动可靠和维护保养方便等特点，但结构复杂。

（4）带传动或链传动（图1-47）

①普通带传动：驱动辅助部件，如充电发电机、风扇、输油泵、空气压缩机等。

②正时带或链条：驱动（小型柴油机的）凸轮轴、喷油泵等。

（5）齿轮间隙及标记对正（以玉柴国Ⅲ柴油机为例，如图1-48所示）

①齿轮驱动系统相对于原国Ⅱ机型增加了喷油泵惰轮组件及凸轮轴信号盘。

②安装时应保证各齿轮间的齿侧间隙在0.07～0.25mm。

③保证各齿轮的轴向间隙为0.08～0.2mm。

④曲轴正时齿轮、正时惰轮、凸轮轴正时齿轮有严格的对准标记，安装时应注意对正。

⑤高压油泵齿轮无正时标记，无正时要求。

图1-47 配气机构带传动和链传动示意图

a）同步带传动 b）链条传动

图1-48 玉柴国Ⅲ柴油机齿轮传动系统

四、柴油机的直列泵燃料供给系统

柴油机燃料供给系统的功用是把柴油和空气定时定量地分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，产生动力对外做功，最后将燃烧后的废气排出。传统的柴油机供油系统为直列柱塞式喷油泵供油系统。直列式喷油泵可分为A泵、P泵、MW泵等多种结构类型。直列泵供油系统由喷油泵总成（含调速器）、喷油器、低压油路系统（包括滤清器等）部件组成（图1-49）。直列泵供油系统中喷油泵和喷油器是主要部件。

1.喷油泵

（1）喷油泵（图1-50）的作用

图1-49 传统柴油机的供油系统示意图

1—回油管 2—滤清器 3—喷油器 4—高压油管 5—喷油泵 6—溢流阀 7—提前器 8—输油泵 9—燃油箱 10—调速器

图1-50 直列式喷油泵外形示意图

①提高油压（定压）：将喷油压力提高到10～20MPa。

②控制喷油时间（定时）：按规定的时间喷油和停止喷油。

③控制喷油量（定量）：根据柴油机的工作情况，改变喷油量的多少，以调节柴油机的转速和功率。

（2）对喷油泵的要求

①各缸供油提前角要相同。

②按柴油机工作顺序供油，而且各缸供油量均匀。

③各缸供油延续时间要相等。

④油压的建立和供油的停止都必须迅速，以防止滴漏现象的发生。

2.喷油器

喷油器（图1-51）是一种向柴油机燃烧室喷射高压燃油的装置。根据不同柴油机的要求，将高压油泵泵来的柴油雾气，以一定的喷油压力、喷雾细度、喷油规律、射程和喷雾锥角喷入燃烧室的特定位置，与空气混合燃烧。

图1-51 喷油器的结构示意图

a）结构 b）孔式喷油器 c）轴针式喷油器

（1）喷油器分类 柴油机基本采用闭式喷油器，根据喷油器结构形式的不同，闭式喷油器又分为孔式喷油器和轴针式喷油器等，孔式喷油器用于直喷式燃烧室，轴针式喷油器用于分隔式燃烧室。

喷油器安装在柴油机的气缸盖上（图1-52）。

（2）对喷油器的要求

①喷油应满足各类燃烧室对喷雾特性的要求。

②喷油应有一定的贯穿距离和喷雾锥角。

③喷油应有良好的雾化质量。

④具有良好的密封性，在喷油结束时，不发生滴漏现象。

直列泵供油系统由于存在供油量和供油正时不够精确、排放指标较差等缺陷，目前正在逐步被其他供油系统取代，如电控单体泵供油系统、电控高压共轨喷油系统等。

五、柴油机的润滑系统

柴油机润滑系统的功用是向做相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。

图1-52 喷油器的安装位置示意图

（1）柴油机润滑系统的组成 润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成，如图1-53所示。

图1-53 柴油机润滑系统结构示意图

（2）润滑系统的功用润滑系统具有五大功用，详见表1-10。

表1-10 润滑系统的功用

（续）

（3）润滑系统的基本形式

①压力润滑：用压油泵将机油加压后送到各润滑点。

②飞溅润滑：由曲柄连杆机构等运动件以旋转方式将机油飞溅到相应的润滑点。

③混合润滑：压力润滑和飞溅润滑的结合。

六、柴油机的冷却系统

冷却系统的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证柴油机在最适宜的温度状态下工作。冷却系统有水冷系统和风冷系统之分。

（1）柴油机的水冷系统 柴油机需要冷却的主要部件包括缸套、缸盖、润滑油等，以冷却液作为散热介质进行冷却的，称为水冷柴油机。水冷柴油机需要一套非常复杂的冷却液循环系统，包括散热器、冷却液管、风扇、冷却液泵和温度控制器等。

图1-54 水冷柴油机冷却液的循环方式

水冷柴油机的最终冷却也是由空气来完成的。由于水冷系统是分开布置的，散热器可以做的大一些，这样可以提高散热能力。因此大功率柴油机一般都采用水冷系统。水冷柴油机适应性强、用途广泛，可以全方位使用。水冷柴油机冷却液的循环方式如图1-54所示。

（2）柴油机的风冷系统 德国道依茨（Deutz）公司是世界上生产风冷柴油机的主要厂家之一，主要机型有FL513、FL912/913、FL1011等系列机型，被广泛地用在豪华大巴、特种车辆、重型汽车、发电机组、工程机械、矿山井下机械等领域。风冷柴油机冷却系统示意图如图1-55所示。

图1-55 风冷柴油机冷却系统示意图

风冷柴油机冷却系统是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证柴油机在最有利的温度范围内工作。柴油机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。由于汽车柴油机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强对柴油机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在柴油机上装有导流罩、分流板和缸套导流板。虽然风冷柴油机冷却系统与水冷柴油机冷却系统相比较，具有结构简单、重量轻、故障少、无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪声大等缺点，目前在汽车上很少使用，在工程机械上应用广泛。

七、柴油机的起动系统

要使柴油机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动柴油机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。柴油机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程，称为柴油机的起动。完成起动过程所需的装置称为柴油机的起动系统（图1-56）。

图1-56 柴油机的起动系统

0～3—起动开关档位 4—继电器 5—起动机 6—蓄电池 7—搭铁

柴油机工作后可以对外输出功率，但柴油机如果没有外力作用，绝对不能自行起动工作。因此，要使柴油机开始工作，必须使用外力强制起动柴油机。目前常用的起动方法有以下四种。

①手摇起动，主要用于小型单缸柴油机。

②起动电动机起动，使用广泛，大、中、小型柴油机都可以使用。

③起动汽油机起动，大功率柴油机的（拖拉机或工程机械）起动装置。

④空气起动，高压空气起动。空气压力达1.5～3.0MPa。通过空气分配器在各缸膨胀行程开始点喷入气缸，压缩活塞向下运动而起动柴油机，特种用途或大型柴油机使用。

柴油机的起动转速为100～250r/min。

八、柴油机的增压系统

提高柴油机动力的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料。要使燃料达到完全燃烧，空气质量和燃料的质量要有一定的比例。1kg轻柴油完全燃烧，理论上需要14.22kg的空气，但实际供入气缸的空气量要多，否则达不到良好的燃烧。增加喷入气缸的燃料只要燃油系统的主要部件设计得合理就可以做到，要增加充入气缸的空气量则必须在柴油机上安装增压器。

常用的柴油机增压系统主要有机械增压、废气涡轮增压和复合增压三大类。

（1）机械增压系统（图1-57）机械增压就是利用柴油机的动力以机械的方式驱动压气机工作而增加进气压力的一种增压方式。

机械增压器压缩机的驱动力来自柴油机曲轴，有齿轮驱动和传动带驱动两大类。机械增压器的压气机部分与涡轮增压器的压气机相似，只是驱动部分改为齿轮或传动带轮驱动。其主要目的是增加进入气缸空气的压力和密度，达到在同等气缸容积的条件下多喷油并提高输出功率以省油。

图1-57 机械增压系统结构示意图

优点：除了在低转速便可获得良好的增压效果外，柴油机的动力输出也与曲轴转速成正比，即机械增压柴油机的动力随着转速的提高而快速提高，没有滞后感。因此，机械增压柴油机的操作感觉与自然进气柴油机极为相似，能获得较大的动力、转矩和较好的加速性。

缺点：损耗了柴油机本身的动力，在高速时柴油机的增压效率没有涡轮增压系统高。

机械增压系统在小型乘用车（轿车）上的应用较为广泛。

（2）废气涡轮增压系统 柴油机的废气涡轮增压系统（图1-58）利用柴油机排出的废气达到增压目的。增压器与柴油机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达0.18～0.20MPa，高增压机的增压压力可达0.3MPa左右。如此高的增压压力也将使气体温度大大升高，因此，较高增压柴油机需要增设中冷器来给高温压缩空气进行冷却。

涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它是利用柴油机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮（位于排气道内），涡轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当柴油机转速加快时，废气的排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，柴油机的进气量就相应地得到增加，提高了柴油机的输出功率。

柴油机增压后，其性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要求柴油机结构也要相应地改变。

①适当地减少压缩比。以防止燃烧压力过大，保证柴油机工作可靠，延长使用寿命，但过低的压缩比将造成起动困难。

②供油系统的变化。增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油压力，加大喷油器喷孔的直径。此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。

③进、排气系统的变化。增压后柴油机气缸进气量增加，为减小进气阻力，应适当加大进气流通截面积；为了改善扫气效果，增加充气量，以降低热负荷，应增加气门重叠角；有的增压系统还要求将排气管分支，以充分利用废气能量并改善扫气效果。此外，由于气门机构零件的工作温度升高，变形加大，必须相应加大气门间隙，以保证配气机构正常工作。

④此外，增压柴油机的润滑系统、冷却系统以及主要运动机件的结构强度都应适当的加强。否则，将严重影响柴油机零部件的工作可靠性。

（3）复合增压系统 复合增压系统（图1-59）即废气涡轮增压和机械增压并用，大功率（船用）柴油机上用得较多。复合增压系统柴油机的输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂，系统布置相对困难，在中小功率柴油机上应用较少。

（4）气波增压器 气波增压器是使两种气体工质直接接触并通过压力波来传递能量的压力转换器。它利用柴油机废气能量使进入气缸的气体增压。气波增压器由空气定子、燃气定子和转子组成。空气定子与内燃机进气管连通，燃气定子与排气管连通。转子由柴油机曲轴通过传动带驱动，驱动功率为内燃机功率的1%～1.5%。

图1-58 柴油机废气涡轮增压系统

图1-60所示为气波增压器的工作原理。当转子按图示箭头方向转动时，转子上由叶片组成的轴向气道与高压燃气入口接通，遂产生压缩波。压缩波以声速沿气道传播，并将燃气能量传递给充满气道内的空气，使其压力和密度升高并向前流动。高压空气出口设在高压燃气入口的斜对面，并沿转动方向向前错开一个角度。当气道与高压空气出口接通时，高压空气供入内燃机进气管。在燃气到达气道长度约2/3处时，气道恰好转过高压燃气入口，燃气停止流入气道。当气道与低压燃气出口接通时，燃气继续膨胀并经排气总管排入大气，气道内的压力继续下降。

当气道与低压空气入口接通时，由于气道内处于负压，新鲜空气自大气被吸入气道。气道转过低压空气入口和低压燃气出口后，气道内遂充满新鲜充量。转子继续转动又开始下一个相同的循环。

图1-59 柴油机复合增压系统

图1-60 气波增压器的工作原理

气波增压器提供的增压压力在整个内燃机转速范围内变化不大，能量转换过程也不受转子惯性的影响，因此气波增压器具有良好的速度和负荷响应特性，比较适合汽车柴油机增压的要求，增压压力与大气压力之比可达2.5∶1。但气波增压器运转噪声大，结构不如涡轮增压器紧凑，故应用较少。