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第12章 柴油机(二)

(2)孔式喷油器

孔式喷油器的构造其头部的构造。孔式喷油器的特点是喷孔数目较多,一般为3~8个,喷孔直径较小,一般在0.15~0.5mm范围内。喷油压力较高,喷出的油束锥角不大,但射程较远。喷孔的数目和分布的位置,根据燃烧室的形状和要求而定。6135G型柴油机喷油器采用4个0.35mm喷孔,喷射角为150°,针阀开启压力为17.5MPa,喷注形状与W形燃烧室相适应。

孔式喷油器其他部分的构造和作用与轴针式喷油器大体相同。其针阀前端比较细长,不伸出针阀体外,且没有轴针,因此针阀只起开启和关闭油路的作用。由于孔式喷油器喷孔直径小,因此雾化比较好,但小孔加工困难,使用中喷孔容易被积炭阻塞,使柴油机性能变坏。多孔喷油器在安装时有一定的位置要求,因为孔的分布必须与燃烧室的形状相配合,因此多设有定位销或其他定位件。

(3)泵—喷油器

上述喷油器和喷油泵分别是两个独立的总成,采用高压油管连接。由于柴油的可压缩性、油管的弹性和油管中的余油压力,使高压柴油在油管中形成压力波动,而造成二次或多次喷射,使燃烧恶化。泵-喷油器将喷油泵及喷油器合为一体,直接安装在气缸盖上,没有高压油管,避免了压力波动和二次喷射,可使喷油压力提高到150MPa,有利于柴油机的节能及排放。泵-喷油器的剖视图。

①基本组成与构造

泵-喷油器主要由推杆1、推杆弹簧2、泵—喷油器体21、柱塞4、柱塞套16、注入阀8、止回阀10、弹簧9、泵—喷油器体螺套13、齿轮5、齿杆19等零件组成。

泵-喷油器体21上用螺套13紧固着喷油器头11、止回阀10、注入阀8、弹簧9、阀座14、柱塞套16等零件。柱塞套上设有上孔7及下孔15,它们使柱塞前端的压油腔定期和柱塞套外的供油腔相通。柱塞表面有切槽,槽的上沿呈现螺旋形。柱塞前端面有一轴向小孔,用以沟通压油腔和切槽。柱塞尾端有一凸肩,嵌入推杆1的下端而使二者相连。推杆1受弹簧2向上的作用力。柱塞上装有齿轮5,它和齿杆19相啮合,柱塞穿过齿轮的“D”形内孔,不仅随齿轮转动,且可在“D”形孔中上下移动。

喷油器头部有6个直径为0.14~0.15mm的喷孔。当柱塞下行到将前端压力油腔和供油腔切断时,压力油腔中的柴油压力随柱塞继续下行而上升。当压力足以推开注入阀弹簧9时,柴油经注入阀8、止回阀10以很高的压力喷向燃烧室。止回阀10的作用是:当注入阀8由于杂质颗粒卡住而不能关闭时,可预防燃烧室中气体进入泵-喷油器内腔。

②基本工作原理

低压柴油经油管接头进入泵-喷油器,再经滤网20进入柱塞套16和螺套13间的环形油腔。当柱塞在上方使压油腔和环形油腔相通时,柴油便进入压油腔。当柱塞由凸轮、摇臂等驱动使其由上止点向下运动时,压油腔中的柴油从下孔被压回环形油腔,直到下孔被柱塞遮盖时为止;柱塞再下行时,压油腔中的柴油通过柱塞顶端的轴向孔,经切槽上孔2流回环形供油腔;当柱塞继续下行至上孔2被柱塞上螺旋斜槽遮盖后,压油腔中柴油便被压缩,油压骤然升高,并打开注入阀、止回阀而喷入燃烧室。此时,柱塞仍在下行,因而不断地喷油。当柱塞下行到其切槽将下孔打开时,压油腔中柴油经下孔和环形供油腔相通,油压骤然下降,喷油终止。柱塞达到下止点后并开始上行时,柴油通过上、下两孔先后进入压油腔。

泵-喷油器和齿杆移动时,带动齿轮及柱塞转动,从而改变柱塞螺旋斜槽和上孔的相对位置,也改变了压油的有效行程,使循环供油量得到调节。

4.PT燃油系统

PT燃油系统是美国康明斯发动机公司的专利产品。它的结构独特,不同于普通的供油系统。目前,国内的发电机组、中型卡车、船用柴油机和工程机械已经大量采用康明斯发动机和PT燃油系统。

(1)基本原理

PT燃油系主要由PT喷油器和PT泵(带调速器的低压齿轮泵)组成。PT燃油系统通过改变燃油泵的输油压力(Pressure)和喷油器的进油时间(Time)来调节喷油量,因此以“PT”命名。

PT泵输往PT喷油器的柴油压力由泵内的调速器来调节,PT喷油器可产生110~120MPa的喷油压力,柴油雾化极好,喷油时刻、喷油持续时间和喷油规律由驱动PT喷油器的凸轮廓线决定,所以PT燃油系同样能定时、定量和定压地以一定供油规律和喷雾质量向燃烧室外喷油。

(2)PT燃油系统的主要特点

PT燃油系统有燃油泵和喷油器,但其燃油泵只是一个低压输油泵,只起油量调节的作用,而喷油器则产生高压和保证供油时刻。由于没有高压油管,喷油压力可以很高(>120MPa)。各缸喷油量比较均匀稳定和容易调整。

由燃油泵送至喷油器的柴油只有少部分喷入气缸。大部分柴油对喷油器进行冷却和润滑后回到油箱,同时还可带走油路的中气泡,有利于提高喷油器的工作可靠性和寿命。

由于喷油压力较高,使燃油雾化较好,燃烧较完全,可提高柴油机的动力性、经济性和排放指标。

(3)PT燃油系统的组成

PT燃油系统的组成它包括以下几个部分

①柴油箱:有主油箱1和浮子油箱2.

②柴油滤清器3:位于柴油箱与燃油泵之间,多采用纸质滤芯。

③PT泵4:起输油和调节喷油量的作用。它通常由齿轮泵、调速器和节流阀等组成。

④PT喷油器5:其中的柱塞由一套凸轮摇臂机构驱动,以产生高压油。

⑤喷油器柱塞驱动机构:它由喷油器的凸轮8、推杆7、摇臂6等组成。

⑥低压输油管和回油管。

⑦排气烟度限制器:用于增压柴油机上。当柴油机负荷突增、油门猛然开大时,增压器转速不能立即升高,使进入气缸的空气量跟不上燃油量的迅速增加,导致燃烧不完全、排气冒黑烟。排气烟度限制器可在此时供给喷油器的柴油旁通掉一部分,以与进气量相适应。

下面主要介绍PT燃油泵及喷油器的构造与工作特点。

(4)PT燃油泵

PT燃油泵有PT(G型)和PT(H型)两种型式。后者与前者的区别是流量较大,并附有燃油控制阻尼器以控制燃油压力的周期波动。这里主要介绍PT(G型)燃油泵。

PT(G型)燃油泵主要由以下3部分组成

①齿轮泵:从柴油箱中将油抽出并加压通过油泵滤网送往调速器。

②调速器:调节从齿轮泵流出的燃油的压力,并控制柴油机的最高转速和怠速。

③节流阀:可以在各种使用工况下,用手控制操纵流入喷油器的燃油量。

在PT(G型)燃油泵中,有的附带压力调节器,它的作用是限制流向喷油器的燃油的压力。有的还带有空气燃油调节器(AFC),它可以很好地控制空燃比,从而降低油耗和排放。

PT燃油泵可配用多种调速器。对于汽车柴油机多采用双制式调速器。对于工程机械和发电用等用途的柴油机,则多装设全制式调速器。有3种机械式全制式调速器可用于PT(G型)燃油泵,它们是机械可变速度调速器(MVS)、专用全速调速器(SVS)和可变速度调速器(VS)。PT(G型)AFC燃油泵的构造。

燃油通过滤清器后沿进油管16进入齿轮泵12.齿轮泵加压后流入脉冲消减器14.脉冲消减器为一钢制膜片,它将燃油系统中的燃油压力脉冲减小到最低程度,使油压保持稳定。

经过齿轮泵加压后的燃油,流过滤网,然后进入调速器总成内。压力调节器仅用于PT(G型)燃油泵的转矩校正装置,其作用如一个旁通阀,用来调节通往喷油器的油压,旁通出来的燃油流回主泵体。

节流阀是操作者用来控制柴油机在怠速与最高工作转速之间工作的,燃油通过调速器后,即流入节流阀的节流孔中,操作者转动节流阀即可改变流向喷油器的燃油。柴油机在怠速下工作时,燃油流过调速器套筒的怠速孔,而不经过节流阀。装有全程式调速器时,节流阀即固定不动。

断油阀7用于停车切断燃油的供给,有手动与电动的两种。

(5)PTG调速器

下面介绍PTG两极式调速器的构造和工作。调速器柱塞6可在调速器套筒5内作轴向移动,也可通过驱动件和传动销使其旋转。柱塞的左端受到飞块离心力的轴向推力,右端则作用有怠速弹簧8与高速弹簧9的弹力。

调速器套筒上有三排油孔,与进油口12相通的为进油孔,中间一排孔通往节流阀,左边一排则通怠速油道15.在调速器柱塞右端有一轴向油道,并通过径向孔与进油孔相通。柴油机工作时,进入调速器的柴油,少部分经节流阀14或怠速油道15流向喷油器。大部分则通过调速器柱塞的轴向油道推开怠速弹簧柱塞,经旁通油道11流回齿轮泵的进油口。

在飞块左端和右端分别设有低速转矩控制弹簧1和高速转矩控制弹簧4.PTG调速器的作用原理如下

①怠速工况

怠速时,节流阀14处于关闭位置(左上角),燃油只经过怠速油首流往喷油器。如果由于某种原因使转速下降,飞块离心力减小,怠速弹簧便推动调速器柱塞向左移动,使通往怠速油道的孔口截面增大,供油量增加。当转速升高时,调速器柱塞右移,流通截面减小,供油量减少,以此保持怠速稳定。怠速调整螺钉10用于改变怠速的稳定转速。

②高速工况

当柴油机转速升高,调速器柱塞右移,怠速弹簧被压缩,主要由高速弹簧起作用。这时调速器柱塞凹槽的左边切口已逐渐移至中间通往节流阀的孔口处。当转速处于标定转速时,切口位于孔口左侧。如此时柴油机转速增高,柱塞继续右移,使孔口流通截面减小,则流向喷油器的油量减少。当负荷全部卸去时,孔口截面关至很小,柱塞右端的十字形径向孔已移出调速器套筒5而与旁通油道11相通,柴油机处于最高空转转速下工作,从而限制了转速的升高。

③高速转矩校正

当柴油机在低速工作时,飞块右端的高速转矩校正弹簧处于自由状态。如果转速升高,飞块离心力增大,则使调速器柱塞右移。当转速超过最大转矩转速时,弹簧开始受到压缩,使调速器柱塞所受到的飞块轴向力减小,因而燃油压力也减小,转矩下降。转速愈高,转矩下降愈多,从而改善了柴油机高速时的转矩适应性。

④低速转矩校正

当柴油机转速低于最大转矩点转速时,调速器柱塞向左移动,压缩低速转矩校正弹簧。此弹簧使调速器柱塞增加了一个向右的推力,使燃油压力相应增大,供油量增加,柴油机转矩上升,从而减缓了柴油机低速时转矩减小的倾向,提高了低速时转矩的适应性。

(6)PT型喷油器

PT型喷油器有两种类型:一种是具有安装法兰的老式喷油器;另一种是圆筒形喷油器。圆筒形喷油器的进油与回油通道都设在气缸盖或气缸体内,既减少了由于管道损坏或漏泄引起的故障,也使柴油机外形布置简单。

PT型喷油器的构造。喷油器中心有针阀柱塞6,可在喷油器体5内上下运动。该柱塞上端有回位弹簧3,柱塞由驱动机构将其压下以建立高压油,而由回位弹簧使其升起。在喷油器体5上钻有进油孔1、回油孔4.在油道中则装有进油量孔2、回油量孔7及计量量孔8.在喷油器嘴头11的端部通常开有5~8个小孔,孔径在0.178mm左右。在喷油器体上通常标有记号如178-A8-7-17,各符号按顺序的含义为:178为喷油器流量,A为80%流量,8为喷孔数,7为喷孔尺寸为0.178mm,17为喷油角度为17°喷雾角。喷油器工作过程如下①喷油器柱塞开始上升。柱塞上的细圆柱段与喷油器体形成的环形空腔移至进油道1处,燃油即可进入环形油槽3中((a))。此时计量量孔仍被针阀柱塞遮蔽,燃油尚不能进入嘴头的锥形空间(计量室)内。大量燃油沿油道流回油箱,有利于冷却喷油器。

②柱塞继续上升((b)),计量量孔4开启,一定量燃油流入锥形空间。由于腔内存有压缩空气,因此进入的燃油开始和空气相混合。

③柱塞开始下行((c)),直至计量孔关闭。计量室中的燃油在高压下呈雾状喷入燃烧室中。开始喷油瞬间,有一小部分空气与燃油混合后喷入气缸,有利于雾化和着火。

④柱塞下降到终点位置((d)),喷油结束。针阀柱塞关闭进油道,燃油停止流入喷油器体内。

5.柴油供给系的低压油路组件

柴油供给系的低压油路组件包括油箱、输油泵、柴油滤清器等,下面介绍输油泵及柴油滤清器。

(1)输油泵

输油泵的作用是保证低压油路中柴油的正常流动,克服柴油滤清器和管道中的阻力,并以一定的压力向喷油泵输送足够的柴油。

柴油机所采用的输油泵有活塞式、内外转子式、滑片式和膜片式等多种。本节主要介绍常用的活塞式输油泵。

活塞式输油泵又称柱塞式输油泵,其构造及作用原理。活塞式输油泵主要由活塞10、推杆13、出油阀2和手油泵5等组成。用于推动活塞运动的偏心轮通常设在喷油泵的凸轮轴上,因此输油泵常和喷油泵组装在一起。

柴油机工作时,喷油泵凸轮轴由曲轴驱动旋转,偏心轮15即随之转动。当偏心轮凸起部分最高点向推杆位置转动时,推杆被推动并使活塞10移动压油,同时压缩活塞弹簧14.由于活塞前端油腔中的柴油压力提高,进油阀6在压力作用下关闭,出油阀2被推开,该油腔中的柴油经出油阀和上出油道11流入活塞靠推杆一端的油腔内。

当偏心轮继续转动,使凸起部分最高点逐渐远离推杆时,柱塞弹簧推动活塞和推杆回行,这时活塞后端油腔的油压升高而前端油压下降,于是出油阀关闭,活塞后端油腔中的柴油经上出油道11流向喷油泵。进油阀6被推开,由柴油箱或柴油滤清器来的柴油,经进油道8流入活塞前端油腔,使油腔充满柴油,至此,输油泵完成了一次压油与进油的过程。

由于柴油由输油泵流向喷油泵是依靠弹簧推动活塞而压出的,因此输油压力由弹簧弹力所决定而保持在一定的范围内。活塞往复运动时,当活塞运动到最前端,也即弹簧受到最大压缩时的变形量,取决于偏心轮的偏心距(工作中是不可改变的)。活塞退回到最后端的位置,则为弹簧弹力与活塞后端油腔中油压相等时的位置。当喷油泵需要的柴油量大时,柴油由输油泵后端油腔中流出较快,活塞冲程较长。当柴油机负荷减小,需要的油量减少,活塞后端油腔中柴油流出较少,油压相对升高,活塞后退的冲程就短。因此这种输油泵可保持输油压力一定,而输油量则可根据需要而改变。

输油泵上还装有手油泵,其作用是在柴油机尚未工作时,由人工用它来向供油系统内压油,以排除油道中的空气。使用时,先提起手油泵活塞,进油阀开启,柴油即流入手油泵油腔内。然后将活塞压下,使进油阀关闭而出油阀开启,柴油经过出油阀流向喷油泵和各油道中去。使用完毕,应将手柄上的螺塞旋紧,以免柴油机工作时,空气进入供油系中。

(2)柴油滤清器

柴油滤清器的种类很多,粗滤器用来滤除颗粒较大的杂质,这样可减少细滤器过滤的杂质量,避免细滤器被迅速堵塞而缩短使用寿命。细滤器则应能滤去对供油系统有危害的最小粒子,这种粒子的直径约数微米。

柴油本身含有一定量的杂质,如灰分残炭、胶质等。在运输和贮存过程中,还可能混入更多的尘土和水分,贮存越久,由于氧化而使胶质增多。硬质微粒对供油系统精密偶件的危害最大,可能引起运动阻滞和各缸供油不均,并加速其磨损,以致功率下降、燃油消耗率增加。柴油中的水分还将引起零件锈蚀,胶质有可能使精密偶件卡死。因此对柴油必须进行仔细的过滤。除了在柴油注入油箱前必须经过3~7天的沉淀处理外,在柴油供给系中还设置滤清器。小型单缸柴油机一般为一级滤清,大、中型柴油机多有粗、细两级滤清器。有的在油箱出口还设置沉淀杯以达到多级的过滤,确保柴油的清洁。

柴油滤清器的滤芯采用的材料有金属、毛毡、棉纱和滤纸等,目前纸质滤芯采用较多。

一种两级式柴油滤清器。第一级为纸质滤芯,第二级为毛毡滤芯。由输油泵来的柴油先进入左边滤清器的外腔,穿过滤芯后进入内腔,再经盖内油道流向第二级滤清器。

3.1.4 冷却系统

1.冷却系的作用

柴油机工作时,与高温燃气相接触的零件(如活塞、气缸、气缸盖、气门及喷油器等)受热强烈,如不采取适当的冷却措施,将会使这些零件及柴油机过热。过热零件的强度和刚度将降低,正常的配合间隙被破坏,机油易变质,运动件的摩擦和磨损将加剧,严重时配合件可能产生卡死与损坏。柴油机过热,会导致充气系数降低,燃烧不正常,功率下降,耗油量增加等。如柴油机过冷,会使混合气形成不良,造成柴油机工作粗暴,散热损失大,使柴油机功率下降,油耗增加,机油粘度大,摩擦损失增大,零件磨损加剧,使用寿命缩短。实践表明,柴油机经常在冷却水温为40~50℃条件下使用时,其零件磨损要比正常温度下运转时大好几倍。因此柴油机也不应冷却过度。冷却系的作用是保证柴油机在最适宜的温度范围内工作。对于水冷式柴油机,缸壁水套中适宜的温度为80~85℃,对于风冷式柴油机,缸壁适宜的温度为150~180℃。

2.冷却系的分类

根据冷却介质的不同,柴油机冷却系可分为水冷式和风冷式两种。

(1)水冷式冷却系

水冷系用水作为吸热介质去冷却高温机件。根据水在柴油机中进行循环的方法不同,又可分为自然循环冷却和强制循环冷却两类。自然循环冷却是利用水的密度随温度而变化的特性,使冷却水的冷却系中循环。它又可分为蒸发式、冷凝器式和热流式3种。而强制循环冷却是利用水泵使水在柴油机中循环流动。

强制循环冷却系可分为开式和闭式两种。在开式系统中,冷却介质直接与大气相通,冷却系内的蒸汽压力总是保持为大气压力。闭式系统中,水在密闭系统内循环,冷却系的蒸汽压力高于大气压力,水的沸点可以提高到100℃以上。由于冷却水温与外界气温温差加大,因而提高了整个冷却系统的散热能力。

闭式强制循环水冷却系。它由水泵5、散热水箱10、风扇1、节温器4、冷却水管及缸体和缸盖上的冷却水套等组成。冷却水经散热器冷却后被吸入水泵,经水泵出水口通过分水管8进入气缸体冷却水套7.冷却了高温零件后的热水经过节温器4和回水管流入上水箱2.热水经散热器10时,其热量被风扇的鼓风散入空气中,使水温降低。低温的水进入下箱后,在水泵作用下又被送入冷却水套中。当水温高于节温器的开启温度时,回水进入散热水箱进行冷却,完成水循环(通常称为大循环);当水温低于节温器开启温度时,回水直接流入水泵进行循环(称为小循环)。

(2)风冷式冷却系

风冷系用空气作为冷却介质,故又称空气冷却系。根据柴油机气缸的排列、风扇类型和安装位置等不同,风冷系的布置常有3种:①小型单缸柴油机采用离心式风扇,布置在柴油机后端,由曲轴直接驱动。这种布置结构简单、紧凑,无专门的风扇驱动机构,冷却气流转弯少,流动阻力较小。②直列式多缸机采用轴流式风扇,布置在柴油机前端,由曲轴通过三角皮带驱动。③V型柴油机采用轴流式风扇,布置在前端的两排气缸夹角中间,通过三角皮带由曲轴驱动。

该冷却系主要由风扇、导风罩和缸体与缸盖上的散热片组成。柴油机工作时,风扇由曲轴通过齿轮系统、弹性联轴器及液力偶合器进行驱动,将空气的箭头方向吸入,一部分空气沿罩流向气缸体与气缸盖上的散热片表面,使热量散发到大气中去;另一部分空气流经中冷器、机油散热器和液力偶合器,冷却增压后的空气、润滑系中的机油和传动系统中的液力变矩器油等。

与水冷系相比,风冷系的优点是不用水,因此无漏水、冰冻、结垢等故障,使用维护比较方便;风冷柴油机冷车起动后,暖车时间短,可迅速使用全负荷工作,气缸磨损小,部分负荷下不会不过冷现象;由于风冷柴油机与空气之间传热的温差较大,故冷却系散热能力对大气温度的变化不敏感,对地区环境的适应性好,无论在缺水、严寒或酷热环境均可使用;风冷系零件少、结构简单,柴油机重量较轻。

风冷系的缺点是:由于金属与空气的传热系数大大低于金属与水的传热系数,使风冷柴油机热负荷较高,且随缸径的增大而增大,故强化受到一定限制。另外,没有水套吸声,风扇的圆周速度高,加上散热片和导风罩的振动,使风冷柴油机运转噪声较大;风扇消耗功率也较大。

虽然现代柴油机仍以水冷式为主,但风冷式在小功率柴油机上使用较广泛,在载重汽车、发电、工程机械上应用较大功率的风冷柴油机也逐渐增多。比如我国引进生产的道依茨风冷柴油发电机组就是一例。

3.水冷系主要部件(1)散热器

散热器的作用是将冷却水的热量散入大气以降低冷却水的温度。散热器必须有足够的散热面积,并用导热性好的材料制造,其构造见,它由上、下水箱和芯部三部分组成。上水箱顶部有加水口,用水箱盖封闭。柴油机水套中的热水从气缸盖上的出水口流进上水箱,经散热器芯子冷却后流到下水箱,再经下水箱的出水管被吸入水泵。

散热器芯部构造型式有多种,常用的有管片式和管带式两种。管片式芯子,它由许多扁形水管焊在多层散热片上构成。该型芯部散热面积大,对气流的阻力小,结构刚度好,耐压,不易破裂,故目前广泛采用。管带式芯子,它由波纹状散热带与扁形水管相间排列组合而成。其采用缝槽技术,可以破坏气流附面层以增加传热效果。该型芯部的刚度不如管片式,但制造简单,便于大量生产,目前其应用逐渐增多。

(2)风扇

柴油机水冷系大多采用轴流式风扇,一般将其装在散热器芯部后面(相距8~10mm)。对风扇在前方的行驶车辆,常利用吸风增大流经芯部空气的流速,提高散热器的散热能力。对风扇在后方的轮式装载机,则用排风扇增加散热风速。有的柴油机还在风扇外围装上护风罩,使气流更集中地通过散热器芯部。

风扇叶片多为薄钢板冲压而成,叶片断面为弧形,与旋转平面成30°~60°倾斜角,一般为4~6片。叶片间互成不等角距安装,以减小旋转时产生的振动。有些柴油机采用铝合金铸成翼形断面的整体式风扇。

风扇常与水泵同轴,由曲轴通过三角皮带进行驱动,通常利用发电机皮带轮作为张紧轮。风扇的扇风量主要与其直径、转速、叶片数、叶片形状及叶片安装角有关。

车用型柴油

机风扇直径比工程机械及拖拉机型小。改变风扇转速可以改变扇风量。在风扇传动装置中加一离合器,可随柴油机工况变化自动调节风扇转速。风扇离合器有电磁式、液力式、磁粉式和气态式多种。以高粘度硅油作为传动介质并利用散热器后面温度自动控制风速的液力式离合器,能在高速小负荷时降低风扇转速,使风扇消耗的功率节省50%以上。但这种离合器结构复杂,加工要求高,目前仅在部分车用柴油机上采用。

(3)水泵

水泵的作用是提高冷却水压力,使水在冷却系内加速循环。柴油机上广泛采用离心式水泵。其工作原理。水泵叶轮由曲轴驱动旋转时,带动水泵中的水一起转动,由于离心力的作用,水被抛向叶轮的边缘并产生一定的压力,经出水管被压入缸体水套中,叶轮中心处压力降低,水箱中的水经进水管被吸到这里,再被叶轮甩出。水泵叶轮一般有6~8个轮叶,轮叶形状有径向直叶片的,其构造简单;有曲线形叶片的,其泵水效率高。离心式水泵主要特点是结构简单,外形尺寸小,输水量大,工作可靠,制造容易以及当水泵由于故障而停止转动时,冷却水仍可进行自然循环。

6135型柴油机水泵结构,水泵轴支承在两个滚珠轴承上,一端装驱动皮带轮,另一端装水泵叶轮,泵轴和水道用水封进行密封。

(4)节温器

冷却系统的作用是保持柴油机在最适宜的温度下工作。当柴油机使用的负荷、转速和气候变化时,要求冷却系统的散热能力作相应改变。在气温高、负荷大、转速低时,要求提高散热能力;在气温高、负荷低、转速高时,要求降低散热能力;在冷机起动时,要求限制散热能力,以便迅速暖机。

冷却强度可以通过调节散热器的冷却水量或空气流量来改变,其中调节散热器的冷却水量是由冷却水路中安装的节温器来完成的。

节温器装在气缸盖的出水道中,用来改变流经散热器的水流量。节温器有膨胀筒式和腊式两种。由于膨胀筒式节温器由于阀门的开启是靠筒中易挥发液体形成的蒸汽压力的作用,故对冷却系中的工作压力较敏感,工作可靠性差,制造工艺也较复杂,使用寿命短,故现在逐渐被腊式节温器所取代。腊式单阀节温器,它是用内装橡胶管与石腊混合剂的金属筒作为温度传感器。常温时石腊呈固态;温度升高,石腊熔化,其体积增大,迫使橡胶管收缩,借紧固于上止架上的导杆的反推力作用带动阀门下移,开启冷却水流向散热器的通道,进行大循环。这种节温器初开温度为70℃,全开温度为85℃。它对冷却系的压力不敏感,工作可靠,寿命长。

双阀膨胀筒式节温器的构造及工作情况。弹性的折叠式的密闭圆筒用黄铜制成,是温度感应件,筒内装有低沸点的易挥发液体(由1/3的乙醇和2/3的水混合而成),其蒸汽压力随温度而变。温度高、蒸汽压力大,弹性膨胀圆筒伸长多。圆筒伸长时,焊在它上面的旁通阀门和主阀门也随之上移,使旁通孔逐渐关小,顶部通道逐渐开大,当旁通孔全部关闭时,主阀开度达到最大,节温器主阀关闭,旁通孔开启。冷却水不能流入散热器,只能经节温器旁通孔进入回水管流回水泵,再由水泵压入分水管流到水套中去。这种冷却水在水泵和水套之间的循环称为小循环。由于冷却水不流经散热器,而防止了内燃机过冷,同时也使冷态的柴油机很快被加热。

当水温超过70℃后,弹性膨胀筒内的蒸汽压力使筒伸长,主阀逐渐开启,侧孔逐渐关闭。一部分冷却水经主阀注入散热器散走热量,另一部分冷却水进行小循环。当水温超过80℃后,侧孔全部关闭,冷却水全部流经散热器,然后进入水泵,由水泵压入水套冷却高温零件。冷却水流经散热器后进入水泵的循环称为大循环。此时高温零件的热量被冷却水带走并通过散热器散出,内燃机不会过热。

主阀门顶上有一小圆孔,称为通气孔,是用来将阀门上面的出水管内腔与发动机水套相连通,使在加注冷却水时,水套内的空气可以通过小孔排出,以保证水能充满水套中。

蜡式节温器。单阀蜡式节温器中长条形的下支架和长条形的上支架铆接在一起。装入水道后,阀座将水道隔为两部分,只有在阀门开启时,冷却水才能由下面流向上面进入散热器散热。紧固在上支架上的反推杆的下端插在橡胶管中,橡胶管和感应体之间的空腔中充满着特种石蜡,为提高导热性,石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时,石蜡呈现固态,阀门压在阀座上。当水温升高时,石蜡熔化,逐渐变为液肪,体积随之增大,迫使橡胶管收缩,从从而对反推杆锥端产生向上的推力。由于反推杆上端固定,故反推杆对橡胶管和感应体产生向下的反推力使阀门全开,此时冷却水进行大循环。双阀蜡式节温器,是双阀膨胀筒式节温器和单阀蜡式节温器两种结构综合起来的一种节温器,即节温器下半部的感应体和单阀蜡式节温器相同,而节温器上半部采用双阀膨胀筒式节温器上主阀门和旁通阀门的结构。

3.1.5 润滑系统

1.润滑系的作用

润滑系的任务是把清洁的、温度适宜的润滑油以一定的压力送至各摩擦表面进行润滑,以避免干摩擦,使柴油机各零件能正常工作。润滑系的五大作用是

(1)减磨,形成液体摩擦以降低摩擦系数,减少摩擦功,提高机械效率;减少零件磨损,延长使用寿命;(2)冷却,冷却摩擦表面,使零件温度不致过高;(3)清洁,利用循环润滑油冲洗零件表面,带走因零件磨损形成的金属屑和其他脏物;(4)密封,利用润滑油膜,提高气缸的密封性;(5)防锈,润滑油附着于零件表面,可防止零件表面氧化和锈蚀,以减少腐蚀性磨损。此外,润滑油膜还有减轻轴与轴承间和其他零件间冲击负荷的作用。

2.润滑方式和润滑系的组成

(1)润滑的方式

根据柴油机类型、各运动件构造和工作条件的不同,主要有以下三种润滑方式:压力循环润滑、飞溅润滑和油雾润滑。有一些小型二冲程汽油机采用掺混润滑,而大多数柴油机则以采用压力循环润滑为主、飞溅润滑和油雾润滑为辅的复合润滑方式。

对于承受负荷较大的摩擦表面,如主轴承、连杆轴承等处,是由机油泵强制供油,以保证可靠地润滑;对于用压力送油难以达到或承受负荷不大的摩擦表面,如气缸壁、正时齿轮与凸轮表面等处,则用经轴承间隙处激溅出来的油进行润滑;对于气门调整螺钉球头、气门杆顶端与摇臂等处,则利用油雾附着于摩擦表面周围,积多后渗入摩擦部位进行润滑。

(2)润滑系的组成

现以135系列柴油机润滑系统为例具体说明润滑系的组成,该机采用湿式油底壳(油底壳中存贮润滑油)复合润滑方式。主要运动零部件摩擦副如主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承及摇臂等处用强制的压力油润滑;另一部分零部件如活塞、活塞环与气缸壁之间,齿轮系、喷油泵凸轮及调速器等靠飞溅润滑。喷油泵与调速器需单独加润滑油。另外,水泵、风扇及前支承等处用润滑脂润滑。润滑系主要包括:油底壳、机油泵、粗滤器、精滤器、冷却器、主油道、喷油阀、安全阀、调压阀等。

机油由气缸罩上(或机体侧)的加油口加入到柴油机油底壳内。机油经滤油网吸入机油泵,泵的出油口与机体的进油管路相通。机油经进油管路首先到蜗旋式粗滤器,由此分成两路,一部分机油到精滤器,再次过滤以提高其清洁度,然后流回油底壳内;大部分机油经机油冷却器冷却后进入主油道,然后分成几路

①经喷油阀向各缸活塞顶内腔喷油,冷却活塞并润滑活塞销、活塞销孔及连杆小头衬套,同时润滑活塞、活塞环与气缸套等处;

②机油进入主轴承、连杆轴承和凸轮轴轴承,润滑各轴颈后回到油底壳;

③由主油道经机体垂直油道到气缸盖,润滑气门摇臂机构后经气缸盖上推杆孔流回到油底壳内;

④机油从机体上凸轮轴轴承处的油孔用软管引出到空气压缩机,润滑空压机曲轴等;⑤经齿轮室喷油阀喷向齿轮系11,然后流回油底壳。

⑥机油泵上装有限压阀口,用来控制机油泵的出口压力。机体前端发电机支架上有安全阀,以便柴油机起动时及时向主油道供给机油,当冷却器堵塞时可确保主油道供油。机体右侧主油道上装有一个调压阀,以控制主油道的油压,使柴油机能正常工作。机油冷却器上还装有机油压力及机油温度传感器。

整个润滑系中,油底壳作为机油贮存和收集的容器。用两只机油泵来实现机油的循环。油底壳侧面装有油尺,尺上刻有“满”和“加油”标记,柴油机运转时应将油面保持在“满”和“加油”线之间。

上述湿式油底壳润滑系,由于设备和布置简单,因此为一般柴油机所采用。另外还有一种干式油底壳(油底壳中润滑油很少)润滑系,其特点是有专门的机油箱贮油,并有2只甚至3只机油泵。其中吸油泵把积存在油底壳中的机油送到机油箱中;压油泵把机油箱中的油泵入各润滑部件中去。干式油底壳可使机油的搅拌和激溅减少,机油不易变质,并能降低柴油机高度,适用于纵横倾斜度要求大和柴油机高度要求特别低的场合(如坦克、飞机和某些工程机械柴油机等)。

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