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摘要：柴油机在工作过程中能输出动力，除了直接将燃料的热能转变为机械能的燃烧室和曲柄连杆机构外，还必须具有相应的机构和系统予以保证，并且这些机构和系统是互相联系和协调工作的。不同类型和用途的柴油机，其机构和系统的形式不同，但其功用基本一致。柴油机主要由机体组件与曲柄连杆机构、配气机构与进排气系统、燃油供给与调速系统、润滑系统、冷却系统、启动装置等机构和系统组成。

一、柴油机的组成与部件作用

      柴油机是内燃机的一种类型，是一种将燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等组成。

1、曲轴连杆机构

      为了将得到的热能转变为机械能，需要通过曲轴连杆机构来完成。此机构主要由活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等零件构成，其机构外观3D模拟图如图1所示。当燃料在燃烧室内着火燃烧时，由于燃气的膨胀作用在活塞顶部产生压力，推动活塞作直线的往复运动，借助连杆转变曲轴旋转，使曲轴带动工作机械（负荷）做功。

2、机体组

      机体组件主要包括气缸体、气缸盖和曲轴箱等，外形实线图如图2所示。它是柴油机各机构系统的装配基体，而且其本身的许多部位又分别是柴油机曲柄连杆机构、配气机构与进排气系统、燃油供给与调速系统、润滑系统和冷却系统的组成部分。例如，气缸盖与活塞顶共同形成燃烧室空间，不少零件、进排气道和油道也布置在它上面。

3、配气机构

      对于一台设备要连续实现热能转变为机械能，还必须配备一套配气机构来保证定期吸入新鲜空气，排出燃烧后的废气。

      配气机构由气门组（进气门、排气门、气门导管、气门座和气门弹簧等）及传动组（挺柱、挺杆、摇臂、摇臂轴、凸轮轴和正时齿轮等）组成，配气机构作用是按一定要求，适时地开启和关闭进、排气门，排出气缸内的废气和吸入新鲜空气，保证柴油机换气过程顺利进行。

4、燃油系统

      热能，这就必须提供一定数量的燃料，送进燃烧室与空气充分混合燃烧产生热量，因此，必须有燃料系统。

      柴油机燃油供给系统的作用是将一定量的柴油，在一定的时间内，以一定的压力喷入燃烧室与空气混合，以便燃烧做功。它主要由柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵（高压油泵）、喷油器、调速器等组成。

5、冷却系统

      为了减少柴油机的摩擦损失，保证各零部件的正常温度，柴油机必须有冷却系统。冷却系统应由水泵、散热器、节温器、风扇和水套等部件组成。

6、润滑系统

      润滑系统的功用是将润滑油送到柴油机各运动件的摩擦表面，起减摩、冷却、净化、密封和防锈等作用，以减小摩擦阻力和磨损，并带走摩擦产生的热量，从而保证柴油机正常工作。它主要由机油泵、机油滤清器、机油散热器、各种阀门及润滑油道等组成。

7、启动系统

      为了使柴油机能迅速启动，还需配置启动装置，对柴油机启动进行控制。根据不同的启动方法，启动装置配备的零部件，通常采用电动马达或气动马达启动，对于大功率的发电机组，则采用压缩空气启动。

8、进排气系统

      进、排气系统是在燃机工作循环时，不断地将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，又将燃烧后的废气排到大气中，保证柴油机连续运转。基本装置是由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器等组成。由于排放与噪声法规的要求，现代柴油机除了采取完善的燃烧等机净化措施外，在传统的进、排气系统中又增加了不少机外净化的附件与装置。并且广泛地采用了增压和增压技术，成为发动机的重要组成部分。

二、四冲程柴油机的工作原理

      在热力过程中，只有在“工质”膨胀过程才具有做功能力，而我们要求发动机能连续不断地产生机械功，就必须使工质反复进行膨胀。因此，必须设法使工质重新恢复到初始状态，然后，再进行膨胀。因此，柴油机必须经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程之后，才能恢复到起始状态，使柴油机连续不断地产生机械功，故上述四个热力过程称为一个工作循环。若柴油机活塞走完四个冲程完成一个工作循环，称该机为四冲程柴油机。

1、进气冲程

      进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约68~93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入气缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。

2、压缩冲程

      压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，气缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达（3000~5000）kPa,温度达500~700℃,远超过柴油的自燃温度。

3、膨胀（做功）冲程

      当活塞上行将终了时，喷油器开始将柴油喷入气缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，气缸内的压力迅速上升到约6000~9000kPa,温度高达（1800~2200）℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。

4、排气冲程

      排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到（800~900）℃,压力下降到（294~392）kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环，周而复始不断对外做功。

三、柴油机的分类和特点

      柴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发动机。柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。

1、柴油机种类

（1）按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。

（2）按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。

（3）按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。

（4）按转速可分为高速（大于1000转／分）、中速（300～1000转／分）和低速（小于300转／分）柴油机。

（5）按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。

（6）按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。

（7）按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。

（8）按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机、发电用柴油机、固定动力用柴油机。

（9）按供油方式可分为机械高压油泵供油和高压共轨电子控制喷射供油。

（10）按气缸排列方式可分为直列式和V形排列,水平对置排列,W型排列,星型排列等.

（11）按功率大少可分为小型（200KW）、中型（200-1000KW）、大型（1000-3000KW）、特大（3000KW以上）。

2、发电用柴油机的特点

      柴油发电机组是以柴油机为动力，与常见的火力发电机组、蒸汽轮发电机组、燃气涡轮发电机组、核能发电机组等的发电设备相比较，具有结构简单、紧凑、投资小、占地面积小、热效率高、起动方便、控制灵活以及操作程序简单，保养维修方便，组建和发电的综合成本低，燃料供应和储存方便等特点。发电用的柴油机大多数为通用或其他用途柴油机的变型产品，它具有以下特点：

（1）固定的频率和转速

      交流电频率固定为50HZ和60HZ，因此发电机组的转速只能是1500和1800r/min，中国及原苏制用电国家以1500r/min为主，欧美国家以1800r/min为主。

（2）稳定的电压范围

      中国境内使用的柴油发电机组的输出电压为400／230V（大型发电机组为6.3kV），频率为50Hz，功率因素cosф=0.8。

（3）功率变化范围宽广。

      发电用的柴油机的功率可以从0.5kW变化到10000kW，一般来说，功率在12～1500kW范围内的发电用柴油机用作移动电站、备用电源、应急电源或农村常用电源。固定或船用电站作为常用电源使用，其功率可达数万千瓦。

（4）具有一定功率储备。

      发电用柴油机一般在稳定工况下运行，负荷率较高。应急和备用电源一般标定为12h功率，常用电源标定为持续功率（发电机组配套功率应扣除电机的传动损失和励磁功率，并留有一定功率储备）。

（5）装有调速装置。

      为保证发电机组输出电压频率的稳定性，一般都装有高性能的调速装置。对于并联运行和并入电网的发电机组则装有转速微调装置。

（6）具有保护和自动化功能。

      功能较完备的应急电站具有自起动、自动加载、故障自动报警和自动保护功能，发电机组可以全自动化运行，不需要操作人员，能实现无人值守。

总结：

      由于发电用柴油机的主要用途是作为备用电源、移动电源和替代电源，市场需求能是一年比一年的增涨，国家电网建设取得了巨大的成就，电力供应基本实现全国覆盖。在此背景下，发电用柴油机在我国的市场应用较为有限，但对于国民经济发展仍是不可或缺的。随着世界范围内制造技术、自动控制技术、电子技术以及复合材料制造技术的不断发展。发电用柴油机正向小型化、大功率、低油耗、低排放、低噪音和智能化方向发展。相关技术的不断进步和更新，使得发电用柴油机的供电保障能力和技术水平不断得以提高，这必将极大的促进各领域综合供电保障能力不断增强。