史上最强！柴油发动机设计/原理/故障分析图解说明

第一章  发动机基础知识

1

发动机分类

2

发动机的基本构造

3

发动机常用术语

4

四冲程柴油发动机工作原理

发火次序：1-3-4-2

5

发动机主要技术指标

6

发动机编号规则

第二章  发动机基本构造及原理

1

机体

 1 

机体结构

主要故障模式

1.碗形塞脱落      →     漏油或漏水

2.螺塞密封不严  →     漏油或漏水

3.砂眼或裂纹      →     漏油或漏水

4.油道和水道交叉处有裂纹  → 油进入水箱

5.止口深浅不一   →    冲缸床

6.凸轮轴衬套转动或磨损 →机油无压力或压力低

7.主轴承座开裂   →    曲轴断

8.主轴承盖螺栓断裂  →   曲轴断

9.止推片磨损     → 曲轴轴向窜动

安装维修注意事项

1.油道和各运动件表面必须清洗干净

2.各主轴盖方向不能装反，从齿轮室端投数1、2、3、4、5道

3.主轴瓦方向不能装反，上瓦中间有油孔，和机体主轴承座的油孔相通

4.凸轮轴衬套的油孔必须和机体主轴承座的油道孔相通

5.止推片的方向不能装反，有耐磨合金材料的开槽面对外

 2 

气缸套

气缸套材料：耐磨的合金铸铁或合金钢

主要故障模式

1.气缸套早期磨损有台阶  →  进气系统密封不严，灰尘进入

2.气缸套裂纹   →  材质不符合要求或活塞碎、活塞销窜出而损坏

安装维修注意事项

1.气缸套压入机体时，不能直接用铁锤敲，需用木棍横担在缸套上轻轻敲入

2.干式缸套压入时，气缸孔内表面和缸套外表面应擦拭干净

3.拆卸时应用专用拉手将气缸套拉出机体

 3 

气缸垫

气缸垫材料：钢板冲刺—石棉或石墨，金属包边，厚度1.2~1.4mm

主要故障模式

缸口包边开裂或石棉烧蚀（冲缸床）  →

缸盖或机体面不平、包边内钢丝直径过粗、气缸盖螺栓拧紧力矩不足

安装维修注意事项

气缸垫不能反装，可导致油道孔错位，气门摇臂不来油

2

汽缸盖

气缸盖结构

整体式：中心距小，局部损坏需更换总成，刚性差

块式：更换容易，安装高度难一致，刚性好

主要故障模式

1.缸盖砂眼或裂纹  →  漏油或漏气或漏水

2.喷孔漏气   →   铜套密封不严或喷油器垫片变形

3.铜套漏水  →   缸盖的铜套孔裂纹或砂眼

4.缸盖变形   →  缸盖螺栓拧紧或拆卸顺序错乱

5.进气门排气   →  气道内有异物卡滞在气门和座圈之间或气门导管断裂

6.排气门排烟   →  气道内有异物导致进气不畅

安装维修注意事项

1.气缸盖螺栓安装时从中间向两边交叉对称逐次拧，分2~3次拧紧至规定的扭矩，拆卸时必须从两边向中间松开

2.确保气门下沉量：进气门0.6~0.8mm，排气门0.8~1.0mm之间

3.确保喷油器伸出高度在2.5~3.5mm之间

4.确保气道畅通，无异物

5.注意涡流机和直喷机缸盖及“S”嘴和“P”嘴缸盖的不同

3

曲柄连杆机构

功用：把热能转变为机械能，把活塞、连杆的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，对外传递动力

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资料

活塞材料：铝合金锻造或铸造或液态模锻（增压机型一道环槽可镶钢圈）

活塞环材料：合金铸铁，一道环镀铬，二道环可半镶嵌

活塞销材料：低碳钢或低碳合金钢表面渗碳

连杆材料：中碳钢或合金钢模锻或辊锻

曲轴材料：中碳钢或中碳合金钢模锻高频淬火或渗氮或稀土球墨铸铁铸造

飞轮材料：灰铸铁铸造

 主要故障模式

1.曲轴断  → 曲柄过度圆角R过小导致应力集中或冲击力过大疲劳或材质疏松

2.连杆螺栓断 →  拧紧力矩不足或或拉瓦后瓦隙变大受冲击疲劳而断

3.连杆断或弯→  连杆材质不对或内部有裂纹

4.活塞拉伤  →  头部积碳严重或异物进入气缸或缸内温度过高导致活塞拉伤

5.活塞烧蚀 →  缸内温度过高或活塞材质疏松

6.活塞环对口  → 活塞环槽积碳过多致使活塞环卡滞或卡死，严重时活塞环折断

7.活塞环磨损  → 灰尘或积碳进入汽缸或材质不对

8.齿圈磨损或打齿→齿圈硬度不足或啮合角不对

9.离合器从动盘烧蚀→离合器分离不清或压盘弹力过低

10.离合不清 →  三爪不平或分离爪磨损或断

 安装维修注意事项

1.连杆安装于活塞时，连杆记号应对着活塞凹坑一面

2.安装活塞环时，有记号一面对着活塞顶部，各道活塞环开口应错开一角度（120°）且不能对着活塞销口位置，油环的衬环钢丝接口与本体开口错开180°

3.活塞连杆总成装入机体时，在活塞环的表面涂抹适量的润滑油，连杆的记号或活塞凹坑对着喷油泵一侧

4.飞轮螺栓和连杆螺栓应按规定的力矩和顺序进行拧紧或拆卸

5.曲轴止推片的方向不能装反并保证曲轴要有一定的轴向间隙

4

配气机构

功用：按柴油机的工作循环和工作次序，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜空气及时吸入，废气及时排出

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资料

凸轮轴材料：优质钢模锻或合金铸铁或球墨铸铁铸造

挺柱材料：镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁

推杆材料：优质钢

摇臂材料：铸铁或铸钢精密铸造

气门材料：进气门为合金钢，排气门为耐热合金钢或21-4N摩擦焊

气门弹簧材料：高碳锰钢或铬钒钢冷拔磷化或发兰处理（弹簧钢）

气门导管材料：灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉末冶金

气门座圈材料：合金铸铁或奥式体钢（QZ3~5）

主要的故障模式

1.气门间隙不对  → 长时间使用各零部件的磨损或调整不正确

2.气门摇臂断 → 气门间隙不正确或摇臂砂眼裂纹或凸轮轴齿轮记号安装错误

3.推杆弯 → 气门间隙不正确或挺柱咬死

4.气门断/弯   → 气门材质或焊接工艺不对，气门碰活塞或气门锁夹松脱

5.气门弹簧断 →气门弹簧的刚度过硬或弹性共振

6.气门碰活塞  → 气门下沉量过小或气门间隙不正确

7.凸轮轴衬套咬  →机油压力低或不来油或衬套孔和主轴承座孔不相通

安装维修注意事项

1.调整气门间隙一定要将曲轴转到压缩上止点，N485/N490/4102/4105型柴油机按1236、4578进行调整，QC480/QC490/QC495/QC498按1245、3678进行调整，一般排气门的间隙大于进气门的间隙，随气缸直径的增大，气门间隙也增大

2.安装凸轮轴齿轮时，正时记号要和曲轴齿轮、惰齿轮的记号对上

3.传动机油泵的凸轮轴，安装机油泵后要检查凸轮轴转动是否灵活

4.保证凸轮轴要有一定的轴向间隙

5.新更换气门或气门座圈时，气门和气门座圈要进行研磨

5

燃油供给系统

功用：根据工作循环和发火次序定时、定量、定压的燃油喷入汽缸燃烧

它们之间不能互换，配合间隙0.002~0.004mm、

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资料

低压油路：输油泵  →  柴滤 →喷油泵

高压油路：喷油泵  →  高压油管 → 喷油器

主要故障模式

1.喷油泵有空气  →输油管砂眼、裂纹漏或接头处松动

2.输油泵进口不出油 →油箱内无油或输油管被柴油腐蚀形变堵塞或滤网堵塞

3.输油泵漏油   →  输油泵内衬套磨损或间隙过大柴油向油泵内漏、手动泵没有拧紧或密封圈变形不密封导致外漏

4.喷油泵进口不出油 → 柴滤堵塞或输油管堵塞

5.柴油机调速不稳  → 喷油泵供油不均或调速器不灵活

6.喷油泵漏油  → 柱塞和柱塞套磨损或间隙过大导致内漏、喷油泵体砂眼导致外漏

7.柴油机飞车 → 柱塞卡死或调速器卡死在最大供油位置

8.高压油管漏油 → 高压油管裂纹或接头座锥面不密封

9.喷油器雾化不良 → 柴油过脏导致针阀卡死或喷油压力低或缸盖温度过高

 安装维修注意事项

1.喷油器针阀偶件、喷油泵柱塞偶件、出油阀偶件它们相互之间不能更换

2.喷油压力不能调整过高或过低，直喷型S嘴19.5±0.5MPa，P嘴23~26MPa，涡流型13.5±0.5MPa

3.手动泵泵油后，要将泵油手柄拧紧

4.正确选用柴油，柴油牌号分为：0#、-10#、-20#、-35#和-50#，一般根据柴油的凝点来选择，当环境温度低于柴油牌号2℃时，选择低一级牌号的柴油

5.各机型的喷油器型号不同，不能错装或混装

6

润滑系统

功用：润滑、减磨、冷却、密封、防锈

转子材料：铁基粉末冶金

机油泵体材料：铸铁

主要故障模式

1.油底壳漏油 →  油底壳变形或螺栓松动导致机体接合面漏、油底壳焊接处开裂和焊接应力集中出现裂纹

2.机油压力低  → 油底壳内无机油或机油少、         机油太稠或太脏、集滤器网堵塞或集滤器头部脱落、机油泵内外转子的间隙过大或泵轴断或泵轴严重磨损、机滤滤芯堵塞或滤芯被吸瘪、机油压力传感器或报警器失效、机体主油道堵塞或砂眼或裂纹、曲轴的主轴颈或连杆轴颈的配合间隙过大、凸轮轴衬套移位或轴颈的配合间隙过大、 惰轮轴压紧螺栓松动或配合间隙过大

安装维修注意事项

1.安装时一定要保证清洁度。

2.正确选用机油型号，机油牌号根据抗氧化能力分为CA、CB、CC、CD、CE、CF级，同一级别根据粘稠度又分为20#、30#和40#。

7

冷却系统

功用：使发动机在所有工况下保持适当的温度，防止过热

主要故障模式

水温高   →   散热器内冷却水量不足或水箱盖不通

、散热器片堵塞导致散热效果差或散热面积小、风扇叶片小或角度不对或不耐高温、风扇叶片不位于散热器的导风罩内、风扇皮带松打滑或带型不对、水泵轴承锈死导致水泵轴不转不能泵水、水泵叶片断泵水能力低、机体或缸盖水道堵塞导致水循环差、发动机性能差，机体温度高、节温器打不开

安装维修注意事项

1.冷却水要用防冻液或软水，用井水会导致结垢

2.散热片要定期清理，水道要定期清理

3.风扇皮带要定期涨紧

8

起动系统

功用：克服各种阻力，使发动机正常运转

主要故障模式

1.发动机不能起动 →  蓄电池电量不足、起动机接线接触不良、起动机齿轮与飞轮齿圈距离太远不能和飞轮齿圈啮合、起动机齿轮硬度低损坏或啮合倒角不对、换向器打滑、换向器缓冲弹簧折断或太软、电磁线圈短路或断路导致磁铁无吸引力

2.发电机不发电  →  电磁线圈短路或断路、搭铁线接触不良或蓄电池线太细、调节器失效

3.发电机不抽真空 → 真空泵叶片损坏、真空泵油封坏导致漏油不能密封、发电机转轴断

安装维修注意事项

1.起动机起动时间不能超过15秒，每次起动要间隔2分钟

2.发动机旋转时不能起动起动机

第三章  主要技术参数

1

柴油机的主要技术参数

2

主要附件参数

3

主要技术参数

第四章  柴油机的磨合与调整

1

柴油机的磨合

磨合的作用：新车或大修后的柴油机需进行磨合，通过磨合，使各运转副的接触表面达到理想的配合精度，避免不正常的磨损和损坏，延长柴油机的使用寿命、工作的可靠性和经济性。

1.磨合前的准备

（1）清除柴油机表面的灰尘

（2）检查表面连接的螺栓有无松动

（3）加注适量的机油至上下刻线之间

（4）检查水箱内冷却水是否充足

（5）检查发动机表面有无漏油、漏水现象

（6）检查油箱有无柴油，是否符合要求

（7）起动柴油机，检查有无异常声响

2.柴油机的磨合

3.磨合后的检查与调整

（1）趁热将含有金属屑末的机油放干净，并用柴油清洗柴油机内腔、油底壳及集滤器

（2）更换机油滤清器并清洗柴油滤清器

（3）检查并紧固外部所有螺栓、螺母及气缸盖、连杆和主轴承盖螺栓

（4）调整气门间隙。

2

柴油机的调整

1.气门间隙的调整

（1）打开气缸盖罩，转动曲轴，使皮带盘上“0”刻线与齿轮室盖上的指针对齐，用手掂一缸或四缸摇背，若一缸两气门均有间隙或一缸供油时，表明处于一缸压缩上止点

（2）松开1、2、4、5的并紧螺母，用“一”字螺丝刀调整，向内调，气门间隙变小，向外调，气门间隙变大，调整至规定要求后，将并紧螺母锁紧

（3）再转动曲轴一周（360°），按上述方法松开并调整3、6、7、8

（4）进气门间隙：0.20~0.25mm，排气门间隙：0.25~0.30mm

2.供油提前角的调整

（1）松开一缸高压油管，顺时针转动曲轴，当一缸出油阀座处出油的瞬间，停止转动曲轴，检查齿轮室盖上的正时指针对着皮带盘上的刻度是多少

（2）若检查的角度不符合要求，则松开喷油泵安装发兰的三颗螺母，将喷油泵向内或向外调，向外调供油提前角变小，向内调供油提前角变大

（3）供油提前角：18±1CA。

3.水泵皮带的调整

（1）用大拇指（约30N的力）按动水泵皮带的中间，皮带的按下量≤12mm

（2）若按下量＞12mm，则松开发电机的调节螺栓，将发电机向外拉，涨紧后将螺栓锁紧

（3）由于皮带易于磨损，所以应定期检查皮带的涨紧度

气门间隙的调整

水泵皮带的调整

第五章  故障诊断概述

1

故障产生的症状

1.工况异常

工作无力，带动不了负荷，俗称功率不足

速度不稳定，时高时低，俗称调速不稳

突然熄火，再起动困难，甚至不能起动，俗称难起动

产生飞车

2.声响异常，俗称异响

气门响；敲缸；撞击；过油或漏气。

3.温度异常

机油温度高，俗称机温高；

水温高，俗称开锅。

4.消耗异常

冷却水消耗量大；

油耗高；

机油消耗量大，俗称烧机油。

5.气味异常

刺人烟味——燃烧不充分，烧机油，柴油烧不尽；

焦味——拉瓦或其它干摩擦。

2

故障产生的原因

1.零件制造的质量不符合技术要求或设计缺陷

2.零件的磨损、腐蚀、疲劳或应力集中而产生的缺陷

磨损——尺寸形状发生改变，表面质量发生改变，配合间隙发生改变等；

腐蚀——锈蚀、酸蚀、碱蚀或氧化穴蚀；

疲劳——在交变载荷作用下出现裂纹或断裂；

应力集中——焊接或无圆弧过渡等；

3.连接件松动（螺纹或键、销等）

4.柴油或机油牌号选用不当

5.违章操作

起动后，不暖机就带负荷（起动阻力大，机油没有及时到达各运动件表面等）；

起动后，再加冷却水，产生热应力，出现裂纹；

长期超负荷运转；

冬天停机后，不放冷却水等；

6.装配不当

正时齿轮没有按记号进行装配；

活塞环安装错误，记号、开口、非矩形环等；

活塞安装错误，燃烧室位置、行程等；

螺栓或螺母的拧紧顺序或拧紧力矩不符合要求；

气门间隙调整不当，大小或顺序等；

供油提前角调整不符合要求；

7.不进行正确保养

没有定期清洗或清理机滤、柴滤、空滤等；

没有定期更换机油或机滤等；

没有定期进行检查和调整，气门间隙等。

3

故障分析原则

搞清现象、联系原理、区别情况、周密分析、从简到繁、由表及里、诊断准确、少拆为佳

一、搞清故障的全部情况（通过询问用户了解故障前后的各种情况）

1.发动机的使用时间；

2.发动机的负荷和工作环境；

3.平时的保养、维修情况；

4.故障前后有什么征兆；

5.故障变化情况，是渐变还是突变；

6.故障发生后，进行哪些检查和拆卸。

二、现场实地检查（从外观的一些症状表现看或听）

1.阻力大小或能否转动，转动速度如何；

2.机油压力指示情况；

3.声响情况；

4.排烟情况。

三、针对出现的故障进行具体分析

联系柴油机的结构和原理，从3大机构5大系统进行分析，有些故障是相互影响相互关联的，如

1.水温高   ←→ 机温高，

2.功率不足既有燃油供给系统的故障，又可能有配气系统的故障等。

4

故障诊断方法

一、经验法

通过人的眼、耳、鼻、手等器官的感觉来确定各部分技术状态好坏的方法，常用的手段有：看、听、闻、摸等；

1、看——看发动机的形态                  

冒烟情况（冒什么烟，黑烟、兰烟、白烟）

机油颜色或多少（检查有无油水混合）

呼吸器通风情况（下排气情况）

外观三漏情况（有无漏油、漏水、漏气）

仪表变化情况（机油压力表、水温表等）

2、听——听发动机运转时的声响特点（音调、音量、变化周期等），影响声音的因素有：温度、速度、负荷及润滑状况等。

3、闻——闻发动机发出的气味（焦味、烟味、臭味等）。

4、摸——摸发动机温度或运动状态          

机体温度或出水温度

气体的流动状态（进气排气、排气不畅等）

燃料的流动状态（喷油器的雾化情况等）

5、问——问用户                          

使用和保养情况（有无超载、有无更换机油或调整）

拆卸和维修情况（拆卸过什么、维修过什么）

 症状的变化情况（是渐变还是突变）

二、断缸法

部分地断开某系统，不让其工作，然后观察症状的变化来确定故障范围的方法，常用的断高压油管使某一缸暂时停止工作，从声响或排烟的变化来确定该缸工作是否正常。

三、试探法

对故障范围内的某些部位进行试探性的调整，来判断其工作是否正常的方法，如通过调整机油滤清器的压力调节阀解决机油压力低等。

四、比较法

将怀疑有问题的零部件拆下，更换一个好的零部件，然后根据症状的变化来判断其工作是否正常的方法；如难起动时更换起动机等。

五、仪表法

通过仪表的变化来判断其工作是否正常的方法；如更换直杆表来判断机油压力低或水温高，量缸表来测量气缸的压缩力大小判断漏气情况等。

第六章  常见故障与排除

1

功率不足

2

难起动

3

机油无压力或压力低

4

高温

5

排烟

 1 

冒兰烟

 2 

冒黑烟

 3 

冒白烟