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柴油机的工作原理

文章出处:柴油发电机组实用技术技能  责任编辑:  发表时间:2019-07-07 20:19:09
【摘要】柴油机是整个发电机组的重要组成之一,柴油发电机组主要包括柴油机、交流同步发电机和控制箱(屏)三大组成部分,而励磁调节器是控制箱(屏)的,详细了解其工作原理

柴油机是整个发电机组的重要组成之一,柴油发电机组主要包括柴油机、交流同步发电机和控制箱(屏)三大组成部分,而励磁调节器是控制箱(屏)的核心,那么柴油机在发电机组发电的过程当中是如何工作的,详细了解其工作原理

 

柴油机是将柴油直接喷射人气缸与空气混合燃烧得到热能,并将热能转变为机械能的热力发动机。其主要优点是:①热效率较高,其有效热效率可达46%,是所有热机中热效率最高的- -种;②功率范围广,单机功率可从零点几千瓦到上万千瓦;③结构紧凑,比质量较小,便于移动;④启动迅速,操作方便,并能在启动后很快达到全负荷运行。

 

单缸往复活塞式柴油机结构示意图如图2-1所示,其主要由排气门1、进气门2、气缸盖3、气缸4、活塞5、活塞销6、连杆7和曲,轴8等组成。气缸4内装有活塞5,活塞通过活塞销6、连杆7与曲轴8相连接。活塞在气缸内作上下往复运动,通过连杆推动曲轴转动。为了吸人新鲜空气和排出废气,在气缸盖上设有进气门2和排气门1。

 

(1)基本名词术语(参见图2-1)

柴油机基本名词术语

 

①上止点:活塞离曲轴中心最大距离的位置。:

 

②下止点:活塞离曲轴中心最小距离的位置。

 

③活塞行程(冲程):上止点与下止点间的距离,用符号S表示,单位为mm。

 

?曲柄半径:曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离,用符号r表示,单位为mm。由图2-1可见,活塞行程S等于曲柄半径r的两倍,即S= 2r


⑤气缸工作容积:在一个气缸中,活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。用符号:V.表示,单位为L,则Vn=匹D2SX10-6 (L)式中D-- 气缸直径,mm;S-一活塞行程,mm。

 

⑥柴油机排量:柴油机所有气缸工作容积的总和称为柴油机排量,用Vu表示,如果柴油机有i个气缸,则柴油机排量Vn=Vhi=开iD2SX10-6 (L)

 

柴油机排量表示柴油机的做功能力,在其他参数相同的前提下,柴油机排量越大,则其所发出的功率就越大。

 

⑦燃烧室容积:当活塞在上止点时,活塞上方的气缸容积。用符号V.表示。

 

⑧气缸总容积:当活塞在下止点时,活塞上方的气缸容积。用符号V.表示。它等于燃烧室容积V.与气缸工作容积V之和。即V.=V。+Vh

 

⑨压缩比:气缸总容积与燃烧室容积之比。用符号e表示。则ε=V./V.=(Vc +Vh)/V.=1 +Vn/Vc

 

压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的倍数,也表明气体被压缩的程度,通常柴油机的压缩比e=12~22。压缩比越大,活塞运动时,气体被压缩得越厉害,气体的温度和压力就越高,柴油机的效率也越高。

 

四工作循环:柴油机中热能与机械能的转化,是通过活塞在气缸内工作,连续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成的。每进行这样一一个过程称为一个工作循环。如柴油机活塞走完四个冲程(曲轴旋转两周)完成-个工作循环,称该机为四冲程柴油机;如活塞走完两个冲程(曲轴旋转--周)完成一个工作循环,称该机为二冲程柴油机。

 

(2)四冲程柴油机工作原理

 

①进气过程活塞从上止点向下止点移动, 这时在配气机构的作用下进气门打开,排气门关闭。由于活塞下移,气缸内容积增大,压力降低,新鲜空气经空气滤清器、进气管不断吸人气缸。由于进气系统存在阻力,使进气终了气缸内的气体压力低于大气压力加(约78~91kPa),温度为320~340K.

 

?压缩过程活塞由 下止点向上止点运动,这时进、排气门关闭。气缸内容积不断减少,气体被压缩,其温度和压力不断提高。压缩终了时气体压力可达3~5MPa,温度高达750~1000K,为喷人气缸内的柴油蒸发、混合和燃烧创造条件。

 

③做功过程在压缩过程即将终了时,喷油器将柴油以细小的油雾喷入气缸,在高温、高压和高速气流作用下很快蒸发,与空气混合,形成混合气。并在高温下自动着火燃烧,放出大量的热量,使气缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的最大压力可达6~9MPa,最高温度可达1800~2000K.高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动,从而使曲轴旋转对外做功。由于喷油和燃烧要持续--段时间,所以虽然活塞开始下移,但此时还有喷人的燃料继续燃烧放热,气缸内的压力并没有明显下降,随着活塞下移,气缸内的温度和压力才逐渐下降。做功行程结束时,压力约为0. 2~0.5MPa。

 

④排气过程做功过程结束后, 排气门打开,进气门关闭。活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动,燃烧过的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤,迅速从排气门排出。由于排气系统有阻力,因此,排气终了时,气缸内废气压力略高于大气压力。气缸内残余废气的压力约为0. 105~0. 12MPa,温度约为700~900K。

单缸四冲程柴油机的工作过程示意图

 

活塞经过上述四个连续过程后,便完成了一个工作循环。当排气过程结束后,柴油机曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转,上述四个过程又重复进行。如此周而复始地进行一个又一个的工作循环,使柴油机连续不断地运转起来,并带动工作机械做功。

 

(3)二冲程柴油机工作原理

 

如图2-3所示为带有扫气泵的气门气孔式二冲程柴油机工作过程示意图。这种类型的二冲程柴油机无进气门。气缸(气缸套)壁上有一-组进气孔3,由活塞的上下运动控制进气孔的开、闭,气缸盖上设有排气门5。空气由扫气泵1提高压力以后,经气缸外部的空气室2和气缸壁上的进气孔3进入气缸,完成进气和扫气过程。燃烧后的废气由气缸盖上的排气门排出。其工作过程如下。

 

①第一行程  第一行程也称换气压缩过程。曲轴带动活塞由下止点向上运动,这时进气孔和排气门均打开,新鲜空气由扫气泵以高于大气压力送人气缸中,并把气缸中的残余废气从排气门扫除。这种进、排气同时进行的过程称为“扫气过程"。活塞继续向上运动,当活塞越过进气孔后,进气孔被活塞关闭的同时配气机构也使排气门关闭。于是气缸内的新鲜空气被压缩,一直进行到上止点。

二冲程柴油机工作过程示意图

 

②第二行程第二行程也称膨胀换气过程。活塞接近上止点时,喷油器开始喷油[如CHAPTER ; 2蓝证第 2章柴油发 电机组总体构造与维修基础| Page - 021I,被喷油器喷成的雾状柴油与高温压缩空气相遇,便迅速燃烧。由于燃气压力的作用,推动活塞向下止点运动,经连杆带动曲轴旋转而输出动力。当活塞下行至某一时刻时排气门打开,做功后的废气由排气门排出。活塞继续向下运动,随后进气孔打开,新鲜空气被扫气泵再次压人气缸,开始“扫气过程”。活塞一直运动到下止点,完成第二个工作行程。

 

(4)二冲程与四冲程柴油机的比较

 

与四冲程柴油机比较,二冲程柴油机有以下主要特点。

 

①曲轴每转--周就有一个做功过程,因此,当二冲程柴油机工作容积和转速与四冲程柴油机相同时,在理论上其功率应为四冲程柴油机功率的两倍。但由于结构上的关系,二冲程柴油机废气排除不彻底,并且换气过程减小了有效工作行程。因而在同样的工作容积和曲轴转速下,二冲程柴油机的功率约为四冲程柴油机的1.5~1.7倍。

 

②二冲程柴油机因其曲轴每转- - 周就有一个做功行程,在相同转速下工作循环次数多,:故输出转矩均匀,运转平稳。

 

③大多数二冲程柴油机部分或全部采用气孔换气,配气机构简单。所以,二冲程柴油机结构简单,重量轻,使用维修方便。

 

④换气时间短,并需要借助新鲜空气来清扫废气,换气效果相对较差。


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