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专家解析:柴油机的工作原理

[文章来源:来自网络] [发布日期:2017-01-12] [浏览次数:]

  柴油发电机组的柴油机是内燃机的一种,它是以柴油作为燃料的。此外,内燃机中如以汽油作为燃料的,就叫汽油机;以煤气作为燃料的,就叫煤气机。但它们的结构和工作原理,均大同小异,不过也各有其不同的特点。本文仅以柴油机为例,简单地谈谈它的工作原理。

 

  二冲程柴油机和四冲程柴油机的区别

 

  柴油机按每一个工作循环活塞走行的冲程数来分,有二冲程柴油机和四冲程柴油机两种,而且它们各有其特点,即二冲程柴油机活塞只要移动两个冲程,柴油机便完成一个工作循环吸气、压缩、作功和排气四个过程。而四冲程柴油机,活塞则需要移动四个冲程才能完成一个工作循环。所以二冲程柴油机只要曲轴转一转(活塞移动两个冲程),各缸便工作一次;而四冲程柴油机,曲轴转两转(活塞移动四个冲程),各缸才能工作一次。这是两种柴油机在工作原理上的最大区别。


 柴油机


  柴油机是怎样工作的?

 

  前面已经提到,柴油机的每一工作循环,共分四个工作过程:吸气、压缩、作功、排气。下面大家分别进行叙述。换气过程换气过程包括排气和进气两个工作过程。大家知道,无论二冲程或四冲程柴油机,在实际工作中都必须把前一循环的废气排出去,再吸进新解的空气,创造喷油后能够燃烧的条件,才能继续不断地进行工作,这样的一个过程就是换气过程。而换气品质的好坏,对柴油机的性能影响很大。它不仅能使具有一定活塞工作容积的柴油机能发出较大的功率,而且还能改善燃烧,提高柴油机的经济性。因此,无论二冲程或四冲程柴油机的配气系统,都在大量的试验基础上选取最佳的配气参数。

 

  1)二冲程柴油机的换气过程

 

  二冲程柴油机的换气方式是很多的,常见的有下列两种:

 

A.气口气口式直流换气 

这种换气方式通常是用在对置活塞式二冲程柴油机上,如大连机车车辆工厂制造的10L207E型柴油机就是用这种方式换气的。这种柴油机的每一气缸均有两个活塞,进气和排气分别由两个活塞来控制。这种换气过程是在工作冲程的后期,当下活塞移动到下死点前56度时,把排气口打开(图1),此时气缸内的废气压力构为4.2千克/平方厘米 。靠此压力,燃气便迅速通过排气口冲入排气道,一直延续到新鲜空气开始进入气缸时,这段时简称为自由排气时期。当下活塞移动到下死点前40度时,上活塞便把扫气口打开,由扫气泵(或增压器)压缩后的空气(压力约为1.35千克/平方厘米 )从扫气口进入气缸,一直延续到下活塞在下死点到56度,把排气口关闭时为止,这段时间称为延续排气时期(图2)。当排气口刚被关死,而由上活塞控制的扫气口则还开着,仍继续向气缸内充气,道到下活塞在下死点后64度时,上活塞才把进气口关闭。从排气口关闭到进气口关闭的这段时期称为附加充气时期(图3)。柴油机经过上述各个时期后,才真正完成整个换气过程。二冲程柴油机完成上述换气过程所需的时间,相当于曲轴转角120130度。

 

柴油机工作原理


B.气口气阀式直流换气

这种换气方式通常用在V型柴油机上,如国内生产的12V23/30型柴油机就是采用这种方式换气的。它的气缸内只有一个活塞,进气是和10L207 E型柴油机一样,也由活塞来控制,但排气是通过装在气缸头上的排气阀来控制的。在工作冲程的后期,凸轮轴首先把排气阀打开,迅速地完成自由排气时期(图4),接着活塞向下死点移动,把气缸壁上的进气口打开,扫气泵(或增压器)压箱后的空气,便从进气口进入气缸,完成强迫排气时期和附加充气时期(图56)。由此看来,二冲程柴油机(由曲轴箱换气者除外)要彻底完成换气过程,必须装有扫气泵或增压器,否则强迫排气和附加充气就不能完善地实现,甚至废气排不掉,内燃机就不能继续工作或不能很好地工作。

 

柴油机工作原理

   2)四冲程柴油机的换气过程

 

  四冲程柴油机曲轴转两转(共转过720度)才完成一个工作循环。所以在工作过程中,它有两个专用冲程来确保换气。在工作冲程将完时,凸翰轴把排气阀打开,加之后来活塞从下死点向上死点移动,于是废气从排气阀排出(图7)。接着活塞又从上死点向下死点移动,排气阀关闭,进气阀打开,活塞的运动把新鲜的空气从进气阀吸入气缸内(图8)而完成换气过程。四冲程柴油机完成上述过程的时期,相当于曲轴转角400-450度。为了保征换气过程更完善,废气排除得很干净,吸入新解空气更多,四冲程柴油机进、排气阀均需早开晚关,例如排气阀在下死点前就打开,到上死点后才关闭,进气阀在上死点前打开,到下死点后才关闭。

 柴油机工作原理

  3)柴油机的换气品质

 

  柴油机换气品质的好坏,通常用充量系数的大小来表示。所谓充气系数,大家可以作这样理解:就是吸进气缸内的实际空气量换算到进入气缸前的状态下的体积(对增压柴油机是指进气管的参数)与气缸容积的比。最理想的这个此值为1,但实际上是不可能的(总是小于1)。这是因为进气系抗有阻力,加之零件温度也较高,所以,具有进气管内参数的室气,在进入气缸后其压力总要下降,温度总要上升,以及残余废气的温度、压精比等都对它有影响的椽故。一般低速四冲程柴油机的充量系数值构约为0.8-0.9。高速四冲程柴油机的比值约为0.750.85。对于二冲程柴油机,此值约为0.7-0.85

 

二冲程柴油机可以通过适当增大扫气泵的容量来提高换气质量。扫气泵一般是由柴油机本身带动的,如其容量过多地增大,势必增加柴油机的功率消耗,以致会产生得不偿失的情况。

 

4)关于增压柴油机

进入柴油机前的空气,如果是常温常压的状况,这就是一般所谓的不增压柴油机。但为了使同一柴油机能发挥更大的功率,获得校好的袒济指标,一般均采用增压的方法。什么是增压柴油机呢?就是在柴油机上装上增压器,利用柴油机排出的废气,驱动增压器的涡翰机,由渴翰机带动压气机,把进入柴油机以前的空气进行压箱,提高其压力,有时为使进入柴油机的空气温度不致过高,用中简冷却器进行降温。

 

柴油机工作原理


  2.压缩过程

 

  无论二冲程或四冲程柴油机,当换气过程结束后,活塞继续向上死点(或内死点)运动,便开始了压箱冲程(图9),气缸内气体的压力和温度迅速提高。压箱到终点时,气缸内空气的温度远远超过柴油的燃点。这时,柴油成雾状地喷入气缸,柴油和空气迅速混合并燃烧起来。

 

  3.作功过程

 

  柴油喷入气缸是在活塞上死点前开始。喷入气缸后,经过一个短暂的过程,就混合和点燃,接着引起大量燃油的迅速燃烧和高温燃气的膨胀(图10),推动活塞,迫使其向下死点(或外死点)运动。活塞将力经连杆传至曲轴,向外输出功率。

 

  综合上述,柴油机如此不断循环,于是就能不断地向外输出功率。更多关于柴油机原理/柴油发电机组技术/柴油发电机组最新报价欢迎来电咨询汪先生:13878198542

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