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柴油機的工作原理?
問
提問者:網(wǎng)友
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2018-04-20
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1、二沖程柴油機的工作原理 通過
活塞
的兩個沖程完成一個工作循環(huán)的柴油機稱為二沖程柴油機,油機完成一個工作循環(huán)曲軸只轉(zhuǎn)一圈,與四沖程柴油機相比,它提高了作功 能力,在具體結(jié)構(gòu)及工作原理方面也存在較大差異。 二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)相同,主要差異在配氣機構(gòu)方面。二沖 程柴油機沒有進氣閥,有的連排氣閥也沒有,而是在
氣缸
下部開設(shè)掃氣口及排氣口; 或設(shè)掃氣口與排氣閥機構(gòu)。并專門設(shè)置一個由運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣 的掃氣箱,利用活塞與氣口的配合完成配氣,從而簡化了柴油機結(jié)構(gòu)。 圖是二沖程柴油機工作原理圖。掃氣泵附設(shè)在柴油機的一側(cè),它的 轉(zhuǎn)子由柴油機帶動??諝鈴谋玫奈胛耄?jīng)壓縮后排出,儲存在具有較大容積的 掃氣箱中,并在其中保持一定的壓力。現(xiàn)以圖說明二沖程柴油機的工作 原理。 燃燒膨脹及排氣沖程: 燃油在燃燒室內(nèi)著火燃燒,生成高溫高壓燃氣。活塞在燃氣的推動下,由上止點 向下運動,對外作功?;钊滦兄敝僚艢饪诖蜷_(此時曲柄在點位置,此時燃氣 膨脹作功結(jié)束,氣缸內(nèi)大量廢氣靠自身高壓自由排氣,從排氣口排人到排氣管。 當氣缸內(nèi)壓力降至接近掃氣壓力時(一般掃氣箱中的掃氣壓力為0 12,下行活塞把掃氣口3打開(此時曲柄在點4的位置,掃氣空氣進入氣缸, 同時把氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口趕出氣缸?;钊\行到下止點,本沖程結(jié)束,但掃氣 過程一直持續(xù)到下一個沖程排氣口關(guān)閉(此時曲柄在點位置為止。 ·4· 342 第三篇船舶柴油機檢修圖二沖程柴油機工作原理示意圖 掃氣及壓縮沖程: 活塞由下止點向上移動,活塞在遮住掃氣口之前,由掃氣泵供給儲存在掃氣箱 內(nèi)的空氣,通過掃氣口進入氣缸,氣缸中的殘存廢氣被進入氣缸的空氣通過排氣口 掃出氣缸?;钊^續(xù)上行,逐漸遮住掃氣口,當掃氣口完全關(guān)閉后(此時曲柄在點 位置,空氣停止充人,排氣還在進行,這階段稱為“過后排氣階段”。排氣口關(guān)閉時 (此時曲柄在點位置,氣缸中的空氣就開始被壓縮。當壓縮至上止點前點時, 噴油器將燃油噴人氣缸,與高溫高壓的空氣相混合,隨即在上止點附近發(fā)火,自行著 火燃燒。本沖程結(jié)束,并與前一沖程形成一個完整的工作循環(huán)。 二沖程柴油機示功圖見圖,其中,為噴油始點,為活塞上止點,為 燃燒終點。 二沖程柴油機與四沖程柴油機相比具有一些明顯優(yōu)點,當然也存在本身固有的 缺點。 2、四沖程柴油機的工作原理 柴油機的工作是由進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個過程來完成的,這四個過程構(gòu)成了一個工作循環(huán)?;钊咚膫€過程才能完成一個工作循環(huán)的柴油機稱為四沖程柴油機?,F(xiàn)對照上面的動畫了說明它的工作理原。 一. 進氣沖程 第一沖程——進氣,它的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。當進氣沖程開始時,活塞位于上止點,氣缸內(nèi)的燃燒室中還留有一些廢氣。 當曲軸旋轉(zhuǎn)肘,連桿使活塞由上止點向下止點移動,同時,利用與曲軸相聯(lián)的傳動機構(gòu)使進氣閥打開。 隨著活塞的向下運動,氣缸內(nèi)活塞上面的容積逐漸增大:造成氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進氣管內(nèi)的壓力,因此外面空氣就不斷地充入氣缸。 進氣過程中氣缸內(nèi)氣體壓力隨著氣缸的容積變化的情況如動畫所示。圖中縱坐標表示氣體壓力P,橫坐標表示氣缸容積Vh(或活塞的沖S),這個圖形稱為示功圖。圖中的壓力曲線表示柴油機工作時,氣缸內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律。從土中我們可以看出進氣開始,由于存在殘余廢氣,所以稍高于大氣壓力P0。在進氣過程中由于空氣通過進氣管和進氣閥時產(chǎn)生流動阻力,所以進氣沖程的氣體壓力低于大氣壓力,其值為0.085~0.095MPa,在整個進氣過程中,氣缸內(nèi)氣體壓力大致保持不變。 當活塞向下運動接近下止點時,沖進氣缸的氣流仍具有很高的速度,慣性很大,為了利用氣流的慣性來提高充氣量,進氣閥在活塞過了下止點以后才關(guān)閉。雖然此時活塞上行,但由于氣流的慣性,氣體仍能充人氣缸。 二. 壓縮沖程 第二沖程——壓縮。壓縮時活塞從下止點間上止點運動,這個沖程的功用有二,一是提高空氣的溫度,為燃料自行發(fā)火作準備:二是為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當活塞上行,進氣閥關(guān)閉以后,氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮,隨著容積的不斷細小,空氣的壓力和溫度也就不斷升高,壓縮終點的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān),即與壓縮比有關(guān),一般壓縮終點的壓力和溫度為:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。 柴油的自燃溫度約為543—563K,壓縮終點的溫度要比柴油自燃的溫度高很多,足以保證噴入氣缸的燃油自行發(fā)火燃燒。 噴入氣缸的柴油,并不是立即發(fā)火的,而且經(jīng)過物理化學(xué)變化之后才發(fā)火,這段時間大約有0.001~0.005秒,稱為發(fā)火延遲期。因此,要在曲柄轉(zhuǎn)至上止點前10~35°曲柄轉(zhuǎn)角時開始將霧化的燃料噴入氣缸,并使曲柄在上止點后5~10°時,在燃燒室內(nèi)達到最高燃燒壓力,迫使活塞向下運動。 三. 燃燒膨脹沖程 第三沖程——燃燒膨脹。在這個沖程開始時,大部分噴入燃燒室內(nèi)的燃料都燃燒了。燃燒時放出大量的熱量,因此氣體的壓力和溫度便急劇升高,活塞在高溫高壓氣體作用下向下運動,并通過連稈使曲軸轉(zhuǎn)動,對外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。 隨著活塞的下行,氣缸的容積增大,氣體的壓力下降,工作沖程在活塞行至下止點,排氣閥打開時結(jié)束。 在動畫中,工作沖程的壓力變化這條線上升部分表示燃料在氣缸內(nèi)燃燒時壓力的急劇升高,最高點表示最高燃燒壓力Pz,此點的壓力和溫度為: Pz=6~15MPa, Tz=1800~2200K 最高燃燒壓力與壓縮終點壓力之比(Pz/Pc),稱為燃燒時的壓力升高比, 用λ表示。根據(jù)柴油機類型的不同,在最大功牢時λ值的范圍如下:λ=Pz/Pc=1.2~2.5。 四. 排氣沖程 第四沖程——排氣。排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去,以便充填新鮮空氣,為下一個循環(huán)的進氣作準備。當工作沖程活塞運動到下止點附近時,排氣閥開起,活塞在曲軸和連桿的帶動下,由下止點向上止點運動,并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統(tǒng)存在著阻力,所以在排氣沖程開始時,氣缸內(nèi)的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa,其溫度Tb=1000~1200K。為了減少排氣時活塞運動的阻力,排氣閥在下止點前就打開了。排氣閥一打開,具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外,缸內(nèi)壓力迅速下降,這樣當活塞向上運動時,氣缸內(nèi)的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時的氣流慣性使廢氣排出得干凈,排氣閥在上止點以后才關(guān)閉。 在動畫中,排氣沖程曲線表示在排氣過程中,缸內(nèi)的氣體壓力幾乎是不變的,但比大氣壓力稍高一些。排氣沖程終點的壓力Pr約為0.105~0.115MPa,殘余廢氣的溫度Pr約為850~960K。 由于進、排氣閥都是早開晚關(guān)的;所以在排氣沖程之末和進氣沖程之初,活塞處于上止點附近時,有一段時間進、排氣閥同時開起,這段時間用曲軸轉(zhuǎn)角來表示,稱為氣閥重迭角。 排氣沖程結(jié)束之后,又開始了進氣沖程,于是整個工作循環(huán)就依照上述過程重復(fù)進行。由于這種柴油機的工作循環(huán)由四個活塞沖程即曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)完成的,故稱四沖程柴油機。 在四沖程柴油機的四個沖程中,只有第三沖程即工作沖強才產(chǎn)生動力對外作功,而其余三個沖程都是消耗功的準備過程。為此在
單缸柴油機
上必須安裝飛輪,利用飛輪的轉(zhuǎn)動慣性,使曲軸在四個沖程中連續(xù)而均勻地運轉(zhuǎn)。
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柴油機的工作原理 1、進氣行程 起動機通電帶動曲軸旋轉(zhuǎn),曲軸的轉(zhuǎn)動使活塞自上而下運動,這時,排氣門關(guān)閉,進氣門打開,新鮮空氣進入氣缸和燃燒室。 2、壓縮行程 活塞從下止點向上運動,這時,進氣門和排氣門均關(guān)閉,吸入氣缸內(nèi)的空氣受到活塞的壓縮,壓力提高,溫度也隨之升高。 3、做功行程 當活塞壓縮到上止點,噴油器向燃燒室噴入霧狀柴油,油霧與壓縮空氣混合,形成高溫高壓的燃氣,并開始自行著火燃燒,混合汽膨脹做功,推動活塞向下運動,從而推動曲軸轉(zhuǎn)動,對外輸出功。 4、排氣行程 活塞從下止點往上運動,這時,進氣門關(guān)閉,排氣門打開,燃燒廢氣在活塞的推動下排出燃燒室外,完成一個工作行程,這時曲軸轉(zhuǎn)動兩周,當柴油機完成排氣行程后,在曲軸飛輪總成的慣性力作用下,又重復(fù)上述工作循環(huán)過程,使柴油機連續(xù)運轉(zhuǎn)對外輸出功率。
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