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柴油发动机工作原理
作者:管理员    发布于:2019-09-18 16:30   文字:【】【】【
  将一种能量改变为机械能的机器,叫做发动机。各种发动机依照动力不同,可分为:风力发动机(简称风力机);水力发动机(简称水力机);热力发动机(简称热机)等。把燃料焚烧所发生的热能转化为机械能的发动机统称做热机,如蒸汽机、柴油机等。根据燃料进行焚烧进程所处的地址不同,热机可分为外燃机和内燃机两大类。
  燃料在发动机外部进行焚烧的热机,叫做外燃机。如蒸汽机(往复式)、汽轮机(回转式)等。
  燃料直接在发动机内部进行焚烧的热机叫做内燃机。如柴油机、汽油机、天然气机等。
  内燃机便是使用燃料焚烧后发生的热能来做功的。柴油发动机是一种内燃机,它是柴油在发动机汽缸内焚烧,发生高温高压气体,通过活塞连杆和和曲轴组织转化为机械动力。
  一、活塞式内燃机作业原理
  把柱塞装在一个一端封闭的圆筒内,柱塞顶面与圆筒内壁构成一个封闭空间,如果用一个推杆将柱塞和一个轮子连接起来,则柱塞移动时,便通过推杆推进轮子旋转,然后把空气所得到的热能转化为推进轮子旋转的机械能。
  内燃机的作业进程,便是依照必定的规律,不断地将燃料和空气送入气缸,并在气缸内着火焚烧,放出热能。燃气在吸收热能后发生高温高压,推进着活塞作功,将热能转化为机械能。
  它是由一个独立的发动机所构成。作业时燃料和空气直接送到发动机的气缸内部进行焚烧,放出热能,构成高温、高压的燃气,推进活塞移动。然后通过曲柄连杆组织对外输出机械能。
  1.气缸体2.喷油器3.进气门
  4.排气门5.活塞6.连杆7.曲轴
  二、内燃机的机械传动组织
  在往复式内燃机中,曲柄连杆组织的作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动,以完结热能和机械能的相互改变。
  它是由活塞1、连杆3和曲轴4等构成。
  活塞只能沿气缸直线往复运动。曲轴是由两个中心线在一直线上的轴所构成。其间一个轴安置在机体中心孔内,称做主轴。主轴只能在机体座孔内绕本身中心线滚动。另一轴通过曲柄与主轴连接在一起,称做连杆轴。它绕着主轴进行旋转。连杆为两头带有孔的一直杆,一端与活塞相连;另一端与连杆轴相连,它跟着活塞移动和曲轴旋转而进行摇摆。
  当活塞往复运动时,通过连杆推进曲轴绕主轴中心发生旋转运动。活塞移动与曲轴滚动是相互牵连在一起的。因而,活塞移动方位与曲轴滚动方位是相对应的。
柴油发动机
  三、单缸四冲程柴油机作业原理
  活塞接连运行四个冲程(即曲轴旋转两周)的进程中,完结一个作业循环(进气—紧缩—焚烧胀大—排气)的柴油机,叫做四冲程柴油机。
  为了更清楚地表明出气缸内气体压力随容积的变化情况,图1-6-5绘出了单缸四冲程柴油机的示功图。图中横座标表明气缸容积,从座标表明气缸的绝对压力。图中的水平虚线,表明绝对压力为大气压(亦即1公斤/厘米2)。Vc、Vh别离表明焚烧室容积与气缸作业容积。
  下面对照单缸四冲程柴油机作业进程示意图和示功图,来阐明它的作业进程9指非增压柴油机)。
  榜首冲程——进气进程活塞从上死点移动到下死点。这时进气门翻开,排气门封闭。
  进气进程开端时,活塞坐落死点方位。气缸内(焚烧室)残留着前次循环未排净的剩余废气(图中以小十字符号表明)。它的压力稍高于大气压力,约为1.1~1.2公斤/厘米。
  当曲轴旋转时,通过连杆带动活塞向下移动,一起进气门翻开。跟着活塞下移,气缸内部容积增大,压力随之减小,当压力低于大气压力时,外部新鲜空气开端被吸入气缸。直到活塞移动到死点方位,气缸内充满了新鲜空气。
  在新鲜空气进入气缸的进程中,由于受空气滤清器、进气管、进气门等阻力的影响,使进气终了时气缸内的气体压力略低于大气压,约为0.8~0.9公斤/厘米2,又因空气从高温的剩余废气和焚烧室壁吸收热量,故温度可达35~50℃。
  应当指出,实践柴油机进气门都是在活塞坐落死点前提早翻开,而且延迟到下死点后才封闭。原因是:若进气进程开端活塞下移时,进气门刚开端翻开而不能当即开足,便形成气缸内发生部分真空,使活塞下行时发生较大的阻力。因而进气门要提早在上死点前便翻开,则活塞开端由上死点下行时,进气门已开到最大方位,确保空气顺畅进入气缸,然后减小活塞的下行阻力。进气进程中,空气沿进气管被吸入气缸时,气流发生惯性作用,若使气门推迟到下死点后封闭,虽然活塞已开端上行,仍可以充分使用气流的活动惯性,使一部分新鲜空气进入气缸,以确保吸入更多的空气。由于进气门早开迟关,所以实践柴油机的进气进程都大于180°曲轴转角,一般为220°~240°。
  第二冲程——紧缩进程活塞由下死点移动到上死点,在这期间,进、排气门悉数封闭。
  紧缩进程开端时,活塞坐落下死点。曲轴在飞轮惯性作用下带动旋转,通过连杆推进活塞向上移动。气缸内容积逐步减小,新鲜空气被紧缩,压力和温度跟着升高。
  为了完结高温气体点燃柴油的意图,柴油机都具有较大的紧缩比,使紧缩终了时,气缸内气体温度比柴油的自燃温度高出200~300℃,即500~750℃(柴油的自燃温度约为200~300℃),而压力约炒30~50公斤/厘米2。
  为了充分使用燃料焚烧所发生的热能,要求焚烧进程可以在活塞移动到上死点略后方位敏捷完结,以使焚烧后的气体充分胀大多做功,使柴油机功率提高。但是,由于燃料喷入气缸内时,有必要通过必定的着火预备阶段,才干完结焚烧(详见本书第六章第二节)。因而,实践柴油机作业中,在紧缩冲程结束前(约在上死点前10°~35°),开端将燃料喷入气缸内。在示功图上,m点表明喷油开端时刻。
  第三冲程——焚烧胀大进程活塞又从上死点移动到下死点。此时,进、排气门仍然都封闭着。喷入气缸内的燃料在高温空气中着火焚烧,发生大量热能,使气缸内的温度、压力急剧升高。高温、高压气体推进活塞向下移动,通过连杆,带动曲轴滚动。因为只有这一行程才完结热能转化为机械能,因而,一般把该行程叫做作业行程。
  在焚烧与胀大进程中,气缸内气体的最高温度可达1700~2000℃,最高压力为60~90公斤/厘米2。跟着活塞被推进着下移,气缸容积逐步增大,气体随之逐步减小数点。示功图的c—z—b线表明出这一进程中气缸容积与压力变化的情况。在这一曲线上,几乎笔直的c—z线段,表明出燃料急剧焚烧时压力的升高程度。z点表明焚烧压力Pz(又称做最大爆发压力)。
  第四冲程——排气进程活塞又从下死点移动到上死点。此时,排气门翻开,进气门封闭。
  排气进程开端时,活塞坐落下死点,气缸内充满着燃料并胀大作功的废气。排气门翻开后,废气跟着活塞上移,被排出气缸之外。
  焚烧胀大终了时,气缸内的气体还具有较大的压力,如果排气门在下死点方位时才翻开,而不能瞬时刻开足便影响废气及时的排出,气缸内的压力也不能敏捷下降,使活塞向上运动遭到很大的阻力,消耗较多的能量。因而,在实践柴油机作业中,排气门都在活塞移动到下死点前提早翻开(一般在下死点前40°~60°)。这样可使废气在较大的压差下,自行流出气缸,使气缸内的压力敏捷下降。大大减小活塞上移的阻力,下降排气进程的消耗功。
  当活塞上移到上死点时,排气门并不立刻封闭,而要推迟到进气进程开端后。如前所述,因为进气门提早在排气进程结束前翻开,这样便构成进、排气门一起开启的一段重合时刻。在某种情况下(例如增压),还可以使用新鲜空气将残存在气缸内的废气排出去,使气缸内充填更多的新鲜空气。
  曲轴依托尽轮滚动的惯性作用继续旋转,上述各进程又重复进行。如此周期循环地作业,完结柴油机接连不断地作业。
  四冲程汽油机的作业进程,与四冲程柴油机的作业进程是一样的。汽油机与柴油机的首要区别在于:
  四、柴油机发动机的结构
  柴油机由机体、曲轴连杆组织、配气组织、燃油体系、光滑体系、冷却体系、发动体系等组成。
  1.机体组件:包含机体(气缸—曲轴盖)、气缸套、气缸盖和油底壳等。这些零件构成了柴油机骨架,一切运动件和辅佐体系都支承在它上面。
  2、曲轴连杆组织:气缸内焚烧气体的压力推进曲轴连杆组织,并将活塞的直线运动变为曲轴的旋滚动力。首要部件有:气缸曲轴箱、气缸盖、活塞、连杆、曲轴、飞轮等
  3、配气组织:当令向气缸内提供新鲜空气,并当令的排出气缸中燃料焚烧后的废气。它由进气门、排气门、凸轮轴及其传动零件组成。
  4、燃油体系:燃料供应体系是依照内燃机作业是所要求的时刻,供应气缸适量的燃料。它由燃油箱、燃油滤清器、油泵、喷油器等组成。
  5、光滑体系:光滑体系是向柴油机各运动机件的冲突表面,不断提供适量的光滑油。它由机油泵、机油滤清器、机油散热器等组成。
  6、冷却体系:适当冷却在高温下作业的机件,使柴油机坚持正常的作业温度。它由水泵、散热器、水套、节温器、电扇等组成。
  7、发动体系:以外力滚动内燃机曲轴,使内燃机由静止状况转入作业状况的设备。由蓄电池、发动马达等组成。