當前位置:公司首頁>技術支持
大連普陽

柴油發動機工作原理

 將一種能量轉變為機械能的機器,叫做發動機。各種發動機按照能源不同,可分為:風力發動機(簡稱風力機);水力發動機(簡稱水力機);熱力發動機(簡稱熱機)等。把燃料燃燒所產生的熱能轉化為機械能的發動機統稱做熱機,如蒸汽機、柴油機等。根據燃料進行燃燒過程所處的地點不同,熱機可分為外燃機和內燃機兩大類。
  
  燃料在發動機外部進行燃燒的熱機,叫做外燃機。如蒸汽機(往復式)、汽輪機(回轉式)等。
  
  燃料直接在發動機內部進行燃燒的熱機叫做內燃機。如柴油機、汽油機、天然氣機等。
  
  內燃機就是利用燃料燃燒后產生的熱能來做功的。柴油發動機是一種內燃機,它是柴油在發動機汽缸內燃燒,產生高溫高壓氣體,經過活塞連桿和和曲軸機構轉化為機械動力。
  
  一、活塞式內燃機工作原理
  
  把柱塞裝在一個一端封閉的圓筒內,柱塞頂面與圓筒內壁構成一個封閉空間,如果用一個推桿將柱塞和一個輪子連接起來,則柱塞移動時,便通過推桿推動輪子旋轉,從而把空氣所得到的熱能轉化為推動輪子旋轉的機械能。
  
  內燃機的工作過程,就是按照一定的規律,不斷地將燃料和空氣送入氣缸,并在氣缸內著火燃燒,放出熱能。燃氣在吸收熱能后產生高溫高壓,推動著活塞作功,將熱能轉化為機械能。
  
  它是由一個獨立的發動機所構成。工作時燃料和空氣直接送到發動機的氣缸內部進行燃燒,放出熱能,形成高溫、高壓的燃氣,推動活塞移動。然后通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。
  
  1.氣缸體2.噴油器3.進氣門
  
  4.排氣門5.活塞6.連桿7.曲軸
  
  二、內燃機的機械傳動機構
  
  在往復式內燃機中,曲柄連桿機構的作用是將活塞的往復直線運動變成曲軸的旋轉運動,以實現熱能和機械能的相互轉變。
  
  它是由活塞1、連桿3和曲軸4等構成。
  
  活塞只能沿氣缸直線往復運動。曲軸是由兩個中心線在一直線上的軸所構成。其中一個軸安置在機體中心孔內,稱做主軸。主軸只能在機體座孔內繞本身中心線轉動。另一軸通過曲柄與主軸連接在一起,稱做連桿軸。它繞著主軸進行旋轉。連桿為兩端帶有孔的一直桿,一端與活塞相連;另一端與連桿軸相連,它隨著活塞移動和曲軸旋轉而進行擺動。
  
  當活塞往復運動時,通過連桿推動曲軸繞主軸中心產生旋轉運動。活塞移動與曲軸轉動是相互牽連在一起的。因此,活塞移動位置與曲軸轉動位置是相對應的。

  三、單缸四沖程柴油機工作原理
  
  活塞連續運行四個沖程(即曲軸旋轉兩周)的過程中,完成一個工作循環(進氣—壓縮—燃燒膨脹—排氣)的柴油機,叫做四沖程柴油機。
  
  為了更清楚地表示出氣缸內氣體壓力隨容積的變化情況,圖1-6-5繪出了單缸四沖程柴油機的示功圖。圖中橫座標表示氣缸容積,從座標表示氣缸的絕對壓力。圖中的水平虛線,表示絕對壓力為大氣壓(亦即1公斤/厘米2)。Vc、Vh分別表示燃燒室容積與氣缸工作容積。
  
  下面對照單缸四沖程柴油機工作過程示意圖和示功圖,來說明它的工作過程9指非增壓柴油機)。
  
  第一沖程——進氣過程活塞從上死點移動到下死點。這時進氣門打開,排氣門關閉。
  
  進氣過程開始時,活塞位于死點位置。氣缸內(燃燒室)殘留著上次循環未排凈的殘余廢氣(圖中以小十字符號表示)。它的壓力稍高于大氣壓力,約為1.1~1.2公斤/厘米。
  
  當曲軸旋轉時,通過連桿帶動活塞向下移動,同時進氣門打開。隨著活塞下移,氣缸內部容積增大,壓力隨之減小,當壓力低于大氣壓力時,外部新鮮空氣開始被吸入氣缸。直到活塞移動到死點位置,氣缸內充滿了新鮮空氣。
  
  在新鮮空氣進入氣缸的過程中,由于受空氣濾清器、進氣管、進氣門等阻力的影響,使進氣終了時氣缸內的氣體壓力略低于大氣壓,約為0.8~0.9公斤/厘米2,又因空氣從高溫的殘余廢氣和燃燒室壁吸收熱量,故溫度可達35~50℃。
  
  應當指出,實際柴油機進氣門都是在活塞位于死點前提前打開,并且延遲到下死點后才關閉。原因是:若進氣過程開始活塞下移時,進氣門剛開始打開而不能立即開足,便造成氣缸內產生部分真空,使活塞下行時產生較大的阻力。因此進氣門要提前在上死點前便打開,則活塞開始由上死點下行時,進氣門已開到最大位置,保證空氣順利進入氣缸,從而減小活塞的下行阻力。進氣過程中,空氣沿進氣管被吸入氣缸時,氣流產生慣性作用,若使氣門推遲到下死點后關閉,雖然活塞已開始上行,仍可以充分利用氣流的流動慣性,使一部分新鮮空氣進入氣缸,以保證吸入更多的空氣。由于進氣門早開遲關,所以實際柴油機的進氣過程都大于180°曲軸轉角,一般為220°~240°。
  
  第二沖程——壓縮過程活塞由下死點移動到上死點,在這期間,進、排氣門全部關閉。
  
  壓縮過程開始時,活塞位于下死點。曲軸在飛輪慣性作用下帶動旋轉,通過連桿推動活塞向上移動。氣缸內容積逐漸減小,新鮮空氣被壓縮,壓力和溫度隨著升高。
  
  為了實現高溫氣體引燃柴油的目的,柴油機都具有較大的壓縮比,使壓縮終了時,氣缸內氣體溫度比柴油的自燃溫度高出200~300℃,即500~750℃(柴油的自燃溫度約為200~300℃),而壓力約炒30~50公斤/厘米2。
  
  為了充分利用燃料燃燒所產生的熱能,要求燃燒過程能夠在活塞移動到上死點略后位置迅速完成,以使燃燒后的氣體充分膨脹多做功,使柴油機效率提高。但是,由于燃料噴入氣缸內時,必須經過一定的著火準備階段,才能實現燃燒(詳見本書第六章第二節)。因此,實際柴油機工作中,在壓縮沖程結束前(約在上死點前10°~35°),開始將燃料噴入氣缸內。在示功圖上,m點表示噴油開始時間。
  
  第三沖程——燃燒膨脹過程活塞又從上死點移動到下死點。此時,進、排氣門仍然都關閉著。噴入氣缸內的燃料在高溫空氣中著火燃燒,產生大量熱能,使氣缸內的溫度、壓力急劇升高。高溫、高壓氣體推動活塞向下移動,通過連桿,帶動曲軸轉動。因為只有這一行程才實現熱能轉化為機械能,因此,通常把該行程叫做工作行程。
  
  在燃燒與膨脹過程中,氣缸內氣體的最高溫度可達1700~2000℃,最高壓力為60~90公斤/厘米2。隨著活塞被推動著下移,氣缸容積逐漸增大,氣體隨之逐漸減小數點。示功圖的c—z—b線表示出這一過程中氣缸容積與壓力變化的情況。在這一曲線上,幾乎垂直的c—z線段,表示出燃料急劇燃燒時壓力的升高程度。z點表示燃燒壓力Pz(又稱做最大爆發壓力)。
  
  第四沖程——排氣過程活塞又從下死點移動到上死點。此時,排氣門打開,進氣門關閉。
  
  排氣過程開始時,活塞位于下死點,氣缸內充滿著燃料并膨脹作功的廢氣。排氣門打開后,廢氣隨著活塞上移,被排出氣缸之外。
  
  燃燒膨脹終了時,氣缸內的氣體還具有較大的壓力,如果排氣門在下死點位置時才打開,而不能瞬時間開足便影響廢氣及時的排出,氣缸內的壓力也不能迅速降低,使活塞向上運動受到很大的阻力,消耗較多的能量。因此,在實際柴油機工作中,排氣門都在活塞移動到下死點前提前打開(一般在下死點前40°~60°)。這樣可使廢氣在較大的壓差下,自行流出氣缸,使氣缸內的壓力迅速下降。大大減小活塞上移的阻力,降低排氣過程的消耗功。
  
  當活塞上移到上死點時,排氣門并不馬上關閉,而要推遲到進氣過程開始后。如前所述,因為進氣門提前在排氣過程結束前打開,這樣便形成進、排氣門同時開啟的一段重合時間。在某種情況下(例如增壓),還可以利用新鮮空氣將殘存在氣缸內的廢氣排出去,使氣缸內充填更多的新鮮空氣。
  
  曲軸依靠盡輪轉動的慣性作用繼續旋轉,上述各過程又重復進行。如此周期循環地工作,實現柴油機連續不斷地運轉。
  
  四沖程汽油機的工作過程,與四沖程柴油機的工作過程是一樣的。汽油機與柴油機的主要區別在于:

 

  燃料 點火方式 壓縮比 進氣門進入 機體結構
汽油機 汽油 點燃 5-10 汽油與空氣的混合氣體 有一套點火系統(含火花塞、分電盤、高壓點火線包)、化油器  
柴油機 柴油 壓燃 15-22 空氣 無點火系統、無化油器、有噴油器

  
  
  四、柴油機發動機的結構

  
  柴油機由機體、曲軸連桿機構、配氣機構、燃油系統、潤滑系統、冷卻系統、啟動系統等組成。
  
  1.機體組件:包括機體(氣缸—曲軸蓋)、氣缸套、氣缸蓋和油底殼等。這些零件構成了柴油機骨架,所有運動件和輔助系統都支承在它上面。
  
  2、曲軸連桿機構:氣缸內燃燒氣體的壓力推動曲軸連桿機構,并將活塞的直線運動變為曲軸的旋轉動力。主要部件有:氣缸曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸、飛輪等
  
  3、配氣機構:適時向氣缸內提供新鮮空氣,并適時的排出氣缸中燃料燃燒后的廢氣。它由進氣門、排氣門、凸輪軸及其傳動零件組成。
  
  4、燃油系統:燃料供給系統是按照內燃機工作是所要求的時間,供給氣缸適量的燃料。它由燃油箱、燃油濾清器、油泵、噴油器等組成。
  
  5、潤滑系統:潤滑系統是向柴油機各運動機件的摩擦表面,不斷提供適量的潤滑油。它由機油泵、機油濾清器、機油散熱器等組成。
  
  6、冷卻系統:適當冷卻在高溫下工作的機件,使柴油機保持正常的工作溫度。它由水泵、散熱器、水套、節溫器、風扇等組成。
  
  7、啟動系統:以外力轉動內燃機曲軸,使內燃機由靜止狀態轉入工作狀態的裝置。由蓄電池、啟動馬達等組成。
3d地图