柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)原理培訓(xùn)資料PPT發(fā)動(dòng)機(jī)原理培訓(xùn).ppt

昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)原理培訓(xùn)資料2008 11 08 內(nèi)燃機(jī)基本原理 內(nèi)燃機(jī)是將燃料燃燒釋放出來的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置 在內(nèi)燃機(jī)機(jī)中燃料與空氣混合 燃燒 產(chǎn)生高溫 高壓的工作氣體 它作為熱能的載體推動(dòng)活塞 通過連桿 曲軸向外輸出機(jī)械功 由于這一能量轉(zhuǎn)變過程完成是在發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部完成的 所以成為內(nèi)燃機(jī) 根據(jù)著火方式 燃料類別 沖程數(shù)和進(jìn)氣狀態(tài)等的不同 內(nèi)燃機(jī)又常常分為各種不同的類型 內(nèi)燃機(jī)基本原理 基本定義四沖程柴油機(jī) 柴油機(jī)完成進(jìn)氣 壓縮 燃燒 排氣4個(gè)工作過程 即一個(gè)循環(huán) 曲軸需要旋轉(zhuǎn)兩周 即活塞四個(gè)行程 二沖程柴油機(jī) 柴油機(jī)完成進(jìn)氣 壓縮 燃燒 排氣4個(gè)工作過程 即一個(gè)循環(huán) 曲軸需要旋轉(zhuǎn)一周 即活塞兩個(gè)行程 柴油機(jī)和汽油機(jī)的比較 柴油機(jī)與汽油機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語 壓縮比 氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比 用 表示 va 氣缸總?cè)莘e vh 氣缸工作容積 vc 燃燒室容積 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和 稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量 用表示vl vl vh i vh 氣缸工作容積 氣缸排量 i 氣缸數(shù)目 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語 工作循環(huán) 對(duì)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 每進(jìn)行一次能量轉(zhuǎn)換 均要經(jīng)過進(jìn)氣 壓縮 作功 排氣四個(gè)過程 這種周而復(fù)始的連續(xù)過程 稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán) 進(jìn)氣行程 壓縮行程 做功行程 排氣行程 內(nèi)燃機(jī)基本原理 第一行程 進(jìn)氣行程 由進(jìn)氣門開始開啟到進(jìn)氣門關(guān)閉為止 在活塞接近上止點(diǎn)時(shí) 排氣門關(guān)閉 進(jìn)氣門打開 當(dāng)活塞由上止點(diǎn)向下運(yùn)行時(shí) 氣缸內(nèi)容積增加 壓力降低 新鮮空氣吸入氣缸 第二行程 壓縮行程 由進(jìn)氣門關(guān)閉到活塞移動(dòng)到上止點(diǎn)為止 由于曲軸的旋轉(zhuǎn) 活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn) 排氣門都關(guān)閉 氣缸容積逐漸減少 空氣被壓縮 結(jié)果使氣體的溫度與壓力都有明顯上升 為燃油噴入氣缸后能迅速燃燒創(chuàng)造有利條件 第三行程 燃燒膨脹行程 由壓縮上止點(diǎn)開始到排氣門開始開啟為止 1 燃燒柴油機(jī)活塞在上止點(diǎn)前噴油器開始噴油 噴入期缸內(nèi)的燃油借壓縮終了的高溫空氣的熱量自燃 2 膨脹活塞到達(dá)上止點(diǎn)后 在燃燒壓力的推動(dòng)下向下移動(dòng) 過了最大燃燒壓力點(diǎn) 柴油機(jī)進(jìn)入膨脹階段 氣缸容積增加 壓力和溫度隨之下降 第四行程 排氣行程燃燒膨脹過程 活塞向下止點(diǎn)移動(dòng) 為使氣缸內(nèi)的廢氣盡可能排得干凈 排氣門在活塞達(dá)到下止點(diǎn)前提前開啟 部分廢氣開始排出氣缸 當(dāng)活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)時(shí) 廢氣在活塞的驅(qū)趕下迅速排除 活塞到達(dá)上止點(diǎn) 排氣還未結(jié)束 直至活塞由上止點(diǎn)開始向下 進(jìn)氣門開啟 排氣門尚未關(guān)閉 仍在利用下一循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣 繼續(xù)掃除一部分廢氣 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 供油系統(tǒng) 供油系統(tǒng)按柴油機(jī)工作需要 將適量的燃油在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻內(nèi) 以適當(dāng)?shù)目臻g狀態(tài)噴入燃燒室 以保證混合氣的形成及燃燒過程能在最有利的條件下進(jìn)行 從而使柴油機(jī)獲得良好的經(jīng)濟(jì)性 動(dòng)力性 穩(wěn)定性及滿足排放 噪聲等指標(biāo) 供油系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件 1 應(yīng)正確地供給與柴油機(jī)負(fù)荷相適應(yīng)的油量 并保持各缸供油量的均勻性 2 應(yīng)能自動(dòng)改變噴油正時(shí) 以適應(yīng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷變化的需要 3 當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化時(shí) 供油系統(tǒng)應(yīng)有足夠的響應(yīng)速度 提所需要的供油量 4 噴霧特性應(yīng)與燃燒室有良好配合 應(yīng)使柴油機(jī)能獲得最佳的燃燒過程 5 可靠耐用 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造容易 維修方便 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 供油系統(tǒng) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 供油系統(tǒng) 公司國 和國 發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的差異 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 供油系統(tǒng) 共軌系統(tǒng)相對(duì)與傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 冷卻系統(tǒng) 使發(fā)動(dòng)機(jī)得到適度的冷卻 并保持其在最適宜地溫度范圍內(nèi)工作 冷卻系統(tǒng)由散熱器 水泵 風(fēng)扇 冷卻水套和節(jié)溫器裝置等組成 通常利用節(jié)溫器來控制通過散熱器冷卻水的流量 節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中 一般裝在氣缸蓋的出水口 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小和水溫的高低自動(dòng)改變水的循環(huán)流動(dòng)路線 以達(dá)到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強(qiáng)度 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常熱狀態(tài)下工作時(shí) 即水溫高于76 節(jié)溫器閥門打開了通往散熱器的通道 同時(shí)關(guān)閉了通往水泵的旁通管 冷卻水全部流經(jīng)散熱器 形成大循環(huán) 當(dāng)冷卻水溫低于76 時(shí) 節(jié)溫器閥門關(guān)閉了通往散熱器的通道 同時(shí)打開了通往水泵的旁通管 水套內(nèi)的水只能由旁通孔流出經(jīng)旁通管進(jìn)入水泵 又被水泵壓入發(fā)動(dòng)機(jī)水套 此時(shí)冷卻水并不流經(jīng)散熱器 只在水套與水泵之間進(jìn)行小循環(huán) 從而防止發(fā)動(dòng)機(jī)過冷 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫在70 80 范圍內(nèi) 通往散熱器的通道和通往水泵的旁通管均處于半開閉狀態(tài) 此時(shí)一部分水進(jìn)行大循環(huán) 而另一部分水進(jìn)行小循環(huán) 冷卻系的大小循環(huán)定義 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 油底殼 機(jī)油泵 濾清器 冷卻器器 傳感器和油壓力表等組成 潤(rùn)滑作用 潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)零件表面 減小摩擦阻力和磨損 減小發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗 清洗作用 機(jī)油在潤(rùn)滑系內(nèi)不斷循環(huán) 清洗摩擦表面 帶走磨屑和其它異物 冷卻作用 機(jī)油在潤(rùn)滑系內(nèi)循環(huán)帶走摩擦產(chǎn)生的熱量 起到冷卻作用 密封作用 在運(yùn)動(dòng)零件之間形成油膜 提高它們的密封性 有利于防止漏氣或漏油 防銹蝕作用 在零件表面形成油膜 對(duì)零件表面起保護(hù)作用 防止腐蝕生銹 液壓作用 潤(rùn)滑油可用作液壓油 起液壓作用 如液壓挺柱 減震緩沖作用 在運(yùn)動(dòng)零件表面形成油膜 吸收沖擊并減小振動(dòng) 起減震緩沖作用 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 配氣機(jī)構(gòu) 按照發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求 定時(shí)開啟和關(guān)閉氣缸的進(jìn) 排氣門 使新鮮可燃混合氣 汽油機(jī) 或空氣 柴油機(jī) 得以及時(shí)進(jìn)入氣缸 廢氣得以及時(shí)從氣缸排出 凸輪軸的傳動(dòng)方式 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 氣門數(shù)目及排列方式 配氣機(jī)構(gòu) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 配氣相位 配氣機(jī)構(gòu) 上止點(diǎn) 氣門從開啟到關(guān)閉所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角 稱為配氣相位 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 氣門重疊 當(dāng)進(jìn)氣門早開和排氣門遲關(guān)時(shí) 出現(xiàn)的進(jìn)排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象 配氣機(jī)構(gòu) 氣門重疊角 氣門同時(shí)開啟的角度 氣門重疊角 排氣過程 進(jìn)氣過程 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 廢氣渦輪增壓器的工作原理 將排氣管1接到增壓器的渦輪殼4上 柴油機(jī)排出的具有一定壓力的高溫廢氣經(jīng)渦輪殼4進(jìn)入噴嘴環(huán)2 由于噴嘴環(huán)的通道面積做成由大到小 因而廢氣的壓力和溫度下降 而速度卻迅速提高 這個(gè)高溫高速的廢氣氣流 按一定方向沖擊渦輪3 使渦輪高速旋轉(zhuǎn) 廢氣的壓力 溫度和速度越高 渦輪轉(zhuǎn)速也越高 通過渦輪的廢氣最后排入大氣 這時(shí)與渦輪3固裝在同一根轉(zhuǎn)子軸5上的壓氣機(jī)葉輪8也以相同的速度旋轉(zhuǎn) 將經(jīng)濾清器濾清過的空氣吸入壓氣機(jī)殼 高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪的外緣 使其速度和壓力增加 并進(jìn)入形狀做成進(jìn)口小出口大的擴(kuò)壓器7 因此氣流的速度下降壓力升高 再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼9使空氣壓力繼續(xù)升高 高壓空氣流經(jīng)柴油機(jī)進(jìn)氣管10進(jìn)入氣缸與更多的柴油混合燃燒 以保證發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出更大的功率 圖廢氣渦輪增壓工作原理示意圖1 排氣管 2 噴嘴環(huán) 3 渦輪 4 渦輪殼 5 轉(zhuǎn)子軸 6 軸承 7 擴(kuò)壓器 8 壓氣機(jī)葉輪 9 壓氣機(jī)殼 10 進(jìn)氣管 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn) 增壓系統(tǒng) 增壓的目的在于增加每工作循環(huán)充入氣缸內(nèi)的空氣量 從而可以相應(yīng)增加每工作循環(huán)柴油的供給量 使每工作循環(huán)作出更多的功 增加柴油機(jī)的輸出功率 柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓不僅可提高功率30 100 甚至更多 還可減小單位功率質(zhì)量 縮小外形尺寸 節(jié)約原材料 降低燃油消耗 因?yàn)樵鰤浩髟黾拥闹亓亢统叽缍枷鄬?duì)較小 而柴油機(jī)的功率可有較大提高 所以增壓機(jī)單位功率的重量 尺寸將會(huì)相應(yīng)減小 可使柴油機(jī)單位功率的造價(jià)降低 排氣的噪聲有所降低 對(duì)減少有害物質(zhì)排放也會(huì)有所提高 在采用渦輪增壓時(shí) 柴油機(jī)的熱效率得到較大的提高 經(jīng)濟(jì)性將會(huì)得到改善 柴油機(jī)選配渦輪增壓器的要求 柴油機(jī)應(yīng)能達(dá)到預(yù)定的功率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 增壓器應(yīng)能供給柴油機(jī)所需要的增壓壓力和空氣流量 增壓器應(yīng)能在柴油機(jī)的各種工況下穩(wěn)定地工作 壓氣機(jī)不應(yīng)出現(xiàn)喘振或堵塞現(xiàn)象 增壓器應(yīng)在柴油機(jī)的各個(gè)工況下都能高效率地運(yùn)行 增壓器在各種工況下都能可靠地工作 如增壓器在柴油機(jī)滿負(fù)荷時(shí)不出現(xiàn)超速 柴油機(jī)不出現(xiàn)排溫超高 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本機(jī)構(gòu) 增壓系統(tǒng) 所謂柴油機(jī)增壓就是增加進(jìn)入氣缸之前的空氣壓力 使進(jìn)氣密度增加 以增加進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量 從而提高柴油機(jī)的功率 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械性能開發(fā)試驗(yàn) 性能試驗(yàn) 1 臺(tái)架性能試驗(yàn)1 燃油泵匹配2 燃燒室匹配3 噴油器匹配4 增壓器匹配試驗(yàn)5 冷卻功能試驗(yàn)6 潤(rùn)滑功能試驗(yàn)7 機(jī)油消耗試驗(yàn)8 符合特性試驗(yàn)9 可靠性試驗(yàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械性能開發(fā)試驗(yàn) 排放試驗(yàn) 柴油機(jī)排放的種類及其復(fù)雜 包括有害排放物和無害排放物 有害物質(zhì)主要包括nox co hc pm 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械性能開發(fā)試驗(yàn) nox的生成機(jī)理 高溫 富氧在柴油機(jī)中 預(yù)混合燃燒速率很快 又發(fā)生在上止點(diǎn)附近 有最長(zhǎng)的焰后反應(yīng)時(shí)間和最高的氣體溫度 對(duì)nox的生成極為有利 因此 柴油機(jī)中的nox生成量與參與預(yù)混合燃燒的燃油比例有很大關(guān)系 而影響參與預(yù)混合燃燒的燃油的量的多少主要由噴油速率決定的 在提前角一定的情況下 排放試驗(yàn) hc的生成機(jī)理只有經(jīng)歷高溫燃燒階段 染油才能很快氧化為最終的穩(wěn)定產(chǎn)物 如果燃燒室中某些染油不能經(jīng)歷高溫燃燒階段 那么他們或者緩慢氧化 或者經(jīng)歷低溫燃燒階段 最后總有hc排除 因此 大量產(chǎn)生hc的情況 1 燃油噴射貫穿過大 2 冷起動(dòng) 怠速 底負(fù)荷時(shí) 燃油中大部分燃油不能及時(shí)蒸發(fā) 3 油嘴本省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng) 特別是閥后壓力室容積過大 4 起動(dòng)時(shí)不著火 發(fā)動(dòng)機(jī)竄機(jī)油 不正常噴射等 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械性能開發(fā)試驗(yàn) co的生成機(jī)理高溫后缺氧是生成co的重要條件 排放試驗(yàn) pm的生成機(jī)理柴油機(jī)的微粒排放物主要是碳煙粒子 柴油機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)都會(huì)通過影響碳煙生成和氧化過程而對(duì)微粒的排放濃度產(chǎn)生影響 柴油機(jī)排放物的機(jī)內(nèi)凈化途徑和措施 推遲噴油并適當(dāng)提高噴油速率采用增壓加中冷的措施選擇低污染的燃燒系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室的匹配利用可控機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)對(duì)不同運(yùn)行條件實(shí)現(xiàn)排放的最佳控制提高油品質(zhì)量 d19tci