柴油機的工作原理

柴油機的工作原理柴油發(fā)動機工作原理將能量轉化為機械能的機器稱為發(fā)動機。根據能源的不同，各種發(fā)動機可分為：風力渦輪機（以下簡稱風力渦輪機）；液壓發(fā)動機（簡稱液壓發(fā)動機）；熱機等將燃料燃燒產生的熱能轉化為機械能的發(fā)動機統(tǒng)稱為熱機，如蒸汽機、柴油機等。根據燃料燃燒過程的位置，熱機可分為外燃式發(fā)動機和內燃式發(fā)動機。燃料在發(fā)動機外部燃燒的熱機被稱為外部內燃機。例如蒸汽機（往復式）、蒸汽輪機（旋轉式）等。燃料直接在發(fā)動機內部燃燒的熱機稱為內燃機。如柴油機、汽油機、天然氣發(fā)動機等。內燃機就是利用燃料燃燒后產生的熱能來做功的。柴油發(fā)動機是一種內燃機，它是柴油在發(fā)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、 活塞式內燃機的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(guī)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(fā)動機所構成。工作時燃料和空氣直接送到發(fā)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轉化為曲軸的旋轉運動，從而實現(xiàn)熱能和機械能的相互轉換。它由活塞1、連桿3和曲軸4組成?；钊荒苎貧飧籽刂本€前后移動。曲軸由兩個中心線呈直線的軸組成。其中一根軸安裝在主體的中心孔內，稱為主軸。主軸只能繞其在機體座孔內的中心線旋轉。另一根軸通過曲柄與主軸相連，稱為連桿軸。它繞主軸旋轉。連桿為兩端開孔的直桿，一端與活塞連接；另一端與連桿軸相連，連桿軸隨著活塞的移動和曲軸的旋轉而擺動。當活塞前后移動時，曲軸通過連桿繞主軸中心推動，產生旋轉運動?；钊倪\動和曲軸的旋轉是相互關聯(lián)的。因此，活塞的移動位置與曲軸的旋轉位置相對應。三、 單缸四沖程柴油機工作原理活塞連續(xù)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(huán)（進氣一壓縮一燃燒膨脹一排氣）的柴油機，叫做四沖程柴油機。為了更清楚地顯示氣缸內氣體壓力隨體積的變化，圖1-6-5顯示了單缸四沖程柴油機的示功圖。在圖中，橫坐標表示氣缸容積，橫坐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力（即1kg/cm2）。VC和VH分別代表燃燒室容積和氣缸工作容積。通過比較單缸四沖程柴油機的工作過程圖和示功圖（9指非增壓柴油機），描述了其工作過程。第一沖程一一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(huán)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，同時進閥門打開了。隨著活塞向下移動，氣缸的內部容積增加，壓力降低。當壓力低于大氣壓力時，外部新鮮空氣開始被吸入氣缸。直到活塞移動到止點位置，氣缸內充滿新鮮空氣。在新鮮空氣進入氣缸的過程中，由于空氣過濾器、進氣管、進氣閥等阻力的影響，進氣端氣缸內的氣體壓力略低于大氣壓力，約為0.8~0.9kg/cm2。此外，由于空氣從高溫殘余廢氣和燃燒室壁吸收熱量，溫度可達到35~50°C。需要注意的是，柴油機的實際進氣門在活塞處于死點之前提前打開，在下死點之后關閉。原因是：如果在進氣過程中，當活塞向下移動時，進氣閥剛剛開始打開，但不能立即足夠打開，則會導致氣缸中出現(xiàn)部分真空，從而導致活塞向下移動時阻力更大。因此，進氣閥應提前在上止點之前打開。當活塞開始從上止點向下移動時，進氣門已打開到最大位置，以確?？諝忭樌M入氣缸，從而減少活塞的向下阻力。在進氣過程中，當空氣沿著進氣管被吸入氣缸時，氣流會產生慣性。如果閥門延遲到下止點，然后關閉，雖然活塞已經開始上升，但它仍然可以充分利用氣流的流動慣性，使一些新鮮空氣進入氣缸，以確保更多的進氣。由于進氣門的提前開啟和延遲關閉，柴油機的實際進氣過程大于180。曲軸角，一般為220°~240°。第二沖程一一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。在壓縮過程開始時，活塞處于下止點。曲軸在飛輪的慣性作用下旋轉，并通過連桿向上推動活塞。氣缸內部容積逐漸減小，新鮮空氣被壓縮，壓力和溫度隨之升高。為了達到柴油機高溫氣體點火的目的，柴油機具有較大的壓縮比，因此在壓縮結束時，氣缸內的氣體溫度比柴油機的自燃溫度高200~300C，即500~750C（柴油自燃溫度約200~300C），壓力約30~50kg/cm2。為了充分利用燃料燃燒產生的熱能，要求在活塞移動到上止點稍后的位置后，燃燒過程能迅速完成，從而使燃燒后的氣體充分膨脹，為提高柴油機的效率做更多的工作。然而，當燃料被噴入氣缸時，必須經過一定的燃燒準備階段才能實現(xiàn)燃燒（詳見本書第6章第2節(jié)）。因此，在柴油機的實際運行中，燃油在壓縮沖程結束前（上止點前約10°~35°）噴入氣缸。在示功圖上，點m表示燃油噴射的開始時間。第三沖程——燃燒膨脹過程，活塞從上止點移動到下止點。此時，進氣門和排氣門仍處于關閉狀態(tài)。噴入氣缸的燃油在高溫空氣中點火燃燒，產生大量熱能，使氣缸內的溫度和壓力急劇上升。高溫高壓氣體向下推動活塞，并通過連桿驅動曲軸旋轉。因為只有這個沖程才能將熱能轉化為機械能，所以通常稱為工作沖程。在燃燒和膨脹過程中，氣缸內氣體的最高溫度可達1700~2000C，最大壓力為60~90kg/cm2。隨著活塞被向下推，氣缸容積逐漸增加，氣體逐漸減少小數(shù)點。示功圖的c-z-b線顯示了在此過程中氣缸容積和壓力的變化。在這條曲線上，幾乎垂直的C-Z線段顯示了燃料快速燃燒時壓力上升的程度。z點代表燃燒壓力PZ（也稱為最大爆破壓力）。第四沖程一一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。在排氣過程開始時，活塞處于下止點，氣缸充滿燃油并膨脹排氣以進行工作。排氣閥打開后，廢氣隨活塞向上移動，并從氣缸中排出。在燃燒膨脹結束時，氣缸中的氣體仍然有很大的壓力。如果排氣閥僅在下止點位置打開，且不能在瞬間充分打開，則會影響廢氣的及時排放，且氣缸內的壓力不能迅速降低，這將對活塞的向上運動造成很大阻力，消耗更多能量。因此，在柴油機的實際運行中，在活塞移動到下止點之前（通常在下止點之前40°~60°），排氣門會提前打開。這樣，廢氣可以在較大的壓差下自行流出氣缸，從而使氣缸內的壓力迅速降低。大大降低了活塞向上運動的阻力，減少了排氣過程中的工作消耗。當活塞向上移動到上死點時，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(xù)旋轉，上述各過程又重復進行。如此周期循環(huán)地工作，實現(xiàn)柴油機連續(xù)不斷地運轉。第四沖程一一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。在排氣過程開始時，活塞處于下止點，氣缸充滿燃油并膨脹排氣以進行工作。排氣閥打開后，廢氣隨活塞向上移動，并從氣缸中排出。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(xù)旋轉，上述各過程又重復進行。如此周期循環(huán)地工作，實現(xiàn)柴油機連續(xù)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(qū)別在于：四、柴油機的結構柴油機由機體、曲軸連桿機構、配氣機構、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)等組成。車身部件：包括車身（氣缸-曲軸蓋）、缸套、氣缸蓋和油底殼等。這些部件構成柴油機的框架，所有運動部件和輔助系統(tǒng)都支撐在其上。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?yōu)榍S的旋轉動力。主要部件有：氣缸曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸、飛輪等配氣機構：及時向氣缸提供新鮮空氣，及時排出氣缸內燃料燃燒后的廢氣。它由進氣門、排氣門、凸輪軸及其傳動部件組成。燃油系統(tǒng)：燃料供給系統(tǒng)是按照內