柴油发动机工作原理图

  活塞式内燃机工作原理

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,便通过推杆推动轮子旋转,从而把空气所得到的热能转化为推动轮子旋转的机械能。 内燃机的工作过程,就是按照一定的规律,不断地将燃料和空气送入气缸,并在气缸内着火燃烧,放出热能。燃气在吸收热能后产生高温高压,推动着活塞作功,将热能转化为机械能。

它是由一个独立的发动机所构成。工作时燃料和空气直接送到发动机的气缸内部进行燃烧,放出热能,形成高温、高压的燃气,推动活塞移动。然后通过曲柄连杆机构对外输出机械能。

\

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、内燃机的机械传动机构

在往复式内燃机中,曲柄连杆机构的作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的旋转运动,以实现热能和机械能的相互转变。

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。其中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转动。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。连杆为两端带有孔的一直杆,一端与活塞相连;另一端与连杆轴相连,它随着活塞移动和曲轴旋转而进行摆动。

当活塞往复运动时,通过连杆推动曲轴绕主轴中心产生旋转运动。活塞移动与曲轴转动是相互牵连在一起的。因此,活塞移动位置与曲轴转动位置是相对应的。

三、单缸四冲程柴油机工作原理

活塞连续运行四个冲程(即曲轴旋转两周)的过程中,完成一个工作循环(进气—压缩—燃烧膨胀—排气)的柴油机,叫做四冲程柴油机。

为了更清楚地表示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。图中横座标表示气缸容积,从座标表示气缸的绝对压力。图中的水平虚线,表示绝对压力为大气压(亦即1公斤/厘米2)。Vc、Vh分别表示燃烧室容积与气缸工作容积。

下面对照单缸四冲程柴油机工作过程示意图和示功图,来说明它的工作过程9指非增压柴油机)。 第一冲程——进气过程活塞从上死点移动到下死点。这时进气门打开,排气门关闭。

进气过程开始时,活塞位于死点位置。气缸内(燃烧室)残留着上次循环未排净的残余废气当曲轴旋转时,通过连杆带动活塞向下移动,同时进气门打开。随着活塞下移,气缸内部容积增大,压力随之减小,当压力低于大气压力时,外部新鲜空气开始被吸入气缸。直到活塞移动到死点位置,气缸内充满了新鲜空气。 在新鲜空气进入气缸的过程中,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,又因空气从高温的残余废气和燃烧室壁吸收热量,故温度可达35~50℃。

应当指出,实际柴油机进气门都是在活塞位于死点前提前打开,并且延迟到下死点后才关闭。原因是:若进气过程开始活塞下移时,进气门刚开始打开而不能立即开足,便造成气缸内产生部分真空,使活塞下行时产生较大的阻力。因此进气门要提前在上死点前便打开,则活塞开始由上死点下行时,进气门已开到最大位置,保证空气顺利进入气缸,从而减小活塞的下行阻力。进气过程中,空气沿进气管被吸入气缸时,气流产生惯性作用,若使气门推迟到下死点后关闭,虽然活塞已开始上行,仍可以充分利用气流的流动惯性,使一部分新鲜空气进入气缸,以保证吸入更多的空气。由于进气门早开迟关,所以实际柴油机的进气过程都大于180°曲轴转角,一般为220°~240°。

第二冲程——压缩过程活塞由下死点移动到上死点,在这期间,进、排气门全部关闭。

压缩过程开始时,活塞位于下死点。曲轴在飞轮惯性作用下带动旋转,通过连杆推动活塞向上移动。气缸内容积逐渐减小,新鲜空气被压缩,压力和温度随着升高。

为了实现高温气体引燃柴油的目的,柴油机都具有较大的压缩比,使压缩终了时,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。 为了充分利用燃料燃烧所产生的热能,要求燃烧过程能够在活塞移动到上死点略后位置迅速完成,以使燃烧后的气体充分膨胀多做功,使柴油机效率提高。但是,由于燃料喷入气缸内时,必须经过一定的着火准备阶段,才能实现燃烧(详见本书第六章第二节)。因此,实际柴油机工作中,在压缩冲程结束前(约在上死点前10°~35°),开始将燃料喷入气缸内。在示功图上,m点表示喷油开始时间。

第三冲程——燃烧膨胀过程活塞又从上死点移动到下死点。此时,进、排气门仍然都关闭着。喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧,产生大量热能,使气缸内的温度、压力急剧升高。高温、高压气体推动活塞向下移动,通过连杆,带动曲轴转动。因为只有这一行程才实现热能转化为机械能,因此,通常把该行程叫做工作行程。

在燃烧与膨胀过程中,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。随着活塞被推动着下移,气缸容积逐渐增大,气体随之逐渐减小数点。示功图的c—z—b线表示出这一过程中气缸容积与压力变化的情况。在这一曲线上,几乎垂直的c—z线段,表示出燃料急剧燃烧时压力的升高程度。z点表示燃烧压力Pz(又称做最大爆发压力)。

第四冲程——排气过程活塞又从下死点移动到上死点。此时,排气门打开,进气门关闭。

排气过程开始时,活塞位于下死点,气缸内充满着燃料并膨胀作功的废气。排气门打开后,废气随着活塞上移,被排出气缸之外。

燃烧膨胀终了时,气缸内的气体还具有较大的压力,如果排气门在下死点位置时才打开,而不能瞬时间开足便影响废气及时的排出,气缸内的压力也不能迅速降低,使活塞向上运动受到很大的阻力,消耗较多的能量。因此,在实际柴油机工作中,排气门都在活塞移动到下死点前提前打开(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,使气缸内的压力迅速下降。大大减小活塞上移的阻力,降低排气过程的消耗功。

当活塞上移到上死点时,排气门并不马上关闭,而要推迟到进气过程开始后。如前所述,因为进气门提前在排气过程结束前打开,这样便形成进、排气门同时开启的一段重合时间。在某种情况下(例如增压),还可以利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。

曲轴依靠尽轮转动的惯性作用继续旋转,上述各过程又重复进行。如此周期循环地工作,实现柴油机连续不断地运转。
                                   


推荐阅读:

两种柴油发电机改进方式

几组柴油发电机组问题维修

柴油发电机常见的5个故障解决办法


提供电机维修一站式服务

◎欢迎您留言咨询,请在这里提交您想咨询的内容。