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淄博柴油机配件-柴油机工作原理、主要指标及燃烧室类型详解柴油圈凸轮转机冲程原理

来源:应急救援装备网  作者:蓝品汇优采云   2024-09-07 阅读:175

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术语名称

代码

阐明

柴油机

柴油机又叫压燃式发动机,其工作方式是:利用空气被压缩时产生的高温、高压,使燃料自燃而产生动力,工作介质为柴油,故称柴油机。

气缸直径

柴油机工作缸直径是主要指标之一。

活塞行程

年代

柴油机活塞最上位置与最下位置之间的距离又称活塞行程,是主要指标之一。

燃烧室

活塞顶部不同形状的空间,燃料在此与空气混合并燃烧。

燃烧室主要有两大类:统一(或直接喷射)燃烧室和分离(或预燃)燃烧室。

压缩比

ε

柴油机气缸总容积与燃烧室容积之比,是反映柴油机燃烧效率的重要参数。ε=Va/Vc

速度

柴油机曲轴每分钟旋转的圈数称为转速;单位为:转/分、1/min或rpm。

力量

柴油机在单位时间内所做的功称为功率,通常以马力(hp)或千瓦(kW)表示。

扭矩

柴油机克服外界阻力变化的能力;若转速不变,柴油机的功率越大,其扭矩越大

力矩越大。Nm

工作流程

按照发动机原理,无论是二冲程还是四冲程柴油机,其工作过程都是:进气、压缩、膨胀做功、排气。

二冲程

柴油机的工作过程(即进气、压缩、膨胀和排气)都在曲轴旋转一周之内完成,这种柴油机称为二冲程柴油机。

四冲程

柴油机的工作过程(即进气、压缩、膨胀和排气)都在曲轴旋转两周之内完成,这种柴油机称为四冲程柴油机。

自然进气

(未增强)

柴油机进入气缸的空气压力低于大气压力,其进气方式是:当活塞由上止点运动到下止点时,进、排气门全部关闭,利用气缸内外压力差,将空气吸入气缸。

增压器型号

柴油机进入气缸的空气压力大于大气压力,增压机型则是利用压缩机将空气加压后送入气缸,常见的增压方式有:机械增压、废气涡轮增压。

上止点

上止点

活塞的最高位置也叫上止点。

下止点

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活塞的最低位置也叫下止点。

曲柄半径

R

曲轴主轴颈与连杆轴颈之间的距离R=2S

气门正时

柴油机进、排气门的开启、关闭时间,一般用曲轴转角来表示。

气门间隙

确保精确的气门正时的重要参数。具体指摇臂和气门杆之间的最大间隙。

气缸排量

活塞在一次冲程(从上止点到下止点)内的排量,Vh = (πD²xS)/4(升或 L)

燃烧室容积

风险资本

活塞到达最高位置时,活塞顶部与气缸盖底部之间形成的体积。

四冲程柴油机凸轮转2圈

气缸总容积

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气缸工作容积与燃烧室容积之和。Va = Vh + Vc

扭矩系数

柴油机最大扭矩与额定功率下扭矩之比。K = Memax/Me

喷射提前角

燃料喷入气缸时活塞距上止点的位置,以曲轴角度表示。

注射压力

喷油器的开启压力根据燃烧室不同而不同,直喷式燃烧室要求的喷射压力较高,而分离式燃烧室要求的喷射压力相对较低。

循环供油

喷油泵柱塞一次工作时的泵油量,一般是以100次循环的平均泵油量为准,这是一个重要指标,不能随意更改。

油压

为了保证柴油机的正常工作,需要对柴油机各运动部件、摩擦副进行强制润滑,标准的油压是保证这些部件得到良好润滑的前提。

燃油消耗率

每小时每千瓦功率所消耗的燃油量是一个经济性指标,在同样的功率条件下,ge值越小,说明柴油机省油。

机油消耗率

每千瓦时电力所耗用的石油量一般相当于燃料消耗量的1-1.5%。

风冷柴油机

柴油机的散热表面,如气缸套等,直接用空气冷却,这种柴油机称为风冷柴油机。

水冷柴油机

柴油机的散热面,如气缸套等,采用水冷却,称为水冷柴油机。

空燃比

α

发动机的空燃比用理论上燃烧1kg燃料所需的空气量来表示,用过量空气系数α来表示。

基本发动机结构

发动机是将某一类能量转换成机械能的机械,其功能是将液体或气体燃烧的化学能通过燃烧转化为热能,再通过膨胀将热能转化为机械能并向外输出动力。由许多结构和系统组成的复杂机械,结构类型多种多样,但由于基本工作原理相同,其基本结构也大体类似。发动机的整体结构图如下图所示。

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汽油发动机

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柴油机

汽油机通常由曲轴连杆、配气机构两大机构和燃油供给、润滑、冷却、点火、起动五大系统组成;柴油机通常由两大机构、四大系统(不含点火系统)组成。

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1.曲柄连杆机构

曲柄连杆机构由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成,这就是发动机产生动力的方式,将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动,向外输出动力。

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2. 气门机构

配气机构由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成,其作用是使新鲜的气体及时充满气缸,并将燃烧产生的废气及时排出气缸。

3. 燃油供给系统

由于所用燃料不同,可分为汽油机燃油供给系统和柴油机燃油供给系统。

汽油机燃油供给系统分为化油器式和燃油直喷式,常用的化油器式燃油供给系统由油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器等组成,其作用是将配制好的可燃混合气供给气缸,并控制进入气缸的可燃混合气的量,以调节发动机输出的功率和转速,最后将燃烧后的废气排出气缸。

柴油机燃油供给系由燃油箱、燃油泵、喷油泵、柴油滤清器、进排气管、排气消声器等组成,其作用是向气缸供给纯净的空气并在规定的时间内向气缸内喷入定量的柴油,来调节发动机的输出功率和转速,最后将燃烧后的废气排出气缸。

4.冷却系统

机动车一般采用水冷,水冷系统由水泵、散热器、风扇、节温器及水套(位于车体内部)组成四冲程柴油机凸轮转2圈船舶配件,其作用是利用冷却水的循环,将高温部件的热量通过散热器散发到大气中,从而维持发动机的正常工作温度。

5.润滑系统

润滑系统由油泵、滤清器、油道、油底壳等组成,其作用是把润滑油分布到各相对运动零件的摩擦表面,以减少摩擦,减缓机器零件的磨损,以及清洁、冷却摩擦表面。

6. 点火系统

汽油发动机点火系由电源(蓄电池和发电机)、点火线圈、分电器和火花塞组成,其作用是在规定时刻点燃气缸内压缩的可燃混合气。

7. 启动系统

起动系统由起动电机、起动继电器等组成,用于起动静止的发动机,并使其进入自行运转状态。

发动机的工作原理

发动机将热能转化为机械能的过程,是通过进气、压缩、做功、排气四个连续的过程来实现的。每个这样的过程称为一个工作循环。以四个冲程完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机。以活塞往复运动两个行程,即曲轴旋转一周完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机。

四冲程柴油机凸轮转2圈

1、四冲程汽油机的工作原理:

(1)进气行程。曲轴带动活塞由上止点运动到下止点,此时进气门打开船舶柴油机配件,排气门关闭,在活塞运动过程中,气缸的容积逐渐增大,形成真空,于是可燃混合气通过进气门吸入气缸,直到活塞到达下止点,进气门关闭。

由于进气系统存在进气阻力,进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力,约0.09MPa,由于气缸壁、活塞等高温部位及上一循环遗留下来的高温残余废气,使气体受到加热,温度上升到370K~440K。

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(2)压缩行程。进气行程终了,活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动,气缸容积逐渐减小。此时进、排气门均关闭,可燃混合气被压缩。当活塞到达上止点时压缩结束。在压缩过程中,气体压力和温度同时升高,混合气进一步均匀混合。压缩终了时,气缸内压力约为0.6MPa~1.2MPa,温度约为600K~800K。

(3)做功行程。在压缩行程终了时,火花塞产生电火花点燃混合气,迅速燃烧,使气体的温度和压力迅速上升,从而推动活塞由上止点移动到下止点,并通过连杆带动曲轴旋转做功,当活塞到达下止点时做功结束。

工作开始后,气缸内气体压力和温度急剧上升,瞬时压力可达3MPa~5MPa,瞬时温度可达2200K~2800K。

(4)排气行程。当做功行程接近终了时,排气门打开四冲程柴油机凸轮转2圈,进气门关闭,曲轴通过连杆推动活塞由下止点推向上止点。废气在自身余压和活塞的推动下,从气缸内排出,当活塞到达上止点时,排气门关闭,排气结束。由于排气系统中存在排气阻力,在排气行程终了时,气缸内压力稍高于大气压力,约为0。~0。,温度约为900K~1200K。

2、四冲程柴油机的工作原理:

由于所用燃料的性质不同,四冲程柴油机的可燃混合气的形成和着火与汽油机有很大的不同,下面主要讲述柴油机与汽油机工作循环的不同。

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(1)进气冲程。在进气冲程中,进入气缸的是纯净的空气,而不是可燃混合气。

(2)压缩行程。在压缩行程中,进入气缸的纯净空气被压缩。由于柴油机的压缩比很大,约为15~22,所以压缩终了时的温度和压力比汽油机高,压力可达3MPa~5MPa,温度可达。温度可达800K~1000K。

(3)做功行程。在压缩行程终了时,喷油泵将高压柴油通过喷油器喷入气缸内的高温高压空气中,很快汽化并与空气形成混合气。当温度高于柴油的自燃温度(约500K)时,柴油混合气便立即着火燃烧,此后的一段时间内,一边喷油,一边继续燃烧。气缸内的压力和温度急剧上升,推动活塞向下做功。

在做功行程时,瞬时压力可达5MPa~10MPa,瞬时温度可达1800K~2200K。

(4)排气冲程。此冲程与汽油发动机的冲程基本相同。

从上述四冲程汽油机和柴油机的工作循环可以看出,两种发动机的工作循环基本内容是相似的。四个冲程中,只有做功冲程产生动力,其他三个冲程是为做功冲程做准备的辅助冲程。发动机启动的第一个循环需要外力推动曲轴旋转,完成进气和压缩冲程,当做功冲程开始时,动力通过曲轴储存在飞轮中,以后维持动力,循环继续。

3、二冲程汽油机的工作原理:

二冲程发动机的工作循环也包括进气、压缩、做功、排气四个过程,但都是在活塞的两个往复行程内完成的。

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(1)第一冲程。活塞由下止点运动到上止点,当活塞上行至通气孔和排气孔关闭时,已进入气缸的可燃混合气被压缩,当活塞继续上行至上止点时,压缩结束。同时,当活塞上行时,其下方的曲轴箱内形成一定的真空,当活塞上行至进气道打开时,新鲜的可燃混合气被吸入曲轴箱,第一冲程结束。

(2)第二冲程。当活塞接近上止点时,火花塞产生电火花,点燃压缩后的可燃混合气,燃烧产生的高温、高压气体推动活塞向下做功,当活塞向下运动至进气口关闭时,曲轴箱内的混合气被预压缩;当活塞继续向下运动直至排气口打开时,燃烧后的废气靠自身压力经排气口排出;接着,通气口打开,曲轴箱内已预压缩的混合气进入气缸,并排除气缸内残留的废气。这个过程叫通气过程,一直持续到下一个冲程活塞再次向上运动,将通气孔和排气孔关闭。当活塞向下运动至下止点时,第二冲程结束。

从上面两个行程我们可以知道,在第一个行程中,活塞上半部分用来通气压缩,活塞下半部分用来进气;在第二个行程中,活塞上半部分用来做功和通气,活塞下半部分用来对混合气进行预压缩,跨越了两个行程。

发动机活塞

活塞的主要作用是承受气缸内燃气压力,并通过活塞销、连杆传递给曲轴,此外活塞与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。

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由于活塞顶部与高温气体直接接触,承受着很大的热负荷;活塞还受到气体压力和惯性力的周期性变化的影响,因此要求活塞具有足够的强度和刚度,质量尽量小,导热性要好,有良好的耐热性和耐磨性,在温度变化时尺寸和形状的变化要小。

目前汽车发动机上广泛使用的活塞材料是铝合金,有些柴油机也采用合金铸铁或耐热钢制作活塞。

活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三部分。

1、活塞顶。活塞顶是燃烧室的组成部分,用来承受燃气压力。根据不同的用途和要求,活塞顶制成各种形状:常见的有平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞、凸顶活塞和成形顶活塞。

(2)活塞头。活塞头是活塞环槽上方的部分。它的主要作用是承受燃气压力,并把它传递给连杆;它和活塞环一起起密封气缸的作用;并且把活塞顶部吸收的热量传递给连杆。通过活塞环传递给气缸壁。

活塞头部开有若干个环槽,用于安装活塞环。汽油机活塞一般有3~4条环槽,其中2~3条用于安装气环,下一条用于安装油环。活塞底面上钻有若干个径向孔,使油环从缸壁上刮下来的多余机油通过这些孔流回油底壳。

(3)活塞裙部。活塞环槽以下的部分称为活塞裙部。它的作用是引导活塞在气缸内往复运动,并承受侧压力。

直列式气缸体

气缸体和上曲轴箱常常铸成一体,称为气缸体-曲轴箱,或简称为气缸体。气缸体的上部有一个或多个引导活塞运动的圆柱形空腔,称为气缸;下部为曲轴箱,支撑曲轴,其内腔是曲轴运动的空间。

气缸体是发动机各机构、系统的装配基础,起保持发动机各运动机件之间准确的位置关系的作用。

为了散发气缸内的热量,在气缸外侧设有水套(水冷发动机)或散热片(风冷发动机)。

上曲轴箱有前后壁和中隔板,中隔板上开有主轴承座孔。有的发动机还设有凸轮轴轴承座孔。为了润滑这些轴承,在侧壁上钻有主油道,在前后壁和中隔板上钻有油分配道。

发动机气缸排列形式常见有单排和双排两种,单排(直列)发动机中气缸排列成一排,一般为垂直排列,但为了降低发动机高度,有时气缸排列成倾斜甚至水平排列,左右两排气缸中心线的夹角γ小于180°的双排发动机称为V型发动机。

发动机相关术语

(1)上止点 - 活塞距离曲轴旋转中心最远的点。这通常是活塞的最高位置。

(2) 下止点 - 活塞最接近曲轴旋转中心的点,通常是活塞的最低位置。

(3)活塞行程--上、下死点之间的距离。

(4)行程:活塞从一个死点运动到另一个死点的过程。

(5)曲轴半径——曲轴中心至连杆大端至曲轴旋转中心的距离。

(6)气缸工作容积——活塞从上止点到下止点所腾出的空间的容积。

(7)发动机排量:发动机所有气缸的排气量之和,又称发动机排量。

(8)燃烧室容量--当活塞位于上止点时,活塞顶部以上的空间称为燃烧室,其容积称为燃烧室容量。

(9)气缸总容积——活塞位于下止点时,活塞顶部以上全部空间的容积。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和。

(10)压缩比——气缸总容积与燃烧室容积之比。

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