柴油機是柴油發(fā)電機組必不可少的部分,其以柴油做燃料的壓燃式內(nèi)燃機。工作時,氣缸內(nèi)的空氣被壓縮而溫度升高,定時噴入氣缸的柴油自行著火燃燒,產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)馀蛎浲苿踊钊龉?,將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。柴油機的工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、噴油著火燃燒、膨脹做功和排氣等過程組成。這些過程可以由四沖程或二沖程柴油機來實現(xiàn)。
1)四沖程柴油機(非增壓)的基本工作原理
四沖程柴油機:用4個行程,曲軸回轉(zhuǎn)兩周完成一個工作循環(huán)。四沖程柴油機的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。工作時活塞作往復(fù)直線運動,曲軸做旋轉(zhuǎn)運動?;钊淖冞\動方向的瞬時位置稱止點(死點),止點處的活塞瞬時運動速度為零。離曲軸中心最遠(yuǎn)的止點稱上止點,最近的止點稱下止點。
四沖程柴油機的工作原理如圖2-3所示。圖中別表示4個行程中活塞、連桿、曲軸及氣閥的相對位置。
①進(jìn)氣行程 活塞從上止點下行,進(jìn)氣閥打開。因活塞下行的抽吸作用,氣缸內(nèi)充入新鮮空氣。為了能充人更多新鮮空氣,進(jìn)氣閥一般在上止點前提前開啟,在下止點后延遲關(guān)閉,進(jìn)氣閥開啟的延續(xù)角度約為220°~250°,如圖2-3a所示。
②壓縮行程 活塞從下止點上行,進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉?;钊闲袎嚎s缸內(nèi)的空氣,使其壓力和溫度均不斷升高。壓縮終點的壓力約為3~6MPa;溫度約為500~700℃。在上止點(壓縮終點)附近,霧化的燃油經(jīng)噴油器噴人燃燒室,并在高溫高壓空氣的作用下,開始自行著火燃燒,如圖2-3b所示。
③做功行程 活塞由上止點向下運動,進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉。在此行程的初期,大量的混合氣燃燒,缸內(nèi)的壓力和溫度都急劇升高,其最大值分別可達(dá)6~9MPa和1500~2000℃左右。高溫高壓氣體推動活塞下行做功,在上止點后某一時刻,燃燒結(jié)束,膨脹做功仍在進(jìn)行。當(dāng)活塞到達(dá)下止點前某一時刻,排氣閥開啟,做功過程結(jié)束。此時,氣缸內(nèi)的壓力約為0.2~0.5MPa,溫度約為600~700℃?;钊麆t繼續(xù)向下止點下行,如圖2-3c所示。
④排氣行程 曲軸帶動活塞由下止點向上運動,排氣閥繼續(xù)開啟狀態(tài),氣缸內(nèi)的廢氣被上行的活塞強行推出缸外。為了實現(xiàn)充分排氣和減少排氣過程中所消耗的功,不但在下止點前提前開啟排氣閥,而且要在排氣行程結(jié)束的上止點后才關(guān)閉。排氣閥開啟的延續(xù)角度約為230°~260°如圖2-3d所示。
四沖程柴油機完成一個工作循環(huán)要經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣等4個行程;一個工作循環(huán)曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn),即曲軸轉(zhuǎn)角720°。其中只有一個行程做功,其余3個行程都要消耗功。因此,在單缸柴油機必須有一個足夠大的飛輪來供給這3個行程所需的能量;而對于多缸柴油機,則借助于其他氣缸膨脹做功過程來供給。
柴油機必須借助外部能量的驅(qū)動使其啟動運轉(zhuǎn),實現(xiàn)停車狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài),直至噴入氣缸的燃油自發(fā)火燃燒,實現(xiàn)柴油機自行運轉(zhuǎn)。
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