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柴油機(jī)工作原理及運(yùn)用技術(shù)

來源:久江泵業(yè) 發(fā)布時(shí)間:2015-7-3 15:29:51

柴油機(jī)的工作是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個(gè)過程來完成的,這四個(gè)過程構(gòu)成了一個(gè)工作循環(huán)。活塞走四個(gè)過程才能完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為四沖程柴油機(jī)。
  一. 進(jìn)氣沖程
  第一沖程——進(jìn)氣,它的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。當(dāng)進(jìn)氣沖程開始時(shí),活塞位于上止點(diǎn),氣缸內(nèi)的燃燒室中還留有一些廢氣。
  當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)肘,連桿使活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng),同時(shí),利用與曲軸相聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣閥打開。
  隨著活塞的向下運(yùn)動(dòng),氣缸內(nèi)活塞上面的容積逐漸增大:造成氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進(jìn)氣管內(nèi)的壓力,因此外面空氣就不斷地充入氣缸。
  進(jìn)氣過程中氣缸內(nèi)氣體壓力隨著氣缸的容積變化的情況如動(dòng)畫所示。圖中縱坐標(biāo)表示氣體壓力P,橫坐標(biāo)表示氣缸容積Vh(或活塞的沖S),這個(gè)圖形稱為示功圖。圖中的壓力曲線表示柴油機(jī)工作時(shí),氣缸內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律。從土中我們可以看出進(jìn)氣開始,由于存在殘余廢氣,所以稍高于大氣壓力P0。在進(jìn)氣過程中由于空氣通過進(jìn)氣管和進(jìn)氣閥時(shí)產(chǎn)生流動(dòng)阻力,所以進(jìn)氣沖程的氣體壓力低于大氣壓力,其值為0.085~0.095MPa,在整個(gè)進(jìn)氣過程中,氣缸內(nèi)氣體壓力大致保持不變。
  當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)接近下止點(diǎn)時(shí),沖進(jìn)氣缸的氣流仍具有很高的速度,慣性很大,為了利用氣流的慣性來提高充氣量,進(jìn)氣閥在活塞過了下止點(diǎn)以后才關(guān)閉。雖然此時(shí)活塞上行,但由于氣流的慣性,氣體仍能充人氣缸。

  二. 壓縮沖程
  第二沖程——壓縮。壓縮時(shí)活塞從下止點(diǎn)間上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng),這個(gè)沖程的功用有二,一是提高空氣的溫度,為燃料自行發(fā)火作準(zhǔn)備:二是為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當(dāng)活塞上行,進(jìn)氣閥關(guān)閉以后,氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮,隨著容積的不斷細(xì)小,空氣的壓力和溫度也就不斷升高,壓縮終點(diǎn)的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān),即與壓縮比有關(guān),一般壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度為:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。
  柴油的自燃溫度約為543—563K,壓縮終點(diǎn)的溫度要比柴油自燃的溫度高很多,足以保證噴入氣缸的燃油自行發(fā)火燃燒。
  噴入氣缸的柴油,并不是立即發(fā)火的,而且經(jīng)過物理化學(xué)變化之后才發(fā)火,這段時(shí)間大約有0.001~0.005秒,稱為發(fā)火延遲期。因此,要在曲柄轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)前10~35°曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)開始將霧化的燃料噴入氣缸,并使曲柄在上止點(diǎn)后5~10°時(shí),在燃燒室內(nèi)達(dá)到最高燃燒壓力,迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)。
  三. 燃燒膨脹沖程
  第三沖程——燃燒膨脹。在這個(gè)沖程開始時(shí),大部分噴入燃燒室內(nèi)的燃料都燃燒了。燃燒時(shí)放出大量的熱量,因此氣體的壓力和溫度便急劇升高,活塞在高溫高壓氣體作用下向下運(yùn)動(dòng),并通過連稈使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。
  隨著活塞的下行,氣缸的容積增大,氣體的壓力下降,工作沖程在活塞行至下止點(diǎn),排氣閥打開時(shí)結(jié)束。
  四. 排氣沖程
  第四沖程——排氣。排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去,以便充填新鮮空氣,為下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣作準(zhǔn)備。當(dāng)工作沖程活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)附近時(shí),排氣閥開起,活塞在曲軸和連桿的帶動(dòng)下,由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng),并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統(tǒng)存在著阻力,所以在排氣沖程開始時(shí),氣缸內(nèi)的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa,其溫度Tb=1000~1200K。為了減少排氣時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)的阻力,排氣閥在下止點(diǎn)前就打開了。排氣閥一打開,具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外,缸內(nèi)壓力迅速下降,這樣當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí),氣缸內(nèi)的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時(shí)的氣流慣性使廢氣排出得干凈,排氣閥在上止點(diǎn)以后才關(guān)閉。
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