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二冲程柴油机的工作原理 在四冲程柴油机中,活塞走四个冲程才完成一个工作循环,其中两个冲程(进气和排气),活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中,曲轴每转一转,即活塞每两个冲程就完成一个工作循环,而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的,所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用,为了排除燃烧后的废气,并把新鲜空气充满气缸,必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器)。下面的动画是气阀式直流换气的二冲程柴油机的工作原理图。这种发动机的构造主要有以下特点:(1)进气孔2布置在气缸下部,其高度约为活塞行程的10~20%左右。进气孔的打开和关闭,由气缸内运动的活塞来控制;
(2)排气阀布置在气缸盖上,由凸轮轴驱动,保证在曲轴转一转时,气阀打开一次;
(3)扫气泵3,由发动机通过传动齿轮传动,它将吸人的空气压缩至pk=0.123~0.13MPa,送入气缸周围的贮气室1中,用于清除气缸内的废气和充填新鲜空气。
二冲程发动机的工作原理如下:
第一冲程——活塞从下止点向上止点运动。
当活塞处于下止点时,排气阀和进气孔早已打开,贮气室l中的压缩空气便进入气缸内,并冲向排气阀,这动产生清除废气的作用,同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时,进气孔首先由活塞关闭,然后排气阀也关闭;空气在气缸内受到压缩。
第二冲程——活塞从上止点向下止点运动。
活塞行至上止点前,喷油器将燃油喷入燃烧室中,压缩空气所产生的高温,立刻点燃雾化的燃油,燃烧所产生的压力,推动活塞下行,直到排气阀再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下,自行从排气阀排出。当进气孔被活塞打开后,气缸内又进行扫气过程。曲轴每转一转,活塞走了两个冲程就完成一个循环,因此叫二冲程柴油机。
图2—8为二冲程柴油机的示功图。其中a—k线为扫气过程,k点为扫气终点,它敢决于进气孔和排气阀关闭时刻。有的机型是排气阀和进气孔同时关闭。有的排气阀提前关闭。k-c线为压缩过程,其中c'点为开始向气缸喷油的时刻。 在第二冲程中,c-m线为膨胀过程,其中c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段,z点为最高燃烧压力点,m点为排气阀开始打开的时刻。这时燃烧产物便从气缸经排气阀、排气管排入大气,压力迅速下降,如m-n线所示,当气缸内的压力大约等于贮气置室的压力时,进气孔才被打开(n点),这时新鲜空气应入气缸进行扫气过程,如n-a线所示。
从二冲程柴油机的工作原理可知,在扫气过程中,活塞不做有效功,相对这部分活塞行程容积Vn称为损失容积,而活塞的实际工作容积为:而实际压缩比为:
几何压缩比与四冲程柴油机一样为:
扫气过程容积损失的多少通常用损失容积Vn对几何工作容积Vh的比值表示:
在二冲程柴油机中,y=10~38% 。
现代四冲程和二冲程发动机都成功的使用在各个领域,他们都有各自的特点,一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机,而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多。
正相同的气缸尺寸和转速下,二冲程发功机的功率理应比四冲程发动机增加一倍,但实际上,由于扫气容积的损失,充气时间较短,废气清除困难以及驱动扫气须要消耗一部分功率等原因,使二冲程发动机的功率只增加60~70%左右。二冲程发动机叫另一优点是扭矩的均匀性比四冲程发动机好,因为它曲轴转一转完成一个工作循环。
扫气过程时间短是二冲程发动机的一大缺点,此外,二冲程发动机的活塞、气缸盖、气缸,气阀的温度都比四冲程发动机高。
在二冲程柴油机中,根据气流在气缸中流动路线不同,还有其他的换气型式。它们在船舶柴油机中都得到广泛的应用。现简介如下:
1.气孔式直流换气的柴油机
下图左所示为对动活塞式柴油机,它的换气是由上下的进、排气儿完成的,故称气孔式直流换气的二冲程柴油机。进、排气孔的开启和关闭分别由上、下活塞控制。工作时,两个活塞在气缸内作相对运动,燃烧室位于中部,两个活塞通过连杆与上、下曲轴连接,两曲轴通过齿轮轮连接,从一处对外输出有效功。
2.横流换气的二冲程柴油机
上图中所示为这种柴油机机的简图,它的进气孔和排气孔分别设正气缸下部的两侧,它们的开关均由活塞控制。为了保证先进行自由排气,一般排气孔的上边缘比进气的上边缘高一些。
3.回流换气的二冲程柴油机
上图右所示,这种柴油机的特点是:进气孔和排气孔设正气缸下部的同一侧,排气孔位于进气孔的上方。换气时,空气从向上倾斜的进气孔,流经活塞顶部推动废气上行,在气缸盖底部转向下行,最后由倾斜的排气孔排出。由于换气时气流方向弯曲,故称回流换气的二冲程柴油机。这种柴油机比直流气阀式柴油机简单,但换气质量较差。
1、吸油和压油过程
喷油泵的吸油和压油,由柱塞在柱塞套内的往复运动来完成。当柱塞位于下部位置时,柱塞套上的两个油孔被打开,柱塞套内腔与泵体内的油道相通,燃油迅速注满油室。
当凸轮顶到滚轮体的滚轮上时,柱塞便升起。从柱塞开始间向上运动到油孔被柱塞上端面挡住前为止。在这一段时间内,由于柱塞的运动,燃油从油室被挤出,流向油道。所以这段升程称为预行程。当柱塞将油孔挡住时,便开始压油过程。柱塞上行,油室内油压急剧升高。当压力超过出油阀的弹簧弹力和上部油压时,就顶开出油阀,燃油压入油管送至喷油器。
柱塞套上的进油孔被柱塞上端面完全挡住的时刻称为理论供油始点。
柱塞继续向上运动时,供油也一直继续着,压油过程持续到柱塞上的螺旋斜边让开柱塞套回油孔时为止,当油孔一被打开,高压油从油室经柱塞上的纵向槽和柱塞套上的回油孔流回泵体内的油道。此时柱塞套油室的油压迅速降低,出油阀在弹簧和高压油管中油压的作用下落回阀座,喷油器立即停止喷油。这时虽然柱塞仍继续上行,但供油已终止。
柱塞套上回油孔被柱塞斜边打开的时刻称为理论供油终点。
从上述的吸油和压油过程可见,在柱塞向上运动的整个过程中,只是中间一段行程才是压油过程,这一行程称为柱塞的有效行程。
2、油量调节
为了适应柴油机负载的要求,喷油泵的供油量必须能够在最大供油量(全负荷)到零供油量(停车)的范围内进行调节。
供油量的调节是通过齿杆、转动套使喷油泵的全部柱塞同时转动来实现的。
当柱塞转动时,供油开始时间不变,而供油终了时间,则由于柱塞斜边对柱塞套回油孔位置的改变而变更了。随着柱塞转动的角度不同,柱塞的有效行程也就不同,因而供油量也随之改变。
柱塞对于不供油位1转动的角度越大,则柱塞上端面到打开拄塞套回油孔的斜边距离也越大,供油量也就越大,若柱塞转动的角度较小,则断油开始较早,供油量也较小。当柴油机停车时必须断油,为此,可将柱塞上的纵向槽转到正对着柱塞套上回油孔。此时,在整个柱塞行程中,柱塞套内的燃油一直通过纵向槽、回油孔流回油道,没有压油过程,故供油量等于零。
因此,当柱塞转动时,利用改变供油量终点的时刻来调节供油量,这种方法称为供油终点调节法。
改变柱塞上斜边的位置,就可得到其它的调节方法。下图所示为三种油量调节方法的柱塞斜边形状。
(a)为上述的供油终点调节法。适宜应用在转速不变的柴油机上,也应用在船用增压柴油机上。
(b)为供应始点调节法。由于螺旋斜边向上倾斜,转动柱塞调节油量时,供油始点改变而供油终点不变。这种调节方法曾认为适用于直接带动螺旋桨的柴油机上,因为按推进特性运行时,负荷随转速而增加,喷油提前角也应增大。但是实际上在低负荷工作时不利,所以在增压比较高的船用柴油机已很少应用,仍希望采用第一种调节供油终点的方法。
(c)为供油始点和供油终点同时改变的方法。这种柱塞是通过适当的后移始点和提前终点来满足减小喷油量要求的,所以它能控制整个燃烧过程,不论在低、高负荷时均在止上点附近进行。这种调节方法适用于高增压和转速与负荷均变化的船用柴油机上。
在喷油泵油量调节机构中,除了上述的齿杆式油量控制机构之外,还有-种拨叉式油量控制机构。在柱塞下端有一个调节臂,调节臂的球头一端置于调节叉的槽内,调节叉是用锁紧螺钉固定在拉杆上,移动拉杆,调节叉就带动柱塞旋转,从而达到改变供油量的目的。它的优点是加工简单,易于修理,油泵外形尺寸小,我国2号系列泵就采用这种控制机构。
有两冲程的,很多船用柴油机就是两冲程的。两冲程的柴油机机械效率好,转速低。
在二冲程柴油机中,曲轴每转一转,即活塞每两个冲程就完成一个工作循环,而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的,所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用,为了排除燃烧后的废气,并把新鲜空气充满气缸,必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器)。
二冲程发动机的工作原理如下:
第一冲程——活塞从下止点向上止点运动。
当活塞处于下止点时,排气阀和进气孔早已打开,贮气室l中的压缩空气便进入气缸内,并冲向排气阀,这动产生清除废气的作用,同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时,进气孔首先由活塞关闭,然后排气阀也关闭;空气在气缸内受到压缩。
第二冲程——活塞从上止点向下止点运动。
活塞行至上止点前,喷油器将燃油喷入燃烧室中,压缩空气所产生的高温,立刻点燃雾化的燃油,燃烧所产生的压力,推动活塞下行,直到排气阀再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下,自行从排气阀排出。当进气孔被活塞打开后,气缸内又进行扫气过程。曲轴每转一转,活塞走了两个冲程就完成一个循环,因此叫二冲程柴油机。
十字头活塞是涡流机所用的活塞,是为了增加压缩比尽量减少汽缸在上止点时汽缸里的容积,凹下去的地方是为了帮助燃烧。
筒状活塞是直喷机所用的,中间圆筒状的凹陷是为了集中燃烧后产生的推力,也是为了尽量减少热量的散失,让燃烧产生的热量尽可能的多做功。
马力大,扭矩大,排量大,油耗高,转速比较低,更系统化。
四冲程柴油机在启动时产生倒车〔反燃,不是车子在使倒档产生的后退现象],凸轮轴也会因为曲轴逆向旋转而跟着逆向旋转,它会带动所有转动的部位背离原来的旋转方向跟着逆向旋转。多缸机的发火顺序也会改变。比如原来是,1.3.4.6.改逆向旋转以后就应该是.6.4.3.1.
船用柴油机是怎样工作的。。。
柴油机是一种内燃机,通过把燃油喷入高温高压的燃烧室而发火。船用柴油机是一种在船上使用的柴油机。其工作原理如下:
一定量的新鲜空气被吸入或泵入汽缸并被运动的活塞压缩至很高的压力。空气被压缩时,温度升高,便点燃喷入汽缸的油雾。燃油的燃烧增加了缸内空气的热量,使空气膨胀并迫使发动机活塞对曲轴做功,随之驱动螺旋桨。两次喷油期间的运转过程叫一个工作循环。它由一些程序固定的过程组成。这个循环可在两个行程或四个行程内完成。四冲程柴油机的工作循环需四个独立的活塞行程,即吸气,压缩,膨胀和排气。如果我们把吸气和排气行程与压缩和膨胀行程结合起来,四冲程柴油机就变成了二冲程柴油机。
二冲程循环从活塞离开其行程底部,即下止点(BDC)向上运行开始,气缸侧面的进气口即扫气口是打开的,排气口也是打开的。经压缩的新鲜空气充入气缸,通过排气口将上一行程的残气吹出。
当活塞上行至其行程的1/5时,关闭进,排气口,随后空气在活塞上行中被压缩。当活塞上行到行程底部,即上止点(TDC)时空气的压力和温度都上升到很高的数值。此时喷油器把很细的油雾喷入灼热的空气中,燃烧开始,在气体中产生更高的压力。
随着高压气体的膨胀,活塞被推动下行直到它打开排气口,燃烧过的气体开始排出,活塞继续下行直到它打开进气口,另一个循环开始。
在二冲程柴油机中,曲轴转一周产生一个动力行程,即做功行程;而在四冲程柴油机中,曲轴转两周才产生一个动力行程。这就是为什么从理论上说二冲程柴油机能产生相同尺寸的四冲程柴油机的两倍功率。然而,扫气不充分和其他损失使这一优势降到大约1.8倍。
在船上,每种柴油机都有他的应用。低速(即90~120 r/min)主推进柴油机以二冲程工作。在此低速时,机桨间不需减速箱。四冲程柴油机(通常以中速运转,转速在250~750r/min)用于发电机,并且有时作推进主机,用减速箱提供90~120 r/min的速度。
工作循环
柴油机可设计成以二冲程循环或四冲程循环工作,二者解释如下:
四冲程循环
典型的两转四冲程循环的过程。通常从上止点(TDC,发火)开始绘制,从上止点(TDC,扫气)开始解释。上止点又叫内止点。
沿该顺时针看,开始时进,排气阀都是打开的(所有现代四冲程柴油机均有气阀机构)。如果柴油机是自然换气或带有径流增压气的小型高速机,气阀的重叠时间,即两气阀同时开启的时间将很短。排气阀将在上止点后(ATDC)10?左右关闭。
推进柴油机和绝大多数1000r/min以下运转的辅助发电柴油机几乎都采用涡轮增压,并设计成在这一时刻让大量的扫气空气贯穿流动以控制适当的叶片温度。在这种情况下,排气阀将保持开启直至上止点后50~60?关闭。随着活塞在其吸气行程向外或下止点下行,它将吸入大量新鲜空气。为使吸入空气量达到最大,并补偿因阀落座造成的开启量减少或吸气惯性作用,进气阀保持开启,直到下止点后大约25~30?(145~155?BTDC)。这一过程称之为进气阀关闭。充入的空气然后被上行的活塞压缩至大约550?C。依柴油机的型号和转速而定,大约在10?~20?BTDC,喷油器喷入精细雾化的燃油。喷入的燃油在2~7?内着火(也依机型而定),活塞在膨胀行程下行,在30~50?的期间内燃烧。活塞的运动通常有利于诱导空气助燃。
在大约120~150?ATDC,排气阀打开(EVO)。这样选择正时能迅速将缸内气体排至排气管。这样可以:(a)保留足够的能量驱动废气涡轮增压器;(b)减小缸内压力在下止点时达最小值以减小排气行程消耗的泵气功。上行的活塞驱赶残留的废气,在70~80?BTDC,进气阀打开,这样向外流动的气体惯性加上正的压差(此时通常在汽缸中是存在的),就产生了空气对废气的贯穿气流以清扫汽缸。
如果柴油机是自然换气的,进气阀开启约在上止点前10?。工作循环重新开始。
二冲程循环
典型二冲程循环的过程,正如其名称所指,工作循环是在曲轴转一周内完成的。
二冲程柴油机总是有进气口的,该气口被下行的活塞打开时使空气进入汽缸。废气可以经与邻近的排气口由同一活塞控制排出(回流扫气),或经气缸另一侧的排气口排出,或经排气阀排出(直流扫气)。
从上止点开始,燃烧已经进行。排气在上止点后110~120?开始,进气在随后20~30?,即上止点后130~150?开始迅速吹扫气缸。用这种方式,以音速流动的废气靠惯性促使空气迅速流过气缸,以产生最小的(新废气)掺混,因为所有未排出的废气都将降低用于下一行程的空气量。
在压缩行程,排气口应当在进气口前关闭以使充气量最大,但如果两个过程是同一活塞控制的,发动机的几何形状回妨碍实现这一点。这种情况可在有排气阀的柴油机中实现。
在任何情况下,进气口都将在下止点后,以和下止点前开启时相同的角度关闭,即在下止点后130~150?关闭,排气口在同样的角度范围内关闭。
喷油在上止点前约10~20?开始,角度依转速而定。燃烧同四冲程机一样持续30~50?
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