柴油機工作原理是什么

  柴油機工作原理

單缸往復活塞式柴油機結(jié)構(gòu)主要由排氣門、進氣門、氣缸蓋、氣缸、活塞、活塞銷、連桿和曲軸等組成。氣缸內(nèi)裝有活塞，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連接?；钊跉飧變?nèi)作一上下往復運動，通過連桿推動曲軸轉(zhuǎn)動。為丁吸入新鮮空氣和排出廢氣，在氣缸蓋上下設有進氣門和排氣門。

(1)基本名聞術(shù)語

①上止點：活塞離曲軸中心 距離的位置。

②下止點：活塞離曲軸中心小距離的位置。

③活塞行程(沖程)：上止點與下止點間的距離，用符號S表示，單位為mm。

④曲柄半徑：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心的距離，用符號r表示，單位為mm?；钊谐蘏等于曲柄半徑r的兩倍。

⑤氣缸工作容積在：一個氣缸中，活塞從上止點到下止點所掃過的氣缸容積。用符號Vh表示，単位為L。

⑥柴油機排量：柴油機所有氣缸工作容積的總和稱為柴油機排量，用VH表示。

柴油機排量表示柴油機的做功能力，在其他參數(shù)相同的前提下，柴油機排量越大，則其所發(fā)出的功率就越大。

⑦燃燒室容積當活塞在上止點時，活塞上方的氣缸容積。用符號Vc表示。

氣缸總?cè)莘e當活塞在下止點時，活塞上方的氣缸容積。用符號Va表示。它等于燃燒室容積Va與氣缸工作容積Vh之和。

⑨壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。用符號ε表示。

壓縮比ε表示氣缸中的氣體被壓縮后體積縮小的倍數(shù)，也表明氣體被壓縮的程度，通常柴油機的壓縮比ε=12～22。壓縮比越大，活塞運動時，氣體被壓縮得越厲害，氣體的溫度和壓力就越高，柴油機的效率也越高。

⑩工作循環(huán)：柴油機中熱能與機械能的轉(zhuǎn)化，是通過活塞在氣缸內(nèi)工作，連續(xù)進行進氣、壓縮、做功、排氣四個過程來完成的。每進行這樣一個過程稱為一個工作循環(huán)。如柴油機活塞走完四個沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)兩周)完成一個工作循環(huán)，稱該機為四沖程柴油機如活塞走完兩個沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)一周)完成一個工作循環(huán)，稱改機為二沖程柴油機。

(2)四沖程柴油機工作原理

①進氣過程   活塞從上止點向下止點移動，這時在配氣機構(gòu)的作用下進氣門打開，排氣門關(guān)閉。由于活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力降低，新鮮空氣經(jīng)空氣濾清器、進氣管不斷吸入氣缸。由于進氣系統(tǒng)存在阻力，使進氣終了氣缸內(nèi)的氣體壓力低于大氣壓力P0(約78～91kPa)，溫度為320～340K.

②壓縮過程   活塞由下止點向上止點運動，這時進、排氣門關(guān)閉。氣缸內(nèi)容積不斷減少，氣體被壓縮，其溫度和壓力不斷提高。壓縮終了時氣體壓力可達3～5MPa，溫度高達750～1000K，為噴人氣缸內(nèi)的柴油蒸發(fā)、混合和燃燒創(chuàng)造條件。

③做功過程   所示]在壓縮過程即將終了時，噴油器將柴油以細小的油雰噴入氣缸，在高溫、高壓和高速氣流作用下很快蒸發(fā)，與空氣混合，形成混合氣。并在高溫下自動著火燃燒，放出大量的熱量，使氣缸中氣體溫度和壓力急劇上升。燃燒氣體的 壓力可達6～9MPa， 溫度可達1800～2000K。高壓氣體膨脹推動活塞由上止點向下止點移動，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)對外做功。由于噴油和燃燒要持續(xù)一段時間，所以雖然活塞開始下移，但此時還有噴入的燃料繼續(xù)燃燒放熱，氣缸內(nèi)的壓力并沒有明顯下降，隨著活塞下移，氣缸內(nèi)的溫度和壓力才逐漸下降。做功行程結(jié)束時，壓力約為0.2～0.5MPa。

④排氣過程   做功過程結(jié)末后，排氣門打開，進氣門關(guān)閉。活塞在曲軸的帶動下由下止點向上止點運動，燃燒過的廢氣便依靠壓力差和活塞上行的排擠，迅速從排氣門排出。由于排氣系統(tǒng)有阻力，因此，排氣終了時，氣缸內(nèi)廢氣壓力略高于大氣壓力。氣缸內(nèi)殘余廢氣的壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為700～900K。

活塞經(jīng)過上述四個連續(xù)過程后，便完成了一個工作循環(huán)。當排氣過程結(jié)束后，柴油機曲軸依靠飛輪轉(zhuǎn)動的慣性作用仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述四個過程又重復進行。如此周而復始地進行個又一個的工作循環(huán)，使柴油機連續(xù)不斷地運轉(zhuǎn)起來，并帶動工作機械做功。

(3)二沖程柴油機工作原理

二沖程柴油機無進氣門。氣缸(氣缸套)壁上有一組進氣孔，由活塞的上下運動控制進氣孔的開、閉，氣缸蓋上設有排氣門?？諝庥蓲邭獗锰岣邏毫σ院?，經(jīng)氣缸外部的空氣室和氣缸壁上的進氣孔進入氣缸，完成進氣和掃氣過程。燃燒后的廢氣由氣缸蓋上的排氣門排出。其工作過程如下。

① 行程   行程也稱換氣-壓縮過程。曲軸帶動活塞由下止點向上運動，這時進氣孔和排氣門均打開，新鮮空氣山掃氣泵以高于大氣壓力送入氣缸中，并把氣缸中的殘余廢氣從排氣門掃除。這種進、排氣同時進行的過程稱為“掃氣過程”?；钊^續(xù)向上運動，當活塞越過進氣孔后，進氣孔破活塞關(guān)閉的同時配氣機構(gòu)也使排氣門關(guān)閉。于是氣缸內(nèi)的新鮮空氣被壓縮，一直進行到上止點。

②第二行程   第二行程也稱膨脹-換氣過程。活塞接近上止點時，噴油器開始噴油，被噴油器噴成的雰狀柴油與高溫壓縮空氣相遇，便迅速燃燒。由于燃氣壓力的作用，推動活塞向下止點運動，經(jīng)連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而輸出動力。當活塞下行至某一時刻時排氣門打開，做功后的廢氣由排氣門排出?；钊^續(xù)向下運動，隨后進氣孔打開，新鮮空氣被掃氣泵再次壓入氣缸，開始“掃氣過程”?；钊恢边\動到下止點，完成第二個工作行程。

(4)二沖程與四沖程柴油機的比較

與四沖程柴油機比較，二沖程柴油機有以下主要特點。公明發(fā)電機

①曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個做功過程，因此，當二沖程柴油機工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程柴油機相同時，在理論上其功率應為四沖程柴油機功率的兩倍。但由于結(jié)構(gòu)上的關(guān)系，二沖程柴油機廢氣排除不徹底，并且換氣過程減小了有效工作行程。因而在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下，二沖程柴油機的功率約為四沖程柴油機的1.5～1.7倍。

②二沖程柴油機因其曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個做功行程，在相同轉(zhuǎn)速下工作循環(huán)次數(shù)多，故輸出轉(zhuǎn)矩均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

③大多數(shù)二沖程柴油機部分或全部采用氣孔換氣，配氣機構(gòu)簡單。所以，二沖程柴油機結(jié)構(gòu)簡單，重量輕·使用維修方便。

④換氣時間短，并需要借助新鮮空氣來清掃廢氣，換氣效果相對較差。

維曼發(fā)電機租賃

根據(jù)用戶的提問結(jié)合實際為用戶計算柴油發(fā)電機組的容量
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客戶的提問：柴油發(fā)電機的容量選擇迷茫中，師傅跟我說按照負荷的3-4倍選就行，說是考慮啟動電流。消防泵房用柴油發(fā)電機。消防泵75KW*2（星三角啟動，一用一備），穩(wěn)壓泵1.1KW*2(一用一備），排污泵2.2KW，照明1KW?？偣β仕愠鰜?5+1.1+2.2+1=79.3KW。還有兩臺補水泵45KW（星三角啟動，一用一備），備注的是補水泵不得與消防泵同時啟動。選擇的柴油發(fā)電機組的功率為250KW。各位前輩，這個發(fā)電機功率可以嗎？能否把補水泵和消防泵一起算（就是可以同時啟動），選擇發(fā)電機？
一、設置原則  
一類高層建筑應按一級負荷要求供電，二類高層建筑應按二級負荷要求供電?！睹裼媒ㄖ姎庠O計規(guī)范》JGJ／T16—92 3.1條規(guī)定：一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞；二級負荷條件允許時，也宜采用二路電源來供電，特別是消防用的二級負荷，更應該按兩個回路要求供電；一級負荷中的特別重要負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。根據(jù)這些規(guī)定，筆者總結(jié)了自備柴油發(fā)電機組的設置原則： 
（1）當民用建筑需按一級負荷要求供電時，若城市電網(wǎng)能提供二路獨立電源（一用一備或相互備用），則可不設柴油發(fā)電機組；但當一級負荷中有特別重要的負荷時，則一般應設柴油發(fā)電機組作為應急電源。  
（2）當電網(wǎng)只能提供一路電源時，為滿足對一、二級負荷的供電要求，一般應設置柴油發(fā)電機組，此時柴油發(fā)電機組將作備用電源及應急電源使用。
（3）大、中型商業(yè)建筑中為確保市電中斷時不造成較大的經(jīng)濟損失，也宜設柴油發(fā)電機組。由于城市電網(wǎng)不可能完全獨立，有時一個電源故障或檢修時，另一電源有可能同時故障，因此，即使有兩路或以上電源供電，為確保民用建筑中消防及其他重要設備（如智能化設備、通訊設備等）的可靠供電，一般都設置柴油發(fā)電機組。     

二、容量選擇  
自備柴油發(fā)電機組容量的選擇，目前 尚無統(tǒng)一的計算公式：有的簡單地按電力變壓器容量的10％-20％確定；有的按消防設備的容量相加；有的則根據(jù)投資者的意愿選擇，造成了自備發(fā)電機組容量選擇的不準確性，若容量選擇太大造成一次投資浪費，選擇太小則在事故時滿足不了使用要求。那么，如何選擇自備發(fā)電機組的容量呢？   
 （一）方案或初步設計階段   自備發(fā)電機的容量按供電變壓器總?cè)萘康?0％-20％計算。  
 （二）施工圖階段  

 （1）建筑物的用電負荷可分為三類： 類為保安型負荷，即保證大樓內(nèi)人身及設備和可靠運行的負荷，如消防水泵、消防電梯、防排煙設備、應急照明、通訊設備、重要的計算機及相關(guān)設備等；第二類為保障型負荷，即保障大樓運行的基本設備負荷，主要是工作區(qū)照明、部分電梯、通道照明；第三類為一般負荷，即除了上述負荷以外的其它負荷，例如：空調(diào)、水泵及其他一般照明、動力設備。計算自備發(fā)電機組的容量時， 類負荷必須考慮在內(nèi)，即必須采用柴油發(fā)電機組：第二類負荷則根據(jù)大樓功能及電網(wǎng)情況來定，若大樓功能要求較高或城市電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，則應將第二類負荷考慮在內(nèi)，但若將 類、第二類負荷簡單相加來選擇柴油發(fā)電機容量，則所選容量偏大，因為在消防狀態(tài)時，只需保證消防設備的運行，第二類負荷不使用；而在非消防狀態(tài)下電網(wǎng)停電時，消防設備不使用?？梢赃x擇兩者中較大者作為柴油發(fā)電機組的容量。設備容量統(tǒng)計出來后，根據(jù)實際情況選擇需要系數(shù)Kx（一般取0.85-0.95），計算出計算容量Pj=KxP∑，自備柴油發(fā)電機組的功率按下式計算P=kPj／η式中：  P—自備柴油發(fā)電機組的功率kw；  Pj—負荷設備的計算容量kw；  P∑—總負荷kw；   η—發(fā)電機并聯(lián)運行不均勻系數(shù)一般取0.9，單臺取1；  k—可靠系數(shù)，一般取1.1。
（2）按 的單臺電動機或成組電動機起動的需要，計算發(fā)電機容量P=（P∑-Pm）／η∑+ PmKCcosψm（KW）   Pm—起動容量 的電動機或成組電動機的容量（kw）；  η∑一總負荷的計算效率，一般取0.85；   cosΨm —電動機的起動功率因數(shù)，一般取0.4；  K—電動機的起動倍數(shù)；  C—全壓起動C=l.0，Y—△起動C=0.67，自耦變壓器起動50％抽頭C=0.25，65％抽頭C==0.42，80％抽頭C=0.64。  
（3）按起動電動機時母線容許電壓降計算發(fā)電機容量P=PnKCXd″（1／△E-1）（kw）   Pn一造成母線壓降 的電動機或成組起動電動機組的容量（kw）  K—電動機的起動電流倍數(shù)；   Xd″—發(fā)電機的暫態(tài)電抗，一般取0.25；    E—母線允許的瞬時電壓降，有電梯時取0.20，無電梯時取0.25.在實際工作中，也可用系數(shù)法估算柴油發(fā)電機組的起動能力    
三、工程實例：以某工程為例，該工程建筑面積10000m2，12層，為二類高層，保安性負荷主要為消防負荷，其容量為191kw， 一臺電動機為噴淋泵37kw，采用自耦降壓80％抽頭降壓起動。

（1）按計算負荷計算P=kPj／η=1.1×191／1kw=210.1 kw 

（2） 的單臺電動機起動的需要計算P=（P∑-Pm）／η∑ +PmKCcosΨm =（191—37）／0.85+37×6×0.64×0.4 =238.0 kw 

（3）按起動電動機時發(fā)電機母線允許電壓降計算P=PnKCXd″（1／△E-1）  =37×6×0.64×0.25（1／0.20-1）  =142.08 kw  根據(jù)以上計算，應選擇≥238.0 kw的柴油發(fā)電機組一臺，因此可選一臺250kw機組。

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