柴油機(jī)工作原理是什么

  柴油機(jī)工作原理

單缸往復(fù)活塞式柴油機(jī)結(jié)構(gòu)主要由排氣門、進(jìn)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(guò)活塞銷、連桿與曲軸相連接?；钊跉飧變?nèi)作一上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為丁吸入新鮮空氣和排出廢氣，在氣缸蓋上下設(shè)有進(jìn)氣門和排氣門。

(1)基本名聞術(shù)語(yǔ)

①上止點(diǎn)：活塞離曲軸中心 距離的位置。

②下止點(diǎn)：活塞離曲軸中心小距離的位置。

③活塞行程(沖程)：上止點(diǎn)與下止點(diǎn)間的距離，用符號(hào)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(hào)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(gè)氣缸中，活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的氣缸容積。用符號(hào)Vh表示，単位為L(zhǎng)。

⑥柴油機(jī)排量：柴油機(jī)所有氣缸工作容積的總和稱為柴油機(jī)排量，用VH表示。

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

⑦燃燒室容積當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的氣缸容積。用符號(hào)Vc表示。

氣缸總?cè)莘e當(dāng)活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的氣缸容積。用符號(hào)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(hào)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(jī)的壓縮比ε=12～22。壓縮比越大，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體被壓縮得越厲害，氣體的溫度和壓力就越高，柴油機(jī)的效率也越高。

⑩工作循環(huán)：柴油機(jī)中熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，是通過(guò)活塞在氣缸內(nèi)工作，連續(xù)進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)過(guò)程來(lái)完成的。每進(jìn)行這樣一個(gè)過(guò)程稱為一個(gè)工作循環(huán)。如柴油機(jī)活塞走完四個(gè)沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)兩周)完成一個(gè)工作循環(huán)，稱該機(jī)為四沖程柴油機(jī)如活塞走完兩個(gè)沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)一周)完成一個(gè)工作循環(huán)，稱改機(jī)為二沖程柴油機(jī)。

(2)四沖程柴油機(jī)工作原理

①進(jìn)氣過(guò)程   活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，這時(shí)在配氣機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)氣門打開(kāi)，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(jìn)氣管不斷吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，使進(jìn)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(guò)程   活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)、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(shí)氣體壓力可達(dá)3～5MPa，溫度高達(dá)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(guò)程   所示]在壓縮過(guò)程即將終了時(shí)，噴油器將柴油以細(xì)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(dòng)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(dá)6～9MPa， 溫度可達(dá)1800～2000K。高壓氣體膨脹推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外做功。由于噴油和燃燒要持續(xù)一段時(shí)間，所以雖然活塞開(kāi)始下移，但此時(shí)還有噴入的燃料繼續(xù)燃燒放熱，氣缸內(nèi)的壓力并沒(méi)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(shí)，壓力約為0.2～0.5MPa。

④排氣過(guò)程   做功過(guò)程結(jié)末后，排氣門打開(kāi)，進(jìn)氣門關(guān)閉?；钊谇S的帶動(dòng)下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，燃燒過(guò)的廢氣便依靠壓力差和活塞上行的排擠，迅速?gòu)呐艢忾T排出。由于排氣系統(tǒng)有阻力，因此，排氣終了時(shí)，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(guò)上述四個(gè)連續(xù)過(guò)程后，便完成了一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)排氣過(guò)程結(jié)束后，柴油機(jī)曲軸依靠飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性作用仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述四個(gè)過(guò)程又重復(fù)進(jìn)行。如此周而復(fù)始地進(jìn)行個(gè)又一個(gè)的工作循環(huán)，使柴油機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，并帶動(dòng)工作機(jī)械做功。

(3)二沖程柴油機(jī)工作原理

二沖程柴油機(jī)無(wú)進(jìn)氣門。氣缸(氣缸套)壁上有一組進(jìn)氣孔，由活塞的上下運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)氣孔的開(kāi)、閉，氣缸蓋上設(shè)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(jìn)氣孔進(jìn)入氣缸，完成進(jìn)氣和掃氣過(guò)程。燃燒后的廢氣由氣缸蓋上的排氣門排出。其工作過(guò)程如下。

① 行程   行程也稱換氣-壓縮過(guò)程。曲軸帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣孔和排氣門均打開(kāi)，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(jìn)、排氣同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程稱為“掃氣過(guò)程”?；钊^續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞越過(guò)進(jìn)氣孔后，進(jìn)氣孔破活塞關(guān)閉的同時(shí)配氣機(jī)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(jìn)行到上止點(diǎn)。

②第二行程   第二行程也稱膨脹-換氣過(guò)程?；钊咏现裹c(diǎn)時(shí)，噴油器開(kāi)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?xì)鈮毫Φ淖饔茫苿?dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而輸出動(dòng)力。當(dāng)活塞下行至某一時(shí)刻時(shí)排氣門打開(kāi)，做功后的廢氣由排氣門排出?；钊^續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)氣孔打開(kāi)，新鮮空氣被掃氣泵再次壓入氣缸，開(kāi)始“掃氣過(guò)程”。活塞一直運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，完成第二個(gè)工作行程。

(4)二沖程與四沖程柴油機(jī)的比較

與四沖程柴油機(jī)比較，二沖程柴油機(jī)有以下主要特點(diǎn)。公明發(fā)電機(jī)

①曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個(gè)做功過(guò)程，因此，當(dāng)二沖程柴油機(jī)工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程柴油機(jī)相同時(shí)，在理論上其功率應(yīng)為四沖程柴油機(jī)功率的兩倍。但由于結(jié)構(gòu)上的關(guān)系，二沖程柴油機(jī)廢氣排除不徹底，并且換氣過(guò)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(jī)的功率約為四沖程柴油機(jī)的1.5～1.7倍。

②二沖程柴油機(jī)因其曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

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

④換氣時(shí)間短，并需要借助新鮮空氣來(lái)清掃廢氣，換氣效果相對(duì)較差。

維曼發(fā)電機(jī)租賃

維曼發(fā)電機(jī)租賃為您分析氣缸套高頻振動(dòng)是柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生穴蝕的根本原因
導(dǎo)讀：發(fā)生穴蝕破壞的除了柴油發(fā)電機(jī)氣缸套零件外，還有軸瓦、噴油泵注塞、螺旋槳槳葉及離心泵葉輪等。機(jī)件穴蝕破壞問(wèn)題日益引起人們的關(guān)注，尤其是缸套穴蝕已是柴油發(fā)電機(jī)的重要問(wèn)題，引起國(guó)內(nèi)外的重視與研究。氣缸套穴蝕是柴油發(fā)電機(jī)普遍存在的嚴(yán)重問(wèn)題。隨著柴油發(fā)電機(jī)的功率增加、強(qiáng)載度提高和高速、輕型化，氣缸套穴蝕破壞就成為妨礙柴油發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要問(wèn)題，嚴(yán)重地影響柴油發(fā)電機(jī)的工作可靠性和氣缸套的使用壽命。

一般說(shuō)來(lái)，高速、輕型大功率柴油發(fā)電機(jī)，不論是開(kāi)式冷卻還是閉式冷卻，氣缸套都有不同程度的穴蝕。有的柴油發(fā)電機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)不久(僅幾十小時(shí))就會(huì)在氣缸套外圓表面上出現(xiàn)穴蝕小孔，甚至柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不足千小時(shí)缸套就因穴蝕穿孔而報(bào)廢，此時(shí)缸套內(nèi)表面尚未磨損。二沖程十字頭式低速柴油發(fā)電機(jī)氣缸套基本不發(fā)生穴蝕破壞。

1．穴蝕部位：缸套穴蝕發(fā)生在濕式氣缸套外圓表面上，一般集中在柴油發(fā)電機(jī)的左右側(cè)方向，特別是承受側(cè)推力 一側(cè)的偏上方；冷卻水進(jìn)口、水流轉(zhuǎn)向處和水腔狹窄處對(duì)應(yīng)的缸壁上；缸套下部密封圈附近缸壁。缸套冷卻水腔除缸套穴蝕外，不應(yīng)忽視氣缸套和氣缸體材料的差異和材料內(nèi)部的各種電化學(xué)不均勻性導(dǎo)致的宏觀和微觀電化學(xué)腐蝕。這兩種腐蝕同時(shí)存在或交替進(jìn)行均會(huì)加重缸套的腐蝕。此外，冷卻水(海水或淡水)的水質(zhì)、含氣量、流速等均對(duì)穴蝕有影響。
2.氣缸套穴蝕機(jī)理
  1）一般穴蝕機(jī)理：迄今為止，關(guān)于穴蝕機(jī)理的論述很多，其中較為普遍接受的一種理論認(rèn)為：機(jī)件發(fā)生穴蝕的先決條件是機(jī)件浸于液體中，并與液體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或機(jī)件在液體中受到某種能量的傳遞作用，形成液體中的局部瞬時(shí)高壓或瞬時(shí)高真空。在瞬時(shí)高真空區(qū)，液體汽化形成氣泡，或溶于水中的空氣以空泡形式從液體中分離出來(lái)；在另一瞬間形成高壓時(shí)，空泡、氣泡被壓縮，泡內(nèi)氣體迅速液化而使氣泡潰滅，這時(shí)周圍液體急速?zèng)_向潰滅處，產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波作用在金屬表面。頻繁地沖擊，使機(jī)件表面金屬逐漸剝落。與此同時(shí)，金屬表面還產(chǎn)生微觀電化學(xué)腐蝕，兩種腐蝕交替進(jìn)行共同作用致使機(jī)件穴蝕破壞。

  2) 柴油發(fā)電機(jī)氣缸套外圓表面與氣缸體(或機(jī)體)構(gòu)成冷卻水空間，在狹小的環(huán)形通道中流動(dòng)著淡水或海水。柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于缸套和活塞之間的間隙，活塞在側(cè)推力作用下不斷地沖撞著缸壁的左、右側(cè)，使氣缸套產(chǎn)生高頻振動(dòng)。缸套高頻振動(dòng)和缸壁的彈性變形使冷卻水空間的容積交替地增大和減小，冷卻水相應(yīng)交替地膨脹與被壓縮。膨脹時(shí)受拉伸作用形成瞬時(shí)低壓，被壓縮時(shí)形成瞬時(shí)高壓。此外，冷卻水進(jìn)口和流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦漩使冷卻水通道內(nèi)壓力變化，也會(huì)形成瞬時(shí)高壓或低壓。在瞬時(shí)低壓時(shí)產(chǎn)生氣泡，瞬時(shí)高壓時(shí)氣泡潰滅，缸套外圓表面頻繁受到?jīng)_擊和微觀電化學(xué)腐蝕作用而破壞。

3．影響缸套穴蝕的因素：生產(chǎn)中并非所有的筒狀活塞式柴油發(fā)電機(jī)氣缸套都發(fā)生穴蝕破壞，即使是發(fā)生穴蝕破壞其程度也各不相同。缸套穴蝕與柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)型、結(jié)構(gòu)、爆發(fā)壓力、冷卻水腔和冷卻介質(zhì)、柴油發(fā)電機(jī)的工藝參數(shù)等有關(guān)。

  1）缸套振動(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中氣缸套高頻振動(dòng)是產(chǎn)生穴蝕的根本原因，缸套振動(dòng)強(qiáng)度與以下各點(diǎn)有關(guān)：（1）活塞與氣缸套之間的配合間隙：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞對(duì)氣缸壁的沖擊能量的大小取決于活塞質(zhì)量和活塞在氣缸中橫擺時(shí)的速度。活塞質(zhì)量固定不變，但速度隨著活塞與缸套之間的配合間隙的增加而增大。所以，活塞對(duì)缸壁的沖擊能量取決于活塞與缸套配合間隙的大小。配合間隙大，活塞橫擺加速度大，沖擊前壁能量大，則缸套振動(dòng)增強(qiáng)。（2）缸套剛度：缸套剛度直接影響缸套的振動(dòng)。剛度大，受活塞沖擊時(shí)缸套變形小，振動(dòng)小，可有效地防止穴蝕。缸套剛度除與其材料有關(guān)外，還與缸套壁厚和縱向支承跨距的大小有關(guān)，缸壁厚度增加，支承跨距縮短，缸套剛度增大。氣缸套與氣缸體(機(jī)體)之間的配合間隙對(duì)缸套的剛度亦有影響。如果柴油發(fā)電機(jī)缸套與缸體鑄成一體，缸套剛度增大，可有效地防止穴蝕。（3）冷卻水腔結(jié)構(gòu)  冷卻水腔通道太窄，水流速度增高，容易產(chǎn)生空泡。柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要求冷卻水腔內(nèi)水流速度應(yīng)小于2m/s，水腔寬度t為14%D (D為氣缸套內(nèi)徑)或不小于10mm，各處均勻一致，水流暢通不形成死水區(qū)和渦流區(qū)，有利于降低缸套穴蝕。柴油發(fā)電機(jī)把冷卻水腔窄處由1.5mm增至7mm，大大降低缸套穴蝕。

  2）冷卻水溫度與壓力：冷卻水溫度過(guò)高將加速腐蝕的進(jìn)程，但也不宜長(zhǎng)期水溫過(guò)低。實(shí)驗(yàn)表明，鋼鐵和鋁等金屬材料在淡水溫度為50～60oC時(shí)穴蝕嚴(yán)重，隨著水溫的升高，穴蝕破壞減輕。從發(fā)揮柴油發(fā)電機(jī)的效能和降低腐蝕、穴蝕出發(fā)，冷卻水腔淡水溫度在80～90oC為好。冷卻水壓力高可以抑制空泡的形成，減少穴蝕的發(fā)生。但冷卻水壓力提高將使其溫度升高而加速穴蝕。

4．防止缸套穴蝕的措施

  除從材料和結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)來(lái)防止和降低缸套穴蝕外，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)氣缸套穴蝕，還可采用以下措施：

（1）缸套外圓表面覆蓋保護(hù)層或強(qiáng)化層。采用鍍鉻、滲氮、噴陶瓷、涂環(huán)氧樹(shù)脂或涂尼龍等工藝使金屬表面與冷卻水隔開(kāi)，或使缸套外圓表面強(qiáng)化，可有效地防止電化學(xué)腐蝕與穴蝕。

（2）在冷卻水腔內(nèi)安裝鋅塊實(shí)施陰極保護(hù)防止電化學(xué)腐蝕；例如柴油發(fā)電機(jī)氣缸套外表面安裝鋅帶并堅(jiān)持定期更換取得防止穴蝕的良好效果。

（3）在冷卻水中加入緩蝕劑；例如乳化油緩蝕劑或被膜緩蝕劑，使在缸套外表面上形成一層較薄的連續(xù)保護(hù)膜，不僅可以防止電化學(xué)腐蝕，而且可以減弱空泡破裂時(shí)的沖擊波對(duì)缸套外表面的沖擊作用，從而減輕穴蝕。

結(jié)論：在實(shí)踐中防止或減輕穴蝕的方法很多，選用時(shí)依具體機(jī)型、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生穴蝕的原因而定，以取得良好效果。