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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，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連接。活塞在氣缸內(nèi)作一上下往復(fù)運(yùn)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(shè)有進(jìn)氣門和排氣門。
(1)基本名聞術(shù)語
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(gè)氣缸中，活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的氣缸容積。用符號Vh表示，単位為L。
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(jī)的壓縮比ε＝12～22。壓縮比越大，活塞運(yùn)動時(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)過程來完成的。每進(jìn)行這樣一個(gè)過程稱為一個(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)氣過程 活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，這時(shí)在配氣機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)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(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壓縮過程 活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，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做功過程 所示]在壓縮過程即將終了時(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。高壓氣體膨脹推動活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)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(shí)間，所以雖然活塞開始下移，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排氣過程 做功過程結(jié)末后，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉。活塞在曲軸的帶動下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)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(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)過上述四個(gè)連續(xù)過程后，便完成了一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)排氣過程結(jié)束后，柴油機(jī)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(gè)過程又重復(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，并帶動工作機(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)動控制進(jìn)氣孔的開、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(diǎn)向上運(yùn)動，這時(shí)進(jìn)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(jìn)、排氣同時(shí)進(jìn)行的過程稱為“掃氣過程”?；钊^續(xù)向上運(yùn)動，當(dāng)活塞越過進(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-換氣過程?；钊咏现裹c(diǎn)時(shí)，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?xì)鈮毫Φ淖饔?，推動活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動，經(jīng)連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而輸出動力。當(dāng)活塞下行至某一時(shí)刻時(shí)排氣門打開，做功后的廢氣由排氣門排出?；钊^續(xù)向下運(yùn)動，隨后進(jìn)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\(yùn)動到下止點(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)簡單。所以，二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，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清掃廢氣，換氣效果相對較差。
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廣東肇慶柴油發(fā)電機(jī)曲軸裂紋和變形的檢驗(yàn)方法
廣東肇慶柴油發(fā)電機(jī)在工作中，曲軸由于受力和工作條件復(fù)雜，各摩擦表面滑動速度很高，散熱條件又差，因此，曲軸不僅軸頸容易磨損，而且還會出現(xiàn)彎曲和扭曲變形，甚至產(chǎn)生裂紋或折斷等。所以在解體清洗后，應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，根據(jù)查出的損傷部位和損傷程度，采取相應(yīng)的修理方式。
1、 曲軸軸頸磨損的檢驗(yàn)與處理方法
磨損部位。曲軸的主軸頸和連桿軸頸在工作中不可避免地要產(chǎn)生磨損，而且磨損是不均勻的，其主要表現(xiàn)為軸頸出現(xiàn)圓度、圓柱度超過標(biāo)準(zhǔn)值和拉傷。連桿軸頸磨損的 部位，一般在各軸頸的內(nèi)側(cè)面上，即靠曲軸中心線一側(cè)，使軸頸失圓；而磨損成錐形的部位，一般在潤滑油道雜質(zhì)附著的一側(cè)和受力大的部位上。曲軸主軸頸 _的磨損部位，按發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化程度、氣缸數(shù)、曲軸長度和平衡塊的配重不同而各異，而且相對于連桿軸頸磨損要均勻些。實(shí)踐表明，連桿軸頸的磨損比主軸頸磨損要快，但是，主軸頸磨損比連桿軸頸磨損所造成的后果要嚴(yán)重。
檢驗(yàn)與處理方法：根據(jù)各軸頸磨損規(guī)律查找出磨損部位，可用外徑測微器測量其圓度和圓柱度以便確定曲軸的修理級別和磨削尺寸。其具體方法是；先在潤滑油道孔兩側(cè)測量，再轉(zhuǎn)90°測量，其測量的 值與小值之差值即為軸頸的圓柱度。在軸頸縱向測量出的 值與小值之差，即為軸頸的圓柱度。當(dāng)軸頸圓度大于0.050mm，錐度大于0.013mm，或者發(fā)現(xiàn)軸頸有拉傷、燒蝕等損傷時(shí)，都應(yīng)進(jìn)行修理。軸頸磨損量超過極限需要修理時(shí)，應(yīng)從磨損 的的軸頸開始，按曲軸分級修理尺寸（每級相差0.25mm），在專用的曲軸磨床上進(jìn)行磨削，并進(jìn)行拋光處理。修磨后要求軸頸圓度不得大于0.005mm，錐度不得大于0.005mm，表面粗糙度Ra不得大于0.80~0.40um,各軸頸的徑向跳動不大于0.05mm，否則，為不合格。
2、曲軸裂紋的檢驗(yàn)與處理方法
裂紋多發(fā)部位“曲軸的疲勞裂紋多發(fā)生于軸頸與曲柄臂相連的過渡圓角處以及軸頸中間油孔處。前一種裂紋為橫向裂紋，是曲軸斷裂的先兆，即從出現(xiàn)微細(xì)裂紋，逐漸延伸， 在特定條件下發(fā)生斷裂，后一種裂紋為縱向裂紋，由油孔處往軸向展開。
檢驗(yàn)與處理方法：曲軸裂紋微細(xì)，用肉眼不易看出，可用磁力探傷儀進(jìn)行檢查。在條件不具備的情況下，簡易的檢查方法是浸油錘擊法：先將曲軸浸入煤油中片刻，取出擦凈后，撒上 ，然后用手錘分段在曲軸臂上敲擊，由于震動，裂紋內(nèi)的煤油滲出，使 顯出油跡呈現(xiàn)黃色線痕，據(jù)此即可判定裂紋位置和長度。
軸頸有橫向裂紋的曲軸，不宜繼續(xù)使用，但是，橫向裂紋細(xì)小，經(jīng)磨削后在修理尺寸范圍內(nèi)能的，尚可使用，否則，必須予以更換，軸頸有縱向裂紋，也應(yīng)磨削，在磨削條件不具備的情況下曲軸繼續(xù)使用的原則是：裂紋未過兩端圓角處或油孔邊緣處時(shí)，尚可繼續(xù)使用，但不可在超負(fù)荷下工作，不能猛轟油門，并在使用中加強(qiáng)檢查，以防裂紋延伸而折斷。
3、曲軸變形的檢驗(yàn)與處理方法
曲軸變形是指曲軸彎曲和扭轉(zhuǎn)。曲軸彎曲變形反映較明顯的部位是中間主軸頸處。曲軸彎曲變形后若繼續(xù)使用，將加速曲軸連桿機(jī)構(gòu)的磨損，甚至使曲軸產(chǎn)生裂紋和斷裂。因此，在發(fā)動機(jī)修理中，必須對此進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將曲軸兩端支撐在平臺上的V_形架上，用百分表觸頭抵在中間主軸頸避開油孔處，慢慢轉(zhuǎn)動曲軸一周，觀察百分表上所指的 數(shù)值與小數(shù)值，兩值之差的二分之一即為曲軸的直線度。若曲軸有偏磨時(shí)，應(yīng)減去偏磨量。直線度在0.05~0.10mm范圍內(nèi)時(shí)，可結(jié)合軸頸磨削矯正。
曲軸扭轉(zhuǎn)角的檢驗(yàn)方法是：將曲軸水平支撐在平臺上，使同位連桿兩軸頸位于上止點(diǎn)（如六缸曲軸的1、6缸連桿軸頸，四缸曲軸的1、4缸連桿軸頸），再用百表測量前、后兩連桿軸頸在其 點(diǎn)的高度差，差值越大，說明扭轉(zhuǎn)角越大。
曲軸的主要損傷是軸勁磨損、曲軸裂紋和斷裂。
裂紋從油孔處產(chǎn)生，沿與軸線成45°～55°方向發(fā)展，造成主軸勁與連桿勁斷裂；裂紋由圓角處產(chǎn)生，向曲柄臂發(fā)展造成曲柄臂斷裂，常發(fā)生在曲軸全長2/3的部位上。除上述以外，曲柄還會產(chǎn)生彎曲和扭曲變形。
4、用磁力探傷器檢查曲軸是否有裂紋和損傷
經(jīng)磁力探傷器檢查，曲軸油下列情況就不能繼續(xù)使用：
1）在曲軸的圓角處或圖所示的應(yīng)去有損傷。
2）在45°的交叉線跨越油孔處或進(jìn)入有孔的倒角處有裂紋或損傷。
3）出現(xiàn)長達(dá)6mm以上的裂紋。
4）在一個(gè)軸勁上有多余4處以上的裂紋。
表層下部的顯示欠款如圖所示，若有下列欠款曲軸就不能使用。
1）在曲軸圓角處或在圖的陰影區(qū)域內(nèi)有圓周方向的裂紋與損壞。
2）在圓周方向有長達(dá)25mm以上的裂紋。
3）在軸線方向有長達(dá)9.5mm的裂紋。
4）有在離有孔倒角距離近于1.5mm的裂紋。
5）有45°的交叉線跨越油孔的裂紋。
請注意：經(jīng)磁力探傷的曲軸，必須完全地退磁和池底地清洗，才能使用。
5、曲軸磨損部位的測量
測量曲軸主軸軸頸和連桿軸頸的圓度誤差和圓柱誤差。如果圓度誤差大于0.05mm或圓柱度誤差大于0.013mm，則需要磨削曲軸軸頸。
6、曲軸彎曲度的測量
曲軸彎曲度是指：當(dāng)曲軸用其兩端軸勁支撐時(shí)，在中間主軸勁所測得的千分表總讀數(shù)的一半就是彎曲度或全長的不同心度。
軸頸的跳動量是指：當(dāng)主軸勁沿著一個(gè)共同的軸線轉(zhuǎn)動時(shí)，一個(gè)主軸機(jī)的千分表總讀數(shù)和另一個(gè)相鄰的軸頸的千分表總讀數(shù)之間的差值，即為相鄰軸頸的跳動量。
彎曲量得測量：將曲軸的兩端軸頸支撐在V形鐵上，如圖2-76所示，將千分表的量桿放在軸頸中心線處，并使觸頭觸到被測軸勁，轉(zhuǎn)動曲軸，測量每個(gè)軸頸，并作記錄，把所測中間主軸勁的千分表讀數(shù)除以2，即為彎曲度。曲軸 彎曲度：K38型柴油機(jī)為0.267mm；K50型柴油機(jī)為0.356mm。
7、曲軸的修理
1）清洗曲軸中的油道。其方法是：卸下所有孔塞；用一根釬子和擦布及清洗溶液清洗所以曲軸中的油道；用清潔的SAE20或30W號機(jī)油潤滑油孔，裝回孔塞。
2）曲軸軸頸磨損后，可用磨削方法修理。
磨曲軸時(shí)，在曲軸前端的曲臂上打記號以標(biāo)明需安裝的主軸瓦或連桿軸瓦的準(zhǔn)確尺寸，在后端的曲柄臂上打上需裝加厚止推環(huán)的尺寸和位置。
在磨削曲軸前，檢查它的彎曲度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，如果不在規(guī)定的范圍內(nèi)，就必須報(bào)廢。對不進(jìn)行圓角出來的曲軸，則可以進(jìn)行較直。
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