第2讲-柴油机工作原理[课件].ppt

1、第第2 2讲讲 柴油机工作原理柴油机工作原理第三节第三节 柴油机的工作原理柴油机的工作原理目的与要求目的与要求重点掌握：重点掌握：四、二冲程的工作原理四、二冲程的工作原理及定时，并与四冲程柴油机比较，及定时，并与四冲程柴油机比较，熟悉增压柴油机的工作原理。熟悉增压柴油机的工作原理。第三节第三节 柴油机的工作原理柴油机的工作原理一、四冲程柴油机工作原理二、二冲程柴油机的工作原理三、二冲程的换气形式四、增压柴油机的工作原理Four stroke working cycleprinciple?Induction吸气行程Power作功行程Compress压缩行程Exhaust排气行程第二冲程第二冲程压

2、缩冲程（压缩冲程（compression stroke）o 活塞上行，气缸容积减少，缸内气体压力和温度随之升高。o 通常压缩终点的气体压力和温度分别用Pc和tc表示。一般Pc增高到 36 MPa，tc升至 600700（柴油的自燃温度为270左右），o 四冲程机压缩过程所占的总角度约为140160CA。第三冲程第三冲程燃烧和膨胀冲程（燃烧和膨胀冲程（combustion and expansion stroke）o 在活塞到达上止点前，燃油经喷油器以雾状喷入气缸的高温高压空气中，并与其混合，在上止点附近自燃。o 由于燃油强烈燃烧，燃烧产生的最高压力称最高爆发压力（最高燃烧压力），用Pz表示，最

3、高温度用tz表示。一般pz增高到58MPa，甚至15MPa以上；tz上升到14001800或更高些。o 四冲程机燃烧膨胀过程所占的总角度约为130160CA。第四冲程第四冲程排气冲程排气冲程（exhaust stroke）o 要求废气排得越干净越好，所以与进气阀启闭一样，排气阀也是提前开启，延迟关闭。o 四冲程机排气冲程所占的总角度约为210240CA。四冲程柴油机的定时图四冲程柴油机的定时图 表表1-1：四冲程柴四冲程柴油机气阀定时及进、油机气阀定时及进、排气阀重叠角排气阀重叠角气阀重叠角（气阀重叠角（valve overlap angle）o定义：进气阀与排气阀同时开启所对应的曲柄转角。o

4、作用：因废气的流动惯性，不仅不会使废气倒灌入进气管，而且还有利于废气的清除和新空气的充入，实现燃烧室扫气，还可冷却燃烧室壁面。6350C型柴油机的型柴油机的定时图定时图：二、二冲程柴油机工作原理二、二冲程柴油机工作原理Two stroke working cycle-principle?expansionscavengeexhaustcompress第一冲程第一冲程扫气及压缩冲程（扫气及压缩冲程（scavenging and compression stroke）o活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气

5、通过排气口扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后，空气停止充入，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。o排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前点时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，自行着火燃烧。第二冲程第二冲程燃烧膨胀及排气冲程燃烧膨胀及排气冲程o 活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口打开，膨胀作功结束。o 活塞下行直至排气口打开，膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时，下行活塞把扫气口打开，扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸

6、。活塞运行到下止点，本冲程结束。二冲程柴油机的定时：二冲程柴油机的定时：2.与四冲程柴油机的比较与四冲程柴油机的比较 二冲程柴油机的优点：二冲程柴油机的优点：提高了柴油机的作功能力。在气缸直径、活塞行程及转速相同时，二冲程柴油机的功率仅是四冲程柴油机功率的1.61.8倍；改善了柴油机的动力性；简化了柴油机的结构。二冲程柴油机的缺点：二冲程柴油机的缺点：换气质量差、热效率低；热负荷较高。三、二冲程的基本换气形式三、二冲程的基本换气形式o在二冲程柴油机二冲程柴油机中，借助于扫、排气口（阀）之间的压力差，用新鲜空气将废气驱赶出气缸的过程称为扫气过程。o按扫气过程中新鲜空气流动路线特点，二冲程柴油机的

7、换气型式分为：直流换气和弯流换气两大类。o直流式分为气口一气阀式和气口一气口式，目前多用前者；o弯流式分为横流、回流、半回流三种。1.1.直流换气（直流换气（uniflow scavenginguniflow scavenging）o主要优点：主要优点：排气干净，换气质量好；缸套下部受热均匀不易变形；可通过调整排气阀定时使排气阀及时关闭，避免扫气口关闭后的过后排气损失，相反可以实现排气阀关闭后的少量充气（“过后充气”）。o主要缺点：主要缺点：排气阀机构比较复杂，管理维修麻烦，但该种型式应用较多。2.弯流换气（flow scavengingflow scavenging）表表1-3 弯流扫气的主

8、要结构特点弯流扫气的主要结构特点扫气形式扫气形式气口布置气口布置主要特点主要特点简单横流进、排气口位于气缸中心线的两侧空气从进气口一侧沿气缸中心线向上，在靠近燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿着气缸中心线向下，把废气从排气口清扫出气缸。回流进、排气口在气缸下部同一侧，且排气口在进气口的上方进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁并沿缸壁向上流动，到气缸盖向下流动，把废气从排气口清扫出气缸。半回流进气口布置在排气口的下方及两侧气流在气缸内的流动特征兼有横流与回流的特点，某些半回流扫气形式，在排气管中装有回转控制阀。弯流换气特点：弯流换气特点：o优点优点:结构简单、管理方便。o缺点缺点:扫气空气流动路线长且

9、弯曲，流动损失大，新气和废气容易掺混，缸内存有扫气死角，残留废气较多，换气质量较差，近年来已被直流换气所取代。o归纳：归纳：直流扫气由于普遍采用液压气阀传动机构和空气弹簧排气阀，使气阀机构简单、可靠性高，并可减少气阀启闭时的噪声和撞击，使直流扫气（气阀气口式）得到了广泛应用，成为现代船用大型柴油机的主要换气形式。四、增压柴油机的工作原理四、增压柴油机的工作原理u概念：概念：用增加进气压力来提高功率的方法称用增加进气压力来提高功率的方法称为柴油机的增压。为柴油机的增压。u增压的目的：增压的目的：在柴油机尺度和重量不变的情在柴油机尺度和重量不变的情况下，提高柴油机功率。况下，提高柴油机功率。u提高

10、柴油机功率的方法之一：提高柴油机功率的方法之一：提高柴油机功提高柴油机功率的关键在于增加空气量。要增加每循环的进率的关键在于增加空气量。要增加每循环的进气量，只要设法提高进气压力，即提高进入气气量，只要设法提高进气压力，即提高进入气缸的空气密度。缸的空气密度。u柴油机的增压效果一般用柴油机的增压效果一般用增压度增压度或或增压比增压比k表示。表示。k=pk/p0，表示增压后进气被压缩的，表示增压后进气被压缩的程度。程度。1.机械增压机械增压借助于柴油借助于柴油机直接带动机直接带动的扫气泵来的扫气泵来提高进气压提高进气压力的方法。力的方法。2.废气涡轮增压废气涡轮增压将柴油机排出的废气送入将柴油机

11、排出的废气送入涡轮机中，使涡轮机高速涡轮机中，使涡轮机高速回转来带动离心式压气机，回转来带动离心式压气机，由它把压力较高的空气送由它把压力较高的空气送入气缸，以实现增压。入气缸，以实现增压。特点：特点：把废气中的能量利把废气中的能量利用起来，既能增加柴油机用起来，既能增加柴油机的功率，又可提高柴油机的功率，又可提高柴油机的的经济性。目前在柴油机经济性。目前在柴油机上已被广泛使用。上已被广泛使用。3.复合增压复合增压既有机械增压又既有机械增压又有废气涡轮增压有废气涡轮增压的系统称为复合的系统称为复合增压，复合增压增压，复合增压又分为串联增压又分为串联增压和并联增压两种和并联增压两种形式。形式。四

12、冲程增压柴油四冲程增压柴油机的示功图机的示功图 6350ZC型增压柴油机定时图型增压柴油机定时图 废气涡轮增压柴油机的特点：废气涡轮增压柴油机的特点：气阀重叠角加大，这是为了利用压力空气阀重叠角加大，这是为了利用压力空气来赶走残存在缸内的废气，加强气来赶走残存在缸内的废气，加强“燃烧燃烧室扫气室扫气”；同时降低燃烧室组件以及其它；同时降低燃烧室组件以及其它有关机件的温度，提高柴油机的工作可靠有关机件的温度，提高柴油机的工作可靠性。性。喷油提前角减小，因为增压后，燃油燃喷油提前角减小，因为增压后，燃油燃烧滞燃期缩短，减小喷油提前角可防止柴烧滞燃期缩短，减小喷油提前角可防止柴油机工作粗暴。油机工作粗暴。