1、模块一模块一 柴油机基本知识柴油机基本知识 教学目标教学目标：1、具有柴油机基本知识、基本工作原理的能力；2、具有认识柴油机总体机构的能力；3、具有分析柴油机性能指标、工作参数的能力。重点重点：二冲程、四冲程柴油机的工作原理及性能比较，分类、基本概念。难点难点：定时圆图、各性能指标的理解。四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理进气行程进气行程压缩行程压缩行程燃烧和燃烧和膨胀行程膨胀行程排气行程排气行程进气阀一般在活塞到达上止点前打开，进气阀一般在活塞到达上止点前打开，下止点后延迟关闭，进气持续角下止点后延迟关闭，进气持续角2202202502500 0（CA)CA)自排气阀在膨胀行程末提前打
2、开，自排气阀在膨胀行程末提前打开，到上止点后关闭为止，持续约到上止点后关闭为止，持续约230230 1601600 0（CA)CA)自上止点附近开始燃烧，只到活塞到自上止点附近开始燃烧，只到活塞到下止点前结束，压力最高升到下止点前结束，压力最高升到15MPa15MPa，温度最高升到温度最高升到18001800自进气阀关闭开始压缩，到上止点自进气阀关闭开始压缩，到上止点为止，压力增高到为止，压力增高到3 36MPa6MPa，温度升高，温度升高到到600600700700，持续，持续1401401601600 0（CA)CA)2.2.柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理柴油机热力循环和
3、工作原理总结：总结：四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要回转两四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要回转两转，每个工作循环中只有膨胀行程是对外做功的；转，每个工作循环中只有膨胀行程是对外做功的；四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，而是在上、下止点前后某一时刻，开启持续止点，而是在上、下止点前后某一时刻，开启持续角都大于角都大于1801800 0（CACA）；）；提前开启和滞后关闭都是为了排气干净并增加空气提前开启和滞后关闭都是为了排气干净并增加空气吸气量，减少排气耗功；吸气量，减少排气耗功；在上止点附近，进气阀和排气阀同时开启，叫做气
4、在上止点附近，进气阀和排气阀同时开启，叫做气阀重叠角。阀重叠角。柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理（二冲程柴油机都采用废气涡轮增压的方（二冲程柴油机都采用废气涡轮增压的方法提高进气压力）法提高进气压力）排、扫气过程排、扫气过程压缩和燃烧压缩和燃烧膨胀过程膨胀过程活塞下行，排气口打开，一段时间后，活塞下行，排气口打开，一段时间后，进气口打开，直到活塞到进气口打开，直到活塞到BDCBDC后又上行，后又上行，之后进气口先关闭，排气口再关闭。之后进气口先关闭，排气口再关闭。自排气口关闭后直到上止点为压缩过程，自排气口关闭后直
5、到上止点为压缩过程，上止点附近燃烧完毕。上止点附近燃烧完毕。燃烧后直到活塞下行至排气阀打开燃烧后直到活塞下行至排气阀打开为膨胀过程。为膨胀过程。柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理总结：总结：二冲程柴油机每个工作循环曲轴转一转；二冲程柴油机每个工作循环曲轴转一转；进气过程在下死点附近完成，压缩行程小于进气过程在下死点附近完成，压缩行程小于1801800 0（CA)CA)，膨胀过程小于，膨胀过程小于90900 0（CA)CA)，排气过程大于，排气过程大于9090小于小于 1801800 0（CA)CA)；进气过程包含在排气过程中，进气的同时还可帮进气过程包含在排气过程中，进气的同时还
6、可帮助排气，此称为扫气。助排气，此称为扫气。柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理特别要求：特别要求：一定要理解为什么二冲程柴油机一定要理解为什么二冲程柴油机一个工作循环，曲轴转一转；一个工作循环，曲轴转一转；会分析二冲程柴油机的定时圆图；会分析二冲程柴油机的定时圆图；思考二冲程柴油机的压缩比与四思考二冲程柴油机的压缩比与四冲程柴油机有何不同？冲程柴油机有何不同？柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理柴油机热力循环和工作原理二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较功率比较功率比较相同尺寸和转速时，二冲程功率为相同尺寸和转速时，二冲程功率为四冲程四冲程
7、1.61.61.81.8倍；倍；回转均匀性回转均匀性二冲程柴油机较均匀均匀二冲程柴油机较均匀均匀维修保养维修保养二冲程柴油机较简单二冲程柴油机较简单换气质量换气质量二冲程柴油机较差二冲程柴油机较差热负荷热负荷二冲程柴油机较高二冲程柴油机较高各自优越性各自优越性提高功率方面，二冲程机优越；提高功率方面，二冲程机优越；提高强化程度方面，四冲程机优越提高强化程度方面，四冲程机优越柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理增压柴油机的基本工作原理1概念：在气缸容积不变的情况下，通过提高进气压力来提高柴油机功率的方法。2增压方式：（按增压器所利用能量不同）（1）机械增压（2）废气涡轮增压（3）复合
8、增压3增压压力分类（1）低增压 PK0.17MPa(2)中增压0.17MPaPK0.25MPa（3）高增压0.25MPaPK0.35MPa（4）超高增压PK0.35MPa二冲程柴油机的换气形式二冲程柴油机的换气形式换气形式换气形式特点特点简单横流扫气简单横流扫气 进排气口为与气缸中心线的两侧进排气口为与气缸中心线的两侧回流式扫气回流式扫气进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口进排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的上方的上方半回流扫气半回流扫气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气进气口布置在排气口的下方及两侧，气流在气缸内兼有横流与回流的特点缸内兼有横流与回流的特点直流式扫气直流式扫气
9、气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀阀柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理图1-11 直流扫气示意图 图1-11 直流扫气示意图 CD截面CD截面AB截面AB截面A AB BC CD DA AB BC CD DAB截面AB截面CD截面CD截面图1-13 横流、回流、半回流扫气示意图图1-13 横流、回流、半回流扫气示意图(a)(a)(b)(b)(c)(c)二冲程柴油机的扫气弯流与直流扫气的比较弯流与直流扫气的比较弯流扫气弯流扫气直流扫气直流扫气换气质量换气质量弯流换气质量差弯流换气质量差直流换气质量好直流换气质量好气缸受热气缸受热受热不
10、均匀，易产生变形受热不均匀，易产生变形受热均匀，不易变受热均匀，不易变形形可维修性可维修性结构简单，维修方便结构简单，维修方便结构复杂，维修较结构复杂，维修较困难困难柴油机柴油机热力循环和工作原理热力循环和工作原理单元四单元四 拓展性理论知识拓展性理论知识一、柴油机的性能指标和工作参数（一）、动力性和经济性指标柴油机的主要性能指标包括动力性和经济性两个方面的指标。动力性和经济性指标又可以分成指示指标和有效指标两类。指示指标有效指标动力性 pi平均指示压力 pe平均有效压力 Ni指示功率 Ne有效功率 经济性 i指示热效率 e有效热效率 gi指示燃油消耗率 ge有效燃油消耗率 1指示指标：是以缸
11、内工质对活塞所作的功为基础的指标，表征气缸内部工作情况，其优劣取决于气缸内部实际工作循环进行的完善程度（包括不完全燃烧、燃烧延迟、气体泄漏、气缸壁传热损失等）。2有效指标：是以在柴油机输出轴上所得到的有效功为基础的指标，它扣除了柴油机内的一切损失，其优劣取决于工作循环进行的完善程度外，还得取决于机械损失的大小。(二二)、指示指标、指示指标1平均指示压力pi平均指示压力pi：是一个假想的作用在活塞上的数值不变的压力，它推动活塞一个行程所作的功与一个工作循环的指示功Li相等。即：（Nm或J）式中：pi平均指示压力，Pa；F活塞面积，m2；S活塞行程，m；VS气缸工作容积，m3。FSpLii因此平均
12、指示压力pi是单位气缸工作容积每一工作循环的指示功。它的数值与气缸工作容积的大小无关。因此可以用pi 来比较不同气缸尺寸和不同类型的柴油机的做功能力强化程度。pi 值大，表明其单位气缸工作容积的做功能力大，柴油机气缸工作容积利用程度大。喷入的燃油量相同时，pi 值大表明其工作循环进行得比较完善。所以pi 是评定柴油机工作循环动力性的重要指标。影响pi值的因素：（1）负荷即循环的供油量。（2）缸内工质混合的完善程度（3）过量空气系数（4）换气质量（5）燃烧质量 增压机pi非增压机；四冲程机pi二冲程机；直流pi弯流2指示功率Ni 指示功率是指气缸内的工质在单位时间内所作的指示功。60000inV
13、pNSii3指示热效率i和指示油耗率gi式中：3600一千瓦小时相当的热量，kJ/（kWh)；Gf柴油机每小时油耗量，kg/h；Hu所用燃料低热值 Ni指示功率，kW。ufiiHGN3600uiiHg3600(三三)、有效指标、有效指标1有效功率Ne和机械效率m（1）曲轴输出端传出的功率称为有效功率，用Ne表示，Ne=Ni-Nm。（2）机械损失功率Nm：包括：摩擦损失摩擦损失。主要是活塞、活塞环与缸套间的摩擦损失，约占全部摩擦损失5565。拖动损失损失。泵气损失功率泵气损失功率。非增压四冲程柴油机。nMnMMNeeee3000060210001000（3）机械效率m：机械效率m是有效功率Ne与
14、指示功率Ni，之比值，即：影响机械效率m的因素：负荷：当转速不变，机械效率随负荷增加而增加。空载运行时，m=0。转速：当负荷（pi）不变，机械效率随转速提高而降低。滑油温度与冷却水温度：应适当，过高或过低均会使m降低m。imimiiemNNNNNNN12平均有效压力pe 平均有效压力pe是柴油机在每一工作循环每单位气缸工作容积所作的有效功。pe 值大，表明其单位气缸工作容积的做功能力大，柴油机气缸工作容积利用程度大。3有效燃油消耗率ge和有效热效率e 有效油耗率是指每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油量。单位是kg/（kWh）。即niCpinVpNeSee60000CniNpee式中：Gf柴油机
15、每小时油耗量，kg/h；Ne柴油机有效功率，kW。有效热效率e是指曲轴有效功与所消耗的热量之比，即：efeNGgueufeeeHgHGNQL360036001miieieeLLQLQL11二、其它常用参数1最高爆发压力pz：燃烧过程中气缸内工质的最高压力。表示柴油机零件所承受的机械负荷的大小。最高爆发压力pz 对柴油机结构性能的影响：（1）pz增大使柴油机结构尺寸增大，柴油机笨重。（2）pz增大使各受力部件的应力和变形，会造成疲劳破坏、使磨损和振动和噪音增大。（3）pz增大会破坏润滑油膜，加剧活塞环与缸套、轴颈与轴瓦等的磨损，使寿命下降；（4）pz增大会提高最高爆发压力pz，可提高柴油机的热效
16、率，降低燃油消耗。2排气温度：一般用排气温度来衡量热负荷的高低。3活塞平均速度Vm Vm=n.S/30。Vm增加Ne增加，但零件的机械负荷和热负荷同时增加，机件磨损增加。4行程缸径比S/D。5强化系数peVm。6压缩比。7.比重量。8.单位体积功率。ewwNGg VNNev 柴油机的热力循环柴油机的热力循环 一、柴油机理论循环和实际循环一、柴油机理论循环和实际循环 1、柴油机的理论循环、柴油机的理论循环 基于工程热力学的基本理论把实际过程加以抽象基于工程热力学的基本理论把实际过程加以抽象和简化，将其概括成由几个基本热力过程所组成和简化，将其概括成由几个基本热力过程所组成的循环叫理论循环或理想循
17、环。的循环叫理论循环或理想循环。基本上为混合加热循环。基本上为混合加热循环。为了使柴油机工作循环为了使柴油机工作循环 进行更加完善，现代高增进行更加完善，现代高增 压柴油机有向定压加热循压柴油机有向定压加热循 环发展的趋势。环发展的趋势。通过研究理论循环可以：通过研究理论循环可以：（1）用简单的公式说明循环中各基本热力参数的）用简单的公式说明循环中各基本热力参数的关系，以明确提高理论循环热效率和平均有效压关系，以明确提高理论循环热效率和平均有效压力的有效途径；力的有效途径；（2）确定循环热效率的理论极限，以判断柴油机）确定循环热效率的理论极限，以判断柴油机循环的完善程度；循环的完善程度；（3）
18、有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。）有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。2、柴油机的实际循环、柴油机的实际循环工质是实际混合气，以燃烧加热和排气放热，工质是实际混合气，以燃烧加热和排气放热，并计及各种热力损失的实际工作循环。并计及各种热力损失的实际工作循环。特点（与理论循环的差异）特点（与理论循环的差异）（1）工质为混合气体）工质为混合气体 （2）存在着不可避免的损失）存在着不可避免的损失气缸壁的传热损失气缸壁的传热损失换气损失（膨胀损失功泵气功）换气损失（膨胀损失功泵气功）燃烧损失（后燃和不完全燃烧引起的损失）燃烧损失（后燃和不完全燃烧引起的损失）漏泄损失（活塞环处的泄漏无法避免）漏泄损失（活塞环处的泄漏无法避免）其他损失（工质的涡动损失、活塞运动速度与燃其他损失（工质的涡动损失、活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时间损失等。）间损失等。）
