柴油机工作原理课件.ppt

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1、第二节 柴油机工作原理一、四冲程柴油机工作原理1 1定义定义1 1）柴油机工作过程：包括进气、压缩、燃烧、）柴油机工作过程：包括进气、压缩、燃烧、膨胀、排气在内的全部热力循环过程膨胀、排气在内的全部热力循环过程2 2）柴油机工作循环：包括进气、压缩、膨胀和）柴油机工作循环：包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环排气等过程的周而复始的循环3 3）四冲程柴油机：用活塞的四个行程完成一个）四冲程柴油机：用活塞的四个行程完成一个工作循环的柴油机工作循环的柴油机4 4）二冲程柴油机：用活塞的两个行程完成一个）二冲程柴油机：用活塞的两个行程完成一个工作循环的柴油机工作循环的柴油机2四冲程柴油机的

2、一个工作循环1 1）第一行程进气行程。活塞自上止点下行，）第一行程进气行程。活塞自上止点下行，进气阀在上止点前提前开，下止点后延迟闭，进气阀在上止点前提前开，下止点后延迟闭，进气持续角进气持续角220220250250。CACA。吸气靠内外压差，吸气靠内外压差，四冲程非增压机实际进气始点在上止点后四冲程非增压机实际进气始点在上止点后2 2）第二行程压缩行程。活塞自下止点上行，）第二行程压缩行程。活塞自下止点上行，t tc c达达600600700700。C C，压缩后期喷油器在上止点前一压缩后期喷油器在上止点前一定角度喷油，上止点附近压缩发火燃烧（燃油定角度喷油，上止点附近压缩发火燃烧（燃油自

3、燃温度自燃温度210210270 270。C C）。）。压缩过程压缩过程140140160 160。CACA3 3）第三行程燃烧和膨胀行程。上止点后）第三行程燃烧和膨胀行程。上止点后101015 15。CACA达达p pz z，随后随后t tz z达达140014001800 1800。C C，高温高压燃气推动活塞下行作功，高温高压燃气推动活塞下行作功，上止点后约上止点后约40 40。CACA燃烧基本完成，膨胀燃烧基本完成，膨胀一直到排气阀在下止点前提前开启止一直到排气阀在下止点前提前开启止4 4）第四行程排气行程。排气初期靠内外）第四行程排气行程。排气初期靠内外压差，当活塞由下止点上行时靠活

4、塞推压差，当活塞由下止点上行时靠活塞推挤作用（耗功），排气阀延迟到上止点挤作用（耗功），排气阀延迟到上止点后关。排气持续角后关。排气持续角230230260 260。CACA 总结：四冲程机一个工作循环曲轴转总结：四冲程机一个工作循环曲轴转两转（两转（720。CA），），凸轮轴转一转，凸凸轮轴转一转，凸轮轴与曲轴转速比为轮轴与曲轴转速比为1：2，做功行程为，做功行程为第三行程。多缸机其余三行程能量由其第三行程。多缸机其余三行程能量由其他正在作功的气缸供给，单缸机由飞轮他正在作功的气缸供给，单缸机由飞轮供给供给3 3四冲程柴油机工作循环的表示方法四冲程柴油机工作循环的表示方法1 1）p-vp-v

5、示功图示功图 尾部圆滑尾部圆滑2 2）气阀正时圆图）气阀正时圆图（1 1）定义）定义a a气阀正时：进、排气阀在上、下止点前后启闭气阀正时：进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻。的时刻。b b气阀正时圆图：用曲轴转角表示气阀正时的圆气阀正时圆图：用曲轴转角表示气阀正时的圆图。图。c c进气提前角进气提前角d d进气滞后角进气滞后角e e排气提前角排气提前角f f排气滞后角排气滞后角(2)(2)气阀提前开启与延后关闭的目的：提高气阀提前开启与延后关闭的目的：提高换气质量，减少排气耗功换气质量，减少排气耗功（3 3）气阀重叠角气阀重叠角A A定义：同一气缸的进、排气阀在上止点前定义：同一气缸的进、

6、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角后同时开启的曲轴转角B B目的：提高换气质量，冷却燃烧室有关部目的：提高换气质量，冷却燃烧室有关部件，实现燃烧室扫气件，实现燃烧室扫气C C增压四冲程机（增压四冲程机（8080130130。）大于非增压四）大于非增压四冲程机（冲程机（25255050。）二、二冲程柴油机工作原理1 1结构特点结构特点曲轴一转完成一个工作循环，故没有曲轴一转完成一个工作循环，故没有单独的进气与排气（换气）过程，进、单独的进气与排气（换气）过程，进、排气几乎同时进行，换气过程在下止点排气几乎同时进行，换气过程在下止点前后膨胀行程末和压缩行程初部分行程前后膨胀行程末和压缩行程初部分

7、行程完成（约完成（约120120150 150。CACA）。）。缸套下部必缸套下部必须设气口，或下部扫气口排气口，或须设气口，或下部扫气口排气口，或下部扫气口缸头排气阀。二冲程机必下部扫气口缸头排气阀。二冲程机必须增压须增压2 2工作原理工作原理3二冲程机工作循环的表示方法二冲程机工作循环的表示方法1）p-v示功图示功图 尾部尖尾部尖2 2）定时圆图）定时圆图 无气阀重叠角无气阀重叠角4 4二冲程机有效压缩比二冲程机有效压缩比 e e e e=1+(1-=1+(1-s s)V)Vs sV Vc c s s=气口高度气口高度行程行程,气口高度为活塞在下止气口高度为活塞在下止点时其上平面到气口上边

8、沿的距离，二点时其上平面到气口上边沿的距离，二冲程弯流扫气柴油机最大冲程弯流扫气柴油机最大5 5二冲程机（与四冲程机比）特点二冲程机（与四冲程机比）特点1 1）功率约为四冲程机的功率约为四冲程机的1.61.61.81.8倍（气缸倍（气缸尺寸与转速相同）尺寸与转速相同）2 2）回转均匀）回转均匀3 3）结构较简单，寿命长）结构较简单，寿命长4 4）换气质量较差）换气质量较差5 5）热负荷较高）热负荷较高6 6）低负荷运转性能较差）低负荷运转性能较差结论：提高功率方面二冲程机较优越，多结论：提高功率方面二冲程机较优越，多用于船用主机；提高柴油机强化程度方用于船用主机；提高柴油机强化程度方面四冲程机

9、较优越，用于陆用、船用发面四冲程机较优越，用于陆用、船用发电柴油机及部分船用主机电柴油机及部分船用主机三、二冲程柴油机的换气形式根据气流在气缸中的流动路线分弯流（扫气根据气流在气缸中的流动路线分弯流（扫气由下往上，又由上往下）、直流（扫气由下而由下往上，又由上往下）、直流（扫气由下而上）上）1 1弯流弯流1 1）分类）分类（1 1）（简单）横流：进、排气口位于气缸中心）（简单）横流：进、排气口位于气缸中心线的两侧，横向、纵向均有倾斜角以控制气流线的两侧，横向、纵向均有倾斜角以控制气流方向防止新鲜空气流失。缸套下部易变形方向防止新鲜空气流失。缸套下部易变形（2 2）回流：进、排气口在气缸下部同一

10、侧，排）回流：进、排气口在气缸下部同一侧，排气口在上，进气口在下气口在上，进气口在下（a）简单横流扫气；（简单横流扫气；（b）回流扫气；（回流扫气；（c）半回流扫气半回流扫气（3 3）半回流：进气口在排气口的下方及两）半回流：进气口在排气口的下方及两侧，兼有横流与回流特点侧，兼有横流与回流特点2 2）特点：换气质量较差，结构简单，）特点：换气质量较差，结构简单，S/DS/D小于小于2.22.2普遍使用普遍使用图图1-12 1-12 直流扫气示意图直流扫气示意图 2 2直流直流1 1）排气口扫气口式：已被淘汰）排气口扫气口式：已被淘汰2 2）排气阀扫气口式：气缸下部有一圈扫）排气阀扫气口式：气缸

11、下部有一圈扫气口，扫气口在纵向和横向均有倾斜角气口，扫气口在纵向和横向均有倾斜角以形成气垫提高扫气效果。排气阀与气以形成气垫提高扫气效果。排气阀与气口可以同时关闭，也可以提早关闭（减口可以同时关闭，也可以提早关闭（减少过后排气）。缸套下部受热均匀，换少过后排气）。缸套下部受热均匀，换气质量较好。现代船用大型长行程（气质量较好。现代船用大型长行程（S/DS/D大于大于2.52.5）和超长行程（）和超长行程（S/DS/D大于大于3.03.0）柴）柴油机主要换气形式油机主要换气形式四、柴油机的换气过程1四冲程柴油机的换气过程四冲程柴油机的换气过程1)1)自由排气阶段自由排气阶段（1 1）排气阀在下止

12、点前打开开始至下止点）排气阀在下止点前打开开始至下止点后（后（10103030。CACA）气缸压力接近排气管压）气缸压力接近排气管压力为止力为止（2 2）压差自由排气缸内与排气管始终存）压差自由排气缸内与排气管始终存在较大的压差在较大的压差（3 3）先后两个阶段：）先后两个阶段：超临界废气以当超临界废气以当地音速排出气缸；地音速排出气缸；亚临界排气管压亚临界排气管压力与气缸压力之比大于临界值，小于音力与气缸压力之比大于临界值，小于音速排出气体速排出气体（4 4）排气阀开启提前角要足够大以排尽废）排气阀开启提前角要足够大以排尽废气多进新气，但如太大会使膨胀功损失气多进新气，但如太大会使膨胀功损失

13、增大，膨胀功减小，排气功减小增大，膨胀功减小，排气功减小（5 5）排气管内压力波振幅比进气管内大）排气管内压力波振幅比进气管内大2)2)强制排气阶段强制排气阶段（1 1）自由排气结束开始到排气阀关闭为止）自由排气结束开始到排气阀关闭为止（2 2）活塞推挤强制排气）活塞推挤强制排气（3 3）排气阀在上止点后滞后关闭，如延后）排气阀在上止点后滞后关闭，如延后关闭角太大会使排烟管中废气又被吸入关闭角太大会使排烟管中废气又被吸入气缸气缸3)3)进气阶段进气阶段（1 1）理论上自进气阀开启点开始到进气阀）理论上自进气阀开启点开始到进气阀关闭为止，实际自缸内压力低于进气管关闭为止，实际自缸内压力低于进气管

14、压力时开始（非增压机上止点后）压力时开始（非增压机上止点后）（2 2）进气阀开启时刻对排气惯性有影响；）进气阀开启时刻对排气惯性有影响；关闭时刻对进气惯性作用有影响关闭时刻对进气惯性作用有影响（3 3）进气阀开启提前角太大易产生废气倒）进气阀开启提前角太大易产生废气倒灌；进气阀关闭滞后角太大易产生新鲜灌；进气阀关闭滞后角太大易产生新鲜空气倒流并减小有效压缩比空气倒流并减小有效压缩比2二冲程柴油机的换气过程二冲程柴油机的换气过程1 1）自由排气阶段）自由排气阶段（1 1）排气口（阀）开启到开始进气点（缸内压）排气口（阀）开启到开始进气点（缸内压力与扫气压力相等）止，并非到扫气口开止力与扫气压力相

15、等）止，并非到扫气口开止（此时缸内压力高于扫气压力）（此时缸内压力高于扫气压力）（2 2）借助于缸内与排气管中的压差自由排气）借助于缸内与排气管中的压差自由排气2 2）强制排气与扫气阶段）强制排气与扫气阶段（1 1）自进气开始至扫气口关闭止）自进气开始至扫气口关闭止（2 2）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差）依靠扫气与缸内压差和缸内与排气管压差强制排气强制排气3 3）过后排气阶段）过后排气阶段（1 1）扫气口关闭到排气口（阀）关闭止）扫气口关闭到排气口（阀）关闭止（2 2）越短越好）越短越好（3 3）排气口（阀）与扫气口同时关闭或提）排气口（阀）与扫气口同时关闭或提前关闭可避免过后排气或实现过后充气前关闭可避免过后排气或实现过后充气小结小结 二冲程柴油机换气质量比四冲程柴油二冲程柴油机换气质量比四冲程柴油机差，表现在：机差，表现在：1 1）换气时间短）换气时间短2 2）进气与排气同时进行且易掺混，换气结）进气与排气同时进行且易掺混，换气结束残留废气较多束残留废气较多3 3）换气过程中所消耗的功、空气量较多）换气过程中所消耗的功、空气量较多4 4）存在失效行程）存在失效行程