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发电机组内燃机的常用名词和四冲程柴油机的工作原理
一、柴油发电机的常用名词
1.工作循环
柴油发电机中热能与机械能的转化,是通过活塞在汽缸内工作,连续进行进气、压缩、工作、排气四个过程来完成的。机器每进行这样一个过程称为一个工作循环。
2.上止点和下止点
当活塞在汽缸中移动时,活塞顶处在汽缸中的 位置称为上止点(或称上死点);活塞顶在汽缸中的 位置,称为下止点(或称下死点)。
3.活塞冲程
上、下止点之间的小直线距离称为活塞冲程(或称行程),通常用S表示。曲轴与连杆大端的连接中心到曲轴的旋转中心之间的小直线距离称为曲柄的旋转半径。对于汽缸中心线通过曲轴旋转轴心的柴油发电机,活塞冲程S=2R.
4.工作容积
活塞从上止点到下止点所扫过的汽缸容积,称为汽缸工作容积(或称活塞排量),用Vh表示。多缸柴油发电机各汽缸工作容积的总和称为柴油发电机工作容积(或称柴油发电机排量),用VL表示。
VL=πD2Si=Vhi(L)/4×103
式中D—汽缸直径(cm)
S—活塞冲程(cm)
i—汽缸数
Vh——个汽缸的工作容积。
5.压缩比
新鲜气体吸人汽缸后充满了整个汽缸,即占有汽缸总容积Va,而汽缸总容积则包括燃烧室容积VC和汽缸的工作容积Vh,汽缸总容积Va=Va+Vh。汽缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比,用€表示,即
压缩比的大小,说明汽缸内的空气(或混合气)经压缩后体积缩小的倍数,也表明气体被压缩的程度。通常柴油机€=16~22,柴油机€=5~9.
压缩比越大,表明活塞运动时,气体被压缩得越厉害,其气体的温度和压力就越高,柴油发电机的效率也越高。
二、四冲程柴油机的工作原理
在热力过程中,只有在“工质”膨胀过程才具有做功能力,而我们要求发动机能连续不断地产生机械功,就必须使工质反复进行膨胀。因此,必须设法使工质重新恢复到初始状态,然后,再进行膨胀。因此,柴油机必须经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程之后,才能恢复到起始状态,使柴油机连续不断地产生机械功,故上述四个热力过程称为一个工作循环。
若柴油机活塞走完四个冲程完成一个工作循环,称该机为四冲程柴油机。如果活塞走完二个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。目前,柴油发电机组配置的柴油机都是四冲程机。
1.进气冲程
进气冲程的目的是吸入新鲜空气,为燃料燃烧作好准备。要实现进气,缸内与缸外要形成压差。因此,此冲程排气门关闭,进气门打开,活塞由上止点向下止点移动,活塞上方的汽缸内的容积逐渐扩大,压力降低,缸内气体压力低于大气压力约68~93kPa。在大气压力的作用下,新鲜空气经进气门被吸入汽缸,活塞到达下止点时,进气门关闭,进气冲程结束。
2.压缩冲程
压缩冲程的目的是提高汽缸内空气的压力和温度,为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭,汽缸内的空气被压缩,压力和温度亦随之升高,其升高的程度,取决于被压缩的程度,不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时,缸内空气压力达(3000~5000)kPa,温度达500~700℃,远超过柴油的自燃温度。
3.膨胀(作功)冲程
当活塞上行将终了时,喷油器开始将柴油喷入汽缸,与空气混合成可燃混合气,并立即自燃,此时,汽缸内的压力迅速上升到约6000~9000kPa,温度高达(1800~2200)℃。在高温、高压气体的推力作用下,活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而作功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低,直到排气门被打开为止。
4.排气冲程
排气冲程的目的是缸内的废气。做功冲程结束后,缸内的燃气已成为废气,其温度下降到(800~900)℃,压力下降到(294~392)kPa。此时,排气门打开,进气门仍关闭,活塞从下止点向上止点移动,在缸内残存压力和活塞推力的作用下,废气被排出缸外。当活塞又到上止点时,排气过程结束。
排气过程结束后,排气门关闭,进气门又打开,重复进行下一个循环,周而复始不断对外作功。
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增压型柴油机简介
1)发电机依靠缸内燃烧发出功率。因此,进入缸内的燃油和空气是基本的两大要素,两者要合理调配,燃烧才能完全,使之达到功率大而燃油省的目的。
2)燃油的输入量是可以控制的,关键是空气吸入量。一般发电机靠自然吸气,空气吸入量受发电机进气系统阻力的限制,仅能吸入70%~80%((以1个大气压计。吸入气缸的空气体积与气缸容积的百分比)。因此功率难以提高。
3)增压型柴油机的基本特征就是采用了“增压器”。因此。进入气缸的空气不是依靠自然吸气,而是由增压器强制将空气压入或“填入”气缸,从而使空气量增多,喷射的燃油量也相应增加,不但发电机功率大大提高,而且由于燃烧完全,相应降低了耗油量,尾气烟度也有所改善。
4)废气涡轮增压器利用发电机排气压力推动涡轮,带动另一端的叶轮压气机“鼓充”进气,叶轮转速每分钟一般达10万转左右。采用这种内燃机增压技术的发电机为增压型,其功率比自然吸气型提高20%~40%,燃油消耗率也显著下降。
5)进气气缸的空气通过废气涡轮增压器后,由于受压缩功的影响,其温度大幅度提高(全负荷时一般达到12℃左右),空气密度却显示下降,限制了功率的进一步的提高,因此出现了“增压中冷”是将发电机的冷却液或汽车前端的进风通过“中冷器”(即热交换器)对已增压过的发电机进气进行“中间冷却”。水冷型可将进气温度降至90℃左右,空气冷却型可将进气温度降至50℃左右。采用增压中冷技术的发电机为增压中冷型,其功率比增压型进一步提高,油耗也相应地进一步减少,其工作原理如图1-1所示。
6)B系列柴油机有3种吸气形式--自然吸气型、增压型和增压中冷型。依靠这种技术,B系列柴油机在缸径、冲程和转速不变的情况下,可逐级提高它的功率和转矩,因而明显扩大了系列内柴油机的功率范围。以B系列6缸机为例:自然吸气型(代号6B)的额定功率为96KW,增压型(代号6BT)的额定功率为118KW,增压中冷型(代号6BTA)的额定功率140KW,它们的转矩和燃油量也分别不同程度地逐级得到提高和减少。
7)B系列柴油机是通过采用增压和增压中冷技术来扩大功率范围,而不是通过采用扩大缸径的方法来达到的。由于缸径不变,缸体、缸盖等零部件完全通用,就大大降低了工厂生产成本,减少了市场备件平中;又由于设计时不虑保留扩大缸径的余地,使发电机能尽量紧凑,体积和质量明显减小;更由于增压技术的优点,不仅提高了动力性的经济性,而且有利于降低噪音和使排放达标。此外,如在高原地区使用,动力可保持不变或损失较少。B系列柴油机的结构强度是按 功率和转矩的需要设计的,因此保证了全系列机型的可靠性和耐久性。
8)发电机配HIC增压器主要按中、高速端匹配,因而低速端增压压力不足。为了不使烟度排放性能等恶化,不得不限制供油量(通过冒烟限制器),从而牺牲了低速转矩并影响整车低速行驶性能。这种匹配主要适于汽车经常高速行驶的使用条件。
旁通涡轮增压器正是针对解决低速动力性不足而开发的,它以低速端进行 匹配,低速增压压力高,冒烟限制器不起作用,因此低速转矩大、排放低,并通过旁通阀来解决由此产生的高速端增压压力过高的问题,从而兼顾了高速端的性能,可以看出,旁通阀和曲柄连成整天转动,并通过推杆与执行器(用支架固定在增压器壳体上)中弹簧的一端相连,执行器的另外一端则通过软管与压气机出口增压压力想通。当旁通阀处于关闭状态时执行器中的弹簧具有一定的预紧力。
当增压压力达到一定程度而足以克服弹簧预紧力时,作用力将通过推杆,曲斌使旁通阀打开,将进入涡轮的部分废气经旁通阀流入总排气管,从而减少了进入涡轮的能量,使转速和增压压力随之下降。