通過活塞的兩個沖程完成壹個工作循環的柴油機稱為二沖程柴油機,而機油機只需曲軸旋轉壹周就完成壹個工作循環。與四沖程柴油機相比,提高了工作能力,但在具體結構和工作原理上也有很大區別。
二沖程柴油機和四沖程柴油機的基本結構是壹樣的,主要區別在配氣機構。二沖
程柴油機沒有進氣門,有的甚至沒有排氣門,而是在氣缸下部設置了掃氣口和排氣口;
或者掃氣口和排氣閥機構。由運動部件驅動的掃氣泵專門用來儲存壓縮空氣。
掃氣箱利用活塞和氣口的配合來完成配氣,從而簡化了柴油機的結構。
圖為二沖程柴油機的工作原理圖。掃氣泵安裝在柴油機的壹側,它
轉子由柴油發動機驅動。空氣從泵中吸入,壓縮和排出,並大量儲存
在掃氣箱中,並在其中保持壹定的壓力。現在,說明二沖程柴油機的工作。
原則。
燃燒膨脹和排氣沖程:
燃料在燃燒室中被點燃並燃燒,產生高溫高壓氣體。在氣體的驅動下,活塞從上止點運動到下止點。
下移做外功。活塞下降直到排氣口打開(此時曲柄在點位置,此時氣體在
膨脹功完成後,缸內大量廢氣靠自身的高壓自由排出,從排氣口排到排氣管。
當氣缸中的壓力下降到接近掃氣壓力時(通常,掃氣箱中的掃氣壓力為0
12,向下的活塞打開掃氣口3(此時曲柄處於點4的位置,掃氣空氣進入氣缸,
同時,氣缸內的廢氣通過排氣口被排出氣缸。活塞移動到下止點,沖程結束,但是進行掃氣。
該過程繼續,直到排氣口在下壹個沖程中關閉(此時,曲柄處於點位置)。
4.342第三章船用柴油機檢查圖二沖程柴油機工作原理示意圖
掃氣和壓縮沖程:
活塞從下止點向上移動。在活塞蓋住掃氣口之前,由掃氣泵供給並儲存在掃氣箱中。
缸內空氣通過掃氣口進入缸內,缸內殘留的廢氣被進入缸內的空氣通過排氣口排出。
清掃氣缸。活塞繼續向上移動,逐漸蓋住掃氣口。當掃氣口完全關閉時(曲柄在點上)
位置,空氣停止填充,排氣仍在進行。這個階段稱為“後排氣階段”。當排氣口關閉時
(此時,當曲柄處於0點鐘位置時,氣缸內的空氣開始被壓縮。當壓縮到上止點前的點時,
噴油器將燃油噴入氣缸,與高溫高壓空氣混合,然後在上止點附近上火,自行其是。
火在燃燒。這個沖程結束,與前壹個沖程形成壹個完整的工作循環。
二沖程柴油機的示功圖如圖所示,其中,為噴油起點,活塞上止點,為
燃燒結束。
與四沖程柴油機相比,二沖程柴油機有壹些明顯的優點,但也有其固有的特點。
缺點。
2.四沖程柴油機的工作原理
柴油機的工作由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四個過程完成,構成壹個工作循環。活塞需要四個過程來完成壹個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。現在對比上面的動畫來解釋壹下它的工作原理。
壹.進氣沖程
第壹個沖程——進氣,它的任務是用新鮮空氣填充氣缸。當進氣沖程開始時,活塞位於上止點,壹些廢氣留在氣缸的燃燒室中。
當曲軸轉動彎頭時,連桿將活塞從上止點移動到下止點,同時,進氣門被與曲軸相關聯的傳動機構打開。
隨著活塞的向下運動,氣缸內活塞上方的容積逐漸增大:氣缸內的氣壓低於進氣管內的氣壓,因此外界空氣不斷充入氣缸。
如動畫所示,在進氣過程中,氣缸內的氣體壓力隨著氣缸的容積而變化。在圖中,縱坐標代表氣體壓力P,橫坐標代表氣缸容積Vh(或活塞沖量S)。這個圖叫做示功圖。圖中的壓力曲線顯示了柴油機工作時氣缸內氣體壓力的變化規律。從土壤中可以看出,進氣初期,由於殘余廢氣的存在,略高於大氣壓P0。在進氣過程中,由於空氣通過進氣管和進氣門時的流動阻力,進氣沖程中的氣體壓力低於大氣壓,其值為0.085~0.095MPa,在整個進氣過程中,缸內氣體壓力基本保持不變。
當活塞向下移動接近下止點時,沖入氣缸的氣流仍然具有很高的速度和很大的慣性。為了利用氣流的慣性增加充氣量,在活塞經過下止點後,進氣門關閉。雖然此時活塞向上,但由於氣流的慣性,氣體仍然可以充滿氣缸。
二。壓縮沖程
第二沖程——壓縮。在壓縮過程中,活塞從下止點和上止點之間的上止點移動。這個沖程有兩個作用:壹是提高空氣的溫度,為燃料的自燃做準備;另壹個是為氣體膨脹做功創造條件。當活塞上升,進氣門關閉時,氣缸中的空氣被壓縮。隨著體積越來越小,空氣的壓力和溫度會不斷上升。壓縮終點的壓力和濕度與空氣的壓縮程度即壓縮比有關。壹般壓縮終點的壓力和溫度為:PC = 4 ~ 8 MPa,TC = 750 ~ 950 K。
柴油的自燃溫度約為543-563 K,壓縮結束時的溫度遠高於柴油,足以保證噴入缸內的燃油自燃。
噴入氣缸的柴油不會立即點燃,而是經過物理化學變化後才點燃。這段時間約為0.001 ~ 0.005秒,稱為點火延遲期。因此,需要在曲軸旋轉到上止點前10 ~ 35°的曲軸轉角時開始向氣缸內噴射霧化燃油,並使曲軸在上止點後5 ~ 10時達到燃燒室內的最高燃燒壓力,迫使活塞下移。
三。燃燒膨脹沖程
第三沖程——燃燒膨脹。在這個沖程開始時,大部分噴入燃燒室的燃油被燃燒。燃燒時釋放出大量的熱量,所以氣體的壓力和溫度急劇上升。活塞在高溫高壓氣體的作用下向下運動,曲軸通過連桿轉動對外做功。所以這個沖程也叫作功沖程或工作沖程。
隨著活塞的向下運動,氣缸的容積增大,氣體的壓力減小,當活塞運動到下止點,排氣門開啟時,工作沖程結束。
在動畫中,工作沖程壓力變化線的上升部分表示燃料在氣缸中燃燒時壓力的急劇上升,最高點表示最高燃燒壓力Pz。此時的壓力和溫度為:
Pz=6~15MPa,Tz=1800~2200K
最高燃燒壓力與壓縮結束壓力之比(Pz/PC),稱為燃燒過程中的壓力上升比,用λ表示。根據柴油機類型的不同,最大工作強度時λ值的範圍如下:λ = Pz/PC = 1.2 ~ 2.5。
四。排氣沖程
第四沖程——排氣。排氣沖程的作用是排出膨脹的廢氣,從而充入新鮮空氣,為下壹個循環的進氣做準備。當活塞在工作沖程中運動到下止點附近時,排氣門開啟,活塞在曲軸和連桿的帶動下從下止點運動到上止點,廢氣排出氣缸。由於排氣系統的阻力,在排氣沖程開始時,氣缸內的氣體壓力比大氣壓高0.025—0.035MPa,其溫度TB = 1000 ~ 1200 K,為了減少排氣時活塞運動的阻力,在下止點前打開排氣門。排氣閥壹打開,具有壹定壓力的氣體立即沖出氣缸,氣缸內的壓力迅速下降,這樣當活塞向上運動時,氣缸內的廢氣就被活塞向上排出。為了利用排氣時的氣流慣性使廢氣潔凈,排氣閥在上止點後關閉。
動畫中,排氣沖程曲線顯示,在排氣過程中,氣缸內的氣體壓力幾乎不變,但略高於大氣壓。排氣沖程末期壓力Pr約為0.105 ~ 0.115 MPa,殘余廢氣溫度Pr約為850~960K。
因為進氣門和排氣門開啟早,關閉晚;因此,在排氣沖程結束和進氣沖程開始時,活塞在上止點附近時,進氣門和排氣門同時開啟壹段時間,用曲軸轉角表示,稱為氣門重疊角。
排氣沖程結束後,又開始進氣沖程,這樣整個工作循環按照上述過程重復進行。因為這種柴油機的工作循環是由四個活塞沖程,即曲軸轉壹圈來完成的,所以稱為四沖程柴油機。
四沖程柴油機的四個沖程中,只有第三沖程即工作沖量產生動力對外做功,其他三個沖程都是消耗功的準備過程。因此,單缸柴油機上必須安裝飛輪,利用飛輪的轉動慣量,使曲軸在四個沖程中連續均勻運轉。
1進氣:此時進氣門開啟,活塞下降,汽油和空氣的混合氣被吸入氣缸。
2.壓縮:此時進氣門和排氣門同時關閉,活塞向上運動,混合氣被壓縮。
3.燃燒:當混合器壓縮到最小時,火花塞點燃混合氣,燃燒產生的壓力推動活塞向下運動,帶動曲軸旋轉。
4.排氣:當活塞下降到最低點時,排氣閥打開,廢氣排出,活塞繼續上升,排出多余的廢氣。