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柴油發動機工作原理


柴油機的工作是由進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個過程來完成的,這四個過程構成了一個工作循環。活塞走四個過程才能完成一個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。

簡介

柴油機的工作是由進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個過程來完成的,這四個過程構成了一個工作循環。活塞走四個過程才能完成一個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。

進氣沖程

第一沖程--進氣,它的任務是使氣缸內充滿新鮮空氣。當進氣沖程開始時,活塞位于上止點,氣缸內的燃燒室中還留有一些廢氣。

當曲軸旋轉肘,連桿使活塞由上止點向下止點移動,同時,利用與曲軸相聯的傳動機構使進氣閥打開。 隨著活塞的向下運動,氣缸內活塞上面的容積逐漸增大:造成氣缸內的空氣壓力低于進氣管內的壓力,因此外面空氣就不斷地充入氣缸。

進氣過程中氣缸內氣體壓力隨著氣缸的容積變化的情況如動畫所示。圖中縱坐標表示氣體壓力P,橫坐標表示氣缸容積Vh(或活塞的沖S),這個圖形稱為示功圖。圖中的壓力曲線表示柴油機工作時,氣缸內氣體壓力的變化規律。從土中凯时可以看出進氣開始,由于存在殘余廢氣,所以稍高于大氣壓力P0。在進氣過程中由于空氣通過進氣管和進氣閥時產生流動阻力,所以進氣沖程的氣體壓力低于大氣壓力,其值為0.085~0.095MPa,在整個進氣過程中,氣缸內氣體壓力大致保持不變。

當活塞向下運動接近下止點時,沖進氣缸的氣流仍具有很高的速度,慣性很大,為了利用氣流的慣性來提高充氣量,進氣閥在活塞過了下止點以後才關閉。雖然此時活塞上行,但由于氣流的慣性,氣體仍能充人氣缸。

壓縮沖程

第二沖程--壓縮。壓縮時活塞從下止點間上止點運動,這個沖程的功用有二,一是提高空氣的溫度,為燃料自行發火作準備:二是為氣體膨脹作功創造條件。當活塞上行,進氣閥關閉以後,氣缸內的空氣受到壓縮,隨著容積的不斷細。 掌難沽 臀露紉簿筒歡仙,壓縮終點的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關,即與壓縮比有關,一般壓縮終點的壓力和溫度為:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。

柴油的自燃溫度約為543-563K,壓縮終點的溫度要比柴油自燃的溫度高很多,足以保證噴入氣缸的燃油自行發火燃燒。

噴入氣缸的柴油,並不是立即發火的,而且經過物理化學變化之後才發火,這段時間大約有0.001~0.005秒,稱為發火延遲期。因此,要在曲柄轉至上止點前10~35°曲柄轉角時開始將霧化的燃料噴入氣缸,並使曲柄在上止點後5~10°時,在燃燒室內達到最高燃燒壓力,迫使活塞向下運動。

燃燒膨脹沖程

第三沖程--燃燒膨脹。在這個沖程開始時,大部分噴入燃燒室內的燃料都燃燒了。燃燒時放出大量的熱量,因此氣體的壓力和溫度便急劇升高,活塞在高溫高壓氣體作用下向下運動,並通過連稈使曲軸轉動,對外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。

隨著活塞的下行,氣缸的容積增大,氣體的壓力下降,工作沖程在活塞行至下止點,排氣閥打開時結束。

排氣沖程

第四沖程--排氣。排氣沖程的功用是把膨脹後的廢氣排出去,以便充填新鮮空氣,為下一個循環的進氣作準備。

當工作沖程活塞運動到下止點附近時,排氣閥開起,活塞在曲軸和連桿的帶動下,由下止點向上止點運動,並把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統存在著阻力,所以在排氣沖程開始時,氣缸內的氣體壓力加比大氣壓力高0.025-0.035MPa,其溫度Tb=1000~1200K。為了減少排氣時活塞運動的阻力,排氣閥在下止點前就打開了。

排氣閥一打開,具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外,缸內壓力迅速下降,這樣當活塞向上運動時,氣缸內的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時的氣流慣性使廢氣排出得干淨,排氣閥在上止點以後才關閉。

   
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