柴油發(fā)動機基礎(chǔ)原理培訓資料PPT發(fā)動機原理培訓.ppt

昆明云內(nèi)動力股份有限公司柴油發(fā)動機基礎(chǔ)原理培訓資料2008 11 08 內(nèi)燃機基本原理 內(nèi)燃機是將燃料燃燒釋放出來的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置 在內(nèi)燃機機中燃料與空氣混合 燃燒 產(chǎn)生高溫 高壓的工作氣體 它作為熱能的載體推動活塞 通過連桿 曲軸向外輸出機械功 由于這一能量轉(zhuǎn)變過程完成是在發(fā)動機的內(nèi)部完成的 所以成為內(nèi)燃機 根據(jù)著火方式 燃料類別 沖程數(shù)和進氣狀態(tài)等的不同 內(nèi)燃機又常常分為各種不同的類型 內(nèi)燃機基本原理 基本定義四沖程柴油機 柴油機完成進氣 壓縮 燃燒 排氣4個工作過程 即一個循環(huán) 曲軸需要旋轉(zhuǎn)兩周 即活塞四個行程 二沖程柴油機 柴油機完成進氣 壓縮 燃燒 排氣4個工作過程 即一個循環(huán) 曲軸需要旋轉(zhuǎn)一周 即活塞兩個行程 柴油機和汽油機的比較 柴油機與汽油機的技術(shù)優(yōu)勢比較 柴油發(fā)動機結(jié)構(gòu)基本術(shù)語 壓縮比 氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比 用 表示 va 氣缸總?cè)莘e vh 氣缸工作容積 vc 燃燒室容積 發(fā)動機排量 多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和 稱為發(fā)動機排量 用表示vl vl vh i vh 氣缸工作容積 氣缸排量 i 氣缸數(shù)目 柴油發(fā)動機結(jié)構(gòu)基本術(shù)語 工作循環(huán) 對于往復活塞式發(fā)動機 每進行一次能量轉(zhuǎn)換 均要經(jīng)過進氣 壓縮 作功 排氣四個過程 這種周而復始的連續(xù)過程 稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán) 進氣行程 壓縮行程 做功行程 排氣行程 內(nèi)燃機基本原理 第一行程 進氣行程 由進氣門開始開啟到進氣門關(guān)閉為止 在活塞接近上止點時 排氣門關(guān)閉 進氣門打開 當活塞由上止點向下運行時 氣缸內(nèi)容積增加 壓力降低 新鮮空氣吸入氣缸 第二行程 壓縮行程 由進氣門關(guān)閉到活塞移動到上止點為止 由于曲軸的旋轉(zhuǎn) 活塞由下止點向上止點運動 進 排氣門都關(guān)閉 氣缸容積逐漸減少 空氣被壓縮 結(jié)果使氣體的溫度與壓力都有明顯上升 為燃油噴入氣缸后能迅速燃燒創(chuàng)造有利條件 第三行程 燃燒膨脹行程 由壓縮上止點開始到排氣門開始開啟為止 1 燃燒柴油機活塞在上止點前噴油器開始噴油 噴入期缸內(nèi)的燃油借壓縮終了的高溫空氣的熱量自燃 2 膨脹活塞到達上止點后 在燃燒壓力的推動下向下移動 過了最大燃燒壓力點 柴油機進入膨脹階段 氣缸容積增加 壓力和溫度隨之下降 第四行程 排氣行程燃燒膨脹過程 活塞向下止點移動 為使氣缸內(nèi)的廢氣盡可能排得干凈 排氣門在活塞達到下止點前提前開啟 部分廢氣開始排出氣缸 當活塞由下止點向上運動時 廢氣在活塞的驅(qū)趕下迅速排除 活塞到達上止點 排氣還未結(jié)束 直至活塞由上止點開始向下 進氣門開啟 排氣門尚未關(guān)閉 仍在利用下一循環(huán)進入氣缸的新鮮空氣 繼續(xù)掃除一部分廢氣 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 供油系統(tǒng) 供油系統(tǒng)按柴油機工作需要 將適量的燃油在適當?shù)臅r刻內(nèi) 以適當?shù)目臻g狀態(tài)噴入燃燒室 以保證混合氣的形成及燃燒過程能在最有利的條件下進行 從而使柴油機獲得良好的經(jīng)濟性 動力性 穩(wěn)定性及滿足排放 噪聲等指標 供油系統(tǒng)應滿足以下條件 1 應正確地供給與柴油機負荷相適應的油量 并保持各缸供油量的均勻性 2 應能自動改變噴油正時 以適應柴油機轉(zhuǎn)速或負荷變化的需要 3 當柴油機轉(zhuǎn)速和負荷變化時 供油系統(tǒng)應有足夠的響應速度 提所需要的供油量 4 噴霧特性應與燃燒室有良好配合 應使柴油機能獲得最佳的燃燒過程 5 可靠耐用 結(jié)構(gòu)簡單 制造容易 維修方便 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 供油系統(tǒng) 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 供油系統(tǒng) 公司國 和國 發(fā)動機供油系統(tǒng)的差異 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 供油系統(tǒng) 共軌系統(tǒng)相對與傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的優(yōu)勢 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 冷卻系統(tǒng) 使發(fā)動機得到適度的冷卻 并保持其在最適宜地溫度范圍內(nèi)工作 冷卻系統(tǒng)由散熱器 水泵 風扇 冷卻水套和節(jié)溫器裝置等組成 通常利用節(jié)溫器來控制通過散熱器冷卻水的流量 節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中 一般裝在氣缸蓋的出水口 根據(jù)發(fā)動機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環(huán)流動路線 以達到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強度 當發(fā)動機在正常熱狀態(tài)下工作時 即水溫高于76 節(jié)溫器閥門打開了通往散熱器的通道 同時關(guān)閉了通往水泵的旁通管 冷卻水全部流經(jīng)散熱器 形成大循環(huán) 當冷卻水溫低于76 時 節(jié)溫器閥門關(guān)閉了通往散熱器的通道 同時打開了通往水泵的旁通管 水套內(nèi)的水只能由旁通孔流出經(jīng)旁通管進入水泵 又被水泵壓入發(fā)動機水套 此時冷卻水并不流經(jīng)散熱器 只在水套與水泵之間進行小循環(huán) 從而防止發(fā)動機過冷 當發(fā)動機的冷卻水溫在70 80 范圍內(nèi) 通往散熱器的通道和通往水泵的旁通管均處于半開閉狀態(tài) 此時一部分水進行大循環(huán) 而另一部分水進行小循環(huán) 冷卻系的大小循環(huán)定義 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 潤滑系統(tǒng) 油底殼 機油泵 濾清器 冷卻器器 傳感器和油壓力表等組成 潤滑作用 潤滑運動零件表面 減小摩擦阻力和磨損 減小發(fā)動機的功率消耗 清洗作用 機油在潤滑系內(nèi)不斷循環(huán) 清洗摩擦表面 帶走磨屑和其它異物 冷卻作用 機油在潤滑系內(nèi)循環(huán)帶走摩擦產(chǎn)生的熱量 起到冷卻作用 密封作用 在運動零件之間形成油膜 提高它們的密封性 有利于防止漏氣或漏油 防銹蝕作用 在零件表面形成油膜 對零件表面起保護作用 防止腐蝕生銹 液壓作用 潤滑油可用作液壓油 起液壓作用 如液壓挺柱 減震緩沖作用 在運動零件表面形成油膜 吸收沖擊并減小振動 起減震緩沖作用 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 配氣機構(gòu) 按照發(fā)動機每個氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求 定時開啟和關(guān)閉氣缸的進 排氣門 使新鮮可燃混合氣 汽油機 或空氣 柴油機 得以及時進入氣缸 廢氣得以及時從氣缸排出 凸輪軸的傳動方式 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 氣門數(shù)目及排列方式 配氣機構(gòu) 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 配氣相位 配氣機構(gòu) 上止點 氣門從開啟到關(guān)閉所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角 稱為配氣相位 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 氣門重疊 當進氣門早開和排氣門遲關(guān)時 出現(xiàn)的進排氣門同時開啟的現(xiàn)象 配氣機構(gòu) 氣門重疊角 氣門同時開啟的角度 氣門重疊角 排氣過程 進氣過程 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 廢氣渦輪增壓器的工作原理 將排氣管1接到增壓器的渦輪殼4上 柴油機排出的具有一定壓力的高溫廢氣經(jīng)渦輪殼4進入噴嘴環(huán)2 由于噴嘴環(huán)的通道面積做成由大到小 因而廢氣的壓力和溫度下降 而速度卻迅速提高 這個高溫高速的廢氣氣流 按一定方向沖擊渦輪3 使渦輪高速旋轉(zhuǎn) 廢氣的壓力 溫度和速度越高 渦輪轉(zhuǎn)速也越高 通過渦輪的廢氣最后排入大氣 這時與渦輪3固裝在同一根轉(zhuǎn)子軸5上的壓氣機葉輪8也以相同的速度旋轉(zhuǎn) 將經(jīng)濾清器濾清過的空氣吸入壓氣機殼 高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機葉輪把空氣甩向葉輪的外緣 使其速度和壓力增加 并進入形狀做成進口小出口大的擴壓器7 因此氣流的速度下降壓力升高 再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機殼9使空氣壓力繼續(xù)升高 高壓空氣流經(jīng)柴油機進氣管10進入氣缸與更多的柴油混合燃燒 以保證發(fā)動機發(fā)出更大的功率 圖廢氣渦輪增壓工作原理示意圖1 排氣管 2 噴嘴環(huán) 3 渦輪 4 渦輪殼 5 轉(zhuǎn)子軸 6 軸承 7 擴壓器 8 壓氣機葉輪 9 壓氣機殼 10 進氣管 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 優(yōu)點 增壓系統(tǒng) 增壓的目的在于增加每工作循環(huán)充入氣缸內(nèi)的空氣量 從而可以相應增加每工作循環(huán)柴油的供給量 使每工作循環(huán)作出更多的功 增加柴油機的輸出功率 柴油機采用廢氣渦輪增壓不僅可提高功率30 100 甚至更多 還可減小單位功率質(zhì)量 縮小外形尺寸 節(jié)約原材料 降低燃油消耗 因為增壓器增加的重量和尺寸都相對較小 而柴油機的功率可有較大提高 所以增壓機單位功率的重量 尺寸將會相應減小 可使柴油機單位功率的造價降低 排氣的噪聲有所降低 對減少有害物質(zhì)排放也會有所提高 在采用渦輪增壓時 柴油機的熱效率得到較大的提高 經(jīng)濟性將會得到改善 柴油機選配渦輪增壓器的要求 柴油機應能達到預定的功率和經(jīng)濟指標 增壓器應能供給柴油機所需要的增壓壓力和空氣流量 增壓器應能在柴油機的各種工況下穩(wěn)定地工作 壓氣機不應出現(xiàn)喘振或堵塞現(xiàn)象 增壓器應在柴油機的各個工況下都能高效率地運行 增壓器在各種工況下都能可靠地工作 如增壓器在柴油機滿負荷時不出現(xiàn)超速 柴油機不出現(xiàn)排溫超高 柴油發(fā)動機基本機構(gòu) 增壓系統(tǒng) 所謂柴油機增壓就是增加進入氣缸之前的空氣壓力 使進氣密度增加 以增加進入氣缸的空氣質(zhì)量 從而提高柴油機的功率 發(fā)動機機械性能開發(fā)試驗 性能試驗 1 臺架性能試驗1 燃油泵匹配2 燃燒室匹配3 噴油器匹配4 增壓器匹配試驗5 冷卻功能試驗6 潤滑功能試驗7 機油消耗試驗8 符合特性試驗9 可靠性試驗 發(fā)動機機械性能開發(fā)試驗 排放試驗 柴油機排放的種類及其復雜 包括有害排放物和無害排放物 有害物質(zhì)主要包括nox co hc pm 發(fā)動機機械性能開發(fā)試驗 nox的生成機理 高溫 富氧在柴油機中 預混合燃燒速率很快 又發(fā)生在上止點附近 有最長的焰后反應時間和最高的氣體溫度 對nox的生成極為有利 因此 柴油機中的nox生成量與參與預混合燃燒的燃油比例有很大關(guān)系 而影響參與預混合燃燒的燃油的量的多少主要由噴油速率決定的 在提前角一定的情況下 排放試驗 hc的生成機理只有經(jīng)歷高溫燃燒階段 染油才能很快氧化為最終的穩(wěn)定產(chǎn)物 如果燃燒室中某些染油不能經(jīng)歷高溫燃燒階段 那么他們或者緩慢氧化 或者經(jīng)歷低溫燃燒階段 最后總有hc排除 因此 大量產(chǎn)生hc的情況 1 燃油噴射貫穿過大 2 冷起動 怠速 底負荷時 燃油中大部分燃油不能及時蒸發(fā) 3 油嘴本省結(jié)構(gòu)設計不當 特別是閥后壓力室容積過大 4 起動時不著火 發(fā)動機竄機油 不正常噴射等 發(fā)動機機械性能開發(fā)試驗 co的生成機理高溫后缺氧是生成co的重要條件 排放試驗 pm的生成機理柴油機的微粒排放物主要是碳煙粒子 柴油機的設計運行參數(shù)都會通過影響碳煙生成和氧化過程而對微粒的排放濃度產(chǎn)生影響 柴油機排放物的機內(nèi)凈化途徑和措施 推遲噴油并適當提高噴油速率采用增壓加中冷的措施選擇低污染的燃燒系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 進氣系統(tǒng)和燃燒室的匹配利用可控機構(gòu)和電控系統(tǒng)對不同運行條件實現(xiàn)排放的最佳控制提高油品質(zhì)量 d19tci