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柴油发电(diàn)机(jī)组一般采用四(sì)冲程的柴油机作为动力,来带动(dòng)电机。四冲程柴油机的工(gōng)作是(shì)由进气、压缩、燃(rán)烧膨胀和排气这四个(gè)过程来完成的,这四个过程构成了(le)一个工作循环。活塞走四个过程才能完成一个(gè)工作循环(huán)的。
一、进(jìn)气(qì)冲程
第(dì)一冲程(进气),它的任务是使气缸内充满新(xīn)鲜空气。当进气冲(chōng)程开始时,活塞位于上止点,气(qì)缸内的燃烧(shāo)室中还留有(yǒu)一(yī)些废气。当(dāng)曲轴旋转肘(zhǒu),连(lián)杆使活塞由上止点向下止点(diǎn)移动(dòng),同时,利(lì)用与曲轴相联的传动机构(gòu)使进气阀打开。
随着活塞的向下运(yùn)动,气缸内活塞上面的(de)容积(jī)逐渐增(zēng)大,这时气缸(gāng)内的空气压力就低(dī)于进气管内的压力,因此外(wài)面空气就能充入气缸。 在此过程(chéng)中气缸内(nèi)气体压力随着气缸的容积变(biàn)化。由于上一个工作循(xún)环中存在残余废气,所以稍高于(yú)大气压力。在进气过程中由(yóu)于空(kōng)气通过进气管和进气阀时产生流(liú)动阻力(lì),所以(yǐ)进气冲(chōng)程的气体压力低于大气压力(lì),其值为0.085~0.095MPa,在整个进(jìn)气(qì)过程中,气缸(gāng)内(nèi)气体(tǐ)压(yā)力大致(zhì)保持不(bú)变。
当(dāng)活塞向(xiàng)下运动接近下(xià)止点时,冲进气缸的气流仍具有很高(gāo)的速度,惯性(xìng)很(hěn)大,为(wéi)了利用气流的惯性来提高充气量,进气阀在活塞过了下止点以后才关(guān)闭。虽然此时活塞上行(háng),但由于(yú)气流(liú)的惯性(xìng),气体(tǐ)仍能充入气缸。
二、压缩(suō)冲程
第二冲程(压缩)。压缩时(shí)活(huó)塞从(cóng)下止点间上止点运动,这个(gè)冲程的功用有(yǒu)二:一是提高空气的温度,为燃料自行发火作准备;二是为气(qì)体膨胀(zhàng)作功创造条件(jiàn)。
当活塞上行,进气(qì)阀关(guān)闭以后,气缸内的空气受到压缩,随着(zhe)容积的不断细小,空气的压力和温度也(yě)就不断升高,压缩(suō)终点的压力和湿度与空气的压缩程度(dù)有关,即(jí)与压缩比(bǐ)有关,一(yī)般压缩终点的压力(lì)和温度为:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。
柴油的自(zì)燃温(wēn)度约为(wéi)543—563K,压缩终点(diǎn)的(de)温度要比柴油自燃的温度高很多,足以保证喷入气缸的燃(rán)油自行发(fā)火燃烧(shāo)。 喷入气缸的柴油,并不是立即发火的,而且经过物理化学变(biàn)化之后才发火,这段时间(jiān)大约有(yǒu)0.001~0.005秒,即(发(fā)火延迟期)。
因此,要(yào)在曲柄转至上止(zhǐ)点(diǎn)前10~35°曲柄转角时开始将雾化(huà)的燃料喷入气缸,并使曲柄(bǐng)在上止点后5~10°时,在燃烧室内达到最高(gāo)燃(rán)烧压力,迫使(shǐ)活(huó)塞向下运动。
三、燃烧膨胀冲程
第三冲程(燃烧)。在这个(gè)冲程开始(shǐ)时,大部(bù)分喷入(rù)燃烧室内的(de)燃料都燃(rán)烧了(le)。燃(rán)烧时放出大量(liàng)的热量,因此气体的压力(lì)和(hé)温度便(biàn)急剧升高,活塞(sāi)在高温高压气体作用下向下运(yùn)动,并通过连秆使(shǐ)曲轴转(zhuǎn)动,对外作功。所以这一冲程(chéng)又(yòu)叫作(zuò)功或工(gōng)作冲程。
随(suí)着活塞的(de)下行,气缸的(de)容积(jī)增(zēng)大,气(qì)体的(de)压力下(xià)降,工(gōng)作冲程在活塞(sāi)行至下(xià)止点,排气阀打开(kāi)时结束。
工作冲程的(de)压力变化这条线(xiàn)上升部(bù)分表示燃(rán)料在气缸(gāng)内燃烧时压力(lì)的急剧升高,最高(gāo)点表示(shì)最高(gāo)燃烧压力Pz,此(cǐ)点的压力和温(wēn)度为: Pz=6~15MPa, Tz=1800~2200K 最高(gāo)燃烧压(yā)力与压缩终点压力之比(Pz/Pc),称为燃烧时的压力升高比(bǐ), 用λ表示。根据柴油机类型的不同,在最(zuì)大功牢时λ值的范围如下:λ=Pz/Pc=1.2~2.5。
四、排(pái)气冲程(chéng)
第(dì)四冲(chōng)程(排气)。排气冲程的(de)功用是把膨胀后的(de)废气(qì)排出去,以便充填新鲜空气,为下(xià)一个循环的进气作准备(bèi)。当工作(zuò)冲程活(huó)塞运动到下止点附近时(shí),排气(qì)阀开起,活塞在曲轴和连杆(gǎn)的带动下,由下止点向上止点运动,并把废气排出(chū)气缸外。
由于排气系统存在着阻力,所(suǒ)以在(zài)排气(qì)冲(chōng)程开(kāi)始时(shí),气缸内(nèi)的气体压力加比大气压(yā)力高0.025—0.035MPa,其(qí)温度Tb=1000~1200K。为了减(jiǎn)少(shǎo)排气时活塞运(yùn)动的(de)阻力,排气(qì)阀在下止点(diǎn)前就打开了。排气阀一打开,具有(yǒu)一定压力的气体(tǐ)就立即冲出缸外,缸内压力迅速下降(jiàng),这样(yàng)当活塞(sāi)向上运动时,气(qì)缸内的废气依(yī)靠活塞上行排出去。
为了利用排气时的气流惯性(xìng)使废气排出得干(gàn)净,排气阀(fá)在上止点以(yǐ)后才关闭。 排气冲程曲线表(biǎo)示在(zài)排气过(guò)程中,缸内的气体压力几乎是不变(biàn)的,但比大气压力稍高(gāo)一些。
排(pái)气冲程终点的压力(lì)Pr约(yuē)为(wéi)0.105~0.115MPa,残余(yú)废气的温(wēn)度Pr约为850~960K。 由于进、排气阀都是早开晚关的;所以在排气冲(chōng)程(chéng)之末和进气冲程之初,活塞处于上止(zhǐ)点附近时,有一段时(shí)间进(jìn)、排气阀同时开起,这段(duàn)时间(jiān)用曲轴转角来表示,称为气阀重迭角。
排气(qì)冲(chōng)程结束(shù)之后(hòu),又开始(shǐ)了进气(qì)冲(chōng)程(chéng),于是整个工作循环就依照上述过(guò)程重复(fù)进(jìn)行(háng)。由(yóu)于这(zhè)种柴(chái)油机的工作循环由四个活塞冲程即曲(qǔ)轴旋(xuán)转两转完成的,故称四(sì)冲程柴(chái)油机。
在四冲程柴油(yóu)机的四个冲程中,只有(yǒu)第三冲程即工作(zuò)冲强(qiáng)才产生动力对外作功,而(ér)其余三个冲程都是消耗(hào)功的准备过(guò)程。
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