船用柴油機的工作原理

二沖程柴油機的工作原理Two stroke diesel engine work principle   

 

通過活塞的兩個沖程完成一個工作循環Working cycle的柴油機稱為二沖程柴油機，油機完成一個工作循環曲軸只轉一圈，與四沖程柴油機相比，它提高了作功 能力，在具體結構及工作原理方面也存在較大差異。二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結構相同，主要差異在配氣機構Distribution device方面。二沖程柴油機沒有進氣閥Inlet valve，有的連排氣閥Exhaust valve也沒有，而是在氣缸下部開設掃氣口Scavenging  port及排氣口vent； 或設掃氣口與排氣閥機構Exhaust valve mechanism。并專門設置一個由運動件Moving parts帶動的掃氣泵Scavenging pump及貯存壓力空氣 的掃氣箱Scavenging box，利用活塞與氣口的配合完成配氣distribution，從而簡化了柴油機結構。  

 

燃燒膨脹及排氣沖程Combustion expansion and exhaust stroke：  

 

燃油在燃燒室Combustion chamber內著火燃燒，生成高溫高壓燃氣?；钊谌細獾耐苿酉?，由上止點 向下運動，對外作功?；钊滦兄敝僚艢饪诖蜷_，下行活塞把掃氣口打開，掃氣空氣進入氣缸,同時把氣缸內的廢氣經排氣口趕出氣缸?；钊\行到下止點，本沖程結束，但掃氣過程一直持續到下一個沖程排氣口關閉。 

 

掃氣及壓縮沖程Scavenging and compression stroke：    活塞由下止點向上移動，活塞在遮住掃氣口之前，由掃氣泵Scavenging pump供給儲存在掃氣箱內的空氣，通過掃氣口進入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進入氣缸的空氣通過排氣口掃出氣缸?；钊^續上行，逐漸遮住掃氣口，當掃氣口完全關閉后，空氣停止充人，排氣還在進行，這階段稱為“過后排氣階段”。排氣口關閉時，氣缸中的空氣就開始被壓縮。當壓縮至上止點前時， 噴油器將燃油噴人氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點附近發火，自行著火燃燒。本沖程結束，并與前一沖程形成一個完整的工作循環。  

 

二沖程柴油機與四沖程柴油機相比具有一些明顯優點，當然也存在本身固有的缺點。

  

四沖程柴油機的工作原理Four stroke diesel engine work principle    柴油機的工作是由吸氣、壓縮、做功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?；钊咚膫€過程才能完成一個工作循環的柴油機稱為四沖程柴油機。

 

一. 吸氣沖程Suction stroke  

 

第一沖程——吸氣，它的任務是使氣缸內充滿新鮮空氣。當吸氣沖程開始時，活塞位于上止點Top dead center，氣缸內的燃燒室中還留有一些廢氣Exhaust gas。  

 

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Drive mechanism使吸氣閥打開。  

 

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。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后才關閉。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Compression stroke 

 

第二沖程——壓縮。壓縮時活塞從下止點向上止點運動，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，進氣閥關閉以后，氣缸內的空氣受到壓縮，隨著容積的不斷細小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，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，并不是立即發火的，而且經過物理化學變化之后才發火，這段時間大約有0.001～0.005秒，稱為發火延遲期Ignition delay。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，并使曲柄在上止點后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Combustion expansion stroke 

 

第三沖程——做功。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，并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Working stroke。 

 

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Exhaust stroke 

 

第四沖程——排氣。排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去，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，并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統存在著阻力,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凈，排氣閥在上止點以后才關閉。由于進、排氣閥都是早開晚關的；所以在排氣沖程之末和進氣沖程之初，活塞處于上止點附近時，有一段時間進、排氣閥同時開起，這段時間用曲軸轉角來表示，稱為氣閥重疊角。排氣沖程結束之后，又開始了進氣沖程，于是整個工作循環就依照上述過程重復進行。由于這種柴油機的工作循環由四個活塞沖程即曲軸旋轉兩轉完成的，故稱四沖程柴油機。  

 

在四沖程柴油機的四個沖程中，只有第三沖程即工作沖強才產生動力對外作功，而其余三個沖程都是消耗功的準備過程。為此在單缸柴油機上必須安裝飛輪flywheel，利用飛輪的轉動慣性Rotational inertia，使曲軸在四個沖程中連續而均勻地運轉。