康明斯發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的工作原理

以四沖程柴油機(jī)為例，對(duì)柴油機(jī)的工作原理進(jìn)行介紹。四沖程柴油機(jī)的四個(gè)沖程方便稱為進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣沖程。

1.四沖程正時(shí)相位圖

正時(shí)相位圖是用來(lái)識(shí)別所有四個(gè)沖程是何時(shí)發(fā)生的方法。在相位圖上畫出了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)過(guò)程。在相位圖頂部，活塞正好處在上止點(diǎn)(TDC)位置。TDC之前發(fā)生的過(guò)程稱為BTDC(上止點(diǎn)前)，上止點(diǎn)后發(fā)生的稱為ATDC(上止點(diǎn)后)。相位圖的底部是活塞處于下止點(diǎn)(BDC)位置。

2.四沖程柴油工作原理

（1）進(jìn)氣沖程

在進(jìn)氣沖程過(guò)程中，活塞在曲軸的帶動(dòng)下，從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)、此時(shí)進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉。由于氣缸內(nèi)容積增大，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓、因此，新鮮空氣通過(guò)吸氣門進(jìn)入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，空氣進(jìn)入氣缸后的壓力低于大氣壓。進(jìn)氣結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)的壓力約為0.8～o.9個(gè)大氣壓，溫度在40～70℃。此過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)充其量越多，可以噴入的燃油量也越多，燃燒過(guò)程放出的能量就越多，柴油機(jī)發(fā)出的功率就越大；

（2）壓縮沖程

活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，進(jìn)、排氣門都處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞將第一沖程吸入的空氣壓縮在燃燒室內(nèi)，使空氣的溫度和壓力升高。此過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)空氣溫度約在500～700℃，壓力為27～49個(gè)大氣壓；

（3）作功沖程

活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)，進(jìn)、排氣門都處于關(guān)閉，壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)，噴油器將高壓燃油噴人氣缸，與高溫高壓空氣混合，由于溫度高于柴油自燃點(diǎn)，產(chǎn)生大量熱能，使氣缸內(nèi)溫度和壓力急劇升高。高溫高壓氣體推動(dòng)活塞下移、經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)外做功，此過(guò)程最高燃燒壓力約為60～90個(gè)大氣壓、溫度最高達(dá)到1700～2000℃。隨著膨脹作用的進(jìn)行，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，氣缸內(nèi)氣體的壓力、溫度急劇下降，到膨脹結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力下降至4個(gè)大氣壓，溫度降到600～900℃。

（4）排氣沖程

排氣沖程活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，此時(shí)進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開。膨脹結(jié)束后，氣缸內(nèi)氣體已失去做功的能力，稱為廢氣。為了使新鮮空氣重新進(jìn)入氣缸，需將廢氣排出。廢氣在活塞上行的排擠下，經(jīng)過(guò)排氣門到出缸外。排期結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力約為1.03～1.08個(gè)大氣壓，溫度約為350～600℃。

至此，活塞又回到上止點(diǎn)，單缸四沖程柴油機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈。此外，實(shí)際情況下，柴油機(jī)的進(jìn)、排氣門動(dòng)作的時(shí)間并非活塞移動(dòng)到上、下止點(diǎn)，而是進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前打開，下止點(diǎn)后關(guān)閉；排氣門在下止點(diǎn)前打開，上止點(diǎn)后關(guān)閉。

從四沖程柴油機(jī)的四個(gè)工作過(guò)程可以看出，只有作功的，其他三個(gè)沖程為輔助過(guò)程，需要消耗能量。所耗能量，單缸柴油機(jī)由飛輪儲(chǔ)存的能量提供，多缸柴油機(jī)則靠其他缸的作功沖程來(lái)提供。