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柴油機(jī)工作原理是什么
柴油機(jī)工作原理
單缸往復(fù)活塞式柴油機(jī)結(jié)構(gòu)主要由排氣門(mén)、進(jìn)氣門(mén)、氣缸蓋、氣缸、活塞、活塞銷(xiāo)、連桿和曲軸等組成。氣缸內(nèi)裝有活塞，活塞通過(guò)活塞銷(xiāo)、連桿與曲軸相連接?；钊跉飧變?nèi)作一上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為丁吸入新鮮空氣和排出廢氣，在氣缸蓋上下設(shè)有進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)。
(1)基本名聞術(shù)語(yǔ)
①上止點(diǎn)：活塞離曲軸中心 距離的位置。
②下止點(diǎn)：活塞離曲軸中心小距離的位置。
③活塞行程(沖程)：上止點(diǎn)與下止點(diǎn)間的距離，用符號(hào)S表示，單位為mm。
④曲柄半徑：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷(xiāo)中心的距離，用符號(hào)r表示，單位為mm?；钊谐蘏等于曲柄半徑r的兩倍。
⑤氣缸工作容積在：一個(gè)氣缸中，活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的氣缸容積。用符號(hào)Vh表示，単位為L(zhǎng)。
⑥柴油機(jī)排量：柴油機(jī)所有氣缸工作容積的總和稱(chēng)為柴油機(jī)排量，用VH表示。
柴油機(jī)排量表示柴油機(jī)的做功能力，在其他參數(shù)相同的前提下，柴油機(jī)排量越大，則其所發(fā)出的功率就越大。
⑦燃燒室容積當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的氣缸容積。用符號(hào)Vc表示。
氣缸總?cè)莘e當(dāng)活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的氣缸容積。用符號(hào)Va表示。它等于燃燒室容積Va與氣缸工作容積Vh之和。
⑨壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。用符號(hào)ε表示。
壓縮比ε表示氣缸中的氣體被壓縮后體積縮小的倍數(shù)，也表明氣體被壓縮的程度，通常柴油機(jī)的壓縮比ε＝12～22。壓縮比越大，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體被壓縮得越厲害，氣體的溫度和壓力就越高，柴油機(jī)的效率也越高。
⑩工作循環(huán)：柴油機(jī)中熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，是通過(guò)活塞在氣缸內(nèi)工作，連續(xù)進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)過(guò)程來(lái)完成的。每進(jìn)行這樣一個(gè)過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)。如柴油機(jī)活塞走完四個(gè)沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)兩周)完成一個(gè)工作循環(huán)，稱(chēng)該機(jī)為四沖程柴油機(jī)如活塞走完兩個(gè)沖程(曲軸旋轉(zhuǎn)一周)完成一個(gè)工作循環(huán)，稱(chēng)改機(jī)為二沖程柴油機(jī)。
(2)四沖程柴油機(jī)工作原理
①進(jìn)氣過(guò)程 活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，這時(shí)在配氣機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉。由于活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力降低，新鮮空氣經(jīng)空氣濾清器、進(jìn)氣管不斷吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，使進(jìn)氣終了氣缸內(nèi)的氣體壓力低于大氣壓力P0(約78～91kPa)，溫度為320～340K.
②壓縮過(guò)程 活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)關(guān)閉。氣缸內(nèi)容積不斷減少，氣體被壓縮，其溫度和壓力不斷提高。壓縮終了時(shí)氣體壓力可達(dá)3～5MPa，溫度高達(dá)750～1000K，為噴人氣缸內(nèi)的柴油蒸發(fā)、混合和燃燒創(chuàng)造條件。
③做功過(guò)程 所示]在壓縮過(guò)程即將終了時(shí)，噴油器將柴油以細(xì)小的油雰噴入氣缸，在高溫、高壓和高速氣流作用下很快蒸發(fā)，與空氣混合，形成混合氣。并在高溫下自動(dòng)著火燃燒，放出大量的熱量，使氣缸中氣體溫度和壓力急劇上升。燃燒氣體的 壓力可達(dá)6～9MPa， 溫度可達(dá)1800～2000K。高壓氣體膨脹推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外做功。由于噴油和燃燒要持續(xù)一段時(shí)間，所以雖然活塞開(kāi)始下移，但此時(shí)還有噴入的燃料繼續(xù)燃燒放熱，氣缸內(nèi)的壓力并沒(méi)有明顯下降，隨著活塞下移，氣缸內(nèi)的溫度和壓力才逐漸下降。做功行程結(jié)束時(shí)，壓力約為0.2～0.5MPa。
④排氣過(guò)程 做功過(guò)程結(jié)末后，排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉?；钊谇S的帶動(dòng)下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，燃燒過(guò)的廢氣便依靠壓力差和活塞上行的排擠，迅速?gòu)呐艢忾T(mén)排出。由于排氣系統(tǒng)有阻力，因此，排氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)廢氣壓力略高于大氣壓力。氣缸內(nèi)殘余廢氣的壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為700～900K。
活塞經(jīng)過(guò)上述四個(gè)連續(xù)過(guò)程后，便完成了一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)排氣過(guò)程結(jié)束后，柴油機(jī)曲軸依靠飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性作用仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述四個(gè)過(guò)程又重復(fù)進(jìn)行。如此周而復(fù)始地進(jìn)行個(gè)又一個(gè)的工作循環(huán)，使柴油機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，并帶動(dòng)工作機(jī)械做功。
(3)二沖程柴油機(jī)工作原理
二沖程柴油機(jī)無(wú)進(jìn)氣門(mén)。氣缸(氣缸套)壁上有一組進(jìn)氣孔，由活塞的上下運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)氣孔的開(kāi)、閉，氣缸蓋上設(shè)有排氣門(mén)。空氣由掃氣泵提高壓力以后，經(jīng)氣缸外部的空氣室和氣缸壁上的進(jìn)氣孔進(jìn)入氣缸，完成進(jìn)氣和掃氣過(guò)程。燃燒后的廢氣由氣缸蓋上的排氣門(mén)排出。其工作過(guò)程如下。
① 行程 行程也稱(chēng)換氣-壓縮過(guò)程。曲軸帶動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣孔和排氣門(mén)均打開(kāi)，新鮮空氣山掃氣泵以高于大氣壓力送入氣缸中，并把氣缸中的殘余廢氣從排氣門(mén)掃除。這種進(jìn)、排氣同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程稱(chēng)為“掃氣過(guò)程”。活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞越過(guò)進(jìn)氣孔后，進(jìn)氣孔破活塞關(guān)閉的同時(shí)配氣機(jī)構(gòu)也使排氣門(mén)關(guān)閉。于是氣缸內(nèi)的新鮮空氣被壓縮，一直進(jìn)行到上止點(diǎn)。
②第二行程 第二行程也稱(chēng)膨脹-換氣過(guò)程?；钊咏现裹c(diǎn)時(shí)，噴油器開(kāi)始噴油，被噴油器噴成的雰狀柴油與高溫壓縮空氣相遇，便迅速燃燒。由于燃?xì)鈮毫Φ淖饔?，推?dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而輸出動(dòng)力。當(dāng)活塞下行至某一時(shí)刻時(shí)排氣門(mén)打開(kāi)，做功后的廢氣由排氣門(mén)排出?；钊^續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)氣孔打開(kāi)，新鮮空氣被掃氣泵再次壓入氣缸，開(kāi)始“掃氣過(guò)程”?；钊恢边\(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，完成第二個(gè)工作行程。
(4)二沖程與四沖程柴油機(jī)的比較
與四沖程柴油機(jī)比較，二沖程柴油機(jī)有以下主要特點(diǎn)。公明發(fā)電機(jī)
①曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個(gè)做功過(guò)程，因此，當(dāng)二沖程柴油機(jī)工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程柴油機(jī)相同時(shí)，在理論上其功率應(yīng)為四沖程柴油機(jī)功率的兩倍。但由于結(jié)構(gòu)上的關(guān)系，二沖程柴油機(jī)廢氣排除不徹底，并且換氣過(guò)程減小了有效工作行程。因而在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下，二沖程柴油機(jī)的功率約為四沖程柴油機(jī)的1.5～1.7倍。
②二沖程柴油機(jī)因其曲軸毎轉(zhuǎn)一周就有一個(gè)做功行程，在相同轉(zhuǎn)速下工作循環(huán)次數(shù)多，故輸出轉(zhuǎn)矩均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
③大多數(shù)二沖程柴油機(jī)部分或全部采用氣孔換氣，配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。所以，二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕·使用維修方便。
④換氣時(shí)間短，并需要借助新鮮空氣來(lái)清掃廢氣，換氣效果相對(duì)較差。
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唯有切斷供氣才是制止陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)飛車(chē)行之有效的方法
陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)飛車(chē)的實(shí)質(zhì)是噴油泵調(diào)速器作用失靈，供油量不能隨負(fù)荷減?。ㄞD(zhuǎn)速相應(yīng)升高）而減小引起的飛車(chē)；或者是氣缸內(nèi)進(jìn)入了額外的燃油或過(guò)多的機(jī)油，使燃料燃燒產(chǎn)生的動(dòng)力大大超過(guò)陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力（機(jī)械摩擦阻力及外界負(fù)荷），陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)工作失去平衡而引起的飛車(chē)。
“飛車(chē)”產(chǎn)生的原因：
1.調(diào)速器部分（1）油泵齒條（拉桿）卡滯在 供油位置。原因是裝配過(guò)緊，或進(jìn)入臟物，或固定螺母、銷(xiāo)子和腱等連接件漏裝或脫落。（2）調(diào)速器彈簧斷裂，飛錘脫出或卡滯；高速限制螺釘不起作用。（3）調(diào)速器內(nèi)加入潤(rùn)滑機(jī)油太多，影響飛錘的慣性作用而無(wú)法靈嫩地控制噴油泵油量。在冬季機(jī)油如果凍結(jié)，飛錘不能飛甩，更易造成“飛車(chē)"。
2.油泵部分（1）油泵柱塞卡滯在 供油位置造成“飛車(chē)”。若在陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)工作過(guò)程中發(fā)生“飛車(chē)”，多是因油泵內(nèi)進(jìn)入了臟油，油中帶進(jìn)的水和機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)人柱塞副的間隙中，引起柱塞卡滯。（2）安裝不當(dāng)，如帶動(dòng)油泵柱塞的齒條和齒輪的嚙合關(guān)系裝錯(cuò)了，或柱塞裝反。（3）為了調(diào)大供油量，使柱塞螺旋槽旋度過(guò)大。
防止“飛車(chē)”的措施：（1）調(diào)試噴油泵總成時(shí)，要嚴(yán)格地按照調(diào)試工藝檢修。調(diào)整噴油泵和調(diào)速器的各個(gè)零件和組合件、各連接點(diǎn)磨損時(shí)必須修復(fù)，指壞件要及時(shí)更換。裝配時(shí)要嚴(yán)格按照工藝步驟與要求進(jìn)行， 要在技術(shù)狀態(tài)良好的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的調(diào)試。調(diào)試內(nèi)容包括三方面：不同工作情況供油量的調(diào)整，調(diào)速器的調(diào)整，供油角度的調(diào)整?，F(xiàn)在有輕視噴油泵的傾向，認(rèn)為手工就可以解決油泵的切問(wèn)題，就是上試驗(yàn)臺(tái)也只是調(diào)一下供油量與供油均勻性，這種看法和做法是造成“飛車(chē)"的重要原因。若在工作中油泵進(jìn)入了臟油致使柱塞卡滯，應(yīng)首先檢查清洗柴油粗細(xì)弗列加濾清器，放出油箱中沉淀物和水，然后排除柱塞卡滯現(xiàn)象，必要時(shí)應(yīng)拆卸油泵柱塞（包括噴油嘴）進(jìn)行清詵。（2）當(dāng)發(fā)生“飛車(chē)"時(shí)，應(yīng)沉著、果斷、采取緊急熄火措施。這樣就可避免機(jī)器事故和保障人身。常采用緊急熄火的方法有：立即停止供油，將凋速手柄拉到熄火位置，順手關(guān)掉油箱開(kāi)關(guān)或用扳手卸掉高壓油管，（3）立即停止供氣，用棉衣緊緊包住弗列加濾清器的空氣入口，或用力拔下弗列加濾清器，堵死進(jìn)氣口。（4）打開(kāi)減壓裝置。減壓后氣門(mén)不能關(guān)死，致使陜西商洛柴油發(fā)電機(jī)熄火。不過(guò)采用此法等于在配氣機(jī)構(gòu)中造成數(shù)毫米的間隙，在高速下，這樣大的間隙，將形成很大的沖擊，可能摜壞減壓機(jī)構(gòu)、氣門(mén)彈簧或配氣系統(tǒng)的其它零件。如果減壓機(jī)構(gòu)被打壞，則會(huì)停不住車(chē)。如在行進(jìn)中，可剎車(chē)增大負(fù)荷，迫使發(fā)電機(jī)熄火。
飛車(chē)后的應(yīng)急措施處理飛車(chē)的措施基本上有3個(gè)：加大負(fù)荷；切斷供油（高壓油）；切斷供氣短加大負(fù)荷的方法是掛高擋并強(qiáng)行制動(dòng)迫使發(fā)電機(jī)熄火、這樣做雖然有效，但容易造成發(fā)電機(jī)和傳動(dòng)部分零件的損壞，并容易導(dǎo)致交通事故。
切斷供油從原理上是說(shuō)得通的、但實(shí)際上卻不怎么有效。原因是飛車(chē)多發(fā)生在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，由于噴油泵柱塞套上的吸、排油口在高速下產(chǎn)生了較強(qiáng)的節(jié)流作用，使供油量比額定油量還大，這些燃油噴入氣缸后無(wú)法完全燃燒，除以大量濃黑煙的形式排出外，必然還有部分燃油滯留在發(fā)電機(jī)活塞頂部。因此即使在發(fā)生飛車(chē)時(shí)立即切斷高壓油供給，但活塞頂部的殘油足以維持相當(dāng)時(shí)間的繼續(xù)燃燒，不能使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速立即降下來(lái)，浪費(fèi)了寶貴的時(shí)回，眼睜睜地看著發(fā)電機(jī)損壞而束手無(wú)策。
唯有切斷供氣才是制止飛車(chē)行之有效的方法，沒(méi)有空氣中的氧氣助燃，燃油就沒(méi)有辦法繼續(xù)燃燒。切斷供氣的方法按發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)不同而有所區(qū)別。有減壓機(jī)構(gòu)的，應(yīng)立即使發(fā)電機(jī)減壓；有由機(jī)械縱或氣動(dòng)操縱的進(jìn)、排氣動(dòng)裝置的，應(yīng)立即實(shí)行阻氣能動(dòng)；若這些機(jī)構(gòu)都沒(méi)有，可堵住發(fā)電機(jī)進(jìn)氣口，使其缺氧而自熄。
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