柴油發動機結構與原理認識

一、實驗目的
柴油發動機結構與原理認識
二、實驗設備
柴油發動機試驗臺、萬用表等
三、實驗步驟
柴油機總體機構認識

（1）固定件：氣缸蓋、氣缸套、機架、機座、主軸承等。
（2）運動件：活塞組件、連桿、曲軸。
（3）配氣機構：進氣閥、排氣閥、凸輪軸及其傳動機構等。
（4）起動系統：空氣瓶、起動控制閥、主起動閥、空氣分配器和氣缸起動閥等。
（5）燃油系統：主要包括噴油泵、噴油器等。
（6）冷卻系統：冷卻水泵、膨脹水箱、冷卻器等
（7）潤滑系統：潤滑油泵、滑油循環柜、滑油冷卻器等
（8）操縱系統：實現對柴油機進行起動、換向、調速、連鎖、安全保護和報警等操作而設置的專門執行機構。
柴油機工作原理
柴油機的基本工作原理是采用壓縮發火，使燃料在氣缸內部燃燒，以高溫、高壓的燃氣工質在氣缸中膨脹推動活塞作往復運動，再通過活塞-連桿-曲柄將往復運動變成曲軸的回轉運動，從而帶動工作機械。
一個工作循環的五個過程：進氣、壓縮、燃燒、膨脹作功和排氣。
用四個行程（曲軸回轉兩轉）完成一個工作循環的柴油機稱四沖程柴油機。曲軸與凸輪軸轉速之比為2/1。
一、四沖程柴油機工作原理
圖1-2是四沖程柴油機的工作原理簡圖。

1．進氣行程
（1）作用：使氣缸滿新鮮空氣。
（2）進氣提前角：進氣閥開啟時曲柄與上止點之間的夾角。用α₁表示，α₁過大，則缸內壓力大可能產生廢氣倒流。
（3）進氣延遲角：進氣閥關閉時曲柄與下止點之間的夾角。用α₂表示，α₂過大，則壓縮行程變短。
一般增壓機的α₁、α₂均大于非增壓機。氣閥開啟的延續角約為220˚～250˚CA。
2．壓縮行程
（1）作用：①使燃燒過程的溫度升高，提高工作循環的熱效率②提高工質的溫度和壓力，為冷車起動和著火作準備③使循環的工質得到更大的膨脹比，對活塞做更多的功。
（2）壓縮終點：Pc=3～6MPa；Tc=600～700℃。燃油自燃溫度為210~270℃。
（3）壓縮始點溫度過高對柴油機的影響
①空氣密度減小，充氣量減少，氧氣供給不足，燃燒不良。
②工作循環的平均溫度升高，燃燒室部件的平均溫度和熱負荷高。
③易引起缸內提前發火。
3．膨脹行程
（1）作用：進行燃燒膨脹對外作功。
（2）P_Z=5～8MPa；T_Z=1400～1800℃。P_b=0.3～0.6MPa，T_b=600～700℃。
4．排氣行程
（1）作用：將做功后的廢氣排出缸外，為下一個循環充入新氣做準備。
（2）排氣提前角：排氣閥開啟時曲柄與下止點之間的夾角，用β₁表示。排氣閥提前開啟有兩個好處：①多排出廢氣②減少排氣耗功。但β₁過大，則膨脹功損失大。
（3）排氣延遲角：排氣閥關閉時曲柄與上止點之間的夾角。用β₂表示，β₂過大，則排氣管中的廢氣會倒流（活塞下行）。
一般增壓機的β₁、β₂均大于非增壓機。氣閥開啟的延續角約為230˚～260˚CA。
進氣和排氣沖程均大于180˚CA。二壓縮與膨脹沖程均小于180˚CA。
綜上所述，在四沖程柴油機中，要經歷進氣、壓縮、膨脹、排氣等四個行程才完成一個工作循環；與此相應的是曲軸回轉兩轉，即720˚曲軸轉角。而且，在四個行程中，只有膨脹行程才作功，其余三個行程都要消耗功。因此，在單缸柴油機中，必須有一個足夠大的飛輪來供給這三個行程所需的能量；而在多缸柴油機中，則藉助于其他氣缸膨脹作功過程來供給。
此外，柴油機由停車狀態進入工作狀態，必須藉助外源能量的驅動使其起動運轉，直至噴入氣缸的燃油自發火燃燒，柴油機才能自行運轉。
二、氣閥重疊角和定時圖
1．氣閥重疊角：進、排氣閥同時開啟的曲軸轉角。為α₁+β₂
作用：（1）在氣閥疊開期間，利用廢氣流動慣性的作用，在燃燒室內形成一定的低壓，造成抽吸新鮮空氣的有利條件，將新氣吸入氣缸。（2）利用吸入的新氣更好地把廢氣掃出氣缸。（3）利用新氣對燃燒室部件進行冷卻。
2．燃燒室掃氣：利用排出廢氣的抽吸作用，通過進氣閥向氣缸內充入新鮮空氣，新氣充入后又更好地把廢氣掃出。在氣閥疊開期間，進氣管、氣缸、排氣管是相通的。
四沖程機均有一定的氣閥重疊角，而且增壓柴油機的氣閥重疊角均大于非增壓機。一般非增壓機為25˚～50˚CA，增壓機為80˚～130˚CA。
3．定時圖：用曲軸轉角表示氣閥正時的圓圖。