工程机械动力装置—柴油机.ppt

第七章 工程机械动力装置—柴油机 第一节 柴油机的工作原理、组成及主要性能参数 发动机为工程机械的行走、作业等提供动力，保证其正常行驶和工作。工程机械广泛采用柴油机作为动力。柴油机是内燃机的一种，是把燃料燃烧后所产生的热能转变成机械能的动力装置。 一、概述 发动机根据其活塞运动方式的不同，可分为往复活塞式和旋转活塞式两类。工程机械多采用往复活塞式发动机。往复活塞式发动机的分类如下： 按冲程数：四冲程发动机、二冲程发动机； 按气缸数：单缸发动机、多缸发动机； 按所用燃料：柴油机、汽油机、煤气机、特种燃料（氢气、天然气等）发动机、多种燃料发动机； 按着火方式：点燃式（化油器、电喷及柴油机）、压燃式（柴油机、多种燃料发动机）； 按气缸排列形式：单列式（直立式发动机、卧式发动机）、双列式（V 型发动机、对置式发动机）； 按冷却方式：水冷式发动机、风冷式发动机； 按用途：车用发动机、工程机械用发动机、船用发动机、牵引用发动机、发电机用（固定式）发动机； 按进气方式：增压发动机、非增压发动机； 按输出额定转速分为：高速（1000r/min以上）、中速（600～1000r/min）和低速（600 r/min以下）等。 工程机械应用的柴油机多为往复式四行程多缸高速柴油机。柴油机经济性好，它的热效率一般为30～40%，最高可达46%，在热机中它的热效率是较高的。柴油机的适应范围较广，能满足多种不同用途的需要。柴油机结构紧凑，重量轻，体积小，一般平均单位质量为（0.39～0.52）kg/W，因而特别适用于要求具有良好机动性的工程机械。柴油机操作简便，启动迅速，工作可靠，不受使用场合的限制。 工程机械用柴油机除了具有一般车用柴油机的普遍要求之外，由于其工作条件的差别，还有一些新的要求： 通常工程机械工作冲击震动大，要求柴油机具有更高的刚度和强度；工作负荷大，常出现短期超载现象，要求柴油机有足够的转矩储备系数；施工现场尘土大，要求柴油机空气滤清器、柴油滤清器、机油滤清器可靠；工程机械柴油机经常在变速下工作，因而要求它有良好的调速性能；柴油机应能在30～35°的斜坡上可靠工作；此外，在严寒、高原、沙漠、炎热地带，地下工程、水下工程等特殊条件下工作的工程机械以及军用工程机械的保暖、防尘、降温、排气污染等方面的特殊要求柴油机都应能够满足。 国家标准 GB/T725—1991 中对发动机名称和型号的编制作了如下规定：发动机产品名称均按所采用的燃料命名，如柴油机、汽油机等；发动机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母或象形字符组成。 二、柴油机的工作原理 由于工程机械均采用四行程柴油机，这里以单缸机为例，介绍四行程柴油机的工作原理与工作过程。 图7—1所示是单缸四行程柴油机的构造原理简图。在圆筒形的气缸8中装有可上下移动的活塞4，活塞通过活塞销5与连杆9相连，连杆的大头与曲轴10相连。活塞在缸筒中作上下往复运动时，通过连杆使曲轴作旋转运动。气缸上端由气缸盖1封闭，气缸盖上安装有进气门2，排气门7和喷油器4，曲轴的一端装有飞轮6。 活塞离曲轴中心最远的位置称为上止点；活塞离曲轴中心最近的位置称为下止点；上、下止点间距离S称为活塞行程。若曲轴的曲柄半径为r，则S=2r。 活塞从上止点到下止点所让出的容积称为气缸工作容积，常用Vh表示；活塞位于上止点时，活塞顶上方容积称为燃烧室容积，常用Vc表示；活塞位于下止点时，活塞顶上方容积称为气缸总容积，常用 Va表示；Va =Vh +Vc 。多缸发动机各缸工作容积之和称为发动机的排量，常用VL表示，可用下式计算： 式中VL—发动机排量（L）； D—气缸直径；S—活塞行程；i—气缸个数。 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示，即ε＝Va/Vc。压缩比表示气缸内气体被压缩的程度。其大小一般是：非增压柴油机为11.9～16，增压柴油机为15～22，汽油机为6～9。 在发动机气缸内，每一次将热能转变为机械能的一系列连续过程称为一个工作循环。活塞往复四个行程完成一个工作循环的发动机称为四行程发动机；活塞往复两个行程完成一个工作循环的发动机称为二行程发动机。 四行程柴油机的工作过程如下图所示。每一个工作循环经历四个过程，而每一个过程由活塞的一个行程来完成。 进气行程（图7—2a）：进气门开启，排气门关闭，曲轴旋转带动活塞由上止点移动到下止点。活塞下行使气缸内容积不断扩大，压力降到大气压力以下，新鲜空气经进气门被吸入气缸。由于进气系统的阻力，故进气终了时气缸内气体压力低于大气压力，约为78～88kPa；又因新鲜空气受到气缸璧和活塞顶等高温机件的加热，并与上一循环高温残余废气混合，所以进气终了时缸内气体的温度约为320～340K。 压缩行程（图7—2b）：曲轴继续旋转，推动活塞由下止点移到上止点，此时进