2第二节 柴油机热力循环与工作原理

学无诚则学废事无信则事败§1－2柴油机的热力循环和工作原理一、柴油机理论循环和实际循环1、柴油机的理论循环基于工程热力学的基本理论把实际过程加以抽象和简化，将其概括成由几个基本热力过程所组成的循环叫理论循环或理想循环。基本上为混合加热循环。为了使柴油机工作循环进行更加完善，现代高增压柴油机有向定压加热循环发展的趋势。通过研究理论循环可以：（1）用简单的公式说明循环中各基本热力参数的关系，以明确提高理论循环热效率和平均有效压力的有效途径；（2）确定循环热效率的理论极限，以判断柴油机循环的完善程度；（3）有利于比较各种热力循环的经济性和动力性。2、柴油机的实际循环～工质是实际混合气，以燃烧加热和排气放热，并计及各种热力损失的实际工作循环。特点（与理论循环的差异）（1）工质为混合气体（2）存在着不可避免的损失气缸壁的传热损失换气损失（膨胀损失功＋泵气功）燃烧损失（后燃和不完全燃烧引起的损失）漏泄损失（活塞环处的泄漏无法避免）其他损失（工质的涡动损失、活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时间损失等。）第一冲程----进气冲程suctionstroke二、四冲程柴油机工作原理第二冲程----压缩冲程compressionstroke第三冲程----燃烧膨胀冲程Combustion,expansionstroke第四冲程----排气冲程exhauststroke四冲程柴油机每完成一个工作循环，曲轴要回转两转。每个工作循环中只有第三行程作功，其它三个行程都是为膨胀行程服务的，都需要外界供给能量。柴油机常做成多缸的，这样，进气、压缩、排气行程的能量可由其它正在作功的气缸供给。如果是单缸柴油机，那就由较大的飞轮供给。气阀正时和喷油正时图进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻称为气阀定时（配气定时）。用曲轴转角φ表示气阀定时、喷油正时的圆图称为正时图。进气阀提前开（进气冲程上止点前）这是因为气阀及其传动机构具有一定的惯性，为了保证在开始吸气时气阀具有足够的通道截面。进气阀滞后关（进气冲程下止点后）这是因为活塞到达下止点时，由于进气的阻力使气缸内的压力还低于外界压力，还可以充分利用进气的动力头充入更多的空气。排气阀提前开（膨胀冲程下止点前）目的是让具有一定能量的废气自由排出，而且保证活塞上行强制排气时气阀具有足够的通道截面，从而减少排气功。排气阀滞后关（排气冲程上止点后）这是因为在上止点时，由于活塞的强制排气使气缸内的压力还高于外界气压，排气气流具有一定的流出惯性，使排气继续流出，有时也可利用排气管中的气体振动波特性更有效地清除废气。另外，利用进、排气阀重叠开启时间对燃烧室进行扫气，减少废气的剩余量。这一点在增压柴油机中更加明显，而且对燃烧室具有一定的冷却作用。可使涡轮机叶片保持一定的工作温度。喷油开始（压缩冲程上止点前）这是因为燃油喷入后不能立即燃烧，而再要经过蒸发成油气、与空气混合等准备过程。这样可获得较好的燃烧及时性，提高热能的利用率。三、二冲程柴油机工作原理第一冲程--扫气和压缩冲程第二冲程--燃烧膨胀、排气和扫气冲程FuelinjectorFuelinjectorExhaustvalve扫气口ScavengeportExhaustportTwo-strokeEngineCrossscavengesystemUniflowscavengesystemPistonrodConnectingrodPistonpinCrosshead四冲程与二冲程柴油机比较1、二冲程柴油机可提高柴油机功率，两台气缸尺寸与转速相同的四冲程与二冲程柴油机，计及气口行程损失和扫气损失，则二冲程柴油机的功率是四冲程机的1.6～1.8倍；2、二冲程柴油机可使用小飞轮；3、二冲程柴油机换气机构简单，便于维护保养；4、二冲程柴油机换气质量较四冲程机差；5、二冲程机的热负荷高。总之，在提高功率方面二冲程机优越，在提高柴油机强化程度方面四冲程机优越。四、二冲程柴油机的换气形式1.气口-气口直流扫气式当两个活塞从下止点向上止点相对运动尚未将气口遮住前进行扫气过程，当气口全部遮住后开始压缩过程，在活塞接近上止点时向燃烧室喷入雾化良好的燃油，并开始发火燃烧，当活塞越过上止点时，高温高压燃气推动两个活塞相背运动作功，通过传动装置由下曲轴将功率输出。CROSSSCAVENGE2.横流扫气LOOPSCAVENGE3.回流扫气MAN-KZ型柴油机4.半回流扫气SulzerRD、RND、RLA、RLBUNIFLOWSCAVENGE5、排气阀－扫气口直流扫气（图1－13）在二冲程柴油机中，目前普遍采用气口－气阀直流扫气。如：SulzerRTA系列柴油机。FuelinjectorFuelinjectorExhaustvalve扫气口ScavengeportExhaustportTwo-strokeEngineCrossscavengesystemUniflowscavengesystemPistonrodConnectingrodPistonpinCrosshead一些柴油机图片再见！