四冲程柴油发电机的基本工作原理

四冲程柴油发电机（非增压）的基本工作原理

用四个行程，曲轴回转两周完成一个工作循环的柴油发电机称四冲程柴油发电机。四冲程柴油发电机的基本结构如图1所示。工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。活塞改变运动方向的瞬时位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。离曲轴中心最远的止点称上止点，最近的止点称下止点。

图1 四冲程柴油发电机的基本结构

 曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R_O连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L。

上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S_O活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S＝2R。

活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积V_s，即

 

式中 D——气缸直径（缸径）。

活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积）V_c。

气缸总容积与燃烧室容积之比称压缩比ε，即

 

图2是四冲程柴油发电机的工作原理简图。图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V示功图。

1．进气行程

活塞从上止点下行，进气阀打开。由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。为了能充人更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），进气阀开启的延续角度（图2.2中阴影线部分）约为220°～250°。

图2 四冲程柴油发电机的工作原理简图

 

2．压缩行程

活塞从下止点上行，进、排气阀均关闭。上行的活塞对缸内的空气进行压缩，使其温度和压力均不断升高（曲线2-3）。压缩终点的压力pc约为（3～6）MPa；温度tc约为500～700℃。在上止点（压缩终点）附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。

3．膨胀行程

活塞由上止点向下运动，进、排气阀均关闭。在此行程的初期，燃烧仍在继续猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达（6～9）MPa和1500～2000℃左右。高温高压燃气膨胀推动活塞下行做功，在上止点后某一时刻（图2.2中点4），燃烧基本结束，燃气继续膨胀做功。当活塞到达下止点前某一时刻（图2.2中点5），排气阀开启，排气过程开始。此时，气缸内的压力p6约为（0.2～0.5）MPa，温度tb约为600～700℃。活塞则继续下行到下止点。

4．排气行程

活塞在曲轴带动下由下止点向上运动，排气阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和减少排气过程中所消耗的功，排气阀不但在下止点前提前开启，而且要在排气行程结束的上止点后才关闭（图2.2中点6）。排气阀开启的延续角度（5-6）约为230°～260°。

在四冲程柴油发电机中，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即720°曲轴转角。而且，在四个行程中，只有膨胀行程才做功，其余三个行程都要消耗功。因此，在单缸柴油发电机中，必须有一个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量；而在多缸柴油发电机中，则借助于其他气缸膨胀做功过程来供给。

此外，柴油发电机由停车状态进入工作状态，必须借助外部能量的驱动使其启动运转，直至喷入气缸的燃油自发火燃烧，柴油发电机才能自行运转。

 

 

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