文档介绍：柴油机原理及结构介绍
1 柴油机工作原理
上止点、下止点、冲程(行程)、燃烧室容积、工作容积(排量)、压缩比
当活塞由上向下运动时,外界的新鲜空气经过进气门被吸入气缸,而后活塞向上运动,对这部分新鲜空气进行压缩,使空气的温度和压力都有较大的升高。这样的空气与从喷油器喷入气缸的柴油混合,能使柴油自行着火燃烧放出热能,此时燃气温度和压力急剧升高,而后急剧膨胀,推动活塞向下运动做功,经过连杆、曲轴输出扭矩。柴油机一个完整的工作过程由进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个冲程组成,曲轴旋转两圈、活塞经过四个冲程。
北京二七机车厂
进气冲程:在配气机构的作用下,进气门在活塞处于上止点前42º20’曲轴转角时开启,新鲜空气通过增压并冷却后,经稳压箱、进气支管、气缸盖进气道进入气缸内,当活塞运动到下止点后42º20’曲轴转角时,进气门关闭。
压缩冲程:当气门完全关闭时,活塞继续上行,压缩过程开始,随着活塞上行,气缸内的空气不断被压缩,其压力和温度不断升高,为柴油自燃创造了必要的条件。当活塞到达上止点前21º时,柴油以雾状喷入燃烧室,与气缸内的高压高温的空气混合。 燃烧膨胀冲程:当喷入气缸内的柴油与高温高压空气混合后迅速燃烧,开始了燃烧过程,燃烧压力急骤上升,燃气最高温度可达1500℃。燃烧分四个阶段。 排气冲程:当活塞到达下止点前42º20’曲轴转角,排气门开启,开始了排气过程,这时气缸内经过膨胀做功的燃气开始排出,活塞经过下止点继续上行,直到活塞再次达到上止点后42º20’曲轴转角,排气门完全关闭为止。
2增压
增压目的:不增大结构尺寸,增大功率。
废气能量:脉冲和定压能量。
涡轮机:喷嘴环、涡轮等。
两种增压方式:定压增压、脉冲增压。
目前铁路机车柴油机采用的增压方式主要有三种,定压增压、脉冲增压和脉冲转换器增压(MPC)。干线机车大都采用定压和MPC方式,调车机车则以脉冲方式为主。我厂生产的12V240ZJ6F型柴油机是专为DF7C机车配套设计的脉冲增压柴油机,为充分适应调车作业(部分工况运转时间长、工况变换频繁),设计上选取高性能增压器使柴油机运用线穿过压气机高效区。经增压配套试验,在标定工况各项参数满足设计要求的条件下,柴油机部分工况性能得到很大提高,与定压增压柴油机比较主要优点如下:
a 柴油机部分工况负载能力高。与同等强化程度的定压增压柴油机比部分工况功率提高10-15%。
b 柴油机部分工况排温低。由于部分工况扫气压比高,-,进、排气压差大,柴油机扫气彻底。而定压柴油机部分工况扫气压比接近1,甚至低于1。柴油机部分工况排温高,往往在750-850r/min时的排温要高于标定工况。
c 柴油机部分工况燃油消耗率低。因部分工况压气机效率高,压比、爆发压力均比定压增压柴油机高。燃油消耗率平均低5-7g/。
d 部分工况增压器跟随性好。由于脉冲增压不但能利用等压能量,还能有效利用脉冲能量。在设计合理的情况下,脉冲能量中有40-50%可以得到利用。所以增压器工作能力大,这在部分工况尤为突出。因此,在同等增压器转子惯量的条件下,柴油机变工况时,脉冲增压,增压器转子获得的能量多,过渡时间相对较短。
3柴油机特性
柴油机的性能指标随它的工况变化的关系叫柴油机特性。用曲线表示,就是柴油机的特性曲线。
:转速保持不变的条件下,柴油机的性能指标随负荷变化的关系。
:油泵齿条保持不变的条件下,柴油机的性能参数随转速变化的关系。
:柴油机安装调速器后,调速弹簧压缩量保持不变的条件下,柴油机的性能参数随转速变化的关系。
:柴油机和从动机械联合工作的特性。
4 柴油机的排放问题
随着人们环保意识的增强,铁路内燃机车的排放越来越被公众所关注。尽管国际铁路联盟现用的UIC623标准规定了废气排放限值,但由于该标准是非强制性的,未被所有成员路采用。为此,国际铁路联盟已起草新的强制性标准,从发展趋势看,我国机车柴油机的排放迟早将纳入国家法规。目前我国铁路执行的标准是TB/T2783-97《铁路牵引用柴油机排放污染物限值及测试规则》,主要废气物的限定值:NOx—16g/;HC— g/;CO—4 g/。欧洲铁路执行的是UICⅡ号标准,主要废气物的限定值:NOx— g/;HC— g/;CO— g/。尽管铁标规定比较宽松,但我厂柴油机仍达不到标准要求,距国际水平差距更大。
2001年我厂12缸强化柴油机在大连所做过排放检测。结果为NOx=;HC=;CO=,其中HC超出标准一倍多。NOx按UIC标准也不合格。因此,对柴油机排放问题我们有大量深入的工作可做,