二衝程柴油機的工作原理 在四衝程柴油機中,活塞走四個衝程才完成一個工作迴圈,其中兩個衝程(進氣和排氣),活塞的功用相當於一個空氣泵。在二衝程柴油機中,曲軸每轉一轉,即活塞每兩個衝程就完成一個工作迴圈,而進氣和排氣過程是利用壓縮及工作過程的一部分來完成的,所以二衝程柴油機的活塞沒有空氣泵的作用,為了排除燃燒後的廢氣,並把新鮮空氣充滿氣缸,必須在柴油機上安裝專用的掃氣泵(增壓器)。下面的動畫是氣閥式直流換氣的二衝程柴油機的工作原理圖。這種發動機的構造主要有以下特點: (1)進氣孔2佈置在氣缸下部,其高度約為活塞行程的10~20%左右。進氣孔的開啟和關閉,由氣缸內運動的活塞來控制;
(2)排氣閥佈置在氣缸蓋上,由凸輪軸驅動,保證在曲軸轉一轉時,氣閥開啟一次;
(3)掃氣泵3,由發動機透過傳動齒輪傳動,它將吸人的空氣壓縮至pk=0.123~0.13MPa,送入氣缸周圍的貯氣室1中,用於清除氣缸內的廢氣和充填新鮮空氣。
二衝程發動機的工作原理如下:
第一衝程——活塞從下止點向上止點運動。
當活塞處於下止點時,排氣閥和進氣孔早已開啟,貯氣室l中的壓縮空氣便進入氣缸內,並衝向排氣閥,這動產生清除廢氣的作用,同時也使氣缸內充滿新空氣。當活塞由下止點向上止點運動時,進氣孔首先由活塞關閉,然後排氣閥也關閉;空氣在氣缸內受到壓縮。
第二衝程——活塞從上止點向下止點運動。
活塞行至上止點前,噴油器將燃油噴入燃燒室中,壓縮空氣所產生的高溫,立刻點燃霧化的燃油,燃燒所產生的壓力,推動活塞下行,直到排氣閥再開啟時為止。燃燒後的廢氣在內外壓力差的作用下,自行從排氣閥排出。當進氣孔被活塞開啟後,氣缸內又進行掃氣過程。曲軸每轉一轉,活塞走了兩個衝程就完成一個迴圈,因此叫二衝程柴油機。
圖2—8為二衝程柴油機的示功圖。其中a—k線為掃氣過程,k點為掃氣終點,它敢決於進氣孔和排氣閥關閉時刻。有的機型是排氣閥和進氣孔同時關閉。有的排氣閥提前關閉。k-c線為壓縮過程,其中c"點為開始向氣缸噴油的時刻。 在第二衝程中,c-m線為膨脹過程,其中c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段,z點為最高燃燒壓力點,m點為排氣閥開始開啟的時刻。這時燃燒產物便從氣缸經排氣閥、排氣管排入大氣,壓力迅速下降,如m-n線所示,當氣缸內的壓力大約等於貯氣置室的壓力時,進氣孔才被開啟(n點),這時新鮮空氣應入氣缸進行掃氣過程,如n-a線所示。
從二衝程柴油機的工作原理可知,在掃氣過程中,活塞不做有效功,相對這部分活塞行程容積Vn稱為損失容積,而活塞的實際工作容積為: 而實際壓縮比為:
幾何壓縮比與四衝程柴油機一樣為:
掃氣過程容積損失的多少通常用損失容積Vn對幾何工作容積Vh的比值表示:
在二衝程柴油機中,y=10~38% 。
現代四衝程和二衝程發動機都成功的使用在各個領域,他們都有各自的特點,一般船用大型低速柴曲機中均採用二衝程發動機,而中、高速柴濁機採用四衝程發動機的居多。
正相同的氣缸尺寸和轉速下,二衝程發功機的功率理應比四衝程發動機增加一倍,但實際上,由於掃氣容積的損失,充氣時間較短,廢氣清除困難以及驅動掃氣須要消耗一部分功率等原因,使二衝程發動機的功率只增加60~70%左右。二衝程發動機叫另一優點是扭矩的均勻性比四衝程發動機好,因為它曲軸轉一轉完成一個工作迴圈。
掃氣過程時間短是二衝程發動機的一大缺點,此外,二衝程發動機的活塞、氣缸蓋、氣缸,氣閥的溫度都比四衝程發動機高。
在二衝程柴油機中,根據氣流在氣缸中流動路線不同,還有其他的換氣型式。它們在船舶柴油機中都得到廣泛的應用。現簡介如下:
1.氣孔式直流換氣的柴油機
下圖左所示為對動活塞式柴油機,它的換氣是由上下的進、排氣兒完成的,故稱氣孔式直流換氣的二衝程柴油機。進、排氣孔的開啟和關閉分別由上、下活塞控制。工作時,兩個活塞在氣缸內作相對運動,燃燒室位於中部,兩個活塞透過連桿與上、下曲軸連線,兩曲軸透過齒輪輪連線,從一處對外輸出有效功。
2.橫流換氣的二衝程柴油機
上圖中所示為這種柴油機機的簡圖,它的進氣孔和排氣孔分別設正氣缸下部的兩側,它們的開關均由活塞控制。為了保證先進行自由排氣,一般排氣孔的上邊緣比進氣的上邊緣高一些。
3.迴流換氣的二衝程柴油機
上圖右所示,這種柴油機的特點是:進氣孔和排氣孔設正氣缸下部的同一側,排氣孔位於進氣孔的上方。換氣時,空氣從向上傾斜的進氣孔,流經活塞頂部推動廢氣上行,在氣缸蓋底部轉向下行,最後由傾斜的排氣孔排出。由於換氣時氣流方向彎曲,故稱迴流換氣的二衝程柴油機。這種柴油機比直流氣閥式柴油機簡單,但換氣質量較差。
二衝程柴油機的工作原理 在四衝程柴油機中,活塞走四個衝程才完成一個工作迴圈,其中兩個衝程(進氣和排氣),活塞的功用相當於一個空氣泵。在二衝程柴油機中,曲軸每轉一轉,即活塞每兩個衝程就完成一個工作迴圈,而進氣和排氣過程是利用壓縮及工作過程的一部分來完成的,所以二衝程柴油機的活塞沒有空氣泵的作用,為了排除燃燒後的廢氣,並把新鮮空氣充滿氣缸,必須在柴油機上安裝專用的掃氣泵(增壓器)。下面的動畫是氣閥式直流換氣的二衝程柴油機的工作原理圖。這種發動機的構造主要有以下特點: (1)進氣孔2佈置在氣缸下部,其高度約為活塞行程的10~20%左右。進氣孔的開啟和關閉,由氣缸內運動的活塞來控制;
(2)排氣閥佈置在氣缸蓋上,由凸輪軸驅動,保證在曲軸轉一轉時,氣閥開啟一次;
(3)掃氣泵3,由發動機透過傳動齒輪傳動,它將吸人的空氣壓縮至pk=0.123~0.13MPa,送入氣缸周圍的貯氣室1中,用於清除氣缸內的廢氣和充填新鮮空氣。
二衝程發動機的工作原理如下:
第一衝程——活塞從下止點向上止點運動。
當活塞處於下止點時,排氣閥和進氣孔早已開啟,貯氣室l中的壓縮空氣便進入氣缸內,並衝向排氣閥,這動產生清除廢氣的作用,同時也使氣缸內充滿新空氣。當活塞由下止點向上止點運動時,進氣孔首先由活塞關閉,然後排氣閥也關閉;空氣在氣缸內受到壓縮。
第二衝程——活塞從上止點向下止點運動。
活塞行至上止點前,噴油器將燃油噴入燃燒室中,壓縮空氣所產生的高溫,立刻點燃霧化的燃油,燃燒所產生的壓力,推動活塞下行,直到排氣閥再開啟時為止。燃燒後的廢氣在內外壓力差的作用下,自行從排氣閥排出。當進氣孔被活塞開啟後,氣缸內又進行掃氣過程。曲軸每轉一轉,活塞走了兩個衝程就完成一個迴圈,因此叫二衝程柴油機。
圖2—8為二衝程柴油機的示功圖。其中a—k線為掃氣過程,k點為掃氣終點,它敢決於進氣孔和排氣閥關閉時刻。有的機型是排氣閥和進氣孔同時關閉。有的排氣閥提前關閉。k-c線為壓縮過程,其中c"點為開始向氣缸噴油的時刻。 在第二衝程中,c-m線為膨脹過程,其中c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段,z點為最高燃燒壓力點,m點為排氣閥開始開啟的時刻。這時燃燒產物便從氣缸經排氣閥、排氣管排入大氣,壓力迅速下降,如m-n線所示,當氣缸內的壓力大約等於貯氣置室的壓力時,進氣孔才被開啟(n點),這時新鮮空氣應入氣缸進行掃氣過程,如n-a線所示。
從二衝程柴油機的工作原理可知,在掃氣過程中,活塞不做有效功,相對這部分活塞行程容積Vn稱為損失容積,而活塞的實際工作容積為: 而實際壓縮比為:
幾何壓縮比與四衝程柴油機一樣為:
掃氣過程容積損失的多少通常用損失容積Vn對幾何工作容積Vh的比值表示:
在二衝程柴油機中,y=10~38% 。
現代四衝程和二衝程發動機都成功的使用在各個領域,他們都有各自的特點,一般船用大型低速柴曲機中均採用二衝程發動機,而中、高速柴濁機採用四衝程發動機的居多。
正相同的氣缸尺寸和轉速下,二衝程發功機的功率理應比四衝程發動機增加一倍,但實際上,由於掃氣容積的損失,充氣時間較短,廢氣清除困難以及驅動掃氣須要消耗一部分功率等原因,使二衝程發動機的功率只增加60~70%左右。二衝程發動機叫另一優點是扭矩的均勻性比四衝程發動機好,因為它曲軸轉一轉完成一個工作迴圈。
掃氣過程時間短是二衝程發動機的一大缺點,此外,二衝程發動機的活塞、氣缸蓋、氣缸,氣閥的溫度都比四衝程發動機高。
在二衝程柴油機中,根據氣流在氣缸中流動路線不同,還有其他的換氣型式。它們在船舶柴油機中都得到廣泛的應用。現簡介如下:
1.氣孔式直流換氣的柴油機
下圖左所示為對動活塞式柴油機,它的換氣是由上下的進、排氣兒完成的,故稱氣孔式直流換氣的二衝程柴油機。進、排氣孔的開啟和關閉分別由上、下活塞控制。工作時,兩個活塞在氣缸內作相對運動,燃燒室位於中部,兩個活塞透過連桿與上、下曲軸連線,兩曲軸透過齒輪輪連線,從一處對外輸出有效功。
2.橫流換氣的二衝程柴油機
上圖中所示為這種柴油機機的簡圖,它的進氣孔和排氣孔分別設正氣缸下部的兩側,它們的開關均由活塞控制。為了保證先進行自由排氣,一般排氣孔的上邊緣比進氣的上邊緣高一些。
3.迴流換氣的二衝程柴油機
上圖右所示,這種柴油機的特點是:進氣孔和排氣孔設正氣缸下部的同一側,排氣孔位於進氣孔的上方。換氣時,空氣從向上傾斜的進氣孔,流經活塞頂部推動廢氣上行,在氣缸蓋底部轉向下行,最後由傾斜的排氣孔排出。由於換氣時氣流方向彎曲,故稱迴流換氣的二衝程柴油機。這種柴油機比直流氣閥式柴油機簡單,但換氣質量較差。