技术交流

柴油发动机的基本原理学习
时间:2020-04-14 浏览次数:
内容类型:技术交流

作者:孔祥峰

    发动机是一种把化学能转化为机械能的机器。当越来越多的私家车进入千家万户的时候,发动机其实也和我们变得越来越近。回顾发动机产生和发展的历史,它经历了蒸汽机、外燃机、内燃机三个发展阶段。简单的说,柴油发动机就是利用柴油作为燃料来输出动力的内燃机。

    一般来讲,柴油发动机包括燃油供给、润滑、冷却、启动四大系统。它主要由机体、机座、启动器、喷油泵、主轴、曲轴、凸轮轴、气缸盖、缸体、活塞、滤清器、油箱、冷却水箱及各种管路等部件组成。

    其实柴油发动机与汽油发动机一样,每个工作循环先后经历吸气、压缩、做功、排气四个冲程。柴油发动机气缸中的油气混合物是压燃形式,这也是与汽油发动机的根本区别。在气缸中,有一套由活塞、连杆、曲柄组成的滑块机构。活塞在气缸里做往复运动,而在曲柄处就被转化为旋转动态运动。在活塞向下运动时,进气阀被打开,外部的新鲜空气被吸入缸内,换句话说就是发动机在呼吸,在反向冲程的时候,进气阀和排气阀都会关闭,气缸内的空气得到压缩。在压缩冲程的时候活塞会对空气做功,这时空气的温度达到550℃,压力约10公斤,将会达到并超过柴油自燃点,然后雾化状态的柴油喷入到这个压缩的空气中,燃油得到挥发,然后就会进行不可控的自燃爆炸,其结果就是压力和温度达到很高的程度,此时瞬间温度2500℃,压力约50公斤。高能量的油气混合物会将活塞向下推动,高温空气就会对活塞做功,而油气的燃烧能量被转化为活塞的机械能量。作为系统的惯性,活塞会再次向上运动,此时排气阀会被打开,燃烧后的废气就会被排出缸外,然后再次重复进气冲程。这样一次又一次的重复四个冲程,以便得到持续的动力输出。在活塞的顶部有一个碗状造型凹面,这个造型能使空气产生高速旋转,这一设计可以让喷入的雾化燃料高效的与空气结合,从而使机器充分做功。     部分结构                     活塞                     曲轴结构                     中天门柴油机

    由于柴油发动机输出功率大覆盖率广、经济性能好,所以它被广泛应用于大型柴油汽车上。我们知道,任何一条客运索道除了正常的主驱动系统外,都必须至少配备一套紧急驱动系统,也就是所谓的辅助驱动。中天门索道采用的是柴油发动机作为紧急动力输出模式,在失去动力电源或者主驱动设备(如主电机、减速机)出现故障时,就可以启动柴油发动机,临时在低速状态下紧急将线路乘客安全运送至站内。

    中天门索道柴油发动机为康明斯6CTA8.3型号6缸发动机,输出功率为230马力,排量8.3升。于2000年随驱动设备一起安装在动力室,到目前为止已经间断累计运转了近210个小时,除有一次因电瓶馈电影响启动外,期间未出现过任何大的故障。作为保障索道正常运行的最后一道安全防线,我们的维护视线不能局限于定期更换部件和润滑油,更应当在“治未病”上加大力度,尽量能从隐藏的故障萌芽来及时判断、扼杀,从而有效提高柴油机使用效率,不至于关键时刻掉链子。

    现以泰山中天门索道为例,对柴油机作以下简单了解。

    因为柴油发动机没有点火器,是靠压燃启动,如果想让柴油机由静止状态变为运转状态,首先要给柴油机施加一个外力,让曲轴转动起来,才能得到初始的吸气、压缩、燃烧、排气过程产生动力,使发动机连续不断的循环运转。我们将控制盘上的驱动模式钥匙开关切换到紧急驱动状态,启动柴油机点火开关,这时储存在充电电池里的直流24V电压作为电源①,用专用的直流启动电动机②带动齿轮,通过离合器与安装在曲轴上的飞轮齿圈快速啮合起来,拖动发动机曲轴旋转,将发动机发动起来。同时,新鲜的空气通过空气滤清器⑩再通过吸气阀进入到某一气缸。将空气压缩后,发动机底部油箱③中的柴油,通过泵油器④,进入到燃油过滤器⑤,进入油水分离器⑥(因为水的比重大于柴油的比重,在分离器中,水沉积在底部,所以在检查维护时,只需打开分离器底部的阀门就可以进行冷凝水放水处理),然后柴油被吸入到高压输油泵⑦。在高压输油泵左侧内部,有一个由曲轴带动的齿轮泵对柴油进行高压输出,这也是高压输油的动力来源。在高压输油泵的内部,同样有一个由曲轴带动的凸轮轴,在凸轮轴上排列安装有6个(根据缸体的个数)不同角度的凸轮块,在凸轮轴的转动下,与每个活塞的不同冲程严密对应,计算出该哪一个油嘴需要喷油。同样的道理,在气缸盖的内部⑧,安装着由曲轴带动并排列有12个凸轮的凸轮轴(每个缸体包括一个吸气、一个排气,共六组),凸轮轴的转动对应着是某一个气缸吸气或进气的关闭、打开。每个活塞做完功后都要进入下一个冲程——排气冲程,废气经过排气阀再通过排气筒⑨进入消音器后,排出到室外,其中,有一部分废气进行了二次利用,驱动涡轮增压器对新进入的空气进行增压,以此增大空气量提高燃烧质量和动力。连续不断的做功,使曲轴连续不断的朝着同一方向旋转,在发动机的输出端如果增加一个齿轮泵,带动齿轮泵将液压油以高压的喷射出去,将机械能转换为液压能,再利用喷射出去的高压油驱动液压马达转动,将液压能转换为机械能,消耗掉能量的低压由返回到油箱,这就是形成了我们的紧急驱动系统。作为柴油机的润滑系统,同样来自安装在机油箱内部的齿轮泵,在曲轴转动下,齿轮泵输出高压机油,流转于整个系统,对系统完成润滑、冷却、清洗等工序后重新回到油箱。

    柴油发动机的日常保养:

    1.进行维护保养前,要先拆开与电池的接线并对电容放电,拆开启动电机的接线,以免意外启动柴油机。

    2.如果柴油机在运行过程中冷却剂(防冻液)过热,必须先等柴油机降温后再慢慢打开过滤器盖来释放冷却系统的压力。

    3.空载运转时,建议分三个阶段完成,低速、中速、高速各5分钟最后达到2200转/分钟。

    4.检查润滑油的浓度,液面的允许范围,是否存在突然减少或增加。

    5.检查皮带的张力和使用情况。

    6.每100至250小时,更换柴油滤清器,每200至250小时更换润滑机油及滤清器,每300至400小时更换空气滤清器。

    7.定期放水、排气,检查密封情况。

    8.运行中仔细听柴油机是否有明显噪音,检查排除的废气烟雾的颜色。

    9.检查对电瓶的反向充电是否正常,电瓶是否馈电。

    柴油发动机常见故障:

    1.检查润滑油液面时,如果发现突然增多,说明进入了柴油或者是冷凝水(比如排除的烟雾颜色发生变化或者表现为压力降低),如果突然减少,说明存在泄漏,要进一步查找原因。

    2.冬季低温天气下,燃油粘度相对增大,可能影响启动甚至启动困难。

    3.长期存放的燃油会发生污染、变质、降低性能,进入油路后会堵塞输油泵,不能正常为发动机提供雾化油,因此可能会发生干打火不启动的现象。

    4.如果冷却系统出现故障或者冷却液过少,柴油机在长时间运行中可能会发生熄火现象,这是因为气缸内部温度过高,使活塞的活塞环与气缸内壁粘连,活塞不能运动造成。

    5.如果润滑系统故障或者缺机油,造成滑动轴承干摩擦,最终会曲轴抱死而无法启动。

    6.如果气缸内部进入了冷却液或冷凝水,柴油机启动会很困难,检查时,转动启动钥匙开关,同时打开水箱盖看是否有气泡冒出。

    7.如果柴油机能正常启动,但在启动一段时间后,温度上升后便熄火再启动时困难,说明高压输油泵柱塞部件磨损,大部分燃油泄漏导致启动燃油不足而无法启动。



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