第二講-發(fā)動機基本工作原理

康爾信電力系統(tǒng)有限公司發(fā)動機工作原理第二講章齊賢發(fā)動機的發(fā)展18世紀中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機1858年，里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機，并申請了專利1867年，德國人奧托受里諾研制煤氣發(fā)動機的啟發(fā)，對煤氣發(fā)動機進行了大量的研究，制作了一臺臥式氣壓煤氣發(fā)動機，后經過改進，于1878年在法國舉辦的國際展覽會上展出了他制作的樣品。在長期的研究過程中，奧托提出了內燃機的四沖程理論，為內燃機的發(fā)明奠定了理論基礎1892年，德國工程師狄塞爾根據(jù)定壓熱功循環(huán)原理，研制出壓燃式柴油機，并取得了制造這種發(fā)動機的專利權世界第一臺柴油發(fā)動機

世界上第一臺柴油機誕生于1893年的德國。世界第一臺柴油機的發(fā)明者是魯?shù)婪颉さ胰麪枺≧UDOLFDIESEL），他首創(chuàng)了壓縮點火式內燃機，為內燃機的發(fā)展開拓了新途徑。按沖程數(shù)分：四沖程、二沖程按氣缸數(shù)目分：單缸、多缸按轉速分：低速、中速（750～1350r/min）、高速按進氣方式分：自然吸氣、增壓按氣缸排列分：直列式、V型、臥式等按氣缸冷卻方式分：水冷、風冷按燃燒室類型分：直噴式燃燒室、分隔式燃燒室按燃料的分類：汽油機、柴油機、天然氣發(fā)動機按用途分：農用、船用、車用、工程機械用、發(fā)電用發(fā)動機的分類做功方式（1）：二沖程：用兩個行程，曲軸回轉一周完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱二沖程發(fā)動機做功方式（2）：用四個行程，曲軸回轉兩周完成一個工作循環(huán)的柴油機稱四沖程柴油機

四沖程：MTU發(fā)動機四沖程16缸V型排列廢氣渦輪增壓水冷，水箱風扇冷卻高壓共軌、電噴汽缸內直噴壓燃式高速型發(fā)動機柴油機的主要性能指標和技術參數(shù)

發(fā)動機的性能指標是用來衡量發(fā)動機性能好壞的標準。發(fā)動機的主要性能指標有：動力性能指標經濟性能指標排放性能指標動力性能指標有效扭矩：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Ne表示，單位為N·m。有效扭矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿傳給曲軸產生的扭矩，并克服了摩擦，驅動附件等損失之后從曲軸對外輸出的凈扭矩。

轉速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機產品銘牌上標明的功率及相應轉速稱為額定功率和額定轉速。有效功率：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。有效功率同樣是曲軸對外輸出的凈功率。發(fā)動機的有效功率可以在專用的試驗臺上用測功器測定，測出有效扭矩和曲軸轉速，然后用公式計算出有效功率。經濟性能指標通常用燃油消耗率來評價內燃機的經濟性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，也就是發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率在1小時內所消耗的燃油質量(以g為單位)，燃油消耗率通常用g。表示，其單位為g/kW·h，很明顯，有效燃油消耗率越小，表示發(fā)動機曲軸輸出凈功率所消耗的燃油越少，其經濟性越好。通常發(fā)動機銘牌上給出的有效燃油消耗率g。是最小值。排放性能指標排放性能指標包括排放煙度、有害氣體(CO，HC，NOx)排放量、噪聲等?；靖拍钌现裹c：活塞在氣缸中運動的最上端位置也就是活塞離曲軸中心線最遠的位置下止點：活塞在氣缸中運動的最下端位置即活塞離曲軸中心線最近的位置活塞行程：上、下止點之間的距離氣缸工作容積（氣缸排量）：活塞從上止點到下止點所掃過的容積發(fā)動機排量（多缸）：各缸工作容積之和壓縮比：氣缸總容積與燃燒室容積的比值缸徑：工作汽缸內徑平均有效壓力：是一個在膨脹燃燒沖程中使活塞移動一個沖程所作的有效功工作過程分解－進氣沖程

四沖程柴油機的進氣過程，從活塞在上止點時開始。當活塞從上止點向下止點運動時，由凸輪機構控制的進氣門就被打開。由于活塞下行而使缸內造成部分真空，這時，外界的新鮮空氣就經過氣缸蓋上的進氣門進入氣缸，直到活塞運動到下止點時，氣缸內已充滿了空氣進氣口才被關閉。至此，進氣過程就告結束。這一沖程就稱為進氣沖程。工作過程分解－壓縮沖程

進氣過程結束時，活塞處于下止點位置。曲軸繼續(xù)旋轉，活塞便轉向上行。這時，由于進氣門已關閉而排氣門尚未開啟，因而氣缸內的空氣因活塞上移而逐漸被壓縮。當活塞運動到上止點位置時氣缸內空氣的溫度和壓力都已達到相當高的水平，這時，壓縮過程也就結束。這一沖程稱為壓縮沖程。工作過程分解－作功沖程（膨脹沖程）當壓縮過程結束后，具有很高壓力的燃油(柴油)從噴油器噴入氣缸，與氣缸內高溫高壓的空氣相遇而立即燃燒。燃燒后氣體的壓力和溫度急劇上升，氣體膨脹推動活塞下行做功。這一過程直至活塞再回到下止點時結束。這個沖程稱為作功沖程，也叫膨脹沖程或工作沖程。工作過程分解－作功沖程

在膨脹過程結束活塞到達下止點時，由凸輪機構控制的排氣門即被打開，這樣，活塞再由下止點向上止點運動時，氣缸內的廢氣就被活塞推出氣缸?；钊竭_上止點時排氣門關閉，排氣過程也就結束。這個沖程稱為排氣沖程。MTU發(fā)電機的汽缸排列及定義KS–發(fā)電機端KGS–自由端A–從發(fā)電機端看左邊B–從發(fā)電機端看右邊16V4000G63型號定義MTU16V4000G63第三代產品轉速1500轉/分發(fā)電用途單缸排量毫升汽缸布置形式汽缸數(shù)目MTU發(fā)動機的基本構造活塞、連桿、曲軸機構配氣機構燃料供給系冷卻系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)起動系統(tǒng)電子管理系（ADEC）16V4000G63活塞、連桿、曲軸結構發(fā)動機主要的運動部件柴油機的運動件由活塞組、連桿組、曲軸飛輪組等組件構成。它的作用是將活塞承受的氣體壓力通過連桿傳給曲軸，并將活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的旋轉運動輸出機械能?；钊c連桿總成1-連桿總成；2-活塞；3-連桿；4-連桿蓋；5-活塞銷軸襯；6-連桿螺釘；7-一道氣環(huán)環(huán)；8-二、三道環(huán)；9-油環(huán)；10-活塞銷；11-活塞銷卡環(huán)；12-連桿軸瓦；13-定位套筒

活塞形式柴油機的活塞頂部ω凹坑。凹坑是為改變燃燒室的形狀而設置的，使可燃混合氣的形成更有利，燃燒過程更加完善?；钊h(huán)的作用氣環(huán)的作用是密封氣缸，并將活塞所吸收的熱量傳給氣缸壁進入冷卻系統(tǒng)。它是活塞散熱的主要路徑，特別是第一道環(huán)，傳遞全部熱量的（40~50）%。油環(huán)的作用是將飛濺在缸壁上過多的機油刮下，防止機油竄入燃燒室。

曲軸總成1-飛輪；2-滑脂嘴；3、5、6、7、18-主軸承；4-連桿軸頸；8-半圓鍵；9-后止推墊圈；10-前止推墊圈；11-正時齒輪；12-擋油圈；13-曲軸油封；14-皮帶盤；15-啟動爪鎖緊墊圈；16-啟動爪；17-曲軸螺釘；19-飛輪齒圈；20-螺母；21-開口銷；22-主軸頸曲軸是柴油機主要機件之一作用是將柴油機各缸所作的功匯集后以回轉運動的方式輸出。

返回配氣機構配氣機構是按照柴油機各缸的工作次序和配氣相位完成進氣過程和排氣過程的控制機構。它要在規(guī)定的時刻開啟和關閉進、排氣門，以保證氣缸排除廢氣，吸進新鮮空氣，使工作循環(huán)持續(xù)地進行。進氣與排氣流向廢氣渦輪增壓器動畫演示采用廢氣增壓的好處柴油機采用廢氣渦輪增壓后，由于其熱效率和機械效率的提高，燃油消耗率下降，柴油機的經濟性得到改善；同時由于其重量增加比其功率增加小得多，柴油機的單位功率的重量降低，使得比質量減輕、升功率增加；其次，柴油機工作在較大的過量空氣系數(shù)情況下，燃燒較完全，排氣污染得到改善。返回燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)MTU發(fā)動機采用的是高壓共軌系統(tǒng)高壓共軌系統(tǒng)共軌噴油器電磁閥噴油器回油管高壓油管回油管燃油濾器燃油手動泵進油管燃油輸送泵高壓燃油控制塊高壓油泵燃油分配塊壓力限制閥燃油低壓排氣系統(tǒng)燃油管路進油管主油道回油管道回油管高壓泵噴油器先進的低排放與低油耗設計燃油系統(tǒng)控制發(fā)火順序A1–A7–B4–B6–A4-B8-A2-A8–B3–B5–A3–A5–B2–A6–B1-B7返回冷卻系統(tǒng)發(fā)動機的冷卻系包括水套、散熱器、水泵、風扇、節(jié)溫器等。在氣缸和燃燒室周圍設有水套，水在水套內流過并帶走各零件的熱量。水泵將水從散熱器下端泵入發(fā)動機水套，水在水套內循環(huán)流動吸收熱量，然后由氣缸蓋出水口經節(jié)溫器流回散熱器，溫度升高的水從散熱器上室經過許多小管向下端流動，同時風扇將空氣從管旁散熱片吹過，帶走熱量，經過冷卻的水再從散熱器下室由水泵送入水套，如此循環(huán)不止。冷卻系統(tǒng)作用冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。冷卻循環(huán)示意節(jié)溫閥節(jié)溫閥的作用常溫下石蠟呈固態(tài)，水溫低于349k（76℃）時，主閥門完全關閉，旁通閥完全開啟，由氣缸蓋出來的水經旁通管直接進入水泵，故稱為小循環(huán)。由于水只是在水泵和水套之間流動，不經過散熱器，且流量小，所以冷卻強度弱。當發(fā)動機水溫達349k（76℃）以上時，石蠟逐漸變成液態(tài)，體積隨之增大，迫使橡膠管收縮，從而對中心桿下部錐面產生向上的推力。由于桿的上端固定，故中心桿對橡膠管及感應體產生向下的反推力，克服彈簧張力使主閥門逐漸打開，旁通閥開度逐漸減小。當發(fā)動機水溫升高到359k（86℃），主閥門完全開啟，旁通閥完全關閉，冷卻水全部流經散熱器，稱為大循環(huán)。由于此時冷卻水流動線路長，流量大，冷卻強度強。節(jié)溫閥關閉與開啟狀態(tài)返回潤滑系統(tǒng)潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系統(tǒng)組成潤滑循環(huán)示意機油泵齒輪嚙合式機油泵機