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二冲程柴油机

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文档ID:478961152
二冲程柴油机_第1页
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二冲程柴油机 通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机,油机完成一个工作循环曲轴只转一圈,二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同,主要差异在配气机构方面二冲程柴油机没有进气阀,有的连排气阀也没有,而是在气缸下部开设扫气口及排气口;或设扫气口与排气阀机构并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱,利用活塞与气口的配合完成配气,从而简化了柴油机结,在四冲程柴油机中,活塞走四个冲程才完成一个工作循环,其中两个冲程(进气和排气),活塞的功用相当于一个空气泵在二冲程柴油机中,曲轴每转一转,即活塞每两个冲程就完成一个工作循环,而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的,所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用,为了排除燃烧后的废气,并把新鲜空气充满气缸,必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器)一、二冲程柴油机工作原理扫气泵附设在柴油机的一侧,它的转子由柴油机带动空气从泵的吸入吸入,经压缩后排出,储存在具有较大容积的扫气箱中,并在其中保持一定的压力现以图说明二冲程柴油机的工作原理 (1)扫气及压缩冲程: 排气口关闭时,气缸中的空气就开始被压缩。

当压缩至上止点前点时,喷油器将燃油喷入气缸,与高温高压的空气相混合,自行着火燃烧活塞由下止点向上移动,活塞在遮住扫气口之前,由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气,通过扫气口进入气缸,气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口扫出气缸活塞继续上行,逐渐遮住扫气口,当扫气口完全关闭后(此时曲柄在点位置,空气停止充人,排气还在进行,这阶段称为“过后排气阶段”排气口关闭时(此时曲柄在点位置,气缸中的空气就开始被压缩当压缩至上止点前点时,喷油器将燃油喷人气缸,与高温高压的空气相混合,随即在上止点附近发火,自行着火燃烧本冲程结束,并与前一冲程形成一个完整的工作循环 (2)燃烧膨胀及排气冲程: 燃油在燃烧室内着火燃烧,生成高温高压燃气活塞在燃气的推动下,由上止点 向下运动,对外作功此时曲柄在点位置,此时燃气膨胀作功结束,气缸内大量废气靠自身高压自由排气,从排气口排人到排气管活塞下行直至排气口打开,膨胀作功结束,气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管当气缸内的压力降至接近扫气压力时,下行活塞把扫气口打开,扫气空气进入气缸,同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸活塞运行到下止点,本冲程结束二冲程柴油机的示功图其中a—k线为扫气过程,k点为扫气终点,它取决于进气孔和排气阀关闭时刻。

有的机型是排气阀和进气孔同时关闭有的排气阀提前关闭k-c线为压缩过程,其中c'点为开始向气缸喷油的时刻在第二冲程中,c-m线为膨胀过程,其中c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段,z点为最高燃烧压力点,m点为排气阀开始打开的时刻这时燃烧产物便从气缸经排气阀、排气管排入大气,压力迅速下降,如m-n线所示,当气缸内的压力大约等于贮气置室的压力时,进气孔才被打开(n点),这时新鲜空气应入气缸进行扫气过程,如n-a线所示从二冲程柴油机的工作原理可知,在扫气过程中,活塞不做有效功,相对这部分活塞行程容积Vn称为损失容积,而活塞的实际工作容积为:    而实际压缩比为:    几何压缩比与四冲程柴油机一样为:    扫气过程容积损失的多少通常用损失容积Vn对几何工作容积Vh的比值表示:在二冲程柴油机中,y=10~38% 现代四冲程和二冲程发动机都成功的使用在各个领域,他们都有各自的特点,一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机,而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多正相同的气缸尺寸和转速下,二冲程发功机的功率理应比四冲程发动机增加一倍,但实际上,由于扫气容积的损失,充气时间较短,废气清除困难以及驱动扫气须要消耗一部分功率等原因,使二冲程发动机的功率只增加60~70%左右。

二冲程发动机叫另一优点是扭矩的均匀性比四冲程发动机好,因为它曲轴转一转完成一个工作循环扫气过程时间短是二冲程发动机的一大缺点,此外,二冲程发动机的活塞、气缸盖、气缸,气阀的温度都比四冲程发动机高二、 冲程柴油机的结构及机舱布置:二冲程柴油机没有进气阀,有的连排气阀也没有,而是在气缸下部开设扫气口及排气口;或设扫气口与排气阀机构并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱,利用活塞与气口的配合完成配气,从而简化了柴油机,在二冲程柴油机中,曲轴每转一转,即活塞每两个冲程就完成一个工作循环,而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的,所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用,为了排除燃烧后的废气,并把新鲜空气充满气缸,必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器) 1)、进气孔布置在气缸下部,其高度约为活塞行程的10~20%左右进气孔的打开和关 闭,由气缸内运动的活塞来控制;(2)排气阀布置在气缸盖上,由凸轮轴驱动,保证在曲轴转一转时,气阀打开一次;(3)扫气泵,由发动机通过传动齿轮传动,它将吸人的空气压缩至pk=0.123~0.13MPa,送入气缸周围的贮气室1中,用于清除气缸内的废气和充填新鲜空气三、二冲程柴油机换气类型的分类:在二冲程柴油机中,借助于扫、排气口(阀)之间的压力差,用新鲜空气将废气驱赶出气缸的过程称为扫气过程。

按扫气过程中新鲜空气流动路线特点,二冲程柴油机的换气型式分为弯流换气和直流换气两大类弯流式分为横流和回流两种 直流式分为气口一气阀式和气口一气口式,目前多用前者1、横流换气(cross scavenging):结构:横流换气式二冲程柴油机的结构特点是气缸盖上没有排气阀机构,进、排气都是经过气缸下部的扫、排气口进行的扫、排气口相对地布置在气缸下部圆周的两侧,排气口高于扫气口优缺点:这种换气型式结构简单,管理方便但因气体在气缸内流动路线长且需要转向,所以换气质量较差;气缸下部扫排口侧受热不均匀,容易变形;气口的相对且高低的布置,造成换气时损失部分新鲜空气,并对采用废气涡轮增压时使增压系统布置困难 横流换气式 回流换气 直流换气2、 回流换气(loop scavenging):结构:进气孔和排气孔设正气缸下部的同一侧,排气孔位于进气孔的上方换气时,空气从向上倾斜的进气孔,流经活塞顶部推动废气上行,在气缸盖底部转向下行,最后由倾斜的排气孔排出由于换气时气流方向弯曲,故称回流换气的二冲程柴油机优缺点:这种柴油机比直流气阀式柴油机简单,但换气质量较差3、 弯流换气弯流换气的优点是结构简单、管理方便。

缺点是扫气空气流动路线长且弯曲,流动损失大,新气和废气容易掺混,缸内存有扫气死角,残留废气较多,换气质量较差,近年来已被直流换气所取代4、 直流换气(uniflow scavenging)结构:它的换气是由上下的进、排气儿完成的,故称气孔式直流换气的二冲程柴油机进、排气孔的开启和关闭分别由上、下活塞控制工作时,两个活塞在气缸内作相对运动,燃烧室位于中部,两个活塞通过连杆与上、下曲轴连接,两曲轴通过齿轮轮连接,从一处对外输出有效功优缺点:排气干净,换气质量好;缸套下部受热均匀不易变形;可通过调整排气阀定时使排气阀及时关闭,避免扫气口关闭后的过后排气损失,相反可以实现排气阀关闭后的少量充气(称为“过后充气”)这种换气型式的主要缺点是排气阀机构比较复杂,管理维修麻烦,但该种型式应用较多四、二冲程柴油机的应用范围:现在二冲程柴油机基本用作大型船机,其它行业已很少使用船用柴油机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力五、优缺点1.优点(1) 动力比四冲程柴油机好,因为它的压缩比比四冲程柴油机高而且废气排放要好2)二冲程机因为比四冲程机减少了2个冲程,所以效率要比四冲程机高3)二冲程机多采用十字头结构,因为活塞行程长,同样功率所需要的爆炸压力更低,对燃烧室部件机械要求降低。

4)活塞行程长,冲击减小,震动减少5)扭矩的均匀性比四冲程柴油机好,因为它曲轴转一转完成一个工作循环6) 回转较均匀(7) 结构较简单2.缺点(1)二冲程柴油机油耗大,因为它的燃油利用率要低些,有相当一部分的油气没有燃烧或燃烧不充分就被排放出去,所以尾气中的碳氢化合物比四冲程的高好几倍2)二冲程机器启动所需要的缸数多3)扫气过程时间短,扫气不如四冲程机完全,造成对增压器的依赖4)二冲程柴油机的活塞、气缸盖、气缸、气阀的温度都比四冲程柴油机高许多5)换气质量差、热效率低(6)热负荷较高。

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