柴油发电机组基本结构与工作原理柴油发电机组基本结构与工作原理 1柴油发动机总体结构 柴油机是内燃机的一种类型，是一种将燃料燃烧释放开来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等组成。柴油机总体结构一般来说包括上述几大系统，但由于气缸数、气缸排列方式和冷却方式等不同，因此，各种机型在结构上略有差异。 ① 热能，这就必须要提供少数的燃料，送进燃烧室与空气充分混合燃烧产生热量，因此，必须有燃料系统。它包括柴油箱、滤油器、喷油泵和喷油...
1柴油发动机总体结构 柴油机是内燃机的一种类型，是一种将燃料燃烧释放开来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等组成。柴油机总体结构一般来说包括上述几大系统，但由于气缸数、气缸排列方式和冷却方式等不同，因此，各种机型在结构上略有差异。 ① 热能，这就必须要提供少数的燃料，送进燃烧室与空气充分混合燃烧产生热量，因此，必须有燃料系统。它包括柴油箱、滤油器、喷油泵和喷油嘴等零部件。 ② 为了将得到的热能转变为机械能，一定要通过曲轴连杆机构来完成。此机构主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖、活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等零件构成。当燃料在燃烧室内着火燃烧时，由于燃气的膨胀作用在活塞顶部产生压力，推动活塞作直线的往复运动，借助连杆转变曲轴旋转，使曲轴带动工作机械（负荷）做功。 ③ 对于一台设备要连续实现热能转变为机械能，还必须配备一套配气机构来保证定期吸入新鲜空气，排出燃烧后的废气。此机构由进气门、排气门、凸轮轴及驱动零件等组成。 ④ 为了减少柴油机的摩擦损失，保证各零部件的正常温度，柴油机必须有润滑系统和冷却系统。润滑系统应由机油泵、机油滤清器和润滑油道组成。冷却系统应由水泵、散热器、节温器、风扇和水套等部件组成。 ⑤ 为了使柴油机能迅速启动，还需配置启动装置，对柴油机启动来控制。根据不同的启动方法，启动装置配备的零部件，一般会用电动马达或气动马达启动，对于大功率的机组，则采用压缩空气启动。 2内燃机的常用名词 ① 工作循环：内燃机中热能与机械能的转化，是通过活塞在气缸内工作，连续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成的。机器每进行这样一个过程称为一个工作循环。 ② 上止点和下止点 本图所示是单缸四冲程内燃机的位置图 当活塞在气缸中移动时，活塞顶处在气缸中的最高位置称为上止点（或称上死点）；活塞顶在气缸中的最低位置，称为下止点（或称下死点）。 活塞冲程：上、下止点之间的最小直线距离称为活塞冲程（或称行程），通常用S
示。曲轴与连杆大端的连接中心到曲轴的旋转中心之间的最小直线距离称为曲柄的旋转半径。 工作容积：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积，称为气缸工作容积（或称活塞排量）。 压缩比：新鲜气体吸入气缸后充满了整个气缸，即占有气缸总容积，而气缸总容积则包括燃烧室容积和气缸的工作容积。压缩比的大小，说明气缸内的空气（或混合气）经压缩后体积缩小的倍数，也表明气体被压缩的程度。压缩比越大，表明活塞运动时，气体被压缩得越厉害，其气体的温度和压力就越高，内燃机的效率也越高。 在热力过程中，只有在“工质”膨胀过程才具有做功能力，而我们
发动机能连续不断地产生机械功，就必须使工质反复进行膨胀。因此，必须设法使工质重新恢复到初始状态，然后，再进行膨胀。因此，柴油机一定要经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程之后，才能恢复到起始状态，使柴油机连续不断地产生机械功，故上述四个热力过程称为一个工作循环。若柴油机活塞走完四个冲程完成一个工作循环，称该机为四冲程柴油机。如果活塞走完二个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。目前，柴油发电机组配置的柴油机都是四冲程机。现以图2.2说明四冲程柴油机的工作过程。 四冲程柴油机的工作过程 进气冲程：进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力小于大气压力约68~93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入气缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。 压缩冲程：压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，气缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达（3000~5000）kPa ，温度达500~700℃，远超过柴油的自燃温度。 膨胀(做功)冲程：当活塞上行将终了时,喷油器开始将柴油喷入气缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，气缸内的压力迅速上升到约6000~9000kPa，温度高达（1800~2200）℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。 排气冲程：排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到（800~900）℃，压力下降到（294~392）kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环，周而复始不断对外做功。 4、调速器的分类 调速器的作用是在柴油机工作转速范围内，能随着柴油机外界负荷的变化而自动调节供油量，以保持柴油 转速基本稳定。对于柴油机而言，改变供油量只需转动喷油泵的柱塞即可。随着供油量加大，柴油机的功率和转矩都相应增加，反之则减少。 柴油发电机组的负载是经常变化的，这就要求柴油机输出的功率也要经常变化，而供电的频率要求稳定，这就需要柴油机工作时的转速保持稳定。所以在柴油发电机组的柴油机上一定得安装调速机构。调速器一般应包括两个部分：感应元件和执行机构。按照调速器工作原理的不同，可分为机械式调速器、电子调速器、电喷调速。 ① 机械式调速器 机械式调速系统靠以与柴油机对应的转速旋转的飞锤工作，飞锤在旋转时所产生的离心力可在机组转速发生明显的变化时自动调节油泵进油量的大小，进而达到自动调节机组转速的目的。图2.3为离心式全速调速器的原理示意图。移动操作手柄的位置即可改变弹簧的拉力，使摆杆上所受的拉力作用与推力作用处于新的平衡位置，同时，改变油泵齿条位置，使柴油机调整到所需要的转速，并能自动稳定在此转速下工作。 图 离心式全速调速器工作原理示意图 通常情况下,采用机械式调速系统的柴油发电机组的转速会随着负载量的增大而略有下降,转速的自动变化范围为±5% 。当机组带额定负载时，机组的转速大致为1500rpm的额定转速。 ②电子调速器 电子调速器是一个控制发动机转速的控制器。它的功能主要是：使发动机怠速保持在可设定的转速上；使发动机的工作转速保持在可预设的转速上而不受负载变化的影响。电子调速器主要由控制器、转速传感器、执行器三部分所组成：发动机转速传感器是一个可变磁阻的电磁体，它装在飞轮壳中飞轮齿圈的上方。当齿圈上的齿从电磁体下方通过时，就会感应产生交流电流（一个齿产生一个循环）。电子控制器将输入的信号与预设值作比较，然后把修正信号或是维持信号发送给执行器；控制器可进行多种调整，能调节怠速转速、运行转速、控制器的灵敏度和稳定度、启动燃油量、发动机转速加速度；执行器是一个电磁体，它将来自控制器的控制信号转换为控制作用力。控制器传送到执行器的控制信号通过一个连杆系传递给喷油泵的燃油控制齿条。 ③电喷调速 电喷机组是通过柴油机上的电子控制模块（ECU）对安装在发动机上一系列的传感器
到的柴油机各种信息来控制喷油器工作，调节喷油正时和喷油量，以使柴油机处于最佳工作状态。电喷调速的主要优点：通过对喷油器喷油正时、喷油量和高压喷射压力的电子化控制，可以使柴油机的机械性能达到最优；通过ECU精确控制喷油量，柴油机在正常工作时油耗下降，更经济；排放更低，符合EURO非公路内燃机排放标准；通过数据通讯线，可以与外部仪表板、专用诊断工具进行连接，安装更容易，增加了故障点的检测点，更便于故障排除。电喷柴油机管理系统的组成如图2.4所示： 图2.4电喷柴油机管理系统 说明：CIU指控制接口装置，如控制屏等；ECU指电子控制模块，ECU安装在柴油发动机上。
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