柴油機(jī)基本知識(濰柴動力).ppt

柴油機(jī)基本知識,濰柴動力股份有限公司,WD615柴油機(jī),柴油機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過程,燃料的化學(xué)能,氣體壓力能,機(jī)械能,一、基本概念,1.什么是柴油機(jī)？,柴油機(jī)是以柴油為燃料的將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力裝置。,2.什么叫活塞的死點(diǎn)（或止點(diǎn)）？什么是上死點(diǎn)和下死點(diǎn)？什么是活塞的沖程（行程）？,上死點(diǎn),下死點(diǎn),活塞行程S,曲軸回轉(zhuǎn)中心,曲柄半徑R,活塞行程S,曲柄半徑R,=,2,曲軸旋轉(zhuǎn)時，活塞所能到達(dá)的兩個極限位置稱作活塞的死點(diǎn)；距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的稱作活塞的上死點(diǎn)；距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的稱作活塞的下死點(diǎn)；上下死點(diǎn)之間的距離稱作活塞的沖程（行程）。,3.什么是氣缸壓縮容積？工作容積？氣缸總?cè)莘e？什么是柴油機(jī)的總排量？,壓縮容積Vc,工作容積Vs,氣缸總?cè)莘eVa,活塞位于上死點(diǎn)時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作壓縮容積；活塞從上死點(diǎn)移到下死點(diǎn)所掃過的容積稱作工作容積；活塞位于下死點(diǎn)時其頂部與氣缸蓋底部之間的氣缸容積稱作氣缸總?cè)莘e；所有氣缸的工作容積之和稱為柴油機(jī)的排量。,氣缸壓縮容積、工作容積、氣缸總?cè)莘e和總排量之間的關(guān)系：,氣缸總?cè)莘eVa,=,壓縮容積Vc,+,工作容積Vs,柴油機(jī)排量Va,=,氣缸數(shù),工作容積Vs,L,按沖程數(shù)分：有四沖程和二沖程。四沖程：曲軸旋轉(zhuǎn)兩周完成一個工作循環(huán)。二沖程：曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)。按氣缸排列方式分：有直列式、V型、W型和星型排列等。按氣缸數(shù)分：有單缸機(jī)和多缸機(jī)（二缸和二缸以上的）。,二、柴油機(jī)分類,按進(jìn)氣方式：有自然吸氣、增壓和增壓中冷。按冷卻介質(zhì)分：有水冷和風(fēng)冷柴油機(jī)。按轉(zhuǎn)速分：有高速機(jī)、中速機(jī)和低速機(jī)。轉(zhuǎn)速：n1000r/min高速機(jī)600r/minn1000r/min中速機(jī)n600r/min低速機(jī)按用途分：固定用柴油機(jī)和移動式柴油機(jī)。,三、柴油機(jī)主要性能指,主要性能,動力性能,經(jīng)濟(jì)性能,可靠性,排放性能,維修性能,轉(zhuǎn)速,功率,動力性能指標(biāo),扭矩,動力性能指標(biāo)是用來表征做功能力大小的指標(biāo)。,功率：在單位時間內(nèi)柴油機(jī)對外輸出的有效功，單位為kW。轉(zhuǎn)速：柴油機(jī)曲軸每分鐘所轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，單位為r/min。扭矩：柴油機(jī)對外輸出的有效扭矩轉(zhuǎn)動力矩，單位為NmPe=Men/9550(kW),動力性能指標(biāo)是滿足用戶的配套需求。,經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo),機(jī)油消耗率,有效熱效率,經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)表征柴油機(jī)的工作使用成本。,燃油消耗率,有效熱效率：燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換成有效功的百分?jǐn)?shù)。燃油消耗率：柴油機(jī)單位時間、單位功率所消耗的燃油量，單位為g/(kWh)。機(jī)油消耗率：柴油機(jī)單位時間、單位功率所消耗的機(jī)油量，單位為g/(kWh)。以上指標(biāo)是發(fā)動機(jī)在臺架試驗(yàn)中測量考核的指標(biāo)，與用戶的實(shí)際情況存在差異，影響的因素也較復(fù)雜。,四、四沖程柴油機(jī)基本工作原理,柴油機(jī)一個工作循環(huán)由四個工作沖程組成，即：進(jìn)氣沖程壓縮沖程做功沖程排氣沖程柴油機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)是由無限個工作循環(huán)構(gòu)成。,在柴油機(jī)四個工作沖程中，只有燃燒做功沖程對外做功，其他三個沖程消耗能量。,吸氣沖程,壓縮沖程,做功沖程,排氣沖程,180CA,180CA,180CA,180CA,進(jìn)氣閥,排氣閥,進(jìn)氣沖程活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉。在柴油機(jī)進(jìn)氣沖程中，純凈空氣被吸入氣缸，為柴油燃燒提供氧氣。,壓縮沖程活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，進(jìn)氣閥和排氣閥全部關(guān)閉。柴油機(jī)壓縮比較大，壓縮終點(diǎn)時氣缸內(nèi)氣體壓力可高達(dá)35MPa，溫度可達(dá)310340K，為氣缸內(nèi)油氣混和與點(diǎn)火做好準(zhǔn)備。,做功沖程活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，進(jìn)氣閥和排氣閥同時關(guān)閉。壓縮沖程結(jié)束時噴入燃燒室內(nèi)的柴油，與高溫高壓氣體混和并燃燒。燃?xì)馐軣崤蛎?，推動活塞下移，對外做功?排氣沖程活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開。通過活塞將廢氣排出氣缸，為下一個工作循環(huán)做好準(zhǔn)備。,五、柴油機(jī)的基本組成,柴油機(jī)的基本組成,機(jī)體組件,曲柄連桿機(jī)構(gòu),配氣機(jī)構(gòu),燃油供給系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),啟動系統(tǒng),（一）機(jī)體組件【功能】各機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝備骨架，并作某些系統(tǒng)的組成部分。【組成】氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱、油底殼等零部件。,汽缸體,曲軸箱,WD615柴油機(jī)機(jī)體,（二）曲柄連桿機(jī)構(gòu)【功能】將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；曲軸飛輪組還承擔(dān)著柴油機(jī)功率輸出的功能。【組成】活塞組、連桿組、曲軸飛輪組。,WD615柴油機(jī)曲柄連桿,飛輪,曲軸,連桿,活塞,（三）配氣機(jī)構(gòu)【功能】定時向柴油機(jī)氣缸內(nèi)提供充足而干凈的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出氣缸體。【組成】進(jìn)、排氣門、搖臂、凸輪軸、正時齒輪、氣門挺桿、氣門彈簧等。,曲軸齒輪,凸輪軸齒輪,中間齒輪,噴油泵齒輪,機(jī)油泵齒輪,WD615柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)（一）,WD615柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)（二）,挺柱,凸輪軸,挺桿,排氣門,進(jìn)氣門,挺柱,排氣門搖臂,進(jìn)氣門搖臂,WD615柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)（三）,氣門調(diào)解螺釘,（四）燃油供給系統(tǒng)【功能】按照柴油機(jī)工作循環(huán)所規(guī)定的時間及柴油機(jī)負(fù)荷情況，向柴油機(jī)氣缸內(nèi)噴入適量的柴油。【組成】柴油箱、低壓油管、輸油泵、濾清器、高壓油泵、高壓油管及噴油器等零部件。,高壓油泵,柴濾器,高壓油管,噴油器,低壓油管,WD615柴油機(jī)燃油供給系,（五）潤滑系統(tǒng)【功能】將清潔的潤滑油以一定的壓力不間斷地送到柴油機(jī)各摩擦表面或高溫零件冷卻表面，以減少摩擦阻力和零件的磨損，并帶走摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量和金屬屑，以及高溫零件所吸收的熱量，保證柴油機(jī)長期可靠工作?！窘M成】滑油泵、滑油濾清器、滑油冷卻器和滑油管路等。,油底殼,機(jī)油泵,WD615柴油機(jī)潤滑系統(tǒng),機(jī)油濾清器,機(jī)油冷卻器,（六）冷卻系統(tǒng)【功能】對柴油機(jī)的高溫零件進(jìn)行適當(dāng)冷卻，以保證其正常的工作溫度，這也是保證柴油機(jī)長期可靠工作的必要條件之一?！窘M成】水泵、水箱、散熱器及節(jié)溫器和管路等。,水泵,節(jié)溫器,風(fēng)扇,進(jìn)水口,出水口,WD615柴油機(jī)冷卻系統(tǒng),出水管,（七）啟動系統(tǒng)【功能】為柴油機(jī)的啟動提供外部動力，并保證啟動的安全性和可靠性?！窘M成】電啟動方式：啟動鑰匙和開關(guān)，啟動電源，啟動線路和電動馬達(dá)等。,發(fā)電機(jī),起動機(jī),WD615柴油機(jī)起動系統(tǒng),（一）柴油機(jī)工況顧名思義，柴油機(jī)工況就是指柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行的工作狀況。表征內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行工況的參數(shù)可由下式給出：PeTtqn式中，Pe為有效功率，Ttq為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩，n為內(nèi)燃機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。,六、柴油機(jī)的基本特性,描述工況的三個參數(shù)只有兩個是獨(dú)立變量，換句話說，當(dāng)其中任意兩個參數(shù)固定之后，第三個參數(shù)就可以通過上式求出。比較常用的是用Ttq與n或者Pe與n兩組參數(shù)來表征內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的工況點(diǎn)。轉(zhuǎn)速n表示內(nèi)燃機(jī)工作過程進(jìn)行的速度快慢，而Ttq或者Pe說明內(nèi)燃機(jī)發(fā)出功率或承受負(fù)荷能力的大小。,（二）柴油機(jī)工況分類內(nèi)燃機(jī)的工作區(qū)域取決于內(nèi)燃機(jī)的用途。用途不同時，工作區(qū)域?qū)⒂泻艽蟮牟町悺Ｍǔ?nèi)燃機(jī)工況分為三類：第一類工況：特點(diǎn)是柴油機(jī)的功率變化時轉(zhuǎn)速幾乎保持不變。該工況又稱為固定式柴油機(jī)工況，如發(fā)電用內(nèi)燃機(jī)等。此工況屬線工況。灌溉用內(nèi)燃機(jī)，除啟動和過度工況外，在運(yùn)行過程中負(fù)荷與轉(zhuǎn)速基本均保持不變，稱為點(diǎn)工況。,第二類工況：其特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)作為船用主機(jī)驅(qū)動螺旋槳時，內(nèi)燃機(jī)所發(fā)出的功率必須螺旋槳吸收的功率相等，而吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速的高低，且與轉(zhuǎn)速成冪函數(shù)關(guān)系。這樣內(nèi)燃機(jī)功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進(jìn)工況，也屬于線工況。,第三類工況：其特點(diǎn)是功率和轉(zhuǎn)速都在較大范圍內(nèi)變化，它們之間沒有特定的關(guān)系。汽車及其他陸地運(yùn)輸用內(nèi)燃機(jī)，都屬于這種工況。此時，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于行駛速度，可以從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到一直變到最高轉(zhuǎn)速；負(fù)荷取決于行駛阻力，在同一轉(zhuǎn)速下，從零可以變到全負(fù)荷。內(nèi)燃機(jī)可能的工作區(qū)域就是該種類型內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作區(qū)域，相應(yīng)的工況區(qū)域稱為面工況。,（三）柴油機(jī)性能特性所謂柴油機(jī)特性，就是指柴油機(jī)各性能參數(shù)隨參數(shù)調(diào)整或運(yùn)轉(zhuǎn)工況變化的規(guī)律。性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況變化的特性稱為性能特性。用來表示特性的曲線叫特性曲線。,負(fù)荷特性-指轉(zhuǎn)速不變時，柴油機(jī)性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系，用曲線的形式表示出來就稱為負(fù)荷特性曲線。驅(qū)動發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等動力裝置的內(nèi)燃機(jī)，都是按照負(fù)荷特性運(yùn)行的。,速度特性-指柴油機(jī)在油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（油量調(diào)節(jié)齒條）保持不變的情況下，其主要性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。當(dāng)油量控制機(jī)構(gòu)在標(biāo)定位置時，測得的柴油機(jī)速度特性為全負(fù)荷速度特性，簡稱外特性；油量低于標(biāo)定位置時的速度特性，稱為部分負(fù)荷速度特性。,WD615T1-3A柴油機(jī)1850r/min負(fù)荷特性和外速度特性,柴油機(jī)負(fù)荷,燃油消耗率,由于外特性上反映了柴油機(jī)能夠達(dá)到的最高性能，確定了最大功率、最大扭矩以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，因而十分重要，所有的發(fā)動機(jī)出廠時都必須提供柴油機(jī)外特性。,萬有特性-柴油機(jī)幾個主要特性參數(shù)之間相互關(guān)系的綜合特性成為柴油機(jī)的萬有特性。從萬有特性上，可以清晰地了解到內(nèi)燃機(jī)在各種工況下的性能，很容易找出最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。在萬有特性圖上，最內(nèi)層的等燃油消耗率相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域，等值曲線越向外，經(jīng)濟(jì)性越差。,WD615T4柴油機(jī)萬有特性,等燃油消耗率曲線的形狀與位置對內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)性能有重要的影響。-如果該曲線的形狀在橫向上較長，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時，燃油消耗率變化較小。-如果曲線形狀在縱向較長，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化不大的情況下工作時，油耗率變化較小。,-對于汽車用內(nèi)燃機(jī)，最經(jīng)濟(jì)區(qū)域應(yīng)大致在萬有特性的中間位置，這樣常用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷就可以落在最經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)，并希望等燃油消耗率曲線在橫向較長。-對于拖拉機(jī)和工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)，其轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而負(fù)荷變化范圍較大，最經(jīng)濟(jì)區(qū)域應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速附近，并沿縱向較長。,濰柴企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合比油耗,產(chǎn)生背景,由于工程機(jī)械柴油機(jī)工況復(fù)雜，負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等變化頻繁，負(fù)荷特性、外特性及萬有特性并不能真實(shí)反映發(fā)動機(jī)在實(shí)際使用過程中的耗油量。為統(tǒng)一柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)和性能優(yōu)化時的依據(jù)，有必要建立一套柴油機(jī)按實(shí)際使用狀況下的綜合燃油消耗率耗的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。單位時間內(nèi)，柴油機(jī)按配套機(jī)械工作要求輸出所需動力消耗的燃油量成為綜合比油耗。,柴油機(jī)綜合比油耗的計(jì)算依據(jù),計(jì)算綜合比油耗必須考慮按配套主機(jī)對動力的要求。即考慮柴油機(jī)工作時的工況點(diǎn)和在該工況點(diǎn)的運(yùn)行時間長短兩因素的影響。實(shí)際上這兩項(xiàng)因素越按柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況細(xì)化，綜合比油耗結(jié)果越接近實(shí)際值。但由于工程機(jī)械作業(yè)情況的復(fù)雜性及匹配從動機(jī)的多樣性，實(shí)際上難以對上述兩影響因素具體進(jìn)行量化處理，只能用統(tǒng)計(jì)數(shù)字進(jìn)行概率計(jì)算。對工程機(jī)械用發(fā)動機(jī)，屬移動式非公路設(shè)備，目前較多采用GB/T8190.4-1999不同用途發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)循環(huán)C1循環(huán)工況號（右圖）代表使用狀況該標(biāo)準(zhǔn)是移動式非公路用發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的基礎(chǔ)，普遍為人們所接受。因此按實(shí)際運(yùn)行狀況計(jì)算的柴油機(jī)綜合比油耗也借用了這個標(biāo)準(zhǔn)。,柴油機(jī)綜合比油耗的計(jì)算、測量方法及要求,柴油機(jī)綜合比油耗測量方法即要求1.試驗(yàn)按工況順序號進(jìn)行2.燃油消耗量按質(zhì)量法測量，試驗(yàn)時間不少于30s，每個工況點(diǎn)測量三次，取平均值3.試驗(yàn)誤差控制：獨(dú)立試驗(yàn)時轉(zhuǎn)速5r/min;扭矩10Nm;4.對比試驗(yàn)，應(yīng)盡可能使各工況點(diǎn)保持一致，對無法調(diào)整的中間轉(zhuǎn)速50r/min.；各工況點(diǎn)扭矩30Nm,柴油機(jī)綜合比油耗計(jì)算公式gew=(Geiki)/(Neiki)式中代號含義：i:工況號1到8.gew：柴油機(jī)綜合燃油消耗率;g/kWhGei:柴油機(jī)各工況點(diǎn)時的小時耗油率；g/hki:柴油機(jī)各工況點(diǎn)的加權(quán)數(shù)，無量綱Nei：柴油機(jī)各工況點(diǎn)的功率；kW,WD615T1-3A柴油機(jī)綜合比測量實(shí)例,1下表是WD615T1-3A柴油機(jī)的C18工況數(shù)據(jù)計(jì)算WD615T1-3A柴油機(jī)的綜合燃油消耗率為223.7g/kWh。,