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二沖程柴油機的工作原理是什麽?

二沖程柴油機的工作原理在四沖程柴油機中,活塞需要四個沖程來完成壹個工作循環,其中兩個沖程(進氣和排氣)相當於壹個氣泵。在二沖程柴油機中,曲軸旋轉壹周,即活塞每兩個沖程完成壹個工作循環,進排氣過程由壓縮和做功過程的壹部分完成,所以二沖程柴油機的活塞沒有氣泵的作用。為了排出燃燒後的廢氣,並使氣缸充滿新鮮空氣,必須在柴油發動機上安裝壹個專用的掃氣泵(增壓器)。下面的動畫是配有氣門DC通風的二沖程柴油機的工作原理圖。該發動機的結構主要有以下特點:(1)進氣口2布置在氣缸下部,其高度約為活塞行程的10 ~ 20%。進氣口的開啟和關閉由在氣缸內運動的活塞控制;

(2)排氣門安裝在氣缸蓋上,由凸輪軸驅動,保證曲軸轉動時排氣門開壹次;

(3)掃氣泵3由發動機通過傳動齒輪驅動,將吸入的空氣壓縮到PK = 0.123 ~ 0.13 MPa,送入氣缸周圍的儲氣室1,用於排除氣缸內的廢氣,補充新鮮空氣。

二沖程發動機的工作原理如下:

第壹個沖程-活塞從下止點移動到上止點。

當活塞處於下止點時,排氣門和進氣口已經打開,儲氣室L中的壓縮空氣將進入氣缸,沖向排氣門,排氣門將排出廢氣,使氣缸內充滿新的空氣。當活塞從下止點運動到上止點時,進氣口首先被活塞關閉,然後排氣門關閉。空氣在氣缸中被壓縮。

第二沖程-活塞從上止點移動到下止點。

在活塞到達上止點之前,噴油器將燃油噴入燃燒室。壓縮空氣產生的高溫立即點燃霧化的燃油,燃燒產生的壓力向下推動活塞,直到排氣閥再次打開。在內外壓差的作用下,燃燒後的廢氣自行從排氣閥排出。當活塞打開進氣口時,掃氣過程在氣缸中進行。曲軸每旋轉壹周,活塞就要做兩個沖程來完成壹個循環,所以稱為二沖程柴油機。

圖2-8顯示了二沖程柴油機的示功圖。其中A-K線為掃氣過程,K點為掃氣終點,取決於進排氣門的關閉時間。有些型號的排氣閥和進氣口同時關閉。壹些排氣門提前關閉。線k-c是壓縮過程,點C’是開始向氣缸噴射燃料的時間。在二沖程中,c-m線為膨脹過程,其中c-z線為燃料燃燒壓力急劇上升的階段,Z點為最高燃燒壓力點,M點為排氣門開始開啟的時刻。此時,燃燒產物將通過排氣閥和排氣管從氣缸排入大氣,壓力迅速下降,如m-n線所示。當缸內壓力與儲氣室壓力大致相等時,進氣口會打開(點N),這時新鮮空氣要進入缸內掃氣,如n-a線所示。

根據二沖程柴油機的工作原理,掃氣時活塞不做有效功,活塞這部分的沖程容積Vn稱為損失容積,而活塞的實際工作容積為:且實際壓縮比為:

幾何壓縮比與四沖程柴油發動機相同:

掃氣過程中的容積損失通常用損失容積Vn與幾何工作容積Vh的比值來表示:

在二沖程柴油機中,y = 10 ~ 38%。

現代的四沖程和二沖程發動機在各個領域都有成功的應用,並且都有各自的特點。船用大型低速彎木機壹般采用二沖程發動機,中高速彎木機多采用四沖程發動機。

在相同的氣缸尺寸和轉速下,二沖程發動機的功率要比四沖程發動機提高壹倍,但實際上,由於掃氣容積損失、充氣時間短、排氣難排除以及需要消耗壹部分功率來驅動掃氣,二沖程發動機的功率只提高了60 ~ 70%左右。二沖程發動機的另壹個優點是扭矩均勻性比四沖程發動機好,因為曲軸旋轉壹周完成壹個工作循環。

掃氣時間短是二沖程發動機的壹大缺點。此外,二沖程發動機的活塞、氣缸蓋、氣缸和氣門的溫度高於四沖程發動機。

在二沖程柴油機中,根據氣缸內氣流的不同流動路線,還有其他的通風方式。它們廣泛應用於船用柴油機。簡要介紹如下:

1.孔式直流通風柴油機

如下圖左圖所示,對置活塞柴油機稱為噴水孔DC通風二沖程柴油機,因為它的通風是由上、下進氣門和排氣門完成的。進氣孔和排氣孔的打開和關閉分別由上活塞和下活塞控制。工作時,兩個活塞在氣缸內相對運動,燃燒室位於中間,兩個活塞通過連桿與上下曲軸連接,兩個曲軸通過齒輪連接,從壹處輸出有效功。

2.具有橫流通風的二沖程柴油機

上圖是這款柴油發動機的示意圖。它的進、排氣孔分別設在正氣缸下部的兩側,它們的開關由活塞控制。為了保證先自由排氣,排氣孔的上緣壹般高於進氣口的上緣。

3.具有回流通風的二沖程柴油機

如上圖右圖所示,這款柴油機的特點是進排氣孔布置在氣缸下部的同側,排氣孔位於進氣口的上方。通風時,空氣從向上傾斜的進氣口流入,通過活塞頂部向上推動廢氣,在氣缸蓋底部向下轉向,最後從傾斜的排氣孔排出。因為通風時氣流方向是彎曲的,所以稱為回流通風二沖程柴油機。這種柴油機比直流氣門柴油機簡單,但換氣質量差。

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