内燃机车柴油机讲义.ppt
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1、铁道技术学院作息时间铁道技术学院作息时间上午上午:第一节课第一节课 08:10-08:55第二节课第二节课 09:05-09:50课间操:课间操:9:50-10:20 第三节课第三节课 10:20-11:05第四节课第四节课 11:15-12:00中午:中午:午餐午餐 11:50午休午休 12:00-13:30下午下午:预备预备 13:20第五节课第五节课 13:30-14:10第六节课第六节课 14:25-15:10第七节课第七节课 15:20-16:05第八节课第八节课 16:15-17:00第一讲第一讲 内燃机车柴油机的基本原理内燃机车柴油机的基本原理一、发动机的概述一、发动机的概述(一
2、)欧洲工业革命(一)欧洲工业革命1、动力革命、动力革命工业化步伐日益发展,生产力的快速提高,现有的机械动力越来越不适应社会的需求,人们在不断地寻求新的更大的更好的动力来为各行各业服务。那么一场动力革命的浪潮就自然而然地在欧洲掀起了。理由:理由:原有的蒸汽机作为动力太差人意笨重、复杂、功力小、体积大、效率低、内燃机:内燃机:重量轻、体积小、功率大、效率高、操作简便等优点,受到人们的器重,内燃机的快速发展也就在情理之中。2、内燃机诞生、内燃机诞生(1)设想过程、理论上的准备、(图纸设计、数据计算、工装设备设计等)技术上准备(技术人员培养、各种人才的培养、机械设备的安装、各种设备使用与调试)不断探索
3、、反复试验、批量生产。(2)1878年英国工程师噢托制造以煤气为燃料,电火花点燃的四冲程内燃机,人们把他的发明称为发动机的里程碑。(3)1898年德国工程师鲁道夫狄塞尔创造了世界上第一台往复活塞压燃式内燃机。(4)与蒸汽机作为动力相比较有明显优越性。内燃机的广泛应用:工农业生产的动力、陆海空交通运输、军事工业等,都广泛使用内燃机作为动力的。(1)柴 油 机 讲 义柴 油 机 讲 义(5)发动机的定义:将某一种能量转变为机械能而驱动别的机械作功的机器,称为发动机或动力装置(动力机械)。热力、风力、水力、太阳能及原子能等动力装置。外然机、内燃机的定义外然机、内燃机的定义外然机:外然机:指把燃料(煤
4、、油、天然气)在锅炉内燃烧后,再将蒸汽送到汽缸内膨胀作功的机器叫外燃机。内燃机:内燃机:指将燃料(柴油、汽油、煤气、天然气等)直接送到气缸内膨胀作功的机器叫内燃机。3、柴油机的广泛用途、柴油机的广泛用途柴油机诞生后由于它的优越性凸显,被广泛地应用在各个领域中。(1)蓬勃发展的交通业:水(内河运输、海上运输业飞速发展)陆交通。(2)大力促进工、农业的生产发展。(3)矿山、筑路、城市建设等。(4)军事工业大发展。舰艇、潜艇、坦克、各种装甲车辆等。(二)机车柴油机的发展(二)机车柴油机的发展1、20世纪初柴油机首先在船上应用。2、1912年瑞士苏尔寿公司制造736kw (2)柴 油 机 讲 义机车柴
5、油机在普鲁士铁路上投入运营。3、一战后1913年美、苏制造一些内燃机车,但为了备战很快就停产。4、二战后,美国和西方经济逐渐复苏,铁路运输业为了适应经济发展,内燃机车 的制造也达到了迅速发展。5、50年代单机功率7001500 kw。6、60年代单机功率3000kw以上。7、现在单机功率5000kw以上。(三)中国柴油机发展(三)中国柴油机发展1、1940年旧中国才向国外购买图纸生产部门220kw(到300马力)柴油机,年产量不到8000千瓦。2、新中国成立后,1958年开始研制,59年开始生产方式736kw(约定1000马力)的内燃机车。70年代后可以制造业2200 3000kw的干线机车。
6、现在也可以制造5000马力以上的内燃机车,完全可以和国外机车相媲美。二、柴油机的主要特点二、柴油机的主要特点1、工作热效率高,具有显著的节能效果、工作热效率高,具有显著的节能效果()柴油机的工作热效率一般在3641,最佳可达50。()汽油机的工作热效率一般在30%()燃汽轮机的工作热效率一般在3035。()蒸汽机的工作热效率一般在16;而蒸汽机车的总效率更低69;内燃机车则达到2735是其4倍多。(3)、功率和转速范围宽广,能适应各种、功率和转速范围宽广,能适应各种不同用途不同用途。()输出功率能从0,59kw40440kw之间。()标定转速在8501600n/h内()同时品种繁多,用途广泛。
7、、结构紧凑和轻巧,适应水、陆交、结构紧凑和轻巧,适应水、陆交通工具的动力装置通工具的动力装置()体积有小到大部分。0.15到二、三层楼那么高。机车用的一般在23m,宽在m左右。()单位气缸容积所作的功率在本世纪内1321km。、启动迅速,操纵简便、启动迅速,操纵简便()能在较短的时间内完成启动任务,并且能够达到全负荷运转。()操作简便,安全可靠。()设有多功能的安全保护装置。()可以自动化操作。、燃料、机油和冷却水的消耗量少、燃料、机油和冷却水的消耗量少()内燃机车一般只装备kl左右的燃油箱。()冬、夏使用的燃油型号不一样。()机油一般是在一定的走行公里后才补加,但日常上下班是要检查油位,防止
8、滑油漏泄而伤害运动件。(4)柴 油 机 讲 义、对燃料要求苛刻,同时排放废气和产、对燃料要求苛刻,同时排放废气和产生的噪音对环境有一定的污染。生的噪音对环境有一定的污染。三、柴油机的基础知识三、柴油机的基础知识机车柴油机是一种往复式活塞,压燃式内燃机。通过活塞在活塞在气缸内作上下往复运动,由连杆、曲轴机构将活塞的往运动转变成旋转运动,作为功率输出。其功率大小通常是用千瓦或马力来表示:千瓦:千瓦:所谓千瓦是单位时间内作功的叫功率。马力:马力:而马力则是指在1秒钟内作75kg米的功。1kw1.3马力 (5 5)()水需处理后才用,损耗也不大,一般跑完一、二个往返才补充水,但是日常上下班是要检查水位
9、,防止水损耗过大而导致运动件过热。、使用可靠,工作寿命长、使用可靠,工作寿命长()一般是按机车走完多少万公里来衡量(轮、架、大修来定)。()柴油机一般使用寿命在1500030000h之间。或者80160万公里。()机车采用新工艺后,运营里程越来越长,使用寿命也在增加。因此,机车的使用也就效率越来越高。、结构复杂、零部件加工、装配、运用、结构复杂、零部件加工、装配、运用、及维修技术要求高。及维修技术要求高。柴 油 机 讲 义柴 油 机 讲 义(一)柴油机的术语(一)柴油机的术语气缸气缸 是柴油机燃油燃烧作功功场所缸径缸径 也是活塞的公称直径上下止点(死点)上下止点(死点)活塞在气缸内运动上下极端
10、的位置。活塞行程活塞行程(S)上下止点间的距离。也叫活塞冲程。气缸容积气缸容积(Vmin)活塞顶到达上止点时与气缸壁、气缸头三者所构成的有效空间,气缸最小容积或压缩容积。工质工质 气缸内的工作介质。参与燃烧、吸热并推动活塞膨胀作功的气体。压缩比压缩比 气缸的总几与压缩容积之比。工作循环工作循环 完成一次能量转换过程叫做工作循环。二冲程柴油机二冲程柴油机 活塞二次冲程及曲轴旋转一周就完成一次工作循环(能量转换),我们就称之为二冲程柴油机。四冲程柴油机四冲程柴油机 活塞往复四次冲程及曲轴旋转二周,完成一个工作循环,就叫做四冲程柴油机.(二)柴油机的工作原理(二)柴油机的工作原理1、进气冲程、进气冲
11、程A、活塞由上止点向下止运行。B、理论上进、排气阀的开启与关闭。C、内低外高气压关系。(6)D、活塞与曲柄运行和旋转关系。E、进、排气阀提前开启与迟后关闭意义。2、压缩冲程、压缩冲程A、进、派气阀关闭。B、活塞由下止点向上止点运行开始压缩新鲜空气。C、到达上止点时压缩容积最小25003500KPa。D、同时温度将上升达7801000度左右。E、理论活塞到达上止点时喷射燃油,即刻燃烧。(气缸头表面每压力平方厘米的高温、高压达16t)3、燃烧、膨胀作功冲程、燃烧、膨胀作功冲程A、在上止点附近提前供油点火燃烧B、供油提前角的设计意义,太早与太迟的问题。C、最高压力每平方厘米1620t。D、燃烧高温达
12、二千多度。E、高温、高压的燃气推动活塞下行作功,达下止点。4、排气冲程、排气冲程A、当活塞下行到下止点前,排气阀打开B、迅速排出的残余高温、高压气体,继续作功,带动增压气涡轮工作。(7)柴 油 机 讲 义C、当活塞越过上止点后,上行将气缸内残气排出。D、当活塞上行到上止点前某点时进气阀开启,为下一个工作循环做准备。E、在这个时刻进、排气阀同时开启,进气压力大于废气,将残余废气迅速吹走。(通 常叫作扫气)(三)曲轴转角与配气相位图(三)曲轴转角与配气相位图通常是将曲轴的转角按360在坐标系中来划分每个活塞冲程的行程与曲轴转角的相互关系。曲轴转角曲轴转角 连杆传动使活塞的往复运动与曲轴的转动是相对
13、应的。因此,通常把四冲程柴油机曲柄旋转轨迹(0720转角)描述活塞在气缸运动的轨迹。配气相位图配气相位图 坐标图解形式描述活塞在气缸中上、下止点间的运动位置,并在坐标系中以曲轴转角,按进、排气门启闭位置绘制的图叫配气相位图。四冲程柴油机理论上讲:四冲程柴油机理论上讲:第一冲程:活塞从上止点行到下止点就是曲轴0180(这叫进气冲程)第二冲程:活塞从下止点行到上止点就是曲轴180360(这叫压缩冲程)第三冲程:活塞从上止点行到下止点就是曲轴360540(这叫作功冲程)第四冲程:活塞从下止点行到上止点就是曲轴540720(这叫排气冲程)(8)柴 油 机 讲 义柴 油 机 讲 义排出废气,尔后越过下止
14、点向上止点运行,再越过上止点42时关闭。(活塞运行290)此时当活塞快上止点前42时,进气门又提前打开了,为下一个工作循环作准备。这里又有一个进气门开到派气门关闭的84的重叠角,1.92.0公斤压力新鲜空气迅速吹往废气集流管,使气缸内充入新的空气。凸凸轮轴的工作的工作过程程四冲程柴油机完成一个工作循环需要曲轴的两个周期而凸轮轴配合工作则只需要转一周就可以完成进气、压缩(含供油)、作功、排气的所有工作过程。(9)实际上(以实际上(以16V240为例为例)进气时进气时:活塞在离开上止点前半场42左右打开。而到下止点迟后备干部42时关闭,曲轴转264。压缩时:活塞在进气门关后开始到上止点也就是曲轴转
15、角的136。由于燃油从喷入到高温点燃需要时间即曲轴的转角,故必须在上止点前边21时喷油。作功作功时:最高压力和最高温度是在活塞离开上止点某角10左右是最佳点,这就是作功开始,活塞下行到下止点前段时间42时排气门打开,剩余的高温、高压迅速涌向集流管继续作功。(活在行程135)排气排气时:活塞在下止点前段时间42就打开二冲程柴油机理论上讲:二冲程柴油机理论上讲:第一冲程:第一冲程:活塞从下止点往上止点运行时,越过下止点某个曲轴转角时进、排气阀关闭,随着活塞的上行,活塞顶边缘封闭进排气门,开始压缩空气,在上止点前某个角度喷射燃油点火燃烧,然后到达上止点。就是曲轴0180(这叫进气、压缩冲程)第二冲程
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