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【2017年整理】MTU柴油发动机的一般原理和构造

2019-08-20  wcc21cn

中高柴油发电机组培训资料—— 发动机 ZGPT

MTU柴油发动机的一般原理和构造

1. 简介

1.1发动机是将某种形式的能量转变为机械能的机器。

将热能转变为机械能的发动机,称为热力发动机,其中热能是由柴油燃料燃烧所产生的机器,称作柴油发动机。

图示为MTU 16V2000G.2TD发动机

1 调速器,发动机控制系统 10 机油盘 2 发动机冷却水出口 11 增压器回油管 3 中冷器后的增压空气进口1 12 曲轴箱 4 空气滤清器 13 燃油双联滤器(易更换滤器) 5 排气出口,A 14 充电发电机 6 增压器,A 15 发动机冷却水泵 7 至中冷器的增压空气进口1 16 发动机冷却水进口 8 发动机机脚 17 风扇传动装置 9 起动装置 18 发动机滑油热交换器

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中高柴油发电机组培训资料—— 发动机 ZGPT 柴油发动机的燃料是轻柴油,一般是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷入发动机气缸,在气缸内经均匀混合和压缩,在高温下自燃。这种发动机又称为压燃式发动机。

2. 四冲程柴油机工作原理

2.1四冲程柴油机每个工作循环经历进气、压缩、作功、排气四个行程。 柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。压缩行程终了时,柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上,通过喷油器喷入气缸,在很短时间内与压缩后的高温空气混合,形成可燃混合气。 由于柴油机压缩比高(一般为16~22),所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5~4.5MPa 同时温度高达750~1000K,大大超过柴油的自燃温度。故柴油喷入汽缸后,在很短的时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内气压急速上升到6~9MPa ,温度也升到2000~2500K。在高压气体推动下,活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功,废气经排气管排出。 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中,只有一个行程是作功的,其余三个行程则是作功的准备行程。

因此,在单缸发动机内,曲轴每转两周中只有半周是由于膨胀气体的作用使曲轴旋转,其余一周半则依靠飞轮惯性维持转动。显然,作功行程时,曲轴的转速比其他三个行程内曲轴转速要大,所以曲轴转速是不均匀的,因此发动机运转就不平稳。

在多缸四冲程发动机的每一个气缸内,所有的工作过程是相同的,并按上述同样的次序进行,但所有气缸的作功行程并不同时发生。例如在四气缸发动机内,曲轴每转半周便有一个气缸在作功,其平稳性也得到极大的提高。

3. 发动机的一般构造

发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代柴油发动机的机构型式很多。即使是同一类型的发动机,其具体构造也是各种各样的。

柴油发动机一般包括机体组、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、起动系。 4. 机体组

一般包括气缸盖、气缸体、油底壳。有的发动机将气缸体分铸成上下两部分,上部称为气缸体,下部称为曲轴箱。机体的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体,而且其本身的

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中高柴油发电机组培训资料—— 发动机 ZGPT 许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分。

4.1气缸体

水冷发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体,称作气缸体。上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔,称为气缸。下半部为支撑曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。为保证气缸表面能在高温下工作,气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔,称作水套,气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。作为发动机各个机构和系统的装配基体,气缸体本身应具有足够的刚度和强度。

单列式(直列式)发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置。其结构简单,加工容易,但长度和高度较大。

V型发动机缩短了发动机的长度和高度,增加了气缸体的刚度,重量也有所减轻,但加大了发动机宽度,且形状复杂,加工困难,一般多用于缸数多的大功率发动机。

4.2气缸盖

气缸盖的主要功用是封闭气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖上有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道等。在多缸发动机的一列中,只覆盖一个气缸的气缸盖,称作单体气缸盖。覆盖部分(两个以上)气缸的称作块状气缸盖。覆盖全部气缸的气缸盖称作整体气缸盖。

4.3油底壳

油底壳的主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。油底壳的形状决定于发动机的总体布置和机油的容量。在有些发动机上,为了加强油底壳内机油的散热,在壳的底部铸有相应的散热肋片。 5. 曲柄连杆机构

曲柄连杆机构的功用,是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩。以向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构的主要零件可以分成:活塞连杆组、曲轴飞轮组。

5.1活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。

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5.1.1活塞

活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力,并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖气缸壁共同组成燃烧室。活塞承受的气压力和惯性力是呈周期性变化的,因此,活塞的不同部分会受到交变得拉伸、压缩或弯曲载荷;并且由于活塞各部分的温度极不均匀,活塞内部将产生一定的热应力。所以要求活塞质量小,热膨胀系数小,导热性好和耐磨。

5.1.2活塞环

活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封,防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱,同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁,再由冷却水或冷空气带走。

油环用来刮除气缸壁上多余的机油,并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油膜,这样既可以防止机油串入气缸燃烧,又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。此外,油环也起到封气的辅助作用。

气环所起的作用主要是密封和导热,其中,主要是密封的作用。

总之,在高温、高压、高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环,是发动机所有零件中工作寿命最短的。当活塞环磨损到实效时,将出现发动机起动困难,功率不足,曲轴箱压力升高,通风系统严重冒烟,机油消耗增大,排气冒蓝烟,燃烧室、活塞等表面严重积碳等不良状况。

5.1.3活塞销

活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。 活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷,润滑条件较差,因而要求有足够的刚度和强度,表面耐磨,质量尽可能小。为此,活塞销通常做成空心圆柱体。

5.1.4连杆

连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴,并从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

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中高柴油发电机组培训资料—— 发动机 ZGPT 连杆由小头、杆身和大头(包括连杆盖)组成。

5.2曲轴飞轮组

曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。

5.2.1曲轴

曲轴的功用是承受连杆传来的力,同时受到旋转质量的离心力,周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用,使曲轴承受弯曲和扭转载荷,为保证工作可靠,因此要求曲轴具有足够的刚度和强度,各工作表面要耐磨且润滑良好。曲轴根据其使用情况有整体式和组合式多种结构。

5.2.2飞轮

飞轮是一个转动惯量很大的圆盘。其主要功用是将在作功行程中输入于曲轴的功的一部分贮存起来,用以在其他行程中克服阻力,带动曲柄连杆机构越过上、下止点,保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀,并使发动机有可能克服短时间的超载荷,又可作为发动机动力输出的传动部件。

为了在保证有足够的转动惯量的前提下,尽可能减小飞轮的质量,应使飞轮的大部分质量集中在轮缘上,因而轮缘通常做得宽而厚。

飞轮的外缘上压有齿环,可与起动机的驱动齿啮合,供起动发动机用。 飞轮上通常刻有第一缸发火正时记号,以便校准发火时间。

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