性能特點和作用說明

康明斯柴油發(fā)動機的主要機構(gòu)組成

 

摘要：柴油發(fā)動機主要由曲軸連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、進排氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)等部件組成，其原理是每個工作循環(huán)經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。康明斯目前是唯一獲得美國2002年10月以來新排放認(rèn)證的全系列發(fā)動機，并符合中國和歐洲第三階段排放認(rèn)證。康明斯柴油機憑借先進的設(shè)計技術(shù)，精良的制造工藝；產(chǎn)品具備極高可靠性、耐久性和良好的燃油經(jīng)濟性，滿足全球不同市場的需要。本文以康明斯發(fā)動機為藍本，詳細介紹了發(fā)電用柴油機的特點、工作原理及各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

 

一、康明斯柴油機類型和特性

 

1、發(fā)動機的類型與定義

      熱機是將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機械能的一種裝置，熱機包括外燃機和內(nèi)燃機。

（1）內(nèi)燃機：

      將燃料在機器內(nèi)部燃燒并且釋放出能量的機器叫做內(nèi)燃機。在往復(fù)式內(nèi)燃機中，由燃料燃燒后產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，是依靠曲軸連桿機構(gòu)的作用，將活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)它是由活塞、連桿和曲軸所組成，活塞在氣缸中作直線往復(fù)運動。工作時，連桿隨活塞移動，并隨曲軸的旋轉(zhuǎn)而擺動。

      而以柴油為燃料利用空氣在氣缸內(nèi)被壓縮產(chǎn)生的高溫高壓，使噴入氣缸的柴油自燃并且膨脹作功的內(nèi)燃機叫做柴油機，外形如圖1所示。

（2）外燃機：

      燃料在發(fā)動機的外部燃燒，發(fā)動機將這種燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成動能。蒸汽機就是一種典型的外燃機。當(dāng)大量的煤燃燒產(chǎn)生熱能把水加熱成大量的水蒸汽時，高壓便產(chǎn)生了，然后這種高壓又推動機械做功，從而完成了熱能向動能的轉(zhuǎn)變。 

2、康明斯發(fā)動機基本特點

      以NTA855系列康明斯柴油發(fā)動機為例，外形基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）直列、四沖程、直噴式發(fā)動機。

（2）每缸四氣門，閉式水冷卻系統(tǒng)。

（3）使用較高壓力的渦流增壓器。

（4）低的燃油輸送壓力(8kg/cm²)，高的噴油壓力(約1000kg/cm²)。

（5）整體式鍛壓曲軸和連桿，使發(fā)動機獲得了更好的耐久性。

（6）使用氟列加冷卻液添加劑，以提高發(fā)動機抗穴蝕能力。

（7）大量采用缸體內(nèi)部油道，使發(fā)動機更清潔。

（8）采用高品質(zhì)的空氣濾清器，確保發(fā)動機延長使用壽命。

（9）獨特的PT燃油系統(tǒng)。

① 高達1000kg/cm²的噴射壓力。

② 很低的燃油輸送壓力，減少燃油管路滲漏。

③ 良好的經(jīng)濟性與動力性的結(jié)合。

④ 優(yōu)秀的廢氣排放指標(biāo)。

（10）采用一次性使用的水濾器、燃油濾清器、機油濾清器，使發(fā)動機維護更方便、更可靠。

 

圖1  柴油發(fā)動機外形示意圖

圖2  康明斯柴油發(fā)動機外形后視圖

 

二、發(fā)動機工作原理

 

      對于往復(fù)活塞式發(fā)動機，凡活塞往復(fù)四次而完成一次工作循環(huán)的發(fā)動機稱為四沖程發(fā)動機。四沖程發(fā)動機的工作循環(huán)包括四個活塞行程，即進氣行程、壓縮行程、膨脹行程（作功行程）和排氣行程。

1、工作過程

（1）進氣沖程：

      在進氣沖程中，活塞下行，進氣門打開，排氣門關(guān)閉。新鮮的空氣進入燃燒室。康明斯發(fā)動機的進氣方式有：自然吸氣、增壓、增壓中冷、高增壓四種。通常采用的是增壓、增壓中冷和高增壓。

（2）壓縮沖程：

      在進氣沖程的終了，進氣門關(guān)閉，排氣門關(guān)閉，活塞開始上行，壓縮燃燒室里的空氣，使空氣的溫度升高到柴油的燃點溫度以上。壓縮比為：14.5一15.5。

（3）作功沖程：

      壓縮沖程接近終了時，由噴油器噴入適量的柴油并燃燒。燃燒后的膨脹氣體推動活塞向下運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)而輸出動力。這時，進氣門關(guān)閉，排氣門關(guān)閉。

（4）排氣沖程：

      在排氣沖程中，進氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運動。活塞迫使燃燒室中燃燒過的廢氣通過打開的排氣門口排到排氣歧管中，驅(qū)動增壓器后排入大氣中。

2、正常工作的影響因素

      發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)取決于兩點：首先是壓縮以供點火；其次是將適量的燃油在適當(dāng)?shù)臅r間噴入汽缸中。

 

      柴油機點火順序與曲柄排列有著緊密聯(lián)系，點火順序的選擇有很多，它決定曲軸的結(jié)構(gòu)形式。一般情況下，首先考慮發(fā)動機的夾角，然后再按照運轉(zhuǎn)的平衡要求決定曲柄排列方式，還要按照軸承的負(fù)荷、排氣管道等等方面來確定點火順序。通常，每列缸數(shù)為偶數(shù)的四沖程發(fā)動機采用360度間隔角度、左右列氣缸交叉式點火，例如康明斯NTA855系列直列式6缸發(fā)動機的點火順序是：1－5－3－6－2－4，如圖3所示。

3、曲軸與凸輪軸的傳動比

      四行程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，各缸的進、排氣門各開啟一次，即凸輪軸只轉(zhuǎn)一圈，所以曲軸與凸輪軸的傳動比為2：1。其中，進、排氣門位置如圖4所示。

 

圖3  N855康明斯發(fā)動機氣缸位置和點火順序

圖4  N855康明斯發(fā)動機進排氣門位置圖

 

三、柴油發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)

 

1、缸體與缸蓋

（1）氣缸體作用

      氣缸體的作用是支承發(fā)動機所有的運動件和各種附件。氣缸體內(nèi)設(shè)置有冷卻水道和潤滑油道，保證對高溫狀態(tài)下工作和高速運動的零件進行可靠的冷卻和潤滑。氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，氣缸的作用是引導(dǎo)活塞做往復(fù)運動，氣缸體下部的空間為上曲軸箱，用來安裝曲軸。

（2）氣缸蓋功能

① 構(gòu)成燃燒室的上部表面，并在壓縮和點火過程中密封燃燒室；

② 在氣門和噴油器周圍提供循環(huán)冷卻液；

③ 提供進排氣道和柴油進回油道；

④ 提供安裝氣門和噴油器的空間。

2、曲軸連桿機構(gòu)

      曲軸連桿機構(gòu)是柴油發(fā)電機的主要部件，包括活塞組件、連桿、曲軸、飛輪等，其功用是承受燃燒氣體的壓力，并將活塞在氣缸內(nèi)的直線運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，使柴油發(fā)電機輸出動力。

3、配氣機構(gòu)

      配氣機構(gòu)主要由氣門組和氣門傳動組組成，零件結(jié)構(gòu)如圖5所示。氣門組包括氣門及與之相關(guān)聯(lián)的零件；氣門傳動組是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件。它的功用是定時驅(qū)動氣門使其打開、關(guān)閉。

4、冷卻系統(tǒng)

      康明斯發(fā)動機冷卻系統(tǒng)由散熱器、水泵、汽缸體水道、汽缸蓋水道、出水管、 節(jié)溫器、水濾器、中冷器、機油冷卻器等構(gòu)成，如圖6所示。

（1）熱量產(chǎn)生：噴入柴油機燃燒的柴油，燃燒產(chǎn)生大量的熱量；

（2）熱量分配： 約三分之一通過活塞及連桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)換成機械能對外做工；約三分之一由排入大氣； 約三分之一冷卻系統(tǒng)散失；

（3）康明斯發(fā)動機冷卻方式屬循環(huán)水冷卻，其功能是儲存足夠的冷卻水、 構(gòu)成循環(huán)水流、控制發(fā)動機水溫、散失冷卻系統(tǒng)多余熱量等幾大作用。

（4）康明斯發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的特點:使用化學(xué)裝置（水濾器）對冷卻系統(tǒng)進行保護。

5、潤滑系統(tǒng)

      潤滑系統(tǒng)的功能將定量、潔凈、有適當(dāng)粘度的潤滑油輸送至各必要部位，它對柴油機的工作可靠性和耐久性有很重要的作用?？得魉拱l(fā)動機潤滑系統(tǒng)由機油盤、機油泵、機油冷卻器、冷卻活塞小噴嘴、機油管道、調(diào)壓閥、全流式機油濾清器、旁通濾清器等部件構(gòu)成。  

6、燃油供給系統(tǒng)

      流入各噴油器的燃油經(jīng)量孔而噴射至氣缸燃燒室中。而噴油器柱塞動作是由柴油機曲軸傳動齒輪凸輪軸、凸輪滾子、推桿挺桿及搖臂等桿系來完成的。噴射完成后，柱塞停動一段時間，此時一部分燃油經(jīng)噴油器循環(huán)回燃油箱，同時冷卻噴油器。因為供油量取決于供油壓力(Pressure)以及噴油時間(Time)。所以本燃油系統(tǒng)取其英文字母，縮寫稱為PT燃油系統(tǒng)。 柴油機供油系統(tǒng)的功能是根據(jù)柴油機的工作要求，定時、定量、定壓地將霧化質(zhì)量良好的柴油按一定的噴油規(guī)律噴入汽缸內(nèi)，并使其與空氣迅速良好地混合和燃燒，它工作的情況對柴油機的性能有重要影響。

7、進排氣系統(tǒng)

      進排氣系統(tǒng)的基本要求是盡可能多的向發(fā)動機提供清潔空氣，并盡可能徹底地排除燃燒的廢氣。主要由空氣濾清器、增壓器、中冷器、缸蓋進氣管路等組成。

8、啟動系統(tǒng)

      柴油發(fā)電機電源設(shè)備主要包括蓄電池和充電機、啟動馬達。

（1）蓄電池

      蓄電池的主要功用式在柴油發(fā)電機起動時給起動電機提供強大電流，并在柴油發(fā)電機停轉(zhuǎn)或發(fā)電機電壓較低時，向各用電設(shè)備供電。當(dāng)發(fā)電機高壓高于蓄電池電壓時，蓄電池將發(fā)電機的一部分電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來。

（2）充電機

      充電機在正常工作時，對所有的用電設(shè)備供電（除起動電機外），并向蓄電池充電以補充蓄電池在使用中所消耗的電能。

（3）起動電動機  

       起動電動機是柴油發(fā)電機電力起動的主要機件，采用串勵式勵磁方式，在柴油發(fā)電機起動時向其提供強大的起動轉(zhuǎn)矩，以利于柴油發(fā)電機迅速、可靠地起動。

 

圖5  柴油機配氣機構(gòu)零件圖

圖6  康明斯柴油機冷卻系統(tǒng)構(gòu)成

 

總結(jié)：

      擁有上百年悠久的歷史康明斯發(fā)動機公司，是世界上最大的獨立性的柴油發(fā)電機組整機制造商，其生產(chǎn)專業(yè)性、先進性和完整的成套技術(shù)在中國市場上是有目共睹的。此外，康明斯柴油機在使用過程中必須對以上所述的各系統(tǒng)部分予以充分重視，不可忽視任何一個部件，否則柴油發(fā)電機的正常工作將無法保證，造成電力供應(yīng)不穩(wěn)定性。要延長柴油機的使用周期，在使用過程中就要加強空氣濾清器、潤滑油濾清器和燃油濾清器的保養(yǎng)，充分發(fā)揮其作用。

----------------
以上信息來源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權(quán)，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉(zhuǎn)載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品資料，請電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問我們官網(wǎng)：http://