解惑柴油发电机的基本作业原理及过程图

把燃料燃烧时所放出的热能切换成机械能的机器称为热机。热机可分为外燃机和内燃机两类。燃料燃烧的热能通过其他介质转变为机械能的称为外燃机，如蒸汽机和汽轮机等；燃料在发电机气缸内部燃烧，工质被加热并膨胀做功，直接将所含的热能转变为机械能的称为内燃机，如柴油发电机、柴油机和燃气轮机等。其中以柴油发电机和柴油机运用较为广泛，通常所说的内燃机多指这两种发电机。

柴油发电机是将柴油直接喷射入气缸与空气混合燃烧得到热能，并将热能转变为机械能的热力发电机。其具体优势是：①热效率过高，其有效热效率可达46％，是所有热机中热效率过高的一种；②容量范围广，单机功率可从零点几千瓦到上万KW；③结构紧凑，品质较小，便于移动；④启动迅速，使用方便，并能在起动后很快达到全负载运行。

单缸往复活塞式柴油发电机结构示意图如图1所示，其具体由排烟门1、进气门2、汽缸盖3、气缸4、活塞5、活塞销6、连杆7和曲轴8等结构。汽缸4内装有活塞5，活塞通过活塞销6、连杆7与主轴8相连接。活塞在气缸内做上下往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜空气和排出废气，在汽缸盖上设有进气门2和排气门1。

④曲柄半径：曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离，用符号r表示，单位为mm。由图2-1可见，活塞行程S等于曲柄半径r的2倍，即

⑤汽缸作业容积：在一个气缸中，活塞从上止点到下止点所扫过的汽缸容积。用符号Vh表示，单位为L，则

⑥柴油发电机排气量：柴油发电机所有气缸作业容积的总和称为柴油发电机排气量，用VH表示，如果柴油发电机有i个汽缸，则柴油发电机排量

柴油发电机排气量表示柴油发电机的做作用力，在其他参数相同的前提下，柴油发电机排气量越大，则其所发出的功率就越大。

⑧汽缸总容积：当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积。用符号Va表示。它等于燃烧室容积Vc与汽缸工作容积Vh之和。即

压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的程度，也表明气体被压缩的程度柴油发电机一览表，一般柴油发电机的压缩比ε＝12～22。压缩比越大，活塞运动时，气体被压缩得越厉害，气体的温度和压力就越高，柴油发电机的效率也越高。

⑩工作循环：柴油发电机中热能与机械能的转化，是通过活塞在气缸内作业，持续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成的。每进行这样一个程序称为一个工作循环。如柴油发电机活塞走完四个冲程（主轴旋转两周）完成一个作业循环，称该机为四冲程柴油发电机；如活塞走完两个冲程（曲轴旋转一周）完成一个工作循环，称该机为二冲程柴油发电机。

①进气过程［如图2（a）所示］活塞从上止点向下止点移动，这时在配气系统的功能下进气门打开，排气门关闭。因为活塞下移，汽缸内容积增大，压力减少，新鲜空气经空气滤芯、进气管不断吸入汽缸。由于进气系统存在阻力，从而进气终了气缸内的气体压力低于大气压力p0（约78～91kPa），温度为320～340K。

②压缩步骤［如图2（b）所示］活塞由下止点向上止点运动，这时进、排气门关闭。气缸内容积不断降低，气体被压缩，其温度和压力不断提升。压缩终了时气体压力可达3～5MPa，温度高达750～1000K，为喷入气缸内的柴油蒸发、混合和燃烧创造条件。

③做功流程［如图2（c）所示］在压缩流程即将终了时柴油发电机厂家，喷油器将柴油以细小的油雾喷入气缸，在过热、高压和高速气流功能下很快蒸发，与空气混合，形成混合气。并在过热下自动着火燃烧，放出大量的热量，使汽缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的较大压力可达6～9MPa，较高温度可达1800～2000K。高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动，从而使主轴旋转对外做功。因为喷油和燃烧要连续一段时间，故而虽然活塞开始下移，但此时还有喷入的燃料继续燃烧放热，气缸内的压力并没有明显下降，随着活塞下移，气缸内的温度和压力才逐渐下降。做功过程结束时，压力约为0.2～0.5MPa。

④排烟步骤［如图2（d）所示］做功过程结束后，排气门打开，进气门关闭。活塞在主轴的带动下由下止点向上止点运动，燃烧过的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤，迅速从排气门排出。因为排烟系统有阻力，因此，排烟终了时，气缸内废气压力略高于大气压力。汽缸内残余废气的压力约为0.105～0.12MPa，温度约为700～900K。

活塞经过上述四个持续过程后，便完成了一个作业循环。当排烟过程结束后发电机组厂家，柴油发电机主轴依靠飞轮转动的惯性用途仍继续旋转，上述四个过程又重复进行。如此周而复始地进行一个又一个的作业循环，使柴油发电机连续不断地运行起来，并带动工作机械做功。

如图3所示为带有扫气泵的气门气孔式二冲程柴油发电机作业步骤示意图。这种类别的二冲程柴油发电机无进气门。气缸（汽缸套）壁上有一组进气孔3，由活塞的上下运动控制进气孔的开、闭，气缸盖上设有排气门5。空气由扫气泵1提高压力以后，经气缸外部的空气室2和汽缸壁上的进气孔3进入气缸，完成进气和扫气步骤。燃烧后的废气由气缸盖上的排烟门排出。其作业流程如下：

①第一行程 第一行程也称换气-压缩步骤。主轴带动活塞由下止点向上运动，这时进气孔和排烟门均打开［如图3（a）所示］，新鲜空气由扫气泵以高于大气压力送入气缸中，并把气缸中的残余废气从排烟门扫除。这种进、排烟同时进行的步骤称为“扫气流程”。活塞继续向上运动，当活塞越过进气孔后，进气孔被活塞关闭的同时配气系统也使排烟门关闭。故而气缸内的新鲜空气被压缩［如图2-3（b）所示］，一直进行到上止点。

②第二行程 第二行程也称膨胀-换气过程。活塞接近上止点时，喷油器开始喷油［如图3（c）所示］，被喷油嘴喷成的雾状柴油与发烫压缩空气相遇，便迅速燃烧。因为燃气压力的功用，推动活塞向下止点运动，经连杆带动曲轴旋转而输出动力。当活塞下行至某一时刻时排气门打开［如图3（d）所示］，做功后的废气由排烟门排出。活塞继续向下运动，随后进气孔打开，新鲜空气被扫气泵再次压入汽缸，开始“扫气步骤”。活塞一直运动到下止点，完成第二个作业行程。

①主轴每转一周就有一个做功步骤，因此，当二冲程柴油发电机工作容积和速度与四柴油发电机相同时，在理论上其容量应为四冲程柴油发电机容量的2倍。但因为结构上的关系，二冲程柴油发电机废气清除不彻底，并且换气过程降低了有效工作行程，因而在同样的作业容积和主轴速度下，二冲程柴油发电机的容量约为四冲程柴油发电机的1.5～1.7倍。

②二冲程柴油发电机因其主轴每转一周就有一个做功行程，在相同速度下作业循环次数多，故输出转矩均匀，运转平稳。

③大多数二冲程柴油发电机部分或全部采用气孔换气，配气机构简易。所以，二冲程柴油发电机组成简易，净重轻，使用维修方便。