四冲程柴油发电机工作特点与组成简图

　　摘要：柴油发电机在工作机理上与柴油发电机十分相似。大多数柴油发电机是四冲程的，但也有二冲程的柴油发电机组成的。由于柴油发电机的特性，它经常被用于那些需要较大载荷和转矩的发电机组上。四冲程柴油发电机上有许多零配件与典型的柴油发电机相同。柴油发电机有活塞、气门、曲轴、燃油装置、冷却机构、起动和充电机构，以及污染控制机构。由于柴油发电机用于较大负载，这些机构比柴油发电机上的更加结实，更加强劲。柴油发电机与柴油发电机之间的一个较大差别是柴油发电机的压缩比偏高外，柴油喷射系统使用的是高压喷射，而柴油发电机使用的是低压燃油喷射装置。

　　      柴油发电机是一种压缩发火的往复式内燃机。它的基础工作机理是使燃油直接在发电机的气江中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而主成过热高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞云动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。柴油发电机必须经过进气乌鲁木齐康明斯发电机、压缩、燃烧（膨胀）和排气四个步骤才能完成了一个作业循环。然舌不断重复进行这些步骤，使柴油发电机连续作业。

　　      进气冲程如图1（a）所示。活塞在主轴带动下，从上止点移动到下止点，这时进气门打开，排气门关闭。由于汽缸内容积增大，使汽缸内的压力低于大气压江津康明斯发电机，在汽缸内外压力差的用途下，外界新鲜空气通过进气门吸入气缸。因为进气系统有阻力，空气进入汽缸后的压力低于大气压力。进气终了时汽缸内的压力约为0.8～0.9大气压。气缸内空气的温度则高于大气温度，通常温度在40℃～70℃。

　　      进气流程对柴油发电机作业危害很大，进气冲程结束时，汽缸内充气量越多沉阳康明斯发电机，可以喷入的燃油量也越多，燃烧步骤放出的能量就越多，柴油发电机发出的容量就越大。

　　      压缩冲程如图1（b）所示。活塞从下止点移动到上止点，进、排烟门都处于关闭状态，活塞便逐渐将第一冲程吸入的空气压缩在燃烧室内，使空气的温度和压力升高。压缩终了时，汽缸内空气温度约在500℃～700℃范围内，压力为27～49个大气压。

　　      做功冲程如图1（c）所示。活塞从上止点移动到下止点，进、排气门仍然关闭。在压缩冲程接近终了时，喷油咀将高压燃油喷入气缸与高温高压空气混合，因为超过柴油自燃点温度，便自行着火燃烧，产生大量热能，使汽缸内温度和压力急剧升高。过热高压气体推动活塞下移，经连杆带动主轴旋转，对外做功。这一冲程最高燃烧压力约为60～90个大气压，温度最高可达1700℃～2000℃。随着膨胀功能的进行，热能变成了机械能，气缸内气体的压力、温度急剧下降，到膨胀终了时，汽缸内的压力已下降到四个大气压，温度降到600℃～900℃。

　　      排烟冲程如图1（d）所示。活塞从下止点移动到上止点，此时进气门关闭，排烟门打开。膨胀终了的气体已失去做功的能力，变成了废气。为了使新鲜空气重新进入气缸就必须解决废气。废气经活塞上行的排挤压，经排烟门排出缸外。排气终了时，气缸内的压力约为1.03～1.08大气压，温度约为350℃～600℃。

　　      当排烟终了时，活塞又回到上止点，至此，单缸四冲程柴油发电机完成了一个作业循环。主轴在这一工作循环中转动两圈，即720（曲轴转角），活塞则经过四个冲程：进、压、工、排。该当指出，以上讲的是理论康明斯油机的工作程序，但实际康明斯油机作业流程很复杂，进、排烟门并不在上、下止点时打开或关闭，而是进气门在上止点前打开，下止点后关闭；排烟门在下止点前打开，上止点后关闭，这里不再解述。

　　      从上述四个工作过程中可以看出，只有第程全是辅助步骤，是需要消耗能量的，这个问题在单缸柴油发电机上是利用飞轮储存的能量来处理，在多缸柴油发电机上则详细靠其他缸的做功冲程来供给。作业循环开始时（即柴油发电机启动时），需要用外力先使主轴转动，完成辅助步骤，使柴油发电机起动，柴油发电机才能正常运转，即四个作业步骤依次不断地重复出现。图2为四冲程柴油发电机内部运转简单演示图。

　　      四冲程柴油发电机三维侧视图如图3所示，结构构造如图4所示。

　　      具体由气缸盖、汽缸套、缸体、机座、主轴承等结构柴油发电机本体和运动件的支承，并和有关运动部件配合结构柴油发电机的工作空间。

　　      主要由活塞、活塞销、连杆，连杆螺栓、主轴等构造。它们与固定部件配合完成空气压缩及热能到机械能的转换。

　　（1）进气装置具体由空气过滤器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和凸轮轴传动机构等所结构，用来在规定的时间内向气缸内充入足够的新鲜空气。

　　（2）排烟系统主要由排烟阀、气阀弹簧、摇臂、顶杆、凸轮轴和传动装置以及排烟管、排气消音器等构造。用来在规定时间内将气缸内作功后的废气排入大气。

　　      包括提供和喷射两个机构。前者由日用油柜、柴油滤清器，输油泵等构造，后者由喷油器、高压油管和喷油泵组成。其功能是供给柴油发电机燃烧作功所需的燃油。

　　      详细作用是润滑摩擦表面，以减小机件的损伤，延长使用年限，减少摩擦容量损失，提高机械效率。

　　      主要功用是维持柴油发电机受热零配件在合适的温度状态下作业。

　　      柴油发电机本身无自行启动能力。起动机构的任务就是使柴油发电机从停机状态发动起来。

　　      调速装置的作用是使柴油发电机能按外界阻力矩的变化而自动改变喷油泵的喷油量，从而使柴油发电机在选型转速下稳定运转。此外，发电机组柴油发电机还设有换向设备，并将启动、调速、换向和停机集中控制构造操纵系统。多数柴油发电机还设有增压装置，用于进一步增强柴油发电机作功能力。

　　      表1中给出了四冲程柴油发电机和柴油发电机之间的一般比较：

　　（3）柴油发电机中空气和燃油的混合点在化油器处或由喷油器完成，而柴油发电机的混合点在上止点（TDC）附近或稍前一点。

　　（5）柴油发电机在做功冲程发生大约460 psi的压力，而柴油发电机在做功冲程发生的压力接近1200 psi。柴油发电机产生的能量比柴油发电机更大。

　　（6）柴油发电机的排气温度远远高于柴油发电机，因为在排气冲程仍然有部分柴油在燃烧。柴油发电机的废气中一氧化碳的含量也很高。

　　（7）柴油发电机的一个主要缺陷是氮氧化物（NOx）的排放量大。由于内部温度偏高，与柴油发电机相比，柴油发电机会出现更多的氮氧化物。氮氧化物被认为是温室效应气体（引起大气温度稍稍升高，使康明斯发电机公司的环境变得像温室一样的气体），氮氧化物也是导致光化学烟雾的具体气体之一，尽管发动制度造商在不断改善，减小排放。

　　（8）柴油发电机的效率比柴油发电机大约高10％。原因是柴油发电机的压缩比更高，并且1gal的柴油中含有的能量比1gal的柴油更高。

　　      以上探讨的是单缸四冲程内燃机的作业过程。根据功率和组成的需要，容量较大的内燃机都选取多缸。选取较多的是2缸、4缸、6缸内燃机，甚至有12缸的。多缸内燃机各气缸中所进行的工作程序，完全与单缸内燃机相同，但各气缸的做功过程并不同时进行，而是按一定的顺序和间隔交替进行，而且多缸内燃机曲轴每转两转各缸都做功一次。这种多缸内燃机曲轴每旋转两转时，做功次数比单缸内燃机多。因此，多缸内燃机的运行比较均匀，其飞轮的尺寸和质量做得比单缸内燃机的要小。