柴油发电机原理包括进气、压缩、做功和排烟四大程序

摘要：以四冲程柴油发电机为例，对柴油发电机的工作原理进行讲解。柴油发电机工作行程分别称为进气步骤、压缩程序、燃烧和膨胀步骤、排烟流程。本文从柴油发电机原理、操作和结构条件，全面解惑工作流程中实际循环和理想循环存在的区别，并通过总述找到缩小这些差别的高效步骤。本文重点是压缩和膨胀程序陈述，难点是使用和组成条件是怎生影响多变指数变化的变化对终态参数的危害。

      柴油发电机作业机理活塞持续运行四个冲程（即主轴旋转两周）的流程中，完成一个作业循环（进气―压缩―燃烧和膨胀―排气）的柴油发电机。作业过程如图1所示。

      活塞在曲轴的带动下，从上止点移动到下止点，此时进气门打开，排气门关闭。由于汽缸内容积增大，汽缸内压力低于大气压。因此，新鲜空气通过吸气门进入汽缸。由于进气系统有阻力，空气进入汽缸后的压力低于大气压。进气结束时气缸内的压力约为0.8~0.9个大气压，温度在40、70℃。此流程结束时，汽缸内充其量越多，可以喷入的燃油量也越多，燃烧程序放出的能量就越多，柴油发电机发出的容量就越大。

（2）活塞在废气压力（Pr）膨胀推动下作正功，此时并未进入缸内；只有当压力降到小于P0时，新鲜空气才真正被吸入缸中。

（3）由于有进气阻力，于是进气终了压力PaPo，此时活塞克服进气阻力（△Pa=P0-Pa）作负功。

      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。此过程结束时，气缸内空气温度约在500~700℃，压力为27~49个大气压。第二阶段示功图如图3所示。

      前段为吸热（n1＞k），后段为放热（n1’k），只有在某一点（m点）才是n1’=k。它为多变指数（n1＜k）在随时发生变化的多变过程。

④ n1也希望提高，它具体受到热交换及工质泄漏的影响：传热量大，Tc↓，意味n1↓;同样，泄漏量大，Pc↓，也意味n1↓。

⑤ 减小传热量，提高n1的方法有：提升发电机转速（传热和泄漏的时间减少）;负载增加（水温高）、采用空冷；增大气缸直径（相对传热量和泄漏量将减少）。

⑥ 在进行热力计算时，其“多变指数”取平均多变指数进行计算（“平均多变指数”取得是否合理，其计算结果要与热力程序中的初、终态实际基本状态数据一致来决定）。

      燃烧流程目的是将化学能转变为热能，使工质温度和压力提升。

      因为前期喷出的燃油的燃烧，在接近容积不变的情形下发生，故而压力上升很快（即：为定容加热步骤），如图4所示。此后，功率延长变缓。由于喷油是连续的个流程，气体温度将进一步提高，虽然活塞已开始下行，容积开始扩大，但因温度增高的缘故，气体压力接近不变（即：存在定压加热的过程）。

      膨胀步骤目的是利用发热、高压的工质推动活塞下行对外作功，实现热功转换。

      如图5所示。前段继续吸热（补燃部分，n2’＜k），后段为放热（向水套放热，n2’＞k），只有在某一点才是n2’=k。它也为多变指数（n2’）在随时发生变化的多变过程。

      如：2H?+O?=2H?O，另外，还有漏气损失。

（4）在进行热力计算时，其“平均多变指数”取得合理与否，由计算结果与实际热力步骤中的初、终态基本状态参数是否一致来决定。

      工质吸热时，n2危害要素有：转速增加、混合气品质不良，均会使补燃增加，工质在膨胀期吸热量的增加，导致Pb、Tb增大，不良；工质放热时，n2影响条件有：漏气增加、汽缸直径减轻（相对散热面积增加）、表面上虽然能使Pb、Tb降低，但热能却被水套中的水或空气带走，也不良。

      活塞从下止点移动到上止点，此时进气门关闭，排气门打开。膨胀结束后，气缸内气体已失去做功的能力，称为废气。为了使新鲜空气重新进入气缸，需将废气排出。废气在活塞上行的排挤下，经过排气门到出缸外。排期结束时，汽缸内的压力约为1.03~1.08个大气压，温度约为350~600℃。排气步骤目的是将废气排出，以便更替新鲜工质。第四阶段示功图如图6所示。

      至此，活塞又回到上止点，四冲程柴油发电机完成一个作业循环，曲轴转动两圈。此外，实际情形下，柴油发电机的进、排气门动作的时间并非活塞移动到上、下止点，而是进气门在上止点前打开，下止点后关闭；排气门在下止点前打开，上止点后关闭。

      发电机是由曲柄连杆装置和配气系统两大装置，以及冷却、润滑、点火、燃料供给、启动装置等五大系统组成。详细部件有汽缸体、汽缸盖、活塞、活塞销、连杆、主轴、飞轮等，如图7所示。往复活塞式内燃机的作业腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。

      柴油发电机通常有多个气缸，每个气缸内都有活塞运动。汽缸通常由铸铁或铝合金制成，具有耐过热、耐高压的特点。

      在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与主轴相连，曲轴由汽缸体上的轴承支承，可在轴承内转动，构成曲柄连杆机构。活塞在气缸内作往复运动时，连杆推动曲轴旋转。反之，曲轴转动时，连杆轴颈在油底壳内作圆周运动，并通过连杆带动活塞在汽缸内上下移动。主轴每转一周，活塞上、下各运转一次，汽缸的容积在不断的由小变大，再由大变小，如此循环不已。模型构造如图8所示。

      柴油发电机的润滑系统主要包括曲轴箱、曲轴箱、主轴、连杆、活塞、汽缸等部分。润滑装置通过供应润滑油，降低零配件之间的摩擦，减少磨损。同时，还能冷却发电机，排除异物和有害残留物。

      柴油发电机的燃油系统具体由燃油箱、过滤器、柴油泵、喷油嘴等结构。燃油泵将柴油从燃油箱中抽取，通过滤清器进行过滤，然后将燃油喷射到汽缸中。喷油嘴将燃油雾化和喷射时间控制在适当范围内，以实现高效燃烧。

      柴油发电机的冷却装置详细由水泵、水箱、散热器等构成。冷却系统通过将冷却水循环引流，吸热并冷却发电机。这有助于保持发电机在正常工作温度范围内，防范偏热和烧坏。

      柴油发电机的起动系统通常由起动电机、齿轮传动系统和起动电路结构。当系统通过起动电路时，起动电机将转动发生的动力传递给齿轮传动装置，使发电机开始旋转，从而实现启动。

      柴油发电机的作业机理可以总结为压缩、喷油、燃烧和排烟四个基础程序。与柴油机相比，柴油发电机的燃烧步骤更加复杂，具体有以下特征：

       柴油发电机的压缩比通常比柴油机高得多，这是为了提高燃烧效率。高压缩比使得柴油在压缩冲程中达到过热高压状态，有利于燃烧步骤的进行。

      柴油的自燃点比柴油高，因此在发烫高压环境下，柴油可以自行燃烧，无需点火系统。这也是柴油发电机与柴油机的一个详细区别。

      因为柴油发电机的压缩比高，燃烧温度高，热效率一般比柴油机高。这使得柴油发电机在燃料利用率方面更加有效，节能环保。

      柴油发电机的燃烧流程相对较长，燃烧持续时间长，燃烧流程平稳。这使得柴油发电机的动力输出相对平稳，实用用于大容量和大功率输出的应用场景。

      柴油发电机的作业原理是通过压缩冲程、燃烧冲程、排烟冲程和进气冲程四个冲程循环完成的。柴油燃料在高温高压因素下燃烧发生的气体推动活塞运动，通过连杆和主轴将活塞的往复运动转化为旋转运动，从而驱动发电机发生电能。柴油发电机的作业机理涉及到压缩比、点火系统、主轴和冷却装置等关键因素。通过合理布置和优化这些因素，可以提升柴油发电机的功率和燃油利用率，实现更高效的供电。在这个步骤中，柴油发电机的燃烧效率一般比柴油发电机更高，也更节能。同时，柴油发电机的组成相对简单，可靠性过高，因此在大型发电机组运用中广泛操作。