德國奔馳MTU柴油發(fā)動(dòng)機的結構與原理簡(jiǎn)介

一：德國奔馳MTU柴油機功率的標定

MTU柴油發(fā)電機組是由內燃機和同步發(fā)電機組合而成的。內燃機允許使用的最大功率受零部件的機械負荷和熱負荷的限制,因此,需規定允許連續運轉的最大功率,稱(chēng)為標定功率。

內燃機不能超過(guò)標定功率使用,否則會(huì )縮短其使用壽命,甚至可能造成事故。

德國奔馳MTU柴油機的標定功率

國家標準規定,在內燃機銘牌上的標定功率分為下列四類(lèi)：

 (1)15分鐘功率。即內燃機允許連續運轉15分鐘的最大有效功率。是短時(shí)間內可能超負荷運轉和要求具有加速性能的標定功率,如汽車(chē)、摩托車(chē)等內燃機的標定功率。

 (2)1小時(shí)功率。即內燃機允許連續運轉1小時(shí)的最大有效功率。如輪式拖拉機、機車(chē)、船舶等內燃機的標定功率。

 (3)12小時(shí)功率。即內燃機允許連續運轉12小時(shí)的最大有效功率。如電站機組、工程機械用的內燃機標定功率。

 (4)持續功率。即內燃機允許長(cháng)時(shí)間連續運轉的最大有效功率。

對于一臺機組,柴油機輸出的功率是指它的曲軸輸出的機械功率。根據規定,電站用柴油機的功率標定為12小時(shí)功率。即柴油機在大氣壓力為101．325kPa,環(huán)境氣溫為20℃,相對濕度為50％標準工況下,柴油機以額定轉速連續12小時(shí)正常運轉時(shí),達到的有效功率,用Ne表示。

一般進(jìn)口柴油機,其功率分為主用功率和備用功率,兩者功率之比為0．91：1,相當于我國12小時(shí)功率和1小時(shí)功率之分。

柴油機是內燃機的一種類(lèi)型,是現代廣泛應用的發(fā)動(dòng)機之一。它是將柴油噴射到汽缸內與空氣混合燃燒得到熱能轉變?yōu)闄C械能的熱力發(fā)動(dòng)機。目前,通信和其他國民經(jīng)濟部門(mén)的自備電站主要依靠它作動(dòng)力帶動(dòng)同步交流發(fā)電機發(fā)電。當市電停電時(shí),依靠該機組發(fā)電,提供交流電源,保證通信設備或其他電器的用電。本章就MTU柴油發(fā)電機組柴油機的結構和原理分別進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

二：德國奔馳MTU柴油機的總體結構與型號命名規則

柴油機是實(shí)現熱能轉變?yōu)闄C械能的動(dòng)力設備,它由下述基本部分組成：

總體結構

1．首先欲得到熱能,這就必須提供一定數量的燃料,送進(jìn)燃燒室與空氣充分混合燃燒產(chǎn)生熱量,因此,必須有燃料系統。它包括柴油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵和噴油嘴等零部件。

2．為了將得到的熱能轉變?yōu)闄C械能,需要通過(guò)曲軸連桿機構來(lái)完成。此機構主要由汽缸體、曲軸箱、汽缸蓋、活塞、活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸和飛輪等零件構成。當燃料在燃燒室內著(zhù)火燃燒時(shí),由于燃氣的膨脹作用在活塞頂部產(chǎn)生壓力,推動(dòng)活塞作直線(xiàn)的往復運動(dòng),借助連桿轉變曲軸旋轉力矩,使曲軸帶動(dòng)工作機械(負荷)作功。

3．對于一臺設備要連續實(shí)現熱能轉變?yōu)闄C械能,還必須配備一套配氣機構來(lái)保證定期吸入新鮮空氣,排出燃燒后的廢氣。此機構由進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、凸輪軸及驅動(dòng)零件等組成。

4．為了減少柴油機的摩擦損失,保證各零部件的正常溫度,柴油機必須有潤滑系統和冷卻系統。潤滑系統應由機油泵、機油濾清器和潤滑油道組成。冷卻系統血由水泵、散熱器、節溫器、風(fēng)扇和水套等部件組成。

5．為了使柴油機能迅速啟動(dòng),還需配置啟動(dòng)裝置,對柴油機啟動(dòng)進(jìn)行控制。根據不同的啟動(dòng)方法,啟動(dòng)裝置配備的零部件,通常采用電動(dòng)馬達或氣動(dòng)馬達啟動(dòng),對于大功率的機組,則采用壓縮空氣啟動(dòng)。

柴油機總體結構一般包括上述幾大系統,但由于汽缸數、汽缸排列方式和冷卻方式的不同,因此,各種機型在結構上略有差異。德國奔馳MTU柴油機的基本結構,如下圖所示。

德國奔馳MTU發(fā)動(dòng)機型號命名規則：(以16V2000系列發(fā)動(dòng)機為例來(lái)說(shuō)明)

16V 2000 G22TD、16V 2000 G62TD、16V 2000 G22TB、16V 2000 G62TB型發(fā)動(dòng)機名稱(chēng)符號的含義：

16 = 氣缸數

V = V型

2000 = 每缸排量,單位cm³

G = 陸用發(fā)電動(dòng)力

2+6 = 應用段,頻率50赫茲

2 = 設計標志

TD = 空氣/空氣增壓空氣冷卻

TB = 外部增壓空氣冷卻

16V 2000 G42TD、16V 2000 G82TD、16V 2000 G42TB、16V 2000 G82TB型發(fā)動(dòng)機名稱(chēng)符號的含義：

16 = 氣缸數

V = V 型

2000 = 每缸排量,單位cm³

G = 陸用發(fā)電動(dòng)力

4+8 = 應用范圍,頻率60 赫茲

2 = 設計標志

TD = 空氣/空氣增壓空氣冷卻

TB = 外部增壓空氣冷卻

三：柴油機的常用名詞

德國奔馳MTU柴油發(fā)動(dòng)機工作循環(huán)

內燃機中熱能與機械能的轉化,是通過(guò)活塞在汽缸內工作,連續進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)過(guò)程來(lái)完成的。機器每進(jìn)行這樣一個(gè)過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)。在內燃機的一每個(gè)工作循環(huán)中,活塞在氣缸中作上下往復運動(dòng)二次,曲軸(飛輪)旋轉2周。

德國奔馳MTU上止點(diǎn)和下止點(diǎn)

柴油發(fā)動(dòng)機工作時(shí),活塞在氣缸中作上下往復運動(dòng),活塞所在的最高處和最低處即為上止點(diǎn)和下止點(diǎn)。

德國奔馳MTU活塞沖程

上、下止點(diǎn)之間的最小直線(xiàn)距離,稱(chēng)為柴油發(fā)動(dòng)機的沖程。曲軸與連桿大端的連接中心到曲軸的旋轉中心之間的最小直線(xiàn)距離稱(chēng)為曲柄的旋轉半徑。

德國奔馳MTU工作容積

活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的汽缸容積,稱(chēng)為柴油發(fā)動(dòng)機的工作容積(或稱(chēng)活塞排量)。

德國奔馳MTU壓縮比

活塞處于下止點(diǎn)時(shí)氣缸的容積,與活塞處于上止點(diǎn)時(shí)氣缸的容積之比,稱(chēng)為柴油發(fā)動(dòng)機的壓縮比。壓縮比越大。表明活塞運動(dòng)時(shí),氣體被壓縮得越厲害,其氣體的溫度和壓力就越高,內燃機的效率也越高。

四：四沖程柴油機的做功原理

柴油發(fā)動(dòng)機的工作過(guò)程其實(shí)跟汽油發(fā)動(dòng)機一樣的,每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程。但由于柴油機用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸發(fā),而其自燃溫度卻較汽油低,因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機不同。

在熱力過(guò)程中,只有在“工質(zhì)”膨脹過(guò)程才具有做功能力,而我們要求發(fā)動(dòng)機能連續不斷地產(chǎn)生機械功,就必須使工質(zhì)反復進(jìn)行膨脹。因此,必須設法使工質(zhì)重新恢復到初始狀態(tài),然后,再進(jìn)行膨脹。因此,柴油機必須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)熱力過(guò)程之后,才能恢復到起始狀態(tài),使柴油機連續不斷地產(chǎn)生機械功,故上述四個(gè)熱力過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)。

四沖程柴油機的工作原理與四沖程汽油機基本相同,是在活塞運動(dòng)四個(gè)沖程內,即活塞上下二次、曲軸旋轉2周,完成進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)過(guò)程。下圖為四沖程柴油機的工作循環(huán)原理示意圖。四個(gè)沖程的過(guò)程如下：

五：德國奔馳MTU發(fā)動(dòng)機排和缸的命名

發(fā)動(dòng)機排的命名總是按面向輸出端來(lái)觀(guān)察的。左排缸標識為A 排,右排缸標識為B 排（按照DIN ISO 1204 標準）。每排氣缸由輸出端起,從1 開(kāi)始連續編號。

發(fā)動(dòng)機的其它零部件也是由輸出端起,從1 開(kāi)始連續編號的。

六：德國奔馳MTU柴油機的燃油系統

德國奔馳MTU燃油系統概述：柴油機的燃油噴射系統是柴油機的控制中心或“心臟”。許多不同類(lèi)型的燃油噴射系統盡管設計或型號不同,其作用是按照柴油機工作過(guò)程的需要,將一定數量的柴油,在一定的時(shí)間內以一定的壓力使柴油霧化噴入汽缸,與壓縮空氣形成均勻的可燃混合氣而燃燒。

燃油噴射系統必須滿(mǎn)足下列要求：

1.      噴油應正時(shí)

2.      噴油量的計量(測定)

3.      燃油必須加壓

4.      燃油必須霧化

5.      燃油應按柴油機發(fā)火的次序進(jìn)行分配

6.      起始噴射和終止噴射的迅速控制

德國奔馳MTU傳統的機械調速器

傳統的機械調速器種類(lèi)很多,用于直列式油泵和噴油嘴系統、分配式油泵和噴油嘴系統等,有機械飛錘式或液壓式等。機械調速器的性能有很大的局限性,一般用于500KVA以下的小型發(fā)電機組。

德國奔馳MTU電子調速器

噴油的控制由電子調速器實(shí)現,但執行機構與傳統的機械調速器一樣,即油門(mén),齒條位置決定油門(mén)的大小。與傳統的機械調速器相比,電子調速器反應更靈敏、更精確、更多功能,可實(shí)現恒定轉速控制。

MTU柴油發(fā)動(dòng)機則采用更為先進(jìn)的、擁有微處理器的電子控制噴油調速系統,作為MDEC發(fā)動(dòng)機管理系統的一部分,我們將在下一章專(zhuān)門(mén)介紹。

七：德國奔馳MTU柴油機的配氣機構

MTU發(fā)動(dòng)機的配氣機構是實(shí)現發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣過(guò)程和排氣過(guò)程的控制機構。其作用是按照配氣正時(shí)的要求,在規定的時(shí)刻開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén),以保證汽缸排除廢氣,吸進(jìn)新鮮氣體,使工作循環(huán)不間斷地進(jìn)行。

氣門(mén)組件：氣門(mén)組件包括氣門(mén)、氣門(mén)導管、氣門(mén)彈簧和彈簧座及其鎖緊裝置等零件。

進(jìn)排氣系統

1.      進(jìn)氣系統和空氣濾清器

2.      排氣系統和消聲器

德國奔馳MTU渦輪增壓器

德國奔馳MTU渦輪增壓器結構和原理：禍輪增壓器由渦殼、噴嘴環(huán)、渦輪和轉子軸組成。徑流式渦輪增壓器工作時(shí),柴油機徘出的廢氣進(jìn)入增壓器的渦輪殼后,沿著(zhù)增壓器的轉子軸的軸線(xiàn)的垂直平面(即徑向)流動(dòng)。這是由于當氣流通過(guò)噴嘴時(shí),一部分壓能和熱能轉換為動(dòng)能,獲得高速氣流。由噴嘴環(huán)出來(lái)的高速氣流按一定方向流入葉輪,在葉輪中被迫沿著(zhù)彎曲通道改變流動(dòng)方向,在離心力的作用下,氣流質(zhì)點(diǎn)投向葉片凹面,壓力增加而相對速度降低；葉片凸面上則相對速度提高而壓力降低,因此,作用在葉片凹凸面上的氣流合力(即壓力差)在渦輪軸上形成推動(dòng)葉片旋轉的力矩,因而從葉輪流出的廢氣經(jīng)由渦輪中心沿軸排出。中型柴油機大多采用徑流式渦輪增壓器。

八：德國奔馳MTU柴油機的潤滑系統

柴油機運行時(shí),各運動(dòng)零件相對運動(dòng)表面之間必然會(huì )產(chǎn)生摩擦。對于金屬表面來(lái)說(shuō),若直接摩擦,其摩擦力是很大的,這不僅使柴油機的內部功率損耗增加,零件工作表面迅速磨損,而且由于摩擦時(shí)產(chǎn)生大量熱量,零件溫度極高,甚至可能使某些零件表面熔化,使柴油機無(wú)法工作。因此,凡是有相對運動(dòng)的零件必須加以潤滑,也就是在摩擦表面覆蓋一層潤滑油(俗稱(chēng)機油),使固體摩擦成為液體摩擦,以減小摩擦阻力,降低內部功率損耗,減輕機件磨損,延長(cháng)柴油機的使用壽命。柴油機的潤滑由潤滑系統不實(shí)現。

德國奔馳MTU潤滑系統的主要部件

1.    機油泵

2.    機油濾清裝置

3.    機油冷卻裝置

4.    低油壓自動(dòng)保護停機裝置

5.    指示裝置

九：德國奔馳MTU柴油機的冷卻系統

柴油機運行時(shí),燃油在燃燒室內燃燒產(chǎn)生大量的熱量,使汽缸內氣體溫度高達1800~2500℃,大約有三分之一左右的熱量被柴油機的零件所吸收,尤其直接與高溫氣體接觸的機件,如活塞、汽缸蓋、汽缸、氣門(mén)等機件強烈受熱,若不采取適當的冷卻措施,將會(huì )造成嚴重后果：受熱后的機件,溫度很高,強度下降,甚至燒壞變形,破壞正常的間隙,潤滑油也會(huì )因溫度升高而變稀,失去應有的潤滑作用,加劇運動(dòng)機件的磨損和變形,甚至引起潤滑油燃燒和機件的粘結,使柴油機無(wú)法繼續工作,因此,為保證柴油機正常運行,必須進(jìn)行冷卻。但是,由于柴油機是依靠壓燃方式工作的,需要有一定的汽缸溫度,才能使柴油充分燃燒,因此,柴油機的冷卻必須適度。若冷卻過(guò)度,一方面熱量散失過(guò)多,使轉變?yōu)橛杏霉Φ臒崃繙p少,另一方面溫度過(guò)低,不利于可燃混合氣的形成和燃燒。

由此可知,柴油機工作溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì )降低它的動(dòng)力性和經(jīng)濟性。冷卻系統的是保持柴油機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作,以獲得良好的經(jīng)濟性、動(dòng)力性和耐久性。

德國奔馳MTU水冷卻系統的主要部件

1.    水泵

2.    散熱水箱

3.    風(fēng)扇

4.    水溫調節與節溫器

5.    水溫表

6.    防凍液