德國奔馳MTU柴油發(fā)動機的結(jié)構(gòu)與原理簡介

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(nèi)燃機和同步發(fā)電機組合而成的。內(nèi)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(guī)定允許連續(xù)運轉(zhuǎn)的最大功率,稱為標定功率。

內(nèi)燃機不能超過標定功率使用,否則會縮短其使用壽命,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(guī)定,在內(nèi)燃機銘牌上的標定功率分為下列四類：

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

 (2)1小時功率。即內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)1小時的最大有效功率。如輪式拖拉機、機車、船舶等內(nèi)燃機的標定功率。

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

 (4)持續(xù)功率。即內(nèi)燃機允許長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)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(jù)規(guī)定,電站用柴油機的功率標定為12小時功率。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(zhuǎn)速連續(xù)12小時正常運轉(zhuǎn)時,達到的有效功率,用Ne表示。

一般進口柴油機,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小時功率和1小時功率之分。

柴油機是內(nèi)燃機的一種類型,是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的發(fā)動機之一。它是將柴油噴射到汽缸內(nèi)與空氣混合燃燒得到熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的熱力發(fā)動機。目前,通信和其他國民經(jīng)濟部門的自備電站主要依靠它作動力帶動同步交流發(fā)電機發(fā)電。當市電停電時,依靠該機組發(fā)電,提供交流電源,保證通信設(shè)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(jié)構(gòu)和原理分別進行簡單的介紹。

二：德國奔馳MTU柴油機的總體結(jié)構(gòu)與型號命名規(guī)則

柴油機是實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的動力設(shè)備,它由下述基本部分組成：

總體結(jié)構(gòu)

1．首先欲得到熱能,這就必須提供一定數(shù)量的燃料,送進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(tǒng)。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(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,需要通過曲軸連桿機構(gòu)來完成。此機構(gòu)主要由汽缸體、曲軸箱、汽缸蓋、活塞、活塞銷、連桿、曲軸和飛輪等零件構(gòu)成。當燃料在燃燒室內(nèi)著火燃燒時,由于燃氣的膨脹作用在活塞頂部產(chǎn)生壓力,推動活塞作直線的往復(fù)運動,借助連桿轉(zhuǎn)變曲軸旋轉(zhuǎn)力矩,使曲軸帶動工作機械(負荷)作功。

3．對于一臺設(shè)備要連續(xù)實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,還必須配備一套配氣機構(gòu)來保證定期吸入新鮮空氣,排出燃燒后的廢氣。此機構(gòu)由進氣門、排氣門、凸輪軸及驅(qū)動零件等組成。

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(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)應(yīng)由機油泵、機油濾清器和潤滑油道組成。冷卻系統(tǒng)血由水泵、散熱器、節(jié)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,還需配置啟動裝置,對柴油機啟動進行控制。根據(jù)不同的啟動方法,啟動裝置配備的零部件,通常采用電動馬達或氣動馬達啟動,對于大功率的機組,則采用壓縮空氣啟動。

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

德國奔馳MTU發(fā)動機型號命名規(guī)則：(以16V2000系列發(fā)動機為例來說明)

16V 2000 G22TD、16V 2000 G62TD、16V 2000 G22TB、16V 2000 G62TB型發(fā)動機名稱符號的含義：

16 = 氣缸數(shù)

V = V型

2000 = 每缸排量,單位cm³

G = 陸用發(fā)電動力

2+6 = 應(yīng)用段,頻率50赫茲

2 = 設(shè)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)動機名稱符號的含義：

16 = 氣缸數(shù)

V = V 型

2000 = 每缸排量,單位cm³

G = 陸用發(fā)電動力

4+8 = 應(yīng)用范圍,頻率60 赫茲

2 = 設(shè)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)動機工作循環(huán)

內(nèi)燃機中熱能與機械能的轉(zhuǎn)化,是通過活塞在汽缸內(nèi)工作,連續(xù)進行進氣、壓縮、做功、排氣四個過程來完成的。機器每進行這樣一個過程稱為一個工作循環(huán)。在內(nèi)燃機的一每個工作循環(huán)中,活塞在氣缸中作上下往復(fù)運動二次,曲軸(飛輪)旋轉(zhuǎn)2周。

德國奔馳MTU上止點和下止點

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

德國奔馳MTU活塞沖程

上、下止點之間的最小直線距離,稱為柴油發(fā)動機的沖程。曲軸與連桿大端的連接中心到曲軸的旋轉(zhuǎn)中心之間的最小直線距離稱為曲柄的旋轉(zhuǎn)半徑。

德國奔馳MTU工作容積

活塞從上止點到下止點所掃過的汽缸容積,稱為柴油發(fā)動機的工作容積(或稱活塞排量)。

德國奔馳MTU壓縮比

活塞處于下止點時氣缸的容積,與活塞處于上止點時氣缸的容積之比,稱為柴油發(fā)動機的壓縮比。壓縮比越大。表明活塞運動時,氣體被壓縮得越厲害,其氣體的溫度和壓力就越高,內(nèi)燃機的效率也越高。

四：四沖程柴油機的做功原理

柴油發(fā)動機的工作過程其實跟汽油發(fā)動機一樣的,每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。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火方式都與汽油機不同。

在熱力過程中,只有在“工質(zhì)”膨脹過程才具有做功能力,而我們要求發(fā)動機能連續(xù)不斷地產(chǎn)生機械功,就必須使工質(zhì)反復(fù)進行膨脹。因此,必須設(shè)法使工質(zhì)重新恢復(fù)到初始狀態(tài),然后,再進行膨脹。因此,柴油機必須經(jīng)過進氣、壓縮、膨脹、排氣四個熱力過程之后,才能恢復(fù)到起始狀態(tài),使柴油機連續(xù)不斷地產(chǎn)生機械功,故上述四個熱力過程稱為一個工作循環(huán)。

四沖程柴油機的工作原理與四沖程汽油機基本相同,是在活塞運動四個沖程內(nèi),即活塞上下二次、曲軸旋轉(zhuǎn)2周,完成進氣、壓縮、膨脹、排氣四個過程。下圖為四沖程柴油機的工作循環(huán)原理示意圖。四個沖程的過程如下：

五：德國奔馳MTU發(fā)動機排和缸的命名

發(fā)動機排的命名總是按面向輸出端來觀察的。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 開始連續(xù)編號。

發(fā)動機的其它零部件也是由輸出端起,從1 開始連續(xù)編號的。

六：德國奔馳MTU柴油機的燃油系統(tǒng)

德國奔馳MTU燃油系統(tǒng)概述：柴油機的燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的控制中心或“心臟”。許多不同類型的燃油噴射系統(tǒng)盡管設(shè)計或型號不同,其作用是按照柴油機工作過程的需要,將一定數(shù)量的柴油,在一定的時間內(nèi)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(tǒng)必須滿足下列要求：

1.      噴油應(yīng)正時

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(yīng)按柴油機發(fā)火的次序進行分配

6.      起始噴射和終止噴射的迅速控制

德國奔馳MTU傳統(tǒng)的機械調(diào)速器

傳統(tǒng)的機械調(diào)速器種類很多,用于直列式油泵和噴油嘴系統(tǒng)、分配式油泵和噴油嘴系統(tǒng)等,有機械飛錘式或液壓式等。機械調(diào)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(diào)速器

噴油的控制由電子調(diào)速器實現(xiàn),但執(zhí)行機構(gòu)與傳統(tǒng)的機械調(diào)速器一樣,即油門,齒條位置決定油門的大小。與傳統(tǒng)的機械調(diào)速器相比,電子調(diào)速器反應(yīng)更靈敏、更精確、更多功能,可實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)速控制。

MTU柴油發(fā)動機則采用更為先進的、擁有微處理器的電子控制噴油調(diào)速系統(tǒng),作為MDEC發(fā)動機管理系統(tǒng)的一部分,我們將在下一章專門介紹。

七：德國奔馳MTU柴油機的配氣機構(gòu)

MTU發(fā)動機的配氣機構(gòu)是實現(xiàn)發(fā)動機進氣過程和排氣過程的控制機構(gòu)。其作用是按照配氣正時的要求,在規(guī)定的時刻開啟和關(guān)閉進、排氣門,以保證汽缸排除廢氣,吸進新鮮氣體,使工作循環(huán)不間斷地進行。

氣門組件：氣門組件包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧和彈簧座及其鎖緊裝置等零件。

進排氣系統(tǒng)

1.      進氣系統(tǒng)和空氣濾清器

2.      排氣系統(tǒng)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(jié)構(gòu)和原理：禍輪增壓器由渦殼、噴嘴環(huán)、渦輪和轉(zhuǎn)子軸組成。徑流式渦輪增壓器工作時,柴油機徘出的廢氣進入增壓器的渦輪殼后,沿著增壓器的轉(zhuǎn)子軸的軸線的垂直平面(即徑向)流動。這是由于當氣流通過噴嘴時,一部分壓能和熱能轉(zhuǎn)換為動能,獲得高速氣流。由噴嘴環(huán)出來的高速氣流按一定方向流入葉輪,在葉輪中被迫沿著彎曲通道改變流動方向,在離心力的作用下,氣流質(zhì)點投向葉片凹面,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葉片旋轉(zhuǎn)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(tǒng)

柴油機運行時,各運動零件相對運動表面之間必然會產(chǎn)生摩擦。對于金屬表面來說,若直接摩擦,其摩擦力是很大的,這不僅使柴油機的內(nèi)部功率損耗增加,零件工作表面迅速磨損,而且由于摩擦?xí)r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,使柴油機無法工作。因此,凡是有相對運動的零件必須加以潤滑,也就是在摩擦表面覆蓋一層潤滑油(俗稱機油),使固體摩擦成為液體摩擦,以減小摩擦阻力,降低內(nèi)部功率損耗,減輕機件磨損,延長柴油機的使用壽命。柴油機的潤滑由潤滑系統(tǒng)不實現(xiàn)。

德國奔馳MTU潤滑系統(tǒng)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(tǒng)

柴油機運行時,燃油在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量的熱量,使汽缸內(nèi)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、氣門等機件強烈受熱,若不采取適當?shù)睦鋮s措施,將會造成嚴重后果：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,潤滑油也會因溫度升高而變稀,失去應(yīng)有的潤滑作用,加劇運動機件的磨損和變形,甚至引起潤滑油燃燒和機件的粘結(jié),使柴油機無法繼續(xù)工作,因此,為保證柴油機正常運行,必須進行冷卻。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。若冷卻過度,一方面熱量散失過多,使轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃繙p少,另一方面溫度過低,不利于可燃混合氣的形成和燃燒。

由此可知,柴油機工作溫度過高或過低都會降低它的動力性和經(jīng)濟性。冷卻系統(tǒng)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、動力性和耐久性。

德國奔馳MTU水冷卻系統(tǒng)的主要部件

1.    水泵

2.    散熱水箱

3.    風(fēng)扇

4.    水溫調(diào)節(jié)與節(jié)溫器

5.    水溫表

6.    防凍液