關(guān)注：
1 概述 以燃燒油料(汽油或柴油)的內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù),已有近百年的歷史。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,雖然以核能、燃煤、水力為能源的大型電站及其電力網(wǎng)的建設(shè)與普及日益完善。然而仍有一些電力網(wǎng)還未能到達(dá)或電力供給不太可靠的地區(qū),需要用油機(jī)發(fā)電機(jī)組為生活和設(shè)備提供電能。這就使它們以其自成一體，移動(dòng)、使用方便，發(fā)出與市電性質(zhì)一樣的電能，直接帶動(dòng)負(fù)荷、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)成為電力網(wǎng)的得力配角。 油機(jī)和發(fā)電機(jī)技術(shù)經(jīng)過不斷地采用新技術(shù),使其自身更加趨于完善和成熟。機(jī)組的輸出功率從0.5kVA到2500kVA,形成了系列化的產(chǎn)品,可滿足各方面的需要。通常以燃燒汽油的內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的發(fā)電機(jī)組稱為“汽油發(fā)電機(jī)組”。由于汽油內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn),使其適合組成的功率從0.5kVA到20kVA,輸出電壓以單相220V為主的發(fā)電機(jī)組。而以燃燒柴油的內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力構(gòu)成的“柴油發(fā)電機(jī)組”,以其特點(diǎn)可以組成功率30kVA至2500kVA,輸出電壓為三相380V的中、大型機(jī)組,作為后備電源,大都采用的是它們。 我國(guó)正向信息化社會(huì)邁進(jìn),信息設(shè)備對(duì)供電電源提出了很高的要求。UPS與柴油發(fā)電機(jī)組以它們各自的特點(diǎn),相輔相成地構(gòu)成不間斷供電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,并且得到廣泛地應(yīng)用。這也使柴油發(fā)電機(jī)組從傳統(tǒng)的應(yīng)用范疇走向一個(gè)新的廣闊領(lǐng)域。 發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),勵(lì)行節(jié)能減排。對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組制造領(lǐng)域尤為重要,需要做的事還很多。就柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言,使單位油耗轉(zhuǎn)換成更大的動(dòng)能、再減少排出廢氣中有害物質(zhì)的含量、繼續(xù)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲,是其改進(jìn)的重點(diǎn)。經(jīng)過不斷地研發(fā)和實(shí)踐,進(jìn)氣增壓、中冷技術(shù)、共軌式燃油噴射系統(tǒng)、電子調(diào)速、電子控制等先進(jìn)成果被廣泛采用。再加之高精度智能化加工中心已成為制造過程的主體�，F(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率可達(dá)87%左右。滿負(fù)荷下油耗低到191～199g/kW·h,排出廢氣中有害物質(zhì)含量大為減少,例如NO氧化氮類,每立方米小于2克,符合歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)。同等功率的中、大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行噪聲也比從前降低了5～6dB。 發(fā)展和創(chuàng)新理念也深入到柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)領(lǐng)域�，F(xiàn)在已有燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和燃燒天然氣的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組,可輸出10kV高電壓的發(fā)電機(jī)組也已形成產(chǎn)品。從部件到整機(jī),新的探索及成果還在不斷涌現(xiàn)。 2 柴油機(jī)的工作原理 柴油發(fā)電機(jī)組是由作為動(dòng)力的柴油機(jī)(也稱柴油內(nèi)燃機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī))和將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)(俗稱電球)組裝在一個(gè)底座上構(gòu)成的。柴油機(jī)將燃燒柴油產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械能是柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)。 2.1 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示:有氣缸、活塞、連桿、曲軸、飛輪。 氣缸的頂部有噴油嘴、進(jìn)氣門和排氣門,底部與儲(chǔ)存著潤(rùn)滑油的油底殼相連接。 活塞是個(gè)圓柱體,它緊靠著氣缸內(nèi)壁。活塞上還裝有防止漏氣的活塞環(huán)和刮去飛濺在缸壁上的機(jī)油的刮油環(huán)�；钊谌加捅紩r(shí)產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)下,沿著氣缸壁向下運(yùn)動(dòng)。 連桿是上與活塞、下與曲軸活動(dòng)連接的一個(gè)零件,其作用是將活塞受到的壓力傳給曲軸。由于連桿的長(zhǎng)度是一定的。所以當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到氣缸最下端時(shí),它通過連桿也將曲軸推到了最下端,此時(shí)活塞的位置稱作下止點(diǎn)。同理,當(dāng)曲軸運(yùn)動(dòng)到垂直方向的最高點(diǎn)時(shí),它通過連桿也將活塞推到了最高點(diǎn),此時(shí)活塞的位置稱為上止點(diǎn)�；钊谏�、下止點(diǎn)間每運(yùn)動(dòng)一次,叫做一個(gè)“工作沖程”。 曲軸，顧名思義就是有許多彎曲的一根軸，有幾個(gè)氣缸就對(duì)應(yīng)著幾個(gè)彎曲。曲軸是將活塞沿氣缸壁往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并輸出機(jī)械能的重要部件，也是柴油機(jī)中最精密的部件之一。 飛輪安裝在曲軸的一端,如圖2所示。曲軸帶動(dòng)它旋轉(zhuǎn),而它旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力又通過曲軸推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組而言,飛輪殼還與發(fā)電機(jī)的前端蓋的軸向采用凸肩定位直接連接構(gòu)成一體,并采用圓柱型的彈性聯(lián)軸器由飛輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 2.2 工作原理 柴油機(jī)是靠柴油霧氣的燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械能的。因此,只有柴油霧氣有規(guī)律的間歇燃燒,才能使柴油機(jī)不停地運(yùn)動(dòng),其規(guī)律如圖3所示。 (1)吸入新鮮空氣——進(jìn)氣沖程 由于飛輪的慣性運(yùn)動(dòng),通過曲軸、連桿將活塞推至上止點(diǎn)時(shí),進(jìn)氣門打開,飛輪帶動(dòng)活塞繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),則氣缸內(nèi)空間逐漸擴(kuò)大,缸內(nèi)的氣壓低于大氣壓68～93kPa(一個(gè)大氣壓約101kPa),缸外的新鮮空氣吸入缸內(nèi),活塞向下到下止點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣門關(guān)閉,缸內(nèi)吸滿新鮮(含氧量多)空氣,如圖3(a)所示。 (2)壓縮空氣——壓縮沖程 慣性運(yùn)動(dòng)的飛輪將處于下止點(diǎn)的活塞再次向上推動(dòng)。由于氣門關(guān)閉,氣缸內(nèi)的新鮮空氣被壓縮,溫度隨即上升。 當(dāng)活塞快到上止點(diǎn)時(shí)，空氣溫度可達(dá)到500～700℃，壓力達(dá)到3000～5000kPa，如圖3(b)所示。 (3)膨脹——作功沖程 空氣達(dá)到了高溫高壓程度后,噴油嘴開啟,將柴油霧氣噴入缸內(nèi),并立即自燃,空氣驟然膨脹,氣缸內(nèi)壓力上升到6000～9000kPa,溫度達(dá)到1800～2200℃。在高溫、高壓氣體的推動(dòng)下活塞向下運(yùn)動(dòng),并驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而作功,直到下止點(diǎn),如圖3(c)所示。 這里順便指出的是:汽油機(jī)是在活塞快到上止點(diǎn)時(shí)噴入汽油霧氣,然后靠電火花塞產(chǎn)生的電火花而點(diǎn)燃的。柴油機(jī)不用火花塞而是靠自燃,這是柴油機(jī)與汽油機(jī)的重要區(qū)別。 (4)排氣——排氣沖程 作功沖程結(jié)束后,缸內(nèi)的氣體壓力下降到294～392kPa,溫度也降到800～900℃,在飛輪的旋轉(zhuǎn)慣性作用下,活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)排氣門打開,將作功后的氣體排出氣缸內(nèi)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)排氣門關(guān)閉。在飛輪慣性的驅(qū)動(dòng)下,活塞繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),此時(shí)進(jìn)氣門打開,又重復(fù)進(jìn)行新一次循環(huán),如圖3(d)所示。 這四個(gè)熱力工作過程稱為一個(gè)工作循環(huán),每個(gè)工作過程又叫做一個(gè)沖程。柴油機(jī)正是按照這個(gè)循環(huán)工作的,所以叫做四沖程柴油機(jī)。 以柴油機(jī)為動(dòng)力的車輛或機(jī)械根據(jù)其設(shè)計(jì)負(fù)荷量,通常安裝1個(gè)至20個(gè)氣缸,這些缸呈一行或平行兩行排列。垂直排列的稱為直列式,以V型排列的稱為“V型排列式”。 2.3 工作保障系統(tǒng) 要想使柴油機(jī)每個(gè)沖程工作都很好，整機(jī)都處于低損耗、高效率、高可靠的工作狀態(tài),必須建立必要的供油、供氣、散熱、排氣、潤(rùn)滑等保障系統(tǒng)。 (1)燃油供給系統(tǒng) 由油管將燃油箱、輸油泵、燃油濾清器(粗濾和細(xì)濾)、噴油泵、噴油器、溢流閥等部件組成一個(gè)閉合循環(huán)供油系統(tǒng),如圖4所示。 在這里,柴油先被輸油泵從油箱抽出,經(jīng)過粗濾去除油中的雜質(zhì)后到達(dá)精濾器,再次濾除油中的細(xì)小雜質(zhì)、氣泡。然后進(jìn)入由噴油泵、燃油軌或燃油集合管、噴油器及電子調(diào)速器構(gòu)成的燃油噴射系統(tǒng)。燃油被加壓、計(jì)量、定時(shí)和控制,再經(jīng)噴油嘴以霧化的柴油氣噴入氣缸。剩余的燃油則經(jīng)溢流閥流回油箱。 燃油噴射系統(tǒng)最重要的作用是保證噴油器正時(shí)、定量地將柴油霧化氣噴射到氣缸中。柴油機(jī)能否精確地調(diào)速,燃油能否充分燃燒,整機(jī)效率如何全靠它的調(diào)控。所以燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)的控制中心或心臟。以電子調(diào)速器為核心的燃油噴射系統(tǒng)即電噴技術(shù),其特點(diǎn)是將精濾以后的燃油經(jīng)噴油泵加壓后送入燃油集合管或燃油軌,而所有氣缸的噴油嘴均由它們統(tǒng)一供油,噴油器的噴嘴是由電子調(diào)速器控制的電磁閥。柴油機(jī)工作時(shí),燃油油溫、油壓、轉(zhuǎn)速等實(shí)時(shí)參數(shù),被電子傳感器采集并輸入電子調(diào)速器進(jìn)行分析處理。然后它以最佳的程序控制噴油泵轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)集合管或油軌內(nèi)燃油的壓力、供給量,同時(shí)以最佳的時(shí)間開啟噴油器電磁閥,并控制其霧化噴油量。從而使燃油在氣缸內(nèi)得以充分地燃燒,發(fā)出最大功率,并減少了排放氣體中有害物質(zhì)的含量。 (2) 供氣機(jī)構(gòu) 柴油機(jī)的供氣機(jī)構(gòu)有進(jìn)氣和排氣兩個(gè)部分。柴油機(jī)正常工作必須有充足的新鮮空氣(含氧量多)供給氣缸使燃油充分燃燒。燃燒后氣缸內(nèi)的廢氣必須及時(shí)排出機(jī)外,這也稱為柴油機(jī)的呼吸。 柴油機(jī)輸出功率的大小,取決于進(jìn)入氣缸的燃油霧氣和空氣的數(shù)量及熱能的有效利用率。因此增加進(jìn)入氣缸的空氣密度,就會(huì)提高柴油機(jī)的輸出功率。然而,空氣的密度與壓力成正比,與溫度成反比。所以就采用增加進(jìn)氣壓力,降低進(jìn)氣溫度的辦法提高進(jìn)氣密度。現(xiàn)代常用的增壓進(jìn)氣機(jī)構(gòu)如圖5所示。 空氣經(jīng)過濾清器去除其中的灰塵,然后經(jīng)過利用排出廢氣推動(dòng)的渦輪增壓器被增壓,再通過冷卻器降溫,有一定壓力和被降溫的新鮮空氣經(jīng)過氣缸上蓋的進(jìn)氣門就可以更多地壓入氣缸。從而增加了進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣密度(提高含氧量)。這樣可使柴油機(jī)的輸出功率提高30%～100%以上。 柴油機(jī)的排氣機(jī)構(gòu)是由氣缸上蓋的排氣門開始的。燃燒后的廢氣從氣缸穿過排氣門沖出,其溫度為500～600℃,利用它的巨大能量推動(dòng)渦輪增壓器,既可對(duì)進(jìn)氣加壓又可降低廢氣的溫度和壓力,可謂一舉兩得。剩余的廢氣經(jīng)過消聲器排出。 (3)冷卻機(jī)構(gòu) 氣缸工作過程中,其外壁溫度很高,活塞、氣缸蓋、氣門等部件長(zhǎng)期處于高溫下連續(xù)工作,因此必須采取降溫措施。使其保持在65～85℃適宜溫度環(huán)境中。散熱降溫的方式通常有風(fēng)冷和循環(huán)水冷。 風(fēng)冷方式簡(jiǎn)單，就是用風(fēng)扇吹氣缸及周圍部件達(dá)到散熱降溫的效果。適用于小型柴油機(jī)。 水冷方式較復(fù)雜,如圖6所示,當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí),循環(huán)水泵將散熱水箱及管路內(nèi)的冷卻水流動(dòng)起來,流動(dòng)的水經(jīng)過機(jī)油冷卻器、氣缸外壁、上蓋等部位的管路將熱量帶走。熱水流動(dòng)到散熱水箱時(shí)經(jīng)過許多散熱細(xì)管，這些細(xì)管后面是吹風(fēng)扇，細(xì)管內(nèi)的熱水被吹風(fēng)降溫，然后又循環(huán)去降低氣缸的溫度。 (4)潤(rùn)滑系統(tǒng) 柴油機(jī)工作過程中,各運(yùn)動(dòng)零件之間表面相互磨擦,產(chǎn)生大量的損耗,降低整機(jī)的效率和使用期限。因此必須加以潤(rùn)滑,使其相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件表面覆蓋一層潤(rùn)滑油(俗稱機(jī)油)以減小磨擦損耗。 柴油機(jī)的一般潤(rùn)滑油路如圖7所示。 機(jī)油儲(chǔ)存在柴油機(jī)底部的油底殼內(nèi),既可散熱,又可沉淀濾除一些鐵粉。機(jī)油泵可將機(jī)油抽出并且加壓，機(jī)油一部分經(jīng)過離心式精濾器過濾后流回油底殼，另一路被刮片式粗濾器過濾后進(jìn)入機(jī)油冷卻器降溫，然后經(jīng)管路去潤(rùn)滑曲軸、連桿、活塞、氣門機(jī)構(gòu)等，剩余的機(jī)油再經(jīng)管路流回油底殼。 (5)啟動(dòng)裝置 柴油機(jī)由靜止變?yōu)檫\(yùn)轉(zhuǎn)必須依靠外力幫助,所以啟動(dòng)方式有人力啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、輔助小汽油機(jī)啟動(dòng)、壓縮空氣啟動(dòng)等多種方式。 人力啟動(dòng)常用于農(nóng)業(yè)機(jī)械,例如手扶拖拉機(jī)。輔助小汽油機(jī)啟動(dòng)常用于大型拖拉機(jī)、坦克等。壓縮空氣啟動(dòng)方式常用于大型柴油機(jī),用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 電機(jī)啟動(dòng)方式是常用的,柴油機(jī)帶有蓄電池組(一般常用24V)供給啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的軸端裝有離合機(jī)構(gòu),它通過齒輪與柴油機(jī)的曲軸飛輪的外齒圈相嚙合。開機(jī)時(shí),啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)接通蓄電池而轉(zhuǎn)動(dòng)。從而帶動(dòng)柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn),當(dāng)柴油機(jī)著火工作起來以后,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的離合機(jī)構(gòu)自動(dòng)與飛輪脫開,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)也停止工作。柴油機(jī)工作起來以后還附帶著小發(fā)電機(jī)給蓄電池充電。 2.4 柴油機(jī)總成 柴油機(jī)的機(jī)體即氣缸體是整體鑄造而成的,上部是氣缸,活塞就安裝在里面。下部是支撐曲軸的曲軸箱,曲軸及連桿機(jī)構(gòu)安裝于此。氣缸體的底座(又稱油底殼)是可與氣缸體分離的殼體,它的主要作用是存儲(chǔ)潤(rùn)滑油(俗稱機(jī)油)。氣缸體上部連接的是氣缸蓋,它的作用除了密封住氣缸外,還安裝有進(jìn)氣門、排氣門和噴油嘴。燃油供給噴射系統(tǒng),供排氣機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和啟動(dòng)裝置,按它們適宜工作的位置被巧妙地設(shè)置在氣缸體周圍。為整機(jī)處于良好的工作狀況提供了必要的保障。從而使柴油機(jī)得以將柴油霧氣燃燒產(chǎn)生的熱能高效地,可靠地轉(zhuǎn)化為曲軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。 圖8為柴油機(jī)總體圖。 
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