柴油发电机组基本结构与工作原理
2.1 柴油发动机
柴油机是内燃机的一种类型，是一种将燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等组成。
2.1.1总体结构
柴油机总体结构一般包括上述几大系统，但由于气缸数、气缸排列方式和冷却方式等不同，因此，各种机型在结构上略有差异。
1、首先欲得到热能，这就必须提供一定数量的燃料，送进燃烧室与空气充分混合燃烧产生热量，因此，必须有燃料系统。它包括柴油箱、滤油器、喷油泵和喷油嘴等零部件。
2、为了将得到的热能转变为机械能，需要通过曲轴连杆机构来完成。此机构主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖、活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等零件构成。当燃料在燃烧室内着火燃烧时，由于燃气的膨胀作用在活塞顶部产生压力，推动活塞作直线的往复运动，借助连杆转变曲轴旋转，使曲轴带动工作机械（负荷）做功。
3、对于一台设备要连续实现热能转变为机械能，还必须配备一套配气机构来保证定期吸入新鲜空气，排出燃烧后的废气。此机构由进气门、排气门、凸轮轴及驱动零件等组成。
4、为了减少柴油机的摩擦损失，保证各零部件的正常温度，柴油机必须有润滑系统和冷却系统。润滑系统应由机油泵、机油滤清器和润滑油道组成。冷却系统应由水泵、散热器、节温器、风扇和水套等部件组成。
5、为了使柴油机能迅速启动，还需配置启动装置，对柴油机启动进行控制。根据不同的启动方法，启动装置配备的零部件，通常采用电动马达或气动马达启动，对于大功率的机组，则采用压缩空气启动。
凡是把燃料燃烧时所放出的热能转化为机械能的机器都称为热力发动机（简称热机）。内燃机是热机的一种。它是将燃料直接喷射到气缸内燃烧，依靠燃料燃烧时的燃气的膨胀来推动活塞对外做功。例如，带动同步交流发电机的柴油机，是利用柴油在气缸内燃烧室燃烧后，产生高温、高压的燃气。当燃气膨胀时推动活塞使曲轴旋转，通过传动装置带动同步交流发电机旋转发电。由此可知，柴油机是产生动力的机器，故称它为发动机。
2.1.2内燃机的常用名词
1、工作循环
内燃机中热能与机械能的转化，是通过活塞在气缸内工作，连续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成的。机器每进行这样一个过程称为一个工作循环。
2、上止点和下止点
图一所示是单缸四冲程内燃机的位置图
当活塞在气缸中移动时，活塞顶处在气缸中的最高位置称为上止点（或称上死点）；活塞顶在气缸中的最低位置，称为下止点（或称下死点）。
图一 单缸四冲程内燃机位置图
3、活塞冲程
上、下止点之间的最小直线距离称为活塞冲程（或称行程），通常用S表示。曲轴与连杆大端的连接中心到曲轴的旋转中心之间的最小直线距离称为曲柄的旋转半径。
4、工作容积
活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积，称为气缸工作容积（或称活塞排量）。
5、压缩比
新鲜气体吸入气缸后充满了整个气缸，即占有气缸总容积，而气缸总容积则包括燃烧室容积和气缸的工作容积。压缩比的大小，说明气缸内的空气（或混合气）经压缩后体积缩小的倍数，也表明气体被压缩的程度。压缩比越大，表明活塞运动时，气体被压缩得越厉害，其气体的温度和压力就越高，内燃机的效率也越高。
2.1.3 四冲程柴油机的工作原理
在热力过程中，只有在“工质”膨胀过程才具有做功能力，而我们要求发动机能连续不断地产生机械功，就必须使工质反复进行膨胀。因此，必须设法使工质重新恢复到初始状态，然后，再进行膨胀。因此，柴油机必须经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程之后，才能恢复到起始状态，使柴油机连续不断地产生机械功，故上述四个热力过程称为一个工作循环。若柴油机活塞走完四个冲程完成一个工作循环，称该机为四冲程柴油机。如果活塞走完二个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。目前，柴油发电机组配置的柴油机都是四冲程机。
现以图二说明四冲程柴油机的工作过程。
图二 四冲程柴油机的工作过程
1、进气冲程
进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约68~93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入气缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。
2、压缩冲程
压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，气缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达（3000~5000）kPa ，温度达500~700℃，远超过柴油的自燃温度。
3、膨胀(做功)冲程
当活塞上行将终了时,喷油器开始将柴油喷入气缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，气缸内的压力迅速上升到约6000~9000kPa，温度高达（1800~2200）℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。
4、排气冲程
排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到（800~900）℃，压力下降到（294~392）kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环，周而复始不断对外做功。
