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四沖程柴油機的原理和專(zhuān)業(yè)名詞解釋 |
一、柴油機的常用名詞
1、工作循環(huán)
柴油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、工作、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)。
2、上止點(diǎn)和下止點(diǎn)
當活塞在汽缸中移動(dòng)時(shí)，活塞頂處在汽缸中的最高位置稱(chēng)為上止點(diǎn)(或稱(chēng)上死點(diǎn))；活塞頂在汽缸中的最低位置，稱(chēng)為下止點(diǎn)(或稱(chēng)下死點(diǎn))。
3、活塞沖程
上、下止點(diǎn)之間的最小直線(xiàn)距離稱(chēng)為活塞沖程(或稱(chēng)行程)，通常用S表示。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。對于汽缸中心線(xiàn)通過(guò)曲軸旋轉軸心的柴油機，活塞沖程S=2R.
4、 曲柄半徑R
曲軸旋轉中心到曲柄銷(xiāo)中心之間的距離稱(chēng)為曲柄半徑，活塞行程與曲柄半徑之間有如下的關(guān)系∶S=2R即活塞行程為曲柄半徑的兩倍。
5、 燃燒室容積
活塞在上止點(diǎn)時(shí)，其頂部以上與缸蓋底平面之間的空間容積稱(chēng)燃燒室容積。燃燒室容積是活塞在氣缸中運動(dòng)所能達到的最小容積。
6、工作總容積
活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的汽缸容積，稱(chēng)為汽缸工作容積(或稱(chēng)活塞排量)，用Vh表示。多缸柴油機各汽缸工作容積的總和稱(chēng)為柴油機工作容積(或稱(chēng)柴油機排量)，用VL表示。
VL=πD2Si=Vhi（L）/4×103
式中D—汽缸直徑(cm)
S—活塞沖程(cm)
i—汽缸數
Vh——個(gè)汽缸的工作容積。
氣缸排量示意圖
7、壓縮比
新鮮氣體吸人汽缸后充滿(mǎn)了整個(gè)汽缸，即占有汽缸總容積Va，而汽缸總容積則包括燃燒室容積VC和汽缸的工作容積Vh，汽缸總容積Va=Va+Vh。汽缸總容積與燃燒室容積的比值稱(chēng)為壓縮比，用€表示，即
（1）壓縮比的大小，說(shuō)明汽缸內的空氣(或混合氣)經(jīng)壓縮后體積縮小的倍數，也表明氣體被壓縮的程度。通常柴油機€=16～22，汽油機€=5～9.
（2）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，柴油機的效率也越高。
8、過(guò)量空氣系數
燃料完全燃燒時(shí)的理論空燃比（A/F），柴油為14.3（kg/kg）。在發(fā)動(dòng)機中實(shí)際燃料燃燒所供給的空氣量往往大于理論空氣量。燃燒1公斤燃料的實(shí)際空氣量與理論上所需空氣量之比，稱(chēng)為過(guò)量空氣系數α（Excess air coefficient)。
9、充氣效率
發(fā)動(dòng)機進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量m與進(jìn)氣狀態(tài)下氣缸工作容積充滿(mǎn)的空氣量之比，稱(chēng)為充氣效率。充氣效率越大，表示實(shí)際進(jìn)入氣缸中的氣體量越多，也就是進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)行得越完善，氣缸工作容積利用得越充分。
● 影響充氣效率的因素
（1）進(jìn)氣系統流動(dòng)阻力；
（2）缸內殘余廢氣量；
（3）進(jìn)氣系統和氣缸壁對充量的加熱；
（4）配氣相位；
（5）進(jìn)、排氣系統中的氣體波動(dòng)效應。
● 影響因素分類(lèi)
構造方面的因素∶
影響最大的是進(jìn)氣系統的結構型式與尺才，它包括進(jìn)氣管道截面的大小、管道內表面光潔程度、管道彎曲的狀況、氣門(mén)尺寸與個(gè)數以及氣門(mén)升程的大小等。此外還有進(jìn)氣預熱機構。進(jìn)氣預熱會(huì )降低充氣效率。
● 使用方面的因素
柴油機的轉速對充氣系數的影響主要是通過(guò)對進(jìn)氣終點(diǎn)壓力的影響而起作用。當柴油機轉速升高時(shí)，進(jìn)氣氣流速度上升，使氣體壓力下降。
● 如何提高充氣系數
（1）減少進(jìn)氣系統阻力，根據上面的分橋，不外乎是∶加大進(jìn)氣通道面積，減少通道彎曲及提高進(jìn)氣道內表面的粗糙度等措施。
（2）延長(cháng)進(jìn)氣時(shí)間就是將進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間不是選在上、下止點(diǎn)時(shí)、而是選在上止點(diǎn)之前和下止點(diǎn)之后。使進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟的延續時(shí)間不是占有180°曲軸轉角，而是大子180°曲軸轉角。
充氣效率曲線(xiàn)圖
二、四沖程柴油機的工作原理
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)。
1、進(jìn)氣沖程
進(jìn)氣沖程的目的是吸入新鮮空氣，為燃料燃燒作好準備。要實(shí)現進(jìn)氣，缸內與缸外要形成壓差。因此，此沖程排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的汽缸內的容積逐漸擴大，壓力降低，缸內氣體壓力低于大氣壓力約68～93kPa。在大氣壓力的作用下，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門(mén)被吸入汽缸，活塞到達下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣沖程結束。
2、壓縮沖程
壓縮沖程的目的是提高汽缸內空氣的壓力和溫度，為燃料燃燒創(chuàng )造條件。由于進(jìn)、排氣門(mén)都已關(guān)閉，汽缸內的空氣被壓縮，壓力和溫度亦隨之升高，其升高的程度，取決于被壓縮的程度，不同的柴油機略有不同。當活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，缸內空氣壓力達(3000～5000)kPa，溫度達500～700℃，遠超過(guò)柴油的自燃溫度。
3、膨脹(作功)沖程
當活塞上行將終了時(shí)，噴油器開(kāi)始將柴油噴入汽缸，與空氣混合成可燃混合氣，并立即自燃，此時(shí)，汽缸內的壓力迅速上升到約6000～9000kPa，溫度高達(1800～2200)℃。在高溫、高壓氣體的推力作用下，活塞向下止點(diǎn)運動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉而作功。隨著(zhù)氣體膨脹活塞下行其壓力逐漸降低，直到排氣門(mén)被打開(kāi)為止。
4、排氣沖程
排氣沖程的目的是清除缸內的廢氣。做功沖程結束后，缸內的燃氣已成為廢氣，其溫度下降到(800～900)℃，壓力下降到(294～392)kPa。此時(shí)，排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)仍關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，在缸內殘存壓力和活塞推力的作用下，廢氣被排出缸外。當活塞又到上止點(diǎn)時(shí)，排氣過(guò)程結束。
排氣過(guò)程結束后，排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)又打開(kāi)，重復進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，周而復始不斷對外作功。
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