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四沖程發(fā)動機(jī)的原理和專業(yè)名詞解釋
發(fā)布時(shí)間:2022-06-12 23:46:56  ▏閱讀:


 

新聞主題

四沖程柴油機(jī)的原理和專業(yè)名詞解釋


 一、柴油機(jī)的常用名詞


1、工作循環(huán)

柴油機(jī)中熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,是通過活塞在汽缸內(nèi)工作,連續(xù)進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、工作、排氣四個(gè)過程來完成的。機(jī)器每進(jìn)行這樣一個(gè)過程稱為一個(gè)工作循環(huán)。

 

2、上止點(diǎn)和下止點(diǎn)

當(dāng)活塞在汽缸中移動時(shí),活塞頂處在汽缸中的最高位置稱為上止點(diǎn)(或稱上死點(diǎn));活塞頂在汽缸中的最低位置,稱為下止點(diǎn)(或稱下死點(diǎn))。

 

3、活塞沖程

上、下止點(diǎn)之間的最小直線距離稱為活塞沖程(或稱行程),通常用S表示。曲軸與連桿大端的連接中心到曲軸的旋轉(zhuǎn)中心之間的最小直線距離稱為曲柄的旋轉(zhuǎn)半徑。對于汽缸中心線通過曲軸旋轉(zhuǎn)軸心的柴油機(jī),活塞沖程S=2R.

 

4、 曲柄半徑R

曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑,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燃燒室容積。燃燒室容積是活塞在氣缸中運(yùn)動所能達(dá)到的最小容積。


6、工作總?cè)莘e

活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的汽缸容積,稱為汽缸工作容積(或稱活塞排量),用Vh表示。多缸柴油機(jī)各汽缸工作容積的總和稱為柴油機(jī)工作容積(或稱柴油機(jī)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(shù)

Vh——個(gè)汽缸的工作容積。

 

氣缸排量示意圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

氣缸排量示意圖

 

7、壓縮比

新鮮氣體吸人汽缸后充滿了整個(gè)汽缸,即占有汽缸總?cè)莘eVa,而汽缸總?cè)莘e則包括燃燒室容積VC和汽缸的工作容積Vh,汽缸總?cè)莘eVa=Va+Vh。汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值稱為壓縮比,用€表示,即

(1)壓縮比的大小,說明汽缸內(nèi)的空氣(或混合氣)經(jīng)壓縮后體積縮小的倍數(shù),也表明氣體被壓縮的程度。通常柴油機(jī)€=16~22,汽油機(jī)€=5~9.

(2)壓縮比越大,表明活塞運(yùn)動時(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(jī)的效率也越高。

 

8、過量空氣系數(shù)

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)動機(jī)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,稱為過量空氣系數(shù)α(Excess air coefficient)。


9、充氣效率

發(fā)動機(jī)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的空氣量之比,稱為充氣效率。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(tǒng)流動阻力;

(2)缸內(nèi)殘余廢氣量;

(3)進(jìn)氣系統(tǒng)和氣缸壁對充量的加熱;

(4)配氣相位;

(5)進(jìn)、排氣系統(tǒng)中的氣體波動效應(yīng)。

● 影響因素分類

構(gòu)造方面的因素∶

影響最大的是進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式與尺才,它包括進(jìn)氣管道截面的大小、管道內(nèi)表面光潔程度、管道彎曲的狀況、氣門尺寸與個(gè)數(shù)以及氣門升程的大小等。此外還有進(jìn)氣預(yù)熱機(jī)構(gòu)。進(jìn)氣預(yù)熱會降低充氣效率。

● 使用方面的因素

柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速對充氣系數(shù)的影響主要是通過對進(jìn)氣終點(diǎn)壓力的影響而起作用。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)

(1)減少進(jìn)氣系統(tǒng)阻力,根據(jù)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(nèi)表面的粗糙度等措施。

(2)延長進(jìn)氣時(shí)間就是將進(jìn)氣門開啟和關(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)氣門開啟的延續(xù)時(shí)間不是占有180°曲軸轉(zhuǎn)角,而是大子180°曲軸轉(zhuǎn)角。


發(fā)動機(jī)充氣效率示意圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

充氣效率曲線圖

 

二、四沖程柴油機(jī)的工作原理

 

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(jī)能連續(xù)不斷地產(chǎn)生機(jī)械功,就必須使工質(zhì)反復(fù)進(jìn)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(jìn)行膨脹。因此,柴油機(jī)必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣四個(gè)熱力過程之后,才能恢復(fù)到起始狀態(tài),使柴油機(jī)連續(xù)不斷地產(chǎn)生機(jī)械功,故上述四個(gè)熱力過程稱為一個(gè)工作循環(huán)。若柴油機(jī)活塞走完四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán),稱該機(jī)為四沖程柴油機(jī)。如果活塞走完二個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為二沖程柴油機(jī)。目前,柴油發(fā)電機(jī)組配置的柴油機(jī)都是四沖程機(jī)。

 

發(fā)動機(jī)原理圖-柴油發(fā)電機(jī)組.png

 

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(zhǔn)備。要實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣,缸內(nèi)與缸外要形成壓差。因此,此沖程排氣門關(guān)閉,進(jìn)氣門打開,活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動,活塞上方的汽缸內(nèi)的容積逐漸擴(kuò)大,壓力降低,缸內(nèi)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)氣門被吸入汽缸,活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí),進(jìn)氣門關(guān)閉,進(jìn)氣沖程結(jié)束。

 

2、壓縮沖程

壓縮沖程的目的是提高汽缸內(nèi)空氣的壓力和溫度,為燃料燃燒創(chuàng)造條件。由于進(jìn)、排氣門都已關(guān)閉,汽缸內(nèi)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(jī)略有不同。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí),缸內(nèi)空氣壓力達(dá)(3000~5000)kPa,溫度達(dá)500~700℃,遠(yuǎn)超過柴油的自燃溫度。

 

3、膨脹(作功)沖程

當(dāng)活塞上行將終了時(shí),噴油器開始將柴油噴入汽缸,與空氣混合成可燃混合氣,并立即自燃,此時(shí),汽缸內(nèi)的壓力迅速上升到約6000~9000kPa,溫度高達(dá)(1800~2200)℃。在高溫、高壓氣體的推力作用下,活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而作功。隨著氣體膨脹活塞下行其壓力逐漸降低,直到排氣門被打開為止。

 

4、排氣沖程

排氣沖程的目的是清除缸內(nèi)的廢氣。做功沖程結(jié)束后,缸內(nèi)的燃?xì)庖殉蔀閺U氣,其溫度下降到(800~900)℃,壓力下降到(294~392)kPa。此時(shí),排氣門打開,進(jìn)氣門仍關(guān)閉,活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動,在缸內(nèi)殘存壓力和活塞推力的作用下,廢氣被排出缸外。當(dāng)活塞又到上止點(diǎn)時(shí),排氣過程結(jié)束。

排氣過程結(jié)束后,排氣門關(guān)閉,進(jìn)氣門又打開,重復(fù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán),周而復(fù)始不斷對外作功。

 


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