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四沖程柴油機的原理和專業名詞解釋 |
一、柴油機的常用名詞
1、工作循環
柴油機中熱能與機械能的轉化，是通過活塞在汽缸內工作，連續進行進氣、壓縮、工作、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。
2、上止點和下止點
當活塞在汽缸中移動時，活塞頂處在汽缸中的最高位置稱為上止點(或稱上死點)；活塞頂在汽缸中的最低位置，稱為下止點(或稱下死點)。
3、活塞沖程
上、下止點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中心之間的最小直線距離稱為曲柄的旋轉半徑。對于汽缸中心線通過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
活塞在上止點時，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動所能達到的最小容積。
6、工作總容積
活塞從上止點到下止點所掃過的汽缸容積，稱為汽缸工作容積(或稱活塞排量)，用Vh表示。多缸柴油機各汽缸工作容積的總和稱為柴油機工作容積(或稱柴油機排量)，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了整個汽缸，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為壓縮比，用€表示，即
（1）壓縮比的大小，說明汽缸內的空氣(或混合氣)經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，表明活塞運動時，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、過量空氣系數
燃料完全燃燒時的理論空燃比（A/F），柴油為14.3（kg/kg）。在發動機中實際燃料燃燒所供給的空氣量往往大于理論空氣量。燃燒1公斤燃料的實際空氣量與理論上所需空氣量之比，稱為過量空氣系數α（Excess air coefficient)。
9、充氣效率
發動機進入氣缸的空氣質量m與進氣狀態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，表示實際進入氣缸中的氣體量越多，也就是進氣過程進行得越完善，氣缸工作容積利用得越充分。
● 影響充氣效率的因素
（1）進氣系統流動阻力；
（2）缸內殘余廢氣量；
（3）進氣系統和氣缸壁對充量的加熱；
（4）配氣相位；
（5）進、排氣系統中的氣體波動效應。
● 影響因素分類
構造方面的因素∶
影響最大的是進氣系統的結構型式與尺才，它包括進氣管道截面的大小、管道內表面光潔程度、管道彎曲的狀況、氣門尺寸與個數以及氣門升程的大小等。此外還有進氣預熱機構。進氣預熱會降低充氣效率。
● 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對進氣終點壓力的影響而起作用。當柴油機轉速升高時，進氣氣流速度上升，使氣體壓力下降。
● 如何提高充氣系數
（1）減少進氣系統阻力，根據上面的分橋，不外乎是∶加大進氣通道面積，減少通道彎曲及提高進氣道內表面的粗糙度等措施。
（2）延長進氣時間就是將進氣門開啟和關閉的時間不是選在上、下止點時、而是選在上止點之前和下止點之后。使進氣門開啟的延續時間不是占有180°曲軸轉角，而是大子180°曲軸轉角。
充氣效率曲線圖
二、四沖程柴油機的工作原理
在熱力過程中，只有在“工質”膨脹過程才具有做功能力，而我們要求發動機能連續不斷地產生機械功，就必須使工質反復進行膨脹。因此，必須設法使工質重新恢復到初始狀態，然后，再進行膨脹。因此，柴油機必須經過進氣、壓縮、膨脹、排氣四個熱力過程之后，才能恢復到起始狀態，使柴油機連續不斷地產生機械功，故上述四個熱力過程稱為一個工作循環。
1、進氣沖程
進氣沖程的目的是吸入新鮮空氣，為燃料燃燒作好準備。要實現進氣，缸內與缸外要形成壓差。因此，此沖程排氣門關閉，進氣門打開，活塞由上止點向下止點移動，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，新鮮空氣經進氣門被吸入汽缸，活塞到達下止點時，進氣門關閉，進氣沖程結束。
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，為燃料燃燒創造條件。由于進、排氣門都已關閉，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。當活塞接近上止點時，缸內空氣壓力達(3000～5000)kPa，溫度達500～700℃，遠超過柴油的自燃溫度。
3、膨脹(作功)沖程
當活塞上行將終了時，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，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，活塞向下止點運動并帶動曲軸旋轉而作功。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，排氣門打開，進氣門仍關閉，活塞從下止點向上止點移動，在缸內殘存壓力和活塞推力的作用下，廢氣被排出缸外。當活塞又到上止點時，排氣過程結束。
排氣過程結束后，排氣門關閉，進氣門又打開，重復進行下一個循環，周而復始不斷對外作功。
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