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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
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。
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)。
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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