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康明斯動(dòng)力(深圳)有限公司

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單缸二氣門和四氣門柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別
發(fā)布時(shí)間:2022-11-14 16:33:59  ▏閱讀:

 

摘要:柴油發(fā)電機(jī)的二氣門與四氣門的區(qū)別主要是氣門數(shù)不同和動(dòng)力不同。氣門數(shù)多有利于發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)排氣效率,但影響低轉(zhuǎn)速的扭矩;兩氣門有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故障點(diǎn)少的優(yōu)點(diǎn):低速扭矩大,但高轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)排氣效率低,影響功率輸出。

 

一、不同數(shù)量的氣門類型

 

1、單缸多氣門

 

過(guò)去,在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)上,每個(gè)汽缸只有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門。但是現(xiàn)在,許多發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。這種設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的功率。另外,為了提高催化轉(zhuǎn)換器的廢氣溫度,還使用了三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)。

最近,很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠家還試驗(yàn)了五氣門發(fā)動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸有三個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。每缸五氣門比每缸兩氣門、三氣門和四氣門都要好,因?yàn)榭梢詾榭諝夂腿加突旌蠚馓峁┳罴训牧鲃?dòng)路徑。這種流動(dòng)路徑在工程術(shù)語(yǔ)上被稱為簾布面積(Curtain area)。簾布面積向工程師們提示空氣和燃油流入汽缸的均勻程度,簾布面積越大,燃燒效率就越高。一些工程報(bào)告提出:與使用兩氣門、三氣門或四氣門相比,使用五氣門提高簾布面積效率大約30%。

 

氣門傳動(dòng)組工作過(guò)程-柴油發(fā)電機(jī)組.png

圖1 氣門工作原理圖

 

 

2、四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)

 

現(xiàn)在使用的很多發(fā)動(dòng)機(jī)中,每個(gè)汽缸都有兩個(gè)以上的氣門。當(dāng)渦輪增壓器(也叫增壓器)被開(kāi)始引入柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中時(shí),四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始普及。給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓就是強(qiáng)迫更多的空氣或燃油進(jìn)入汽缸,以獲得更大的功率。后面的章節(jié)將會(huì)介紹增壓。四氣門缸蓋允許更多的空氣或燃油進(jìn)入汽缸,從而增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。因?yàn)槊總€(gè)汽缸上有兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門,更多的空氣或燃油以及更多的廢氣可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)。這就使得四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的容積效率。

四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)還具有一些其他的特性。氣門可以更小,這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就可以在更高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。因?yàn)樗臍忾T發(fā)動(dòng)機(jī)的成功,現(xiàn)在的大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī),無(wú)論是否有增壓,都使用四氣門結(jié)構(gòu)。圖3-38顯示了一個(gè)典型的四氣門汽缸蓋。

 

四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖.png

圖2 四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

 

 

3、三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)

 

發(fā)電機(jī)組工程師們?cè)诔掷m(xù)不斷地努力改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率,同時(shí)還要降低排放。提高效率而又降低排放的一種方法是使用三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3-39給出了一個(gè)三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的例子。在這個(gè)例子中,每個(gè)汽缸有兩個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門。試驗(yàn)表明:催化轉(zhuǎn)換器需要很高的廢氣溫度才能正常工作。通常,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作溫度時(shí),得到較高的廢氣溫度沒(méi)有問(wèn)題。但是,在預(yù)熱期,在一段時(shí)間內(nèi)廢氣依然很涼,不能夠讓催化轉(zhuǎn)換器正常工作。這樣,催化轉(zhuǎn)換器凈化廢氣就會(huì)有一段時(shí)間延遲。研究者發(fā)現(xiàn),這段延時(shí)是由于采用兩個(gè)排氣門引起的。當(dāng)采用兩個(gè)排氣門時(shí),有更多的廢氣熱量在發(fā)動(dòng)機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器之間損失掉了。如果只采用一個(gè)排氣門,發(fā)動(dòng)機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器之間的熱量損失就會(huì)減小。實(shí)際上,如果只使用一個(gè)排氣門,廢氣溫度要高出140~170E(1E=1.8℃+22)。這使得催化轉(zhuǎn)換器升溫更快,從而減少了起動(dòng)和預(yù)熱期間的排放。

使用每汽缸三個(gè)氣門的另一個(gè)原因是:在設(shè)計(jì)汽缸蓋時(shí)可以有更多的空間用于布置火花塞和噴油器。通過(guò)在最好的位置布置噴油器和火花塞,可以實(shí)現(xiàn)更高的燃燒效率。

 

三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖.png

圖3 三氣門發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

 

 

二、兩氣門四氣門的區(qū)別

 

兩氣門:

1、優(yōu)點(diǎn):

(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省維修和制造成本,故障率比較低。

(2)低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩傳遞快,應(yīng)對(duì)通勤使用時(shí)可靠性更好,油耗低。

2、缺點(diǎn):

氣門開(kāi)啟/閉合節(jié)奏固定,隨著速度提升越感無(wú)力。

四氣門:

1、優(yōu)點(diǎn):

(1)能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和降低噪音。進(jìn)氣門總的通過(guò)面積較大,沖量系數(shù)較高,排氣門的直徑可以適當(dāng)減小,使其工作溫度適當(dāng)降低,提高了工作可靠性。

(2)四氣門的進(jìn)排氣截面積更大:與兩氣門相比,四氣門的進(jìn)氣面積可增加30%左右,排氣面積可增加50%左右。

此外,四氣門充氣效率提高:兩個(gè)進(jìn)氣門引起適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng),改善了混合氣的形成,減少了CO和HC的排放,由于燃燒持續(xù)時(shí)間縮短,減少了NOx的生成。減少每個(gè)氣門的質(zhì)量可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。采用多氣門后,充氣效率和燃燒速度提高。由于提高了充氣效率并增加了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出最多增加了45%,發(fā)動(dòng)機(jī)功率也增加了。

2、缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,維修復(fù)雜。

 

兩氣門和四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別.png

圖4 兩氣門和四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別

 

 

 綜上所述,由圖4看出,二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)僅有一個(gè)進(jìn)氣門、一個(gè)排氣門,而四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)擁有兩個(gè)進(jìn)氣門、兩個(gè)排氣門。相比較二氣門發(fā)動(dòng)機(jī),四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)具有眾多優(yōu)勢(shì)。由于采用了更多的氣門,因此發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣效率會(huì)更高,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒更充分,同時(shí)間內(nèi)燃燒次數(shù)會(huì)更多。這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)可以拉到更高的轉(zhuǎn)速,并帶來(lái)更強(qiáng)大的輸出。簡(jiǎn)而言之,四氣門的特點(diǎn)就是高輸出,這些都是用戶們最喜歡的要素。

 

 


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