康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯发动机的基本术语及其含义

 

在往复式内燃机中，活塞的往复运动通过曲轴连杆机构变成曲轴的旋转运动，以实现热能和机械能的相互转换。在圆筒形的汽缸内有一个活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连。曲轴转一圈可带动活塞上、下运动各一次。要掌握内燃机工作原理，必须先弄清楚下面几个重要的概念。

 

柴油发动机轴测图

柴油发动机主视图

 

 

1．上止点（TDC）、下止点（BDC）

 

（1）上止点：活塞顶处在汽缸中的最高位置叫上止点（TDC）。

（2）下止点：活塞顶处在汽缸中的最低位置叫下止点（BDC）。

这两个术语用来帮助识别正时过程中活塞的位置，如图1所示。

 

图1 柴油机上止点（TDC）与下止点（BDC）

 

 

2．缸径和行程

 

发动机的缸径和行程用于确定发动机的排量。发动机的缸径为汽缸的直径，如图2所示。

发动机的行程指的是活塞从顶部到底部的移动距离，也就是从TDC到BDC的距离。即：活塞在上、下止点之间所走的距离称为活塞冲程（或行程）。

活塞冲程由曲轴的结构确定。从曲轴的中心到曲柄销的中心称为曲轴行程（偏心距），如图2所示，如果乘以2，得到的尺寸就与活塞的冲程相等。如果发动机的行程发生改变，曲轴的行程也将有所不同。

活塞每走一个冲程，曲轴旋转半圈（180）。曲轴转动半径以R来表示，活塞冲程以S表示，对于汽缸中心线垂直通过曲轴轴心的内燃机，则S＝2R。如图2所示。

 

图2 柴油机缸径和冲程图

 

 

3．排量

汽缸工作容积：在一个汽缸内，活塞由上止点移动到下止点所扫过的汽缸容积叫做工作容积，用符号V_h表示。多缸内燃机所有汽缸工作容积之和，称为内燃机的工作容积（或称排量），用字母V_总表示：

V_总＝I·V_h

V＝0.785×D²×H×I

曲轴行程乘以2就是活塞冲程

式中，

I为汽缸数；

D为汽缸直径；

H为活塞冲程。

 

这个公式计算出以立方英寸为单位的总排量。但是，现在的发动机大多用立方厘米（cc或cm³）和升表示排量。

例如，现在的发动机通过2.5L、850cc等来识别。立方英寸、立方厘米与升的转换关系是：

1 in³＝16.387 cc

1000 cc＝1升

相同的公式也可用于计算公制单位的排量。在这种情况下，缸径和行程以厘米为单位。

排量大，内燃机输出功率也大。因此，排量常作为表征内燃机性能的主要结构参数之一。

余隙容积：当活塞在上止点时，在活塞顶上方的容积，称余隙容积，又称燃烧室容积（用符号V_C来表示）。

汽缸总容积：当活塞在下止点时，在活塞顶上方的容积，称汽缸总容积（用V_a表示）。显然V_a＝V_h＋V_C。

 

4．压缩比

 

新鲜空气吸入汽缸后充满了整个汽缸，也就是占有汽缸总容积V_a，经压缩后活塞到上止点时，气体容积缩小为燃烧室容积V_C。压缩前与压缩后体积之比称为压缩比，用符号Σ表示，即

Σ＝V_a/V_c＝V_h＋V_c/V_c＝1＋V_h/V_c

压缩比的大小说明了汽缸内的空气（或混合气）经压缩后体积缩小的倍数，也表明了气体被压缩的程度。柴油机Σ＝12～22，汽油机Σ＝5～12。

柴油机的压缩比大，是因为柴油机工作时喷入汽缸的柴油是在压缩后的高温空气中自燃的，压缩比大，压缩后的空气温度才高，才能使柴油自燃。所以，柴油机的压缩比都比汽油机的大（汽油机汽缸内压缩的是汽油与空气的可燃混合气体，过大的压缩比可能导致早燃）。

12V190B型柴油机Σ＝13.5

6135G型柴油机Σ＝16.5

根据以上信息，如果活塞排量为45in³。，燃烧室的容积为5.513in³，计算此时的压缩比

压缩比＝（45＋5.5）／5.5

压缩比＝9.18：1

通常压缩比的范围大约从低压缩比发动机的8：1到柴油机的25：1。图4所示为发动机压缩比示意图。

 

图3 发动机压缩比示意图

 

 

5．燃烧

 

空气、燃油和点火是发动机的三个工作条件，即必须有足够的空气进行燃烧、适量的燃油与空气混合气以及某种点火类型启动燃烧。当这三个因素存在时，如图1-23所示，燃烧就会发生。这种燃烧将燃油中的化学能转换成热能。燃烧产生的热能使气体迅速膨胀。这种膨胀（机械能）推动活塞向下运动，活塞上向下的力使曲轴转动，输出功率。

 

6．正时

 

正时是识别空气、燃油和点火何时相结合以产生燃油的过程，它是通过与活塞和曲轴的位置相关联来实现的。为使发动机有效地工作，空气和燃油混合气必须在正确的时刻进入汽缸，也就是说进气门必须在正确的时刻打开和关闭，排气门也必须在正确的时刻打开和关闭。

空气和燃油的点火也必须在精确的时刻发生。点火正时随速度和负荷变化。当进气门和排气门的正时设置得正确，并且点火在正确的时刻发生时，化学能向机械能的转换就能产生最大的动力。

 

7．空燃比

 

空燃比是化油器或喷油器混合的空气和燃油的比率。最有效的空燃比通常称为理想空燃比。空气和燃油必须彻底地混合，即每个燃油分子周围必须有足够的空气，这样才能完全燃烧。如果两者没有以正确的比例混合，发动机的效率就会降低，废气排放水平就会上升。

标准空燃比应接近15份空气对1份燃油，这个值是用重量计算的。实际上，最有效的空燃比为14.7：1。每使用1磅燃油，需要14.7磅空气，如图1-24所示。如果按照体积计算的话，相当于在9000gal的空气中燃烧1 gal的燃油。尽管14.7：1是最有效的（理想）空燃比，但有时这个比例不是很有效。例如，在发动机起动和加速过程中需要更多的燃油。

 

柴油机标准空燃比示意图

 

 

8．浓和稀混合物

 

12：1左右的比例指示的是浓燃油混合物，而17：1的比例指示的是稀混合物，如图1-25所示。一般来说，浓混合物在燃烧过程中效率低。浓混合物用于低温和起动工况。相对于浓混合物，稀混合物燃烧时温度很高。通常，燃油在燃烧过程时充当冷却剂。因为起到冷却作用的燃油很少，燃烧过程会变得很热。这种状况如果控制得不正确，会对活塞和气门造成严重的损害。

排气中的黑烟通常意味着燃油和空气混合气过浓，也就是空燃比过浓。这通常是由空燃比调整错误引起的。在燃油喷射发动机上，这可能指示计算机没有将空气和燃油混合到正确的空燃比14.7：1。如果是这种情况，需要检查计算机及相关的部件和传感器，以确定混合气的空燃比是如何调整到这样浓的。

 

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