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四冲程柴油机的原理和专业名词解释 |
一、柴油机的常用名词
1、工作循环
柴油机中热能与机械能的转化，是通过活塞在汽缸内工作，连续进行进气、压缩、工作、排气四个过程来完成的。机器每进行这样一个过程称为一个工作循环。
2、上止点和下止点
当活塞在汽缸中移动时，活塞顶处在汽缸中的最高位置称为上止点(或称上死点)；活塞顶在汽缸中的最低位置，称为下止点(或称下死点)。
3、活塞冲程
上、下止点之间的最小直线距离称为活塞冲程(或称行程)，通常用S表示。曲轴与连杆大端的连接中心到曲轴的旋转中心之间的最小直线距离称为曲柄的旋转半径。对于汽缸中心线通过曲轴旋转轴心的柴油机，活塞冲程S=2R.
4、 曲柄半径R
曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，活塞行程与曲柄半径之间有如下的关系∶S=2R即活塞行程为曲柄半径的两倍。
5、 燃烧室容积
活塞在上止点时，其顶部以上与缸盖底平面之间的空间容积称燃烧室容积。燃烧室容积是活塞在气缸中运动所能达到的最小容积。
6、工作总容积
活塞从上止点到下止点所扫过的汽缸容积，称为汽缸工作容积(或称活塞排量)，用Vh表示。多缸柴油机各汽缸工作容积的总和称为柴油机工作容积(或称柴油机排量)，用VL表示。
VL=πD2Si=Vhi（L）/4×103
式中D—汽缸直径(cm)
S—活塞冲程(cm)
i—汽缸数
Vh——个汽缸的工作容积。
气缸排量示意图
7、压缩比
新鲜气体吸人汽缸后充满了整个汽缸，即占有汽缸总容积Va，而汽缸总容积则包括燃烧室容积VC和汽缸的工作容积Vh，汽缸总容积Va=Va+Vh。汽缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比，用€表示，即
（1）压缩比的大小，说明汽缸内的空气(或混合气)经压缩后体积缩小的倍数，也表明气体被压缩的程度。通常柴油机€=16～22，汽油机€=5～9.
（2）压缩比越大，表明活塞运动时，气体被压缩得越厉害，其气体的温度和压力就越高，柴油机的效率也越高。
8、过量空气系数
燃料完全燃烧时的理论空燃比（A/F），柴油为14.3（kg/kg）。在发动机中实际燃料燃烧所供给的空气量往往大于理论空气量。燃烧1公斤燃料的实际空气量与理论上所需空气量之比，称为过量空气系数α（Excess air coefficient)。
9、充气效率
发动机进入气缸的空气质量m与进气状态下气缸工作容积充满的空气量之比，称为充气效率。充气效率越大，表示实际进入气缸中的气体量越多，也就是进气过程进行得越完善，气缸工作容积利用得越充分。
● 影响充气效率的因素
（1）进气系统流动阻力；
（2）缸内残余废气量；
（3）进气系统和气缸壁对充量的加热；
（4）配气相位；
（5）进、排气系统中的气体波动效应。
● 影响因素分类
构造方面的因素∶
影响最大的是进气系统的结构型式与尺才，它包括进气管道截面的大小、管道内表面光洁程度、管道弯曲的状况、气门尺寸与个数以及气门升程的大小等。此外还有进气预热机构。进气预热会降低充气效率。
● 使用方面的因素
柴油机的转速对充气系数的影响主要是通过对进气终点压力的影响而起作用。当柴油机转速升高时，进气气流速度上升，使气体压力下降。
● 如何提高充气系数
（1）减少进气系统阻力，根据上面的分桥，不外乎是∶加大进气通道面积，减少通道弯曲及提高进气道内表面的粗糙度等措施。
（2）延长进气时间就是将进气门开启和关闭的时间不是选在上、下止点时、而是选在上止点之前和下止点之后。使进气门开启的延续时间不是占有180°曲轴转角，而是大子180°曲轴转角。
充气效率曲线图
二、四冲程柴油机的工作原理
在热力过程中，只有在“工质”膨胀过程才具有做功能力，而我们要求发动机能连续不断地产生机械功，就必须使工质反复进行膨胀。因此，必须设法使工质重新恢复到初始状态，然后，再进行膨胀。因此，柴油机必须经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程之后，才能恢复到起始状态，使柴油机连续不断地产生机械功，故上述四个热力过程称为一个工作循环。
1、进气冲程
进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的汽缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约68～93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入汽缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。
2、压缩冲程
压缩冲程的目的是提高汽缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，汽缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达(3000～5000)kPa，温度达500～700℃，远超过柴油的自燃温度。
3、膨胀(作功)冲程
当活塞上行将终了时，喷油器开始将柴油喷入汽缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，汽缸内的压力迅速上升到约6000～9000kPa，温度高达(1800～2200)℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而作功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。
4、排气冲程
排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到(800～900)℃，压力下降到(294～392)kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。
排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环，周而复始不断对外作功。
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