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新聞主題 |
康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語及其含義 |
在往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。在圓筒形的汽缸內(nèi)有一個(gè)活塞，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連。曲軸轉(zhuǎn)一圈可帶動(dòng)活塞上、下運(yùn)動(dòng)各一次。要掌握內(nèi)燃機(jī)工作原理，必須先弄清楚下面幾個(gè)重要的概念。
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柴油發(fā)動(dòng)機(jī)軸測圖 |
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柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主視圖
1．上止點(diǎn)（TDC）、下止點(diǎn)（BDC）
（1）上止點(diǎn)：活塞頂處在汽缸中的最高位置叫上止點(diǎn)（TDC）。
（2）下止點(diǎn)：活塞頂處在汽缸中的最低位置叫下止點(diǎn)（BDC）。
這兩個(gè)術(shù)語用來幫助識(shí)別正時(shí)過程中活塞的位置，如圖1所示。
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圖1 柴油機(jī)上止點(diǎn)（TDC）與下止點(diǎn)（BDC） |
2．缸徑和行程
發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑和行程用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑為汽缸的直徑，如圖2所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)的行程指的是活塞從頂部到底部的移動(dòng)距離，也就是從TDC到BDC的距離。即：活塞在上、下止點(diǎn)之間所走的距離稱為活塞沖程（或行程）。
活塞沖程由曲軸的結(jié)構(gòu)確定。從曲軸的中心到曲柄銷的中心稱為曲軸行程（偏心距），如圖2所示，如果乘以2，得到的尺寸就與活塞的沖程相等。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的行程發(fā)生改變，曲軸的行程也將有所不同。
活塞每走一個(gè)沖程，曲軸旋轉(zhuǎn)半圈（180）。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半徑以R來表示，活塞沖程以S表示，對(duì)于汽缸中心線垂直通過曲軸軸心的內(nèi)燃機(jī)，則S＝2R。如圖2所示。
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圖2 柴油機(jī)缸徑和沖程圖 |
3．排量
汽缸工作容積：在一個(gè)汽缸內(nèi)，活塞由上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)所掃過的汽缸容積叫做工作容積，用符號(hào)Vh表示。多缸內(nèi)燃機(jī)所有汽缸工作容積之和，稱為內(nèi)燃機(jī)的工作容積（或稱排量），用字母V總表示：
V總＝I·Vh
V＝0.785×D2×H×I
曲軸行程乘以2就是活塞沖程
式中，
I為汽缸數(shù)；
D為汽缸直徑；
H為活塞沖程。
這個(gè)公式計(jì)算出以立方英寸為單位的總排量。但是，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)大多用立方厘米（cc或cm3）和升表示排量。
例如，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)通過2.5L、850cc等來識(shí)別。立方英寸、立方厘米與升的轉(zhuǎn)換關(guān)系是：
1 in3＝16.387 cc
1000 cc＝1升
相同的公式也可用于計(jì)算公制單位的排量。在這種情況下，缸徑和行程以厘米為單位。
排量大，內(nèi)燃機(jī)輸出功率也大。因此，排量常作為表征內(nèi)燃機(jī)性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。
余隙容積：當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，在活塞頂上方的容積，稱余隙容積，又稱燃燒室容積（用符號(hào)VC來表示）。
汽缸總?cè)莘e：當(dāng)活塞在下止點(diǎn)時(shí)，在活塞頂上方的容積，稱汽缸總?cè)莘e（用Va表示）。顯然Va＝Vh＋VC。
4．壓縮比
新鮮空氣吸入汽缸后充滿了整個(gè)汽缸，也就是占有汽缸總?cè)莘eVa，經(jīng)壓縮后活塞到上止點(diǎn)時(shí)，氣體容積縮小為燃燒室容積VC。壓縮前與壓縮后體積之比稱為壓縮比，用符號(hào)Σ表示，即
Σ＝Va/Vc＝Vh＋Vc/Vc＝1＋Vh/Vc
壓縮比的大小說明了汽缸內(nèi)的空氣（或混合氣）經(jīng)壓縮后體積縮小的倍數(shù)，也表明了氣體被壓縮的程度。柴油機(jī)Σ＝12～22，汽油機(jī)Σ＝5～12。
柴油機(jī)的壓縮比大，是因?yàn)椴裼蜋C(jī)工作時(shí)噴入汽缸的柴油是在壓縮后的高溫空氣中自燃的，壓縮比大，壓縮后的空氣溫度才高，才能使柴油自燃。所以，柴油機(jī)的壓縮比都比汽油機(jī)的大（汽油機(jī)汽缸內(nèi)壓縮的是汽油與空氣的可燃混合氣體，過大的壓縮比可能導(dǎo)致早燃）。
12V190B型柴油機(jī)Σ＝13.5
6135G型柴油機(jī)Σ＝16.5
根據(jù)以上信息，如果活塞排量為45in3。，燃燒室的容積為5.513in3，計(jì)算此時(shí)的壓縮比
壓縮比＝（45＋5.5）／5.5
壓縮比＝9.18：1
通常壓縮比的范圍大約從低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的8：1到柴油機(jī)的25：1。圖4所示為發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比示意圖。
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圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比示意圖 |
5．燃燒
空氣、燃油和點(diǎn)火是發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)工作條件，即必須有足夠的空氣進(jìn)行燃燒、適量的燃油與空氣混合氣以及某種點(diǎn)火類型啟動(dòng)燃燒。當(dāng)這三個(gè)因素存在時(shí)，如圖1-23所示，燃燒就會(huì)發(fā)生。這種燃燒將燃油中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能。燃燒產(chǎn)生的熱能使氣體迅速膨脹。這種膨脹（機(jī)械能）推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞上向下的力使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出功率。
6．正時(shí)
正時(shí)是識(shí)別空氣、燃油和點(diǎn)火何時(shí)相結(jié)合以產(chǎn)生燃油的過程，它是通過與活塞和曲軸的位置相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。為使發(fā)動(dòng)機(jī)有效地工作，空氣和燃油混合氣必須在正確的時(shí)刻進(jìn)入汽缸，也就是說進(jìn)氣門必須在正確的時(shí)刻打開和關(guān)閉，排氣門也必須在正確的時(shí)刻打開和關(guān)閉。
空氣和燃油的點(diǎn)火也必須在精確的時(shí)刻發(fā)生。點(diǎn)火正時(shí)隨速度和負(fù)荷變化。當(dāng)進(jìn)氣門和排氣門的正時(shí)設(shè)置得正確，并且點(diǎn)火在正確的時(shí)刻發(fā)生時(shí)，化學(xué)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換就能產(chǎn)生最大的動(dòng)力。
7．空燃比
空燃比是化油器或噴油器混合的空氣和燃油的比率。最有效的空燃比通常稱為理想空燃比?？諝夂腿加捅仨殢氐椎鼗旌?，即每個(gè)燃油分子周圍必須有足夠的空氣，這樣才能完全燃燒。如果兩者沒有以正確的比例混合，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就會(huì)降低，廢氣排放水平就會(huì)上升。
標(biāo)準(zhǔn)空燃比應(yīng)接近15份空氣對(duì)1份燃油，這個(gè)值是用重量計(jì)算的。實(shí)際上，最有效的空燃比為14.7：1。每使用1磅燃油，需要14.7磅空氣，如圖1-24所示。如果按照體積計(jì)算的話，相當(dāng)于在9000gal的空氣中燃燒1 gal的燃油。盡管14.7：1是最有效的（理想）空燃比，但有時(shí)這個(gè)比例不是很有效。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和加速過程中需要更多的燃油。
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柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)空燃比示意圖 |
8．濃和稀混合物
12：1左右的比例指示的是濃燃油混合物，而17：1的比例指示的是稀混合物，如圖1-25所示。一般來說，濃混合物在燃燒過程中效率低。濃混合物用于低溫和起動(dòng)工況。相對(duì)于濃混合物，稀混合物燃燒時(shí)溫度很高。通常，燃油在燃燒過程時(shí)充當(dāng)冷卻劑。因?yàn)槠鸬嚼鋮s作用的燃油很少，燃燒過程會(huì)變得很熱。這種狀況如果控制得不正確，會(huì)對(duì)活塞和氣門造成嚴(yán)重的損害。
排氣中的黑煙通常意味著燃油和空氣混合氣過濃，也就是空燃比過濃。這通常是由空燃比調(diào)整錯(cuò)誤引起的。在燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)上，這可能指示計(jì)算機(jī)沒有將空氣和燃油混合到正確的空燃比14.7：1。如果是這種情況，需要檢查計(jì)算機(jī)及相關(guān)的部件和傳感器，以確定混合氣的空燃比是如何調(diào)整到這樣濃的。
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