《發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理》深圳殼牌潤滑油 2019-04-28 09:41:21 |
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《發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理》深圳殼牌潤滑油
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡稱熱力機(jī)。熱力機(jī)是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
單缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，講解一下汽油機(jī)的工作原理。
氣缸內(nèi)裝有活塞，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連接?；钊跉飧變?nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過連桿推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了吸入新鮮氣體和排出廢氣，設(shè)有進(jìn)氣門和排氣門。
活塞頂離曲軸中心最遠(yuǎn)處，即活塞最高位置，稱為上止點(diǎn)?；钊敳侩x曲軸中心最近處，即活塞最低位置，稱為下止點(diǎn)。上、下止點(diǎn)間的距離稱為活塞行程，曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離稱為曲軸半徑?；钊孔咭粋€(gè)行程相應(yīng)于曲軸轉(zhuǎn)角180°。對(duì)于氣缸中心線通過曲軸中心線的發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞行程等于曲柄半徑的兩倍。
活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的容積稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的工作容積或發(fā)動(dòng)機(jī)排量，用符號(hào)VL表示。
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)又分為四沖程汽油機(jī)和四沖程柴油機(jī)，兩者的主要區(qū)別是點(diǎn)火方式不同。汽油機(jī)是火花塞點(diǎn)火，而柴油機(jī)是壓燃。
汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在進(jìn)氣行程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動(dòng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括四個(gè)活塞行程，既進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程(作功行程)和排氣行程。
進(jìn)氣行程氣行程中，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積增大，從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓力以下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力。這樣，可燃混合氣便經(jīng)進(jìn)氣管道和進(jìn)氣門被吸入氣缸。
為使吸入氣缸內(nèi)可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小、密度加大、溫度升高，即需要有壓縮過程。在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)行程稱為壓縮行程。
壓縮終了時(shí)，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，活塞上方形成很小空間，稱為燃燒室。壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比稱為壓縮比，以ε表示：
壓縮比愈大，在壓縮終了時(shí)混合氣的壓力和溫度便愈高，，燃燒速度也愈快，因而發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率愈大，經(jīng)濟(jì)性愈好。但壓縮比過大時(shí)，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒情況，反而會(huì)出現(xiàn)爆燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃是由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃造成的一種不正常燃燒。爆燃時(shí)火焰以極高的速率向外傳播，甚至在氣體來不及膨脹的情況下，溫度和壓力急劇升高。同時(shí)，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。表面點(diǎn)火是由于燃燒室內(nèi)熾熱表面與熾熱處(如排氣門頭，火花塞電極，積炭處)點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒(也稱為熾熱點(diǎn)火或早燃)。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強(qiáng)烈的敲擊聲(較沉悶)，產(chǎn)生的高壓會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)件負(fù)荷增加，壽命降低。
在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，裝在氣缸蓋上的火花塞即發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚獗蝗紵螅懦龃罅康臒崮?，因此，燃?xì)獾膲毫蜏囟妊杆僭黾?，所能達(dá)到的最高壓力約為3-5Mpa，相應(yīng)的溫度則為2200-2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而外，其余即用于對(duì)外作功。
可燃混合氣燃燒后生成的廢氣，必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。
當(dāng)膨脹接近終了時(shí)，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中?；钊缴现裹c(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束。在排氣行程中氣缸內(nèi)壓力稍高于大氣壓力，約為0.105-0.115Mpa。排氣終了時(shí)，廢氣溫度約為900-1200K。
由于燃燒室占有一定容積，因此在排氣終了時(shí)，不可能將廢氣排盡，留下的這一部分廢氣稱為殘余廢氣。
綜上所述，四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。這期間活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。
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