柴油機基本原理

柴油機基本原理一四行程柴油機工作行程和基本性能指標第一節(jié)四行程柴油機的基本工作行程內(nèi)燃機是一種熱力機械，它通過燃料燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通過氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)轉(zhuǎn)化為機械功，即氣缸中工質(zhì)的燃燒壓力作用在活塞頂上，通過曲柄連桿機構(gòu)，在克服了內(nèi)燃機內(nèi)部各項損失后，對外做工，因此要了解內(nèi)燃機的基本原理，必須首先了解內(nèi)燃機的工作循環(huán)過程，即進氣行程、壓縮行程、做功行程、排氣行程，這是四行程發(fā)動機的基本工作循環(huán)，也是我們主要了解的。完成一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈。插入曲軸轉(zhuǎn)角圖1進氣行程在進氣行程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，隨著活塞由上止點（活塞離曲軸中心最遠處，即活塞的最高位置）向下止點（活塞離曲軸中心最近處，即活塞的最低位置）運動，活塞上方的氣缸容積增大，造成真空吸氣，對于非增壓柴油機氣缸內(nèi)的壓力可以降低到低于大氣壓，新鮮的空氣進入氣缸。2壓縮行程為使氣缸內(nèi)的可燃混和介質(zhì)能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，讓發(fā)動機輸出較大的功率，必須在燃燒前將介質(zhì)壓縮，使其變成高溫高壓的介質(zhì)，在這個過程中進排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動活塞由下止點向上止點運動，行程終了時活塞達到上止點，介質(zhì)被壓縮在一個活塞上方的一個很小的空間內(nèi)即燃燒室內(nèi)?；钊谙轮裹c時的氣缸容積與活塞在上止點時的氣缸容積之比稱為壓縮比，壓縮比大，壓縮行程終了時介質(zhì)的溫度壓力更高，燃燒更迅速，功率大，經(jīng)濟性好，柴油機的壓縮比比汽油機的高，也是柴油機經(jīng)濟性好的主要原因，柴油機的壓縮比一般在12-22，汽油機的一般在6-12，但壓縮比過大時汽油機將會出現(xiàn)暴燃，表面點火等不正常燃燒，各項性能反而下降，對柴油機壓縮終了時燃燒室的容積很小時，將會使燃燒室的選材、設計、制造更加困難，同時由于燃燒的最高溫度和壓力上升，發(fā)動機的含氮廢氣增加，震動噪聲增加。3做功行程在這個過程中進排氣門都關(guān)閉，活塞向下止點運動，混合氣燃燒放出大量熱能氣缸內(nèi)達到最高溫度和壓力，高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，通過曲柄連桿機構(gòu)輸出機械功。4排氣行程當做功膨脹行程接近終了時，排氣門打開，靠廢氣的壓力自由排氣，活塞達到下止點再向上運動時，繼續(xù)將廢氣強制排到大氣中，當活塞到上止點附近時，排氣結(jié)束。與此可見，四行程發(fā)動機工作行程中，只有一個行程是做功的，其余三個行程是靠飛輪的慣性來維持的，顯然做功行程的發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于其它行程的轉(zhuǎn)速，所以發(fā)動機的轉(zhuǎn)速是不均勻的，發(fā)動機運行不平穩(wěn)，為了解決這個問題，飛輪必須具有更大的轉(zhuǎn)動慣量，對于多缸發(fā)動機，由于所有的做功行程并不同時發(fā)生，四缸發(fā)動機每半周就有一個做功行程，因此運行比較平穩(wěn)。下面簡單介紹一下兩行程發(fā)動機第一行程活塞自下止點向上止點運動，事先已充入活塞上方的空氣被壓縮，完成進氣和壓縮過程。第二行程活塞自上止點向下運動，完成做功和排氣行程。兩行程發(fā)動機特點是曲軸每轉(zhuǎn)動一周就有個做功過程，沒有氣門機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單重量，在摩托車上廣泛應用，在大型低速船用柴油機上也有應用，但由于它廢氣排的不是很好，并且換氣時減小了做功行程做功行程，使其經(jīng)濟性、排放性都不好。第二節(jié)柴油機的基本性能指標1平均有效壓力平均有效壓力是一個假想的平均不變的作用在活塞上的壓力，它放映了發(fā)動機每單位工作容積輸出轉(zhuǎn)矩的大小。2有效扭矩發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，單位N.M。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加在發(fā)動機曲軸上的阻力矩相平衡。3升功率發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率，單位KW/L，升功率是從發(fā)動機有效功率的角度，對其氣缸工作容積的利用率作出總的評價，升功率越大發(fā)動機的強化程度越高，發(fā)出一定功率的發(fā)動機的尺寸越小。這是發(fā)動機動力性能和強化程度的一個重要指標。發(fā)動機型號功率缸徑缸數(shù)行程升功率BMWAG3.2L244.76KW87MM691MM75.41KW/L濰坊6缸柴油機225KW126MM6130MM23.13KW/L對比這兩個功率相似的發(fā)動機，由于BMW的升功率大，BMW的發(fā)動機尺寸比濰坊的要小近一半。4發(fā)動機的有效功率發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率，單位KW，它等于發(fā)動機有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘機，也等于升功率乘發(fā)動機的氣缸總工作容積。5發(fā)動機的燃油消耗率發(fā)動機的單位有效功的耗油量，通常用單位千瓦小時有效功所消耗的燃油克數(shù)表示，單位G/(KW.H)。燃油消耗率是衡量發(fā)動機經(jīng)濟性能的重要指標。第三節(jié)柴油機的基本結(jié)構(gòu)此處插入結(jié)構(gòu)圖1機體(缸體)包括缸體、氣門蓋、油底殼。機體的作用是作為發(fā)動機各機構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，而其本身的許多部分又是曲柄機構(gòu)、配氣機構(gòu)、供給機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)的組成部分。2曲柄連桿機構(gòu)包括活塞、連桿、曲軸、飛輪。這是發(fā)動機借以產(chǎn)生動力，將活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而輸出動力的機構(gòu)。3配氣機構(gòu)包括進氣門、排氣門、凸輪軸凸輪軸軸正時齒輪、氣門推桿、搖臂等。配氣機構(gòu)的作用是使空氣及時充入氣缸并及時從氣缸排除廢氣。4供給結(jié)構(gòu)包括柴油箱、柴油泵、噴油器、柴油慮芯等。供給系統(tǒng)的作用是將柴油過濾并及時將柴油噴入氣缸。5冷卻系統(tǒng)包括水泵、散熱器、風扇、水套等，作用是將受熱機構(gòu)的熱量散發(fā)的大氣中，保證發(fā)動機的正常工作溫度。6潤滑系包括機油泵、各類機油濾清器、機油冷卻器、潤滑油管道等。潤滑系的主要作用是潤滑、清洗摩擦表面、密封、冷卻、防銹。7起動系統(tǒng)包括起動機及其附件。作用是啟動發(fā)動機。第四節(jié)曲柄連桿機構(gòu)曲軸連桿機構(gòu)是往復式內(nèi)燃機的主要工作機構(gòu)。在作功沖程，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能使活塞往復運動、曲軸旋轉(zhuǎn)運動而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，對外輸出動力；在其它沖程，則依靠曲軸和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。曲軸連桿機構(gòu)由氣缸體曲軸箱組、活塞連桿組以及曲軸飛輪組三個部分組成在高溫、高壓、高速以及化學腐蝕條件下工作的曲軸連桿機構(gòu)受到各種力的作用。例如，在氣缸中作往復運動的機件，要受到氣體力、慣性力的作用；旋轉(zhuǎn)機件要受到離心力的作用；相對運動機件要受到摩擦力的作用。這些力作用在曲軸連桿機構(gòu)上，會使各傳動機件受到拉伸、壓縮和彎扭等不同形式的載荷。因此，在結(jié)構(gòu)和選材上必須采取相應的措施。一曲軸箱組1氣缸體它作為各系統(tǒng)的裝載機體，要求有足夠的強度和剛度，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵鑄造，內(nèi)壁研磨加工。氣缸體表面的平面度要求很高。氣缸體表面與高溫高壓的燃氣接觸，為保障其溫度不過高，需要對其隨時冷卻，發(fā)動機常見的為水冷方式，發(fā)動機水冷時，氣缸周圍和氣缸蓋中均有用以充水的空腔稱為水套，氣缸體和氣缸蓋的水套是相通的。2缸套與活塞配合的氣缸體表面，要用優(yōu)質(zhì)耐磨材料，氣缸體的其它部分的耐磨要求并不高，所以我們用嵌入缸體內(nèi)的氣缸套，行程氣缸的工作表面，這樣缸套可以用耐磨性很好的合金鑄鐵制造，以延長氣缸體的使用壽命。缸套安是否與冷卻水接觸分為干式、濕式兩種濕式缸套直接與冷卻水接觸，優(yōu)點是在氣缸體上設有密封的水套，容易拆卸，冷卻效果也好。3氣缸蓋氣缸蓋主要功能是密封氣缸上部，并與活塞頂部、氣缸壁一起形成燃燒室，氣缸蓋上有進排氣門座、氣門導管、排氣通道噴油器座孔，使其結(jié)構(gòu)復雜，鑄造精度高，表面加工精度要求高。4氣缸墊它是在缸體與缸蓋之間的襯墊，具有一定的彈性，可以補償缸體、缸蓋結(jié)合面的不平度，以保障燃燒室、缸體缸蓋之間的油路、水路的密封，氣缸墊有石棉型和純金屬等幾種類型，在擰緊氣缸螺栓時一定要按規(guī)定的順序和力矩擰緊，否則容易損壞氣缸墊的密封，造成漏水漏氣。5油底殼它主要是密封曲軸箱，存儲機油。油底殼后部做的比較深，保證發(fā)動機在縱向傾斜時，機油泵也能吸到油。二活塞組它包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等。1活塞活塞的主要作用是承受氣缸中氣體壓力所造成的作用力，并將此力通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸轉(zhuǎn)動?；钊敳窟€與氣缸壁、氣缸蓋共同組成燃燒室。1） 活塞頂部活塞頂部與燃燒室的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，它上面有各種各樣的凹坑，凹坑的位置、形狀、大小都要很好的設計，以適應柴油機混合氣的形成和燃燒的要求，這是很復雜的設計，這里不做介紹?；钊敳恐苯咏佑|高溫高壓燃氣，為了防止活塞頂部過熱，有的在活塞頂部鍍一層隔熱材料以減小活塞的熱負荷。2） 活塞頭部活塞頭部是活塞環(huán)槽以上的部分，其作用1） ）承受氣體壓力，并傳給連桿2） ）與活塞環(huán)一起實現(xiàn)氣缸的密封，這里要注意氣缸的密封是由活塞環(huán)實現(xiàn)的，不是活塞。3） ）將活塞環(huán)所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁活塞環(huán)槽，特別是第一道環(huán)槽，承受的溫度、壓力高在加上活塞環(huán)與環(huán)槽的相對運動，更加速了環(huán)槽的磨損，為了保護環(huán)槽，可在鋁合金制造的環(huán)槽上鑄如用耐磨材料制成的環(huán)槽護圈，以保護環(huán)槽。3） 活塞裙部是指活塞環(huán)槽下端到活塞底斷的部分，其作用是為活塞在氣缸內(nèi)的運動起導向，同時承受側(cè)壓力。由于活塞的受力和活塞材料不均勻的熱膨脹作用，使活塞在延活塞銷方向的膨脹量大于其它方向的膨脹量，為使活塞在熱狀態(tài)下與氣缸壁也能在各個方向上保持比較均勻的間隙，必須預先在冷狀態(tài)下，把活塞裙部加工成長軸垂直與活塞銷方向上的橢圓，而不是正圓?；钊喜繙囟雀?，下部溫度低，對于鋁合金的活塞，上部溫度高，膨脹的明顯，下部溫度低，膨脹的不明顯，為使鋁合金活塞在熱態(tài)下是一個圓柱體，冷態(tài)時，必須把活塞做成上小下大的近似圓錐體。2活塞環(huán)活塞環(huán)是發(fā)動機中工作條件最惡劣的機件，承受氣缸中高溫高壓的燃氣作用，特別是第一道氣環(huán)，工作溫度在400度左右，，活塞環(huán)在氣缸中做高速運動，活塞環(huán)的平均速度為11-13M/S，加上高溫時機油可能變質(zhì)，使活塞環(huán)磨損嚴重，活塞環(huán)是發(fā)動機中使用壽命最短的機件，當活塞環(huán)失效時，將出現(xiàn)起動空難、功率不足、竄氣、排氣藍煙、機油消耗增大狀況。氣環(huán)一般用合金鑄鐵制造，并鍍有多孔性鉻，多孔性鉻硬度高，并能存儲少量機油，改善潤滑條件?；钊h(huán)的作用是密封、導熱，密封是指保障活塞與氣缸壁之間的密封，防止氣缸中的高溫高壓燃氣竄如曲軸箱，同時將活塞頂部的大部分熱量傳給氣缸壁，再有冷卻水帶走?；钊h(huán)分氣環(huán)和油環(huán)。1） 氣環(huán)氣環(huán)在自由條件下，其外形尺寸比氣缸內(nèi)徑稍大，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力，緊粘在氣缸壁上，使燃氣不能通過環(huán)與氣缸壁之間的間隙，同時，活塞環(huán)在燃氣的壓力下，壓緊在活塞環(huán)槽的下端面，于是燃氣便繞流到活塞環(huán)背面，燃氣的壓力對活塞環(huán)背面的壓力使活塞環(huán)更緊的壓在汽缸壁上，同時燃氣由于膨脹，壓力下降，同樣的原理，發(fā)生在第二、第三道氣環(huán)上，在最后一道氣環(huán)上泄漏的燃氣已相當?shù)纳?，這種密封稱為迷宮式密封氣缸內(nèi)的燃氣主要是通過活塞環(huán)的切口進入曲軸箱，在安裝活塞環(huán)時要注意切口的方向，一定要對照手冊?；钊h(huán)的斷面有各種形狀，在安裝時要主要斷面方向，裝反了就不能很好的密封。2） 油環(huán)油環(huán)的主要作用是刮油。油環(huán)有兩類普通油環(huán)、組合油環(huán)?，F(xiàn)在普通油環(huán)不多用，我們簡單介紹組合油環(huán)。組合油環(huán)由幾個刮油鋼片和彈性襯環(huán)組成，徑向的彈性襯環(huán)可以把刮油鋼片壓緊在氣缸壁上，刮油鋼片各自獨立，對氣缸的適應性好，刮油鋼片很薄，對氣缸壁的比壓大，所以，刮油效果很好。3活塞銷活塞銷連接活塞和連桿小頭，將活塞所承受的燃氣作用力傳給連桿，連桿再推動曲軸轉(zhuǎn)動?；钊N在熱態(tài)下，不僅能在連桿小頭中自由轉(zhuǎn)動，也可在銷座孔內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動，這稱為全浮式活塞銷，它可保證活塞銷磨損均勻。在冷態(tài)時活塞銷與銷座孔為過度配合所以在安裝時，需要把活塞座孔加熱到90度，然后將活塞銷裝入。4連桿連桿的作用是將活塞承受的燃氣壓力傳給曲軸，從而使活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿承受壓縮、拉伸、彎曲交變載荷，要求在質(zhì)量一定的前提下，有足夠的強度和剛度，而工字斷面在質(zhì)量一定時，強度、剛度多好，所以連桿斷面一般為工字。連桿剛度不夠時，可能產(chǎn)生的結(jié)果有：連桿大頭失圓，導致大頭軸瓦因油膜破壞而燒損，連桿彎曲，造成活塞與氣缸偏磨，竄氣、竄油。1） 連桿小頭它與活塞銷相連，內(nèi)有減磨的青銅襯套。2） 連桿身為在質(zhì)量一定的條件下，能有足夠的強度、剛度，通常斷面為工字型，在中間有潤滑油道。3） 連桿大頭連桿大頭與曲柄相連，連桿蓋與連桿大頭是組合鏜孔，為保證足夠的精度，在裝配是不要裝混，連桿大頭的表面要求很高的光潔度，以便與連桿瓦緊密配合。)連桿螺栓連桿蓋和連桿大頭用特制的連桿螺栓連接，連桿螺栓必須按規(guī)定的擰緊力矩，分2—3次擰緊。)連桿定位由于連桿大頭與連桿是分開的，在安裝是就有兩者之間的定位問題，通常有套筒定位，鋸齒定位，通過定位，可以保證安裝的精度。套筒定位，是在連桿蓋的每個螺栓孔中，壓入一個高強度套筒，這個套筒與連桿大頭有精度很高的配合，借此達到連桿大頭與連桿的安裝精度。缺點是，連桿大頭的尺寸可要加大，以保證套筒的壓入。鋸齒定位，是在連桿大頭和連桿接觸面加工出高精度的鋸齒，靠鋸齒之間定位。缺點是，兩個端面的鋸齒加工工藝負責。)連桿瓦連桿瓦是在厚1—3mm的薄鋼背上澆鑄0.3-0.7mm的減磨合金而成。連桿瓦與曲柄銷的配合是發(fā)動機最主要的配合之一，在裝配時最好不要把連桿瓦混裝，各缸是各缸的。連桿瓦在自由狀態(tài)下，不是半圓，當它們裝入連桿大頭時，有點過盈，能均勻的粘在連桿大頭壁上，已保證很好的承受載荷和導熱能力。連桿瓦在缸背上加工有定位凸鍵，防止連桿瓦滾動。三曲軸曲軸承受連桿傳來的力，并由此造成繞其本身軸線的力矩。曲軸的上的配合集中了發(fā)動機最關(guān)鍵的配合，裝配時要十分注意。主軸承座與主軸承蓋也是組合鏜孔，加工精度很高，不能互換，曲軸軸瓦與連桿軸瓦結(jié)構(gòu)相同，軸瓦背和軸承座孔要保持很好的光潔度，保證軸瓦能承受載荷，并傳到熱量。主軸承座與主軸承蓋也存在定位問題，定位方式與連桿大頭的相似。主軸承螺栓也要按規(guī)定的力矩，分2—3次擰緊。曲軸要求有很好的潤滑，在曲軸的各個曲柄和主軸徑上都有油路，機油在機油泵的作用下，通過曲軸的各個曲柄和主軸徑上的油路，送到各個滑動軸承的配合表面。第五節(jié)配氣機構(gòu)儂徂或血:飛佻構(gòu)的fi皿支■最瓶頭攜階rew惘儂徂或血:飛佻構(gòu)的fi皿支■最瓶頭攜階rew惘Rpi.s帽I■tiJBJfililrutniE^n；iit'imil.if?ft「Jirr購整蛇仃。心m*術(shù)座土、驟-\rjJ?R3S01：懺正II#卅電甲用陣M.28-ikJft蝴2S羋抖芯就凸定仙洞罵W駝凸耿BtJfi煎3】正時M強一配氣機構(gòu)的功用是1按照發(fā)動機每一氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門，使新鮮充量得以及時進入氣缸，廢氣得以及時從氣缸排出2在壓縮與膨脹行程中，保證燃燒室的密封。新鮮充量對于柴油機而言是純空氣。新鮮充量充滿氣缸的程度用充氣效率表示。它是進氣過程中，實際進入氣缸的新空氣量，與在進氣口狀態(tài)下，理論上充滿氣缸工作容積的空氣量，兩者之間的比值，這個值在0.9左右，充氣效率越高，表明進入氣缸內(nèi)的新鮮充量的質(zhì)量越大，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量愈大，發(fā)動機發(fā)出的功率也愈大。提高充氣效率，是提高內(nèi)燃機功率的一個重要方法，影響充氣效率的因素主要有，進氣系統(tǒng)的機構(gòu)阻力，如空氣慮芯問題，進排氣門的結(jié)構(gòu)、氣門的開啟時刻，即配氣相位問題。配氣機構(gòu)可從不同角度來分類。按氣門的布置分為氣門頂置和氣門側(cè)置式；按凸輪軸的布置位置分為下置式、中置式和上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式分為齒輪傳動式、鏈條傳動式和齒帶傳動式；按每氣缸氣門數(shù)目分，有二氣門式和四氣門式等。配氣機構(gòu)的總布置配氣機構(gòu)的組成與工作情況各式配氣機構(gòu)中，按其功用都可分為氣門組和氣門傳動組兩大部分。氣門組包括氣門及與之相關(guān)聯(lián)的零件，其組成與配氣機構(gòu)的型式基本無關(guān)。氣門傳動組、是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件，其組成視配氣機構(gòu)的形式而有所不同，它的功用是定時驅(qū)動氣門使其開閉。1.氣門頂置式配氣機構(gòu)進氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上，氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件；氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。氣門頂置式配氣機構(gòu)的工作情況是：當氣缸的工作循環(huán)需要將氣門打開進行換氣時，由曲軸通過傳動機構(gòu)驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，使凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱、推桿、調(diào)整螺釘推動搖臂擺轉(zhuǎn)，搖臂的另一端便向下推開氣門，同時使彈簧進一步壓縮。當凸輪的凸起部分的頂點轉(zhuǎn)過挺柱以后，便逐漸減小了對挺柱的推力，氣門在彈簧張力的作用下開度逐漸減小，直至最后關(guān)閉。壓縮和做功行程中，氣門在彈簧張力的作用下嚴密關(guān)閉。氣門頂置式配氣機構(gòu)根據(jù)凸輪軸的位置有以下三種型式：(1)凸輪軸下置式配氣機構(gòu)，凸輪軸裝在曲軸箱內(nèi)，直接由凸輪軸正時齒凸輪與曲軸正時齒輪相嚙合，由曲軸帶動。氣門傳動組包括上述全部零件，其應用最為廣泛。(2)凸輪軸中置式配氣機構(gòu)凸輪軸位于氣缸體的上部。為了減小氣門傳動機構(gòu)的往復運動的質(zhì)量，對于高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機，可將凸輪軸的位置移到氣缸體的上部，由凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂而省去推桿。該形式的配氣機構(gòu)因曲軸與凸輪軸的中心線距離較遠，一般要在中間加入一個中間齒輪(惰輪)。(3)凸輪軸上置式配氣機構(gòu)凸輪軸布置在氣缸蓋上。凸輪軸直接通過搖臂來驅(qū)動氣門，沒有挺柱和推桿，使往復運動的質(zhì)量大為減小，對凸輪軸和氣門彈簧的要求也最低，因此它適用于高速強化發(fā)動機。氣門頂置式配氣機構(gòu)由于進、排氣通道拐彎少、氣流阻力較小，氣體進出較通暢，使得進氣較充分，同時氣門的布置與燃燒室配含緒樹緊湊，有利于混合氣的形成和燃燒，所以動力性和經(jīng)濟性較好。目前國產(chǎn)汽車發(fā)動機都；采用氣門頂置式配氣機構(gòu)，如CA1091型、東風EQ1090E型、上海桑塔納轎車等。四行程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，各缸的進、排氣門各開啟一次，即凸輪軸只轉(zhuǎn)一圈，所以曲軸與凸輪軸的傳動比為2：1。2.氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)進氣門和排氣、門都裝置在氣缸體的一側(cè)二四行程柴油機的換氣過程1排氣過程理論上排氣門應該在活塞在下止點時打開，但此時排氣門剛剛開啟一點，排氣截面積很小，排氣不暢，氣缸壓力下降遲緩，活塞向上止點運動強制排氣時，將大大增加活塞排氣所消耗的功，所以內(nèi)燃機的排氣門都是在活塞接近下止點前的某一個曲軸轉(zhuǎn)角位置打開，這一角度稱為排氣提前角。在排氣門打開，到強制排氣初期，由于氣缸內(nèi)壓力高，廢氣以當?shù)芈曀倥懦?，配氣量取決與氣門截面積的大小，與排氣管內(nèi)的壓力無關(guān)，這段時間隨短，但排氣量卻占到60%，所以排氣提前角要適當?shù)募哟蟆Ｔ趶娭婆艢夂笃?，氣流量不僅與排氣截面積有關(guān)，業(yè)與排氣管內(nèi)的氣體壓力有關(guān)。內(nèi)燃機的排氣門也不是在上止點就關(guān)閉的，而是有一個滯后角，這個角度叫排氣門遲閉角，做用有兩個避免因排氣界面積過早減小，造成排氣阻力加大利用排氣流的慣性，繼續(xù)排氣2進氣過程為了增加進氣量，進氣門也在上止點前的某個角度開啟，這個角度叫進氣提前角，進氣門也是在下止點后的某個角度關(guān)閉，這個角度叫進氣遲閉角，在這個曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，活塞雖然開始上行，但進氣的氣流速度依然較高，進氣門遲閉正是為了利用氣流的慣性，向缸內(nèi)多充氣。3氣門疊開在四行程內(nèi)燃機換氣過程中存在一個氣門疊開的特殊階段。由于進氣門在上止點前提前開啟，排氣門在上止點后遲后關(guān)閉，出現(xiàn)進排氣門同時開啟的現(xiàn)象，這稱為氣門疊開。在氣門疊開其間，進氣管、氣缸、排氣管相通，氣體的流動方向取決于三者的壓力差，對于自然吸氣的柴油機，氣門疊開角過大，可能出現(xiàn)廢氣倒流，對于增壓柴油機，由于進氣壓力高新鮮空氣只會進入氣缸掃氣，要充分利用氣門疊開角，原因如下：1） 有利于掃除缸內(nèi)的廢氣，增加進氣量2） 利用新鮮的充量，降低燃燒室內(nèi)氣缸壁、排氣門、活塞頂、氣缸蓋的溫度，從而減小這些關(guān)鍵部件的熱負荷三氣門與凸輪軸1氣門氣門的頭部工作溫度很高，特別是排氣門，排氣門一般用耐熱合金鋼制作。氣門密封錐面的錐角，稱為氣門錐角，進氣門有采用30度錐角的，錐角小，進氣斷面大，但氣門頭部較薄，氣門強度不好，導熱性也不好，排氣門導熱性要求高，一般用45度錐角。2氣門座氣門座由于在高溫下工作，氣門又不斷的沖擊，有要求它與氣門之間的良好密封，對其材料性能要求很高，故一般采用優(yōu)質(zhì)材料加工，然后鑲嵌如氣門座孔，氣門孔座與氣門座的公差配合要求很嚴，若氣門座脫落將導致重大事故。為了保證良好的密封，氣門與氣門座的密封錐面要研磨，研磨錐面要有1—3mm，以防止由于氣門與氣門座的沖擊和被高溫燃氣破壞。研磨的氣門不能互換。四多氣門結(jié)構(gòu)汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)越來越高，現(xiàn)代轎車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一般可達每分鐘5500轉(zhuǎn)以上，完成四個工作過程只需0.005秒時間，傳統(tǒng)的兩氣門已經(jīng)不能勝任在這么短促的時間內(nèi)完成換氣工作，限制了發(fā)動機性能的提高。解決這個問題的方法只能是擴大氣體出入的空間。換句話就是用空間換取時間。多氣門技術(shù)是解決問題的最好方法，直至80年代推廣多氣門技術(shù)才使發(fā)動機的整體質(zhì)量有了一次質(zhì)的飛躍。多氣門發(fā)動機是指每一個氣缸的氣門數(shù)目超過兩個，即兩個進氣門和一個排氣門的三氣門式；兩個進氣門和兩個排氣門的四氣門式；三個進氣門和兩個排氣門的五氣門式。目前轎車上的多氣門發(fā)動機多是四氣門式的。四缸發(fā)動機有16個氣門，6氣缸發(fā)動機有24個氣門，8氣缸發(fā)動機就有32個氣門。例如日本凌志LS400型轎車的發(fā)動機就是8缸32個氣門。增加了氣門數(shù)目就要增加相應的配氣機構(gòu)裝置，構(gòu)造比較復雜，一般由兩支頂置式凸輪軸來控制排列在氣缸燃燒室中心線兩側(cè)的氣門。氣門布置在氣缸燃燒室中心兩側(cè)傾斜的位置上，是為了盡量擴大氣門頭的直徑，加大氣流通過面積，改善換氣性能，形成一個火花塞位于中央的緊湊型燃燒室，有利于混合氣的迅速燃燒。有人提出疑問，既然氣門多好，為什么見不到一缸6氣門以上的發(fā)動機？熱力學有一個叫''簾區(qū)”的概念，指氣門的圓周乘以氣門的升程，即氣門開啟的空間。''簾區(qū)''越大說明氣門開啟的空間越大，進氣量也就越大。以奧迪100型轎車的發(fā)動機為例，它的四氣門、、簾區(qū)”值比兩氣門的、、簾區(qū)”值，在進氣狀態(tài)時要大一半，在排氣狀態(tài)時要大百分之七十。當然，每一個事物都有它的一定適用范圍，并不是說氣門越多''簾區(qū)”值就越大，據(jù)專家計算當每個氣缸的氣門增加到六個時，''簾區(qū)"值反而會下降了，而且氣門越多機構(gòu)越復雜，成本就越大。因此，目前轎車的多氣門燃油發(fā)動機的每個氣缸的氣門數(shù)目都是三至五個，其中又以四個氣門最為普遍。五凸輪軸凸輪軸上的各缸進排氣凸輪的相對角度是與既定的配氣相位相適應的。凸輪的輪廓應保證氣門的開啟和閉合的持續(xù)時間符合配氣相位的要求。當凸輪按圖中箭頭方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過圓弧EA時，挺柱不動，氣門關(guān)閉，當凸輪軸轉(zhuǎn)過A點后挺柱開始上移，到B點氣門間隙消除，氣門開始開啟，到C點對應這氣門的最大開度，到D點氣門閉合，凸輪輪廓BCD的形狀，確定了氣門的運動規(guī)律，它也與配氣相位相適應。第六節(jié)柴油機的燃油供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)的基本功能是：在壓縮行程接近終了時，把柴油噴入氣缸，直接在氣缸內(nèi)部行程混合氣，并借助氣缸內(nèi)的高溫自行燃燒。1） 能產(chǎn)生足夠高的噴射壓力，以保證燃料的良好霧化、混合氣的形成與燃燒2） 對應于柴油機的每一工況能精確、及時的控制噴入氣缸的燃料，并保證各缸的噴油量均勻3） 在柴油機運轉(zhuǎn)的整個工況內(nèi)，盡可能的保持最佳的噴油時刻4） 保證柴油機安全的工作，不飛車。柴油供給系統(tǒng)可分高壓部分與低壓部分。在輸油泵的做用下，燃油離開油箱，經(jīng)過第一及燃油濾清器（油水分離器），進入輸油泵的近油端，到此的部分為低壓端，接頭或連接的任何部分松動，都會將空氣吸入燃油系統(tǒng)，導致發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)和功率下降。高壓部分包括高壓泵、噴油器、與之相連的高壓油管。這種傳統(tǒng)的泵一管一嘴系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少用。一泵一管一嘴系統(tǒng)的噴油過程當噴油泵挺柱總稱2的滾輪與凸輪的基圓接觸時，柱塞3處于下死點，柱塞腔5與低壓油腔相連，隨著凸輪軸的轉(zhuǎn)動，當柱塞的頂面上升的與進、回油孔的上邊緣相齊平時，進、回油孔關(guān)閉，柱塞腔與低壓油路隔斷，柱塞再向上運動，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮，壓力升高，當壓力升到大于出油閥開啟壓力與上次上次噴油殘余壓力Po之和時，出油閥開啟，燃油經(jīng)出油閥進入高壓油管、噴油器體油路、針閥的盛油槽內(nèi)，隨著柱塞的繼續(xù)上行，油壓升高，當壓力超過針閥的開啟壓力時，針閥打開，相缸內(nèi)噴油，由于柱塞的截面積大，噴油孔的截面積小，故噴射過程中壓力持續(xù)升高。當柱塞上行到斜槽邊緣打開回油孔時，柱塞腔與低壓腔相通，出油閥在彈簧和壓力的做用下，開始下行，當它的減壓凸緣進入出油閥座孔時，高壓油路與柱塞腔隔斷，但高壓油路還保持著一定的壓力，出油閥繼續(xù)下行，在下行過程中由于減壓容積的做用，使高壓路的燃油壓力迅速降低，當噴油器體內(nèi)的燃油壓力小于針閥的的彈簧壓力時，針閥關(guān)閉，噴油結(jié)束。二噴油系統(tǒng)三大偶件1柱塞噴油泵的基本原理及柱塞偶件柱塞3由凸輪的作用下在柱塞套中做上下往復運動，在柱塞上由一個直槽一個螺旋斜槽，當柱塞頂面關(guān)閉了進油孔、出油孔后，便在頂部建立了高壓并開始供油，柱塞繼續(xù)上行到其斜槽打開回油孔時，頂部高壓腔便通過斜槽與低壓油路相連，供油結(jié)束，從柱塞頂面關(guān)閉進油孔到螺旋槽斜邊打開低壓油路之間的柱塞行程叫噴油泵的有效行程，通過齒桿旋轉(zhuǎn)柱塞，改變噴油泵的有效行程，改變噴油量。柱塞偶件，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，配合間隙0.0015—0.0025mm，必須要嚴格控制配合間隙，大了，漏油，建立不起壓力，小了，柱塞卡死。2出油閥偶件出油閥偶件，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，配合間隙0.001—0.003mm，它要隔斷高壓油路與柱塞腔，一般有減壓環(huán)，使高壓油迅速降壓，防止二次滴油。3針閥偶件及噴油器噴油器中的關(guān)鍵部分是，將燃料噴入氣缸的噴嘴，目前柴油機幾乎都采用針閥向內(nèi)開啟式的噴油器。噴嘴對噴霧的質(zhì)量有直接影響，它直接與高溫、高壓燃氣接觸，工作條件極為苛刻，是影響柴油機可靠性的關(guān)鍵部件之一。針閥4被彈簧壓緊在針閥體1的密封錐面上，當高壓管的燃油在盛油槽中的壓力高于彈簧的預緊壓力時，燃油經(jīng)噴油孔噴出。針閥偶件的配合間隙0.0015-0.003mm，制造和選材上，要特殊關(guān)照。三柴油機的燃燒和噴油過程1滯燃期（ab段）在壓縮行程末期，在上止點前A點（噴油提前角），噴油器針閥開啟，向缸內(nèi)噴射燃料，這是缸內(nèi)的溫度在600度左右，高于柴油自燃溫度，但柴油并不著火，而是稍有滯后，到B點才著火，在滯燃期AB中，柴油霧化、加熱、蒸發(fā)、擴散、與空氣混合等物理化學變化，這些物理化學變化為后面的燃燒做準備，對整個燃燒過程影響很大。2急燃期（bc段）在這一階段，由于滯燃期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的燃料幾乎一起燃燒，而且活塞在上止點附近，氣缸容積很小，導致缸內(nèi)的溫度、壓力上升很快，如太快，柴油機工作粗暴。3緩燃期（cd段）這一階段是在氣缸容積變大的狀態(tài)下完成的，燃燒必須很快才能保證缸內(nèi)的壓力稍有上升。在急燃期和緩燃期內(nèi)，針閥仍在向缸內(nèi)噴油，但此時是一邊混合一邊燃燒，由于混合的速度慢，所以燃燒的速度取決與混合的速度。4后燃期（de段）在柴油機中，由于時間短促、混合不均勻，總有一部分柴油不能及時燃燒，要拖到這個階段，在這個階段活塞下行的速度比較大了，此時柴油燃燒膨脹放熱，放出的熱量不能被活塞有效的利用，增加了冷卻系統(tǒng)的工作，同時加大了活塞等部件的熱負荷。四柴油機的冷起動困難1氣溫低造成壓縮后的溫度和壓力都低，而柴油必須在足夠高的溫度下才能自燃。2低溫造成柴油粘度大，使柴油的蒸發(fā)和霧化不好。在形成可燃混合氣中，燃料蒸汽與空氣的比例要在一個界限，混合氣過稀，柴油分子過少，混合氣過濃，氧分子過少，兩者都不能燃燒。3潤滑油粘度增加。4蓄電池功能下降。五調(diào)速器1柴油機上為什么要安裝調(diào)速器噴油泵的速度特性對工況多變的柴油機是非常不利的。當發(fā)動機負荷稍有變化時，導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化很大。當負荷減小時，轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)速升高導致柱塞泵循環(huán)供油量增加，循環(huán)供油量增加又導致轉(zhuǎn)速進一步升高，這樣不斷地惡性循環(huán)，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越高，最后飛車；反之，當負荷增大時，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速降低導致柱塞泵循環(huán)供油量減少，循環(huán)供油量減少又導致轉(zhuǎn)速進一步降低，這樣不斷地惡性循環(huán)，造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越低，最后熄火。要改變這種惡性循環(huán)，就要求有一種能根據(jù)負荷的變化，自動調(diào)節(jié)供油量。使發(fā)動機在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的自動控制機構(gòu)。移動供油拉桿，可以改變循環(huán)供油量，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速基本不變。因此，柴油機要滿足使用要求，就必須安裝調(diào)速器。2調(diào)速器的功用、形式調(diào)速器是根據(jù)發(fā)動機負荷變化而自動調(diào)節(jié)供油量，從而保證發(fā)動機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)變化。型式：按功能分有兩速調(diào)速器、全速調(diào)速器、定速調(diào)速器和綜合調(diào)速器；按轉(zhuǎn)速傳感分有氣動式調(diào)速器、機械離心式調(diào)速器和復合式調(diào)速器。3機械離心式調(diào)速器的工作原理機械離心式調(diào)速器是根據(jù)彈簧力和離心力相平衡進行調(diào)速的，工作中，彈簧力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量增加的方向移動;而離心力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量減少的方向移動。當負荷減小時，轉(zhuǎn)速升高，離心力大于彈簧力，供油拉桿向循環(huán)供油量減少的方向移動，循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速降低，離心力又小于彈簧力，供油拉桿又向循環(huán)供油量增加的方向移動，循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速又升高，直到離心力和彈簧力平衡，供油拉桿才保持不變。這樣轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)變化。反之當負荷增加時，轉(zhuǎn)速降低，彈簧力大于離心力，供油拉桿向循環(huán)供油量增加的方向移動，循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速升高，彈簧力又小于離心力，供油拉桿又向循環(huán)供油量減小的方向移動，循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速又降低，直到離心力和彈簧力平衡第六節(jié)電控噴油發(fā)動機一電控噴油的優(yōu)點1具有發(fā)動機自動保護功能當各種傳感器檢測到不正常的參數(shù)時，ECM或ECU將發(fā)出警告，并同時減小發(fā)動機功率，或熄火。2具有發(fā)動機故障診斷功能當發(fā)動機發(fā)生故障時，ECU/ECM可保存故障代碼，便于故障診斷。3改進了發(fā)動機的調(diào)速控制，電子調(diào)速器更精確它用電流值、電壓值取代了旋轉(zhuǎn)飛輪裝置，并且考慮到了發(fā)動機的溫度，大氣壓力等因素，這使的電子調(diào)速器更精確。4改進了燃油經(jīng)濟性通過改變噴油提前角，適應各種工況下的工作，同時也考慮溫度、增亞等因素。5改善冷起動性能6控制排放(usEPACEPAEEC)ECU/ECM能根據(jù)根據(jù)各種因素的變化，精確的控制噴油定時和噴油量。二電控的組成由傳感器、電控器、執(zhí)行器三部分1傳感器檢測柴油機的各種信息，如各種壓力、溫度、曲軸角度等。傳感器主要是把發(fā)動機的各種信號檢測，并轉(zhuǎn)化為電信號。測溫度的傳感器主要是兩線型的，測溫原理為熱敏電阻原理。測壓力的傳感器主要是三線型的，測量原理是滑動變阻器。2電控器核心是柴油機的各種性能調(diào)節(jié)曲線、圖表、算法，這些都是開發(fā)商經(jīng)過大量試驗得到的，電控器比較各種狀態(tài)下的檢測值與上訴目標值之差，進行反饋控制，達到誤差最小，柴油機就最接近最佳工作狀態(tài)。

3執(zhí)行器接受ECM/ECU的指令，完成所需的各項調(diào)控任務。三電控噴油器第七節(jié)水冷系統(tǒng)IH'7-1保財橘環(huán)式水中即伊.麗fii用IH'7-1保財橘環(huán)式水中即伊.麗fii用1- 1naaxj—陽由t升艮群$一米a* 7-SF*ftt-JtJMJtm下貯\>而"史ffi7-E上揶槃場訥發(fā)袖it冷卻搐槽HlflI??n2■“店部沽*J I-HL4f'la5…U毋攝旦t酢仰髭r隅歸FA尚曜iflUll!.) 7--W就(ft官4>lp#nic-目前汽車發(fā)動機上采用的水冷系；大都是用水泵強制水（或冷卻液）在冷卻系中進行循環(huán)流動，故稱為強制汽車發(fā)動機是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機器。然而，發(fā)動機只應用于熱能的三分之一，其余熱量的大部分被排氣所帶走，剩余的則被發(fā)動機零部件吸收。眾所周知，在可燃混合氣的燃燒過程中，氣缸內(nèi)氣體溫度可高達2073—2375K。那些直接與高溫氣體接觸的機件（如氣缸體，氣缸蓋、活塞、氣門等）若不及時冷卻，則其中運動機件將可能因受熱膨脹而破壞正常間隙，或因潤滑油在高溫下失效而卡死，各機件也可能因高溫而導致其機械強度降低甚至損壞。因此，為保證發(fā)動機正常工作，必須對這些在高溫條件下工作的機件加以冷卻。發(fā)動機的冷卻必須適度。若發(fā)動機冷卻不足，由于氣缸充氣量減少和燃燒不正常，發(fā)動機功率將下降，且發(fā)動機零件也會因潤滑不良而加速磨損。但若冷卻過度，由于熱量散失過多，使轉(zhuǎn)變成有用功的熱量減少，同時由于混合氣與冷氣缸壁接觸，使其中原已汽化的燃油又凝結(jié)并流到曲軸箱內(nèi)，不僅增加了燃油消耗，且使?jié)櫥妥兿《绊憹櫥Y(jié)果也使發(fā)動機功率下降，磨損加劇，因此，冷卻系的任務就是使工作中的發(fā)動機得到適度的冷卻，從而保持在最適宜的溫度范圍工作。發(fā)動機的正常工作溫度是353?363K，溫度的高低用冷卻介質(zhì)的溫度來衡量，過高過低都不好。發(fā)動機用冷卻用水，最好是軟水（含礦物質(zhì)少的水）。因為，硬水易產(chǎn)生水垢而堵塞通道，破壞水的冷卻循環(huán)。目前車上已普遍使用配制好的防凍液。使用中應注意，切勿吸人口中，以免中毒。循環(huán)式水冷系。圖7—1是強制循環(huán)式水冷卻系示意圖。它具有較完善的冷卻調(diào)節(jié)，控制功能，當發(fā)動機冷車起動時，工作溫度偏低，節(jié)溫器4的主閥門關(guān)閉，副閥門開啟，冷卻水由水泵8進入分水管7,經(jīng)水套6由上出水口通過節(jié)溫器的副閥門直接流向水泵（不經(jīng)散熱器12），由水泵提高水壓后再進入分水管，這稱為水冷卻系的小循環(huán)。發(fā)動機的溫度會迅速升高，當水溫升到353K（80度）；以上時節(jié)溫器的主閥門開啟，副閥門關(guān)閉，水套中的冷卻水由上出水口經(jīng)節(jié)溫器主閥門流向上貯水箱1，