濰柴水泥罐車(chē)發(fā)動(dòng)R4105
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī),根據(jù)所用燃料種類(lèi)的不同，分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三類(lèi)。以汽油或柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱(chēng)作汽油機(jī)或柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱(chēng)作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油和柴油都是石油制品，是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱(chēng)作代用燃料。燃用代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)作代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，如乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)、甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)等。
基本術(shù)語(yǔ)
(1)工作循環(huán)
(cycle)--由進(jìn)氣
(intake)、壓縮
(compression)、做功
(p四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)
ower)和排氣
(exhaust)等四個(gè)工作過(guò)程組成的封閉過(guò)程。
(2)上、下止點(diǎn)
--活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處為上止點(diǎn)
(TopDeadCenter，
TDC)；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點(diǎn)
(BottomDeadCenter，
BDC)?；钊麖囊粋€(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)止點(diǎn)的過(guò)程稱(chēng)為沖程
(stroke)。
(3)活塞行程
(pistonstroke)--上、下止點(diǎn)間的距離
S稱(chēng)為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑
R稱(chēng)為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)
1周，活塞移動(dòng)
2個(gè)活塞行程。對(duì)于汽缸中心線通過(guò)曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機(jī)，有
S=2R。
(4)汽缸工作容積
--上、下止點(diǎn)間所包容的汽缸容積稱(chēng)為汽缸工作容積
(sweptvolume)，
(5)發(fā)動(dòng)機(jī)排量
--發(fā)動(dòng)機(jī)所有汽缸工作容積的總和稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)排量
(enginedisplacement)，
(6)燃燒室容積
--活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上汽缸蓋底面以下所形成的空間稱(chēng)為燃燒室，其容積稱(chēng)為燃燒室容積
(bancevolume)，也叫壓縮容積，
濰柴水泥罐車(chē)發(fā)動(dòng)R4105
(7)汽缸總?cè)莘e--汽缸工作容積與燃燒室容積之和稱(chēng)為汽缸總?cè)莘e，
(8)壓縮比
--汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱(chēng)為壓縮比
(compressionratio)，壓縮比的大小表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)汽缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。轎車(chē)用汽油機(jī)的壓縮比一般為
8～
11。
(9)工況
--內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況簡(jiǎn)稱(chēng)工況，以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速
(speed)。
(10)負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱(chēng)為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)荷
(load)。
歷史發(fā)展
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的動(dòng)力源。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)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。
往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)所用的燃料主要是汽油
(gasoline)或柴油
(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。
往復(fù)活塞式四沖程汽油機(jī)是德國(guó)人奧托
(NicolausA.Otto)在大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，于
1876年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程，發(fā)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)的熱效率從大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)的
11%提高到
14%，而發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量卻降低了
70%。
1892年德國(guó)工程師狄塞爾
(RudolfDiesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)
(即柴油機(jī)
)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)歷史上的第二次重大突破。由于采用高壓縮比和膨脹比，熱效率比當(dāng)時(shí)其他發(fā)動(dòng)機(jī)又提高了
1倍。
1956年，德國(guó)人汪克爾
(F.ankel)發(fā)明了轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有較大幅度的提高。
1964年，德國(guó)
NSU公司首次將轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在轎車(chē)上。
1926年，瑞士人布希
(A.Buchi)提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。
50年代后，廢氣渦輪增壓技術(shù)開(kāi)始在車(chē)用內(nèi)燃機(jī)上逐漸得到應(yīng)用，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大提高，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的第三次重大突破。
1967年德國(guó)博世
(Bosch)公司首次推出由電子計(jì)算機(jī)控制的汽油噴射系統(tǒng)
(ElectronicFuelInjection，
EFI)，開(kāi)創(chuàng)了電控技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的歷史。經(jīng)過(guò)
30年的發(fā)展，以電子計(jì)算機(jī)為核心的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)
(EngineManagementSystem，
EMS)已逐漸成為汽車(chē)、特別是轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于電控技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物排放、噪聲和燃油消耗大幅度地降低，改善了動(dòng)力性能，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上第四次重大突破。
按發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程數(shù)，分為四沖程和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個(gè)行程的內(nèi)燃機(jī)稱(chēng)作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，而活塞往復(fù)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的則稱(chēng)作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
四沖程汽油機(jī)工作原理
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(guò)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)。
進(jìn)氣行程
(intakestroke)
活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)
180°。在活塞移動(dòng)過(guò)程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從
pr逐漸降低到
pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過(guò)進(jìn)氣門(mén)被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)
(圖中
a點(diǎn)
)汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力
0p，即
pa=(0.80～
0.90)0p。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門(mén)和燃燒室壁等高溫零件的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到
340～
400K。
壓縮行程
(compressionstroke)
壓縮行程時(shí)，進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)
180°。活塞上移時(shí)，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力
pc可達(dá)
800～
2000kPa，溫度達(dá)
600～
750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線
a～
c。
做功行程
(powerstroke)
當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力
pZ達(dá)
3000～
6000kPa，溫度
TZ達(dá)
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)，并通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達(dá)
b點(diǎn)時(shí)，其壓力降至
300～
500kPa，溫度降至
1200～
1500K。在做功行程，進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)
180°。在示功圖上，做功行程為曲線
c-Z-b。
排氣行程
(exhauststroke)
排氣行程時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，進(jìn)氣門(mén)仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)
180°。排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過(guò)活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點(diǎn)
r點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力，即
pr=(1.05～
1.20)p0。排氣終點(diǎn)溫度
Tr=900～
1100K。活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無(wú)法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。
