新聞主題	康明斯發動機的基本術語及其含義

 

在往復式內燃機中，活塞的往復運動通過曲軸連桿機構變成曲軸的旋轉運動，以實現熱能和機械能的相互轉換。在圓筒形的汽缸內有一個活塞，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連。曲軸轉一圈可帶動活塞上、下運動各一次。要掌握內燃機工作原理，必須先弄清楚下面幾個重要的概念。

 

柴油發動機軸測圖

柴油發動機主視圖

 

 

1．上止點（TDC）、下止點（BDC）

 

（1）上止點：活塞頂處在汽缸中的最高位置叫上止點（TDC）。

（2）下止點：活塞頂處在汽缸中的最低位置叫下止點（BDC）。

這兩個術語用來幫助識別正時過程中活塞的位置，如圖1所示。

 

圖1 柴油機上止點（TDC）與下止點（BDC）

 

 

2．缸徑和行程

 

發動機的缸徑和行程用于確定發動機的排量。發動機的缸徑為汽缸的直徑，如圖2所示。

發動機的行程指的是活塞從頂部到底部的移動距離，也就是從TDC到BDC的距離。即：活塞在上、下止點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構確定。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。如果發動機的行程發生改變，曲軸的行程也將有所不同。

活塞每走一個沖程，曲軸旋轉半圈（180）。曲軸轉動半徑以R來表示，活塞沖程以S表示，對于汽缸中心線垂直通過曲軸軸心的內燃機，則S＝2R。如圖2所示。

 

圖2 柴油機缸徑和沖程圖

 

 

3．排量

汽缸工作容積：在一個汽缸內，活塞由上止點移動到下止點所掃過的汽缸容積叫做工作容積，用符號V_h表示。多缸內燃機所有汽缸工作容積之和，稱為內燃機的工作容積（或稱排量），用字母V_總表示：

V_總＝I·V_h

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；

D為汽缸直徑；

H為活塞沖程。

 

這個公式計算出以立方英寸為單位的總排量。但是，現在的發動機大多用立方厘米（cc或cm³）和升表示排量。

例如，現在的發動機通過2.5L、850cc等來識別。立方英寸、立方厘米與升的轉換關系是：

1 in³＝16.387 cc

1000 cc＝1升

相同的公式也可用于計算公制單位的排量。在這種情況下，缸徑和行程以厘米為單位。

排量大，內燃機輸出功率也大。因此，排量常作為表征內燃機性能的主要結構參數之一。

余隙容積：當活塞在上止點時，在活塞頂上方的容積，稱余隙容積，又稱燃燒室容積（用符號V_C來表示）。

汽缸總容積：當活塞在下止點時，在活塞頂上方的容積，稱汽缸總容積（用V_a表示）。顯然V_a＝V_h＋V_C。

 

4．壓縮比

 

新鮮空氣吸入汽缸后充滿了整個汽缸，也就是占有汽缸總容積V_a，經壓縮后活塞到上止點時，氣體容積縮小為燃燒室容積V_C。壓縮前與壓縮后體積之比稱為壓縮比，用符號Σ表示，即

Σ＝V_a/V_c＝V_h＋V_c/V_c＝1＋V_h/V_c

壓縮比的大小說明了汽缸內的空氣（或混合氣）經壓縮后體積縮小的倍數，也表明了氣體被壓縮的程度。柴油機Σ＝12～22，汽油機Σ＝5～12。

柴油機的壓縮比大，是因為柴油機工作時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，柴油機的壓縮比都比汽油機的大（汽油機汽缸內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致早燃）。

12V190B型柴油機Σ＝13.5

6135G型柴油機Σ＝16.5

根據以上信息，如果活塞排量為45in³。，燃燒室的容積為5.513in³，計算此時的壓縮比

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動機的8：1到柴油機的25：1。圖4所示為發動機壓縮比示意圖。

 

圖3 發動機壓縮比示意圖

 

 

5．燃燒

 

空氣、燃油和點火是發動機的三個工作條件，即必須有足夠的空氣進行燃燒、適量的燃油與空氣混合氣以及某種點火類型啟動燃燒。當這三個因素存在時，如圖1-23所示，燃燒就會發生。這種燃燒將燃油中的化學能轉換成熱能。燃燒產生的熱能使氣體迅速膨脹。這種膨脹（機械能）推動活塞向下運動，活塞上向下的力使曲軸轉動，輸出功率。

 

6．正時

 

正時是識別空氣、燃油和點火何時相結合以產生燃油的過程，它是通過與活塞和曲軸的位置相關聯來實現的。為使發動機有效地工作，空氣和燃油混合氣必須在正確的時刻進入汽缸，也就是說進氣門必須在正確的時刻打開和關閉，排氣門也必須在正確的時刻打開和關閉。

空氣和燃油的點火也必須在精確的時刻發生。點火正時隨速度和負荷變化。當進氣門和排氣門的正時設置得正確，并且點火在正確的時刻發生時，化學能向機械能的轉換就能產生最大的動力。

 

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。空氣和燃油必須徹底地混合，即每個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，發動機的效率就會降低，廢氣排放水平就會上升。

標準空燃比應接近15份空氣對1份燃油，這個值是用重量計算的。實際上，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。如果按照體積計算的話，相當于在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，但有時這個比例不是很有效。例如，在發動機起動和加速過程中需要更多的燃油。

 

柴油機標準空燃比示意圖

 

 

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工況。相對于濃混合物，稀混合物燃燒時溫度很高。通常，燃油在燃燒過程時充當冷卻劑。因為起到冷卻作用的燃油很少，燃燒過程會變得很熱。這種狀況如果控制得不正確，會對活塞和氣門造成嚴重的損害。

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整錯誤引起的。在燃油噴射發動機上，這可能指示計算機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，需要檢查計算機及相關的部件和傳感器，以確定混合氣的空燃比是如何調整到這樣濃的。

 

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