柴油机的工作原理-中文翻译

1柴油机的工作原理【摘要】在柴油机气缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一部分工作循环气缸内混合气体燃烧膨胀使活塞顶面承受高温（约 569C）高压（约116120Kgf/cm 2）气体的作用，并把压力通过活塞销、连杆传给曲轴。可见，活塞是在高温高压下作长时间连续变负荷的往复运动，它的负荷和工作环境很恶劣。在本设计中将对活塞的加工工艺进行设计，以保证活塞长久稳定工作。现将设计中所做的工作简要介绍如下：柴油机活塞加工工艺合理性是很重要的，通过对零件的作用及工艺方案分析，拟定毛坯的制造形式及工艺路线，通过分析、比较，采用了相对集中加工工艺方案，最终确定比较合理的机械加工工艺路线。制定工艺路线时主要考虑粗、精加工安排、加工方法选择、工序集中与分散、加工顺序等方面的要求。接着确定加工余量、工序尺寸，经过对工序特点的分析，恰当选择相应加工设备和工艺装备。接下来经过计算查表确定活塞各主要工序的切削用量并绘制工序卡片，最后设计夹具。设计夹具时，要多方面考虑，严格要求，机床夹具的好坏直接影响工件加工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。在本毕业设计中特别设计了定位准确、结构简单和使用方便的精镗销孔夹具。关键字：活塞；工艺路线；加工设备；切削用量；夹具任何通过燃料在气缸中燃烧，使燃油的化学能转化为机械能，从而获得动力的引擎都成为内燃机。最常见的内燃机有四种：奥托循环式发动机，柴油机，转子发动机和煤气机。根据这四种发动机的优点，把它们应用于不同的工况。奥托循环式发动机，是根据其发明者，德国机械师尼古拉斯.奥格事特.奥托的名字来命名的。是飞机上很常见的一种发动机；而柴油机是由法籍德国工程师 Rudolf Christian Karl Diesel 命名的。它是一种用柴油作为燃料的先进的发动机。普遍用在电子控机械、战斗机、公共汽车、货车以及一些小车上。奥托式发动机和柴油机的工作方式都是二冲程或者四冲程。奥托式发动机和柴油机的基本构造都是一样的。压缩燃烧室是由一个一段由缸盖另一端由活塞之间的空间所形成。活塞的上下运动使得气缸与活塞间的空间发生大小变化，从而改变压缩空间的大小。活塞与曲轴之间通过连杆相互连接。曲轴将活塞的运动转化成旋转式的运动。多气缸式发动机的曲轴，在每一个气缸处都会多一个称为曲拐的结构部分。这样每个气缸的动力才能很好的传递给曲轴，是曲轴的转动平稳。曲轴上接有飞轮并有平衡坑。这样能够使曲轴运动的惯性最小化，达到平衡的目的。不同的发动机会有一个到二十四个等的气缸。内燃机的燃料供给系统又油箱、油泵、和分油管以及使液体燃料雾化的机构组成。在奥托式发动机上，并不是靠化油器来进行燃油雾化的，而是利用燃油的直接喷入，一直到现在都是如此。在大多数发动机上，燃料都是通过化油器雾化后通过压气机进入进气管道。在部分发动机的排气系统中，也会用到类似的装置来通过利用废气的能2量对进气充量进行压缩。燃料平均分配给各个汽缸，而废气则通过排气门排出。进排气门的开闭都是通过凸轮轴的转动从而牵动气门弹簧作用到挺杆，在正确的时间是气门开闭。在上世纪 80 年代，缸内直喷技术开始用于内燃机领域，从很大程度上代替了传统的燃油与空气相混合的技术。在有直喷装置的发动机上，燃料会通过喷射系统在正确的时刻喷入汽缸或者进气管。这样燃料就会在汽缸里混合，这比化油器混合更充分，污染更小。所有的发动机上，火花塞的位置都必须适宜。比如奥托式发动机的点火系统包括低压电源，即具有变压性质的初级线圈，从而导出直流电。电流会被一个机械式的定时调节器在一秒钟内方向发生多次变化。初级线圈中电流的扰动会产生脉冲，从而会在次级线圈中产生高压电流。这个高压电流会被分电器分配到各个汽缸，件叫做火花，一个安装在汽缸顶部被叫做火花塞的零件。在火花塞末端的两极间有一个间隙，高压电流会击穿这个点火间隙，从而点燃汽缸中的混合气体。由于燃烧室的温度太高，所有的发动机都必须有相应的冷却系统。一些飞机、汽车、和船只上的舷外发动机采用风冷。这些采用风冷的发动机都必须有很多散热片，一边有较大的散热面积，从而很好的带走汽缸的热量。除此之外的还有水冷系统，它是在发动机的汽缸中设有水套来达到冷却的目的。在汽车上，冷却液借助水泵的压力在水套中流动，带走热量。还有一些汽车是利用风冷，海上船只则是用海水作为冷却的介质。与蒸汽机和涡轮机不同，内燃机在发动时并不会产生转矩，并且扭矩的输出必须要靠曲轴的转动才行。汽车发动机的启动要靠一个与曲轴箱啮合的摩擦片，通过摩擦片的分离才能向外输出力矩。小型的发动机有时需要手动的进行多次使离合器的松脱才能发动。有时候在大型发动机上，会有惯性启动装置，或者是借助手工输入力矩知道驱动能量能使曲轴转动。一边带动增压器工作，来增加发动机的功率。一般，惯性启动装置和爆炸性质的装置都是在飞机上采用的。普通的奥托式发动机都是四冲程，也就是说，每一个工作循环中，活塞会有四个行程，两个离缸盖最近，另外两个离缸盖距离最远。在第一个行程时，活塞远离缸盖，同时进气门打开。活塞在这个过程中的运动，使得燃料和空气进入燃烧室混合。接着的行程，就是将混合后的气体压缩到燃烧室里。当活塞上行到最高点时，燃烧室的体积达到最小，火花塞就会点燃混合气体，燃烧产生的膨胀压力会作用在活塞上，使活塞远离缸盖，这就是第三个行程。在最后一个行程中，排气门打开，活塞的上行会对燃烧后的气体进行挤压，是废气排出燃烧室，做好下一循环的准备。发动机的效率会受到很多因素的限制，例如冷却损失以及摩擦损失。通常，发动机的效率是由其压缩比决定的。现在发动机的压缩比一般在 8-10 之间。更高的压缩比可以达到 15，效率的提高也可以通过采用辛烷值较高的燃料来实现。现在，好的发动机的效率在 20-25，也就是说，只有这部分能量真正用于产生机械能量。理论上，柴油周期相比奥托循环的区别在于，它的压缩过程是等容、等压的。大多数柴油机都是采用四冲程，但却与奥托式四冲程不一样。首先，在进气时，活塞向下运动，并通3过进气门将空气吸进燃烧室。其次，在压缩时，活塞将空气压缩到比先前小很多倍的体积，并在这个过程中使空气的温度达到 440（等同于华氏 820） 。在压缩结束的时候，蒸发的燃油被喷入汽缸，由于汽缸中的气体高温作用而立即燃烧。一些发动机上设有电子喷射辅助系统，在发动机发动直到加热完成期间进行燃油喷射。这样的压缩过程为活塞进行第三个冲程提供强大的动力。第四个冲程跟奥托式四冲程发动机一样，都是排气过程。柴油机的效率，跟一般的奥托式发动机是受同样的因素所影响的，但是稍好于奥托式发动机。事实上，现在发动机中，基本的效率都不会超过 40。事实上，柴油机的曲轴转速的 100750 转每分钟，这等同于奥托式发动机的 25005000转每分钟。但是也有一些柴油机的转速达到了 2000 转每分钟。因为柴油机的压缩比高达 14 或者 15，这使得它们的体积较奥托式大，这个缺点正体现出柴油机的到效率和高燃油经济特性。好的设计一般采用奥托式循环或者二冲程的方式来代替四冲程的方式。因为同样体积的发动机，二冲程的效率是四冲程的两倍。二冲程的有点在于，缩短了燃料压缩的时间，并且减少了燃料的浪费以及用半个冲程完成了四冲程发动机的一个压缩冲程。在最简单的二冲程发动机上，排气门被废气管代替了。在二冲程循环中，燃料和空气的混合气体在活塞在汽缸中下行时进入曲轴箱。紧接着，燃料开始压缩，并在活塞到达上至点是点燃。这是活塞在燃气压力的作用下下行，废弃就会从排气口由汽缸内向外排出去。上世纪 50 年代，德国机械师菲利克斯.王科尔开发了一种新型的发动机。在这种发动机上，活塞和汽缸被一个在椭圆形燃烧室里旋转的三角转子所代替。混合燃料通过进气口进入，然后分流到有转子表面与端面形成的燃烧室里。混合气体通过转子的旋转得到压缩，最后被火花塞点燃。然后，废弃就会随着转子的运动从排气口排出。循环过程中，转子的旋转一周，会出有三个冲程，而且在转子的正反两面产生压力。正因为转子发动机与柴油机相比，结构紧凑、质量轻，因而在汽车发动机中作用很大。另外，它简单的结构使得生产成本低，冷却系统质量轻，另外它的重心低，使得他的安全性得到了增加。在上世纪 70 年代初期，一条转子发动机的生产线在日本落成。很多美国的汽车制造商都很看好这个项目。但是，由于转子发动机的低燃料经济性很高污染性，最后没能得到继续的发展。日本的汽车制造商马自达，继续了改善转子发动机燃油经济性的设计和研发。发动机采用火花点火的改进方式，进行分层点火稀薄燃烧，帮助没有使用废气再循环和催化转换器的发动机减小排放量。它的特点在于在一个汽缸中有两个燃烧室，当冲入的混合气体过多是，备用燃烧室就会将多余的混合气体储存起来。火花塞会先点燃多余部分的混合气，在将另一部分点燃。这样最高火焰温度就会比较合适，从而很好的限制 NOx 化合物的生成量以及 CO和 HC 的排放量。4