[科普中國]-循變結(jié)構(gòu)

循環(huán)變動的點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)的燃燒方式和結(jié)構(gòu)。

燃燒循環(huán)變動(又稱燃燒循環(huán)壓力變動)是點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)燃燒過程的一大特征。它的含義是當(dāng)發(fā)動機(jī)以某一工況穩(wěn)定運(yùn)行時，這一循環(huán)和下一循環(huán)的燃燒過程的進(jìn)行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機(jī)功率輸出均不相同。

含義燃燒循環(huán)變動(又稱燃燒循環(huán)壓力變動)是點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)燃燒過程的一大特征。它的含義是當(dāng)發(fā)動機(jī)以某一工況穩(wěn)定運(yùn)行時，這一循環(huán)和下一循環(huán)的燃燒過程的進(jìn)行情況不斷變化，具體表現(xiàn)在壓力曲線、火焰?zhèn)鞑デ闆r及發(fā)動機(jī)功率輸出均不相同。1

意義當(dāng)采用稀薄燃燒和在低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，這種循環(huán)的變動會加劇，有些循環(huán)的燃燒過程進(jìn)行得快，有些循環(huán)進(jìn)行得慢，從而使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生波動，影響發(fā)動機(jī)的性能。

另外，對于燃燒快的循環(huán)，氣缸最高燃燒壓力和爆燃的趨勢都增加，因而限制了壓縮比的提高；對于燃燒慢的循環(huán)，很有可能在排氣門開啟時混合氣還未燃燒完，因而碳?xì)渑欧偶坝秃臅蠓壬仙?，這種情況更易在稀燃混合氣燃燒或怠速工況時發(fā)生。

由于循環(huán)變動，對于每一循環(huán)點(diǎn)火提前角不可能都處在最佳值，又會影響發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)。如果消除了氣缸壓力的循環(huán)變動，可以降低最高燃燒壓力，改善工作粗暴性和燃油經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)動機(jī)污染物排放量。1

燃燒循環(huán)變動的表征參數(shù)表征燃燒循環(huán)變動的參數(shù)大體上可以分為兩類：

與氣缸壓力相關(guān)的參數(shù)比如最高燃燒壓力、相應(yīng)于最高燃燒壓力的曲軸轉(zhuǎn)角、最大壓力升高率、相應(yīng)于最大壓力升高率的曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機(jī)平均指示壓力等。

與燃燒速率相關(guān)的參數(shù)比如最大燃燒速率、火焰發(fā)展曲軸轉(zhuǎn)角、快速燃燒曲軸轉(zhuǎn)角等。由于壓力參數(shù)比較容易測量，因此常用它來表征燃燒的循環(huán)變動。1

產(chǎn)生原因及降低措施導(dǎo)致點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)燃燒循環(huán)變動的原因很多，以下兩個因素被認(rèn)為是最主要的：

1、氣缸內(nèi)氣體運(yùn)動狀況的循環(huán)變動。

2、氣缸內(nèi)的混合氣成分的循環(huán)變動。

總之、氣流速度(平均參數(shù)和湍流參數(shù))的變動，空燃比的變動，空氣、燃料和廢氣混合情況的變動是造成燃燒循環(huán)變動的主要原因。

降低燃燒循環(huán)變動的措施：

1、多點(diǎn)點(diǎn)火有利于減少燃燒循環(huán)變動。

2、組織進(jìn)氣渦流能增加燃燒速率，從而減少燃燒循環(huán)變動。

3、提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、在氣缸內(nèi)形成更強(qiáng)烈的湍流也能減少燃燒循環(huán)變動。

4、采用化學(xué)計(jì)量或者略濃空燃比的混合氣，由于火焰溫度和傳播速度比較高，因此燃燒循環(huán)變動最小。

5、采用燃油電控噴射技術(shù)可改善循環(huán)之間的混合氣濃度不均勻性，降低燃燒循環(huán)變動。

6、采用快速燃燒技術(shù)，提高火焰的傳播速率有助于減少燃燒循環(huán)變動。

7、加大點(diǎn)火能量，優(yōu)化放電方式，采用大的火花塞間隙有助于減少燃燒循環(huán)變動。1

點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)（1）機(jī)體與缸蓋

機(jī)體主要起骨架作用，安裝各個機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，包括）體、油底殼、曲軸箱；）蓋組成燃燒室，布置各零件。

（2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)

主要包括：活塞、連桿、曲軸三部分，包括活塞連桿組和曲軸飛輪組。主要的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并對外輸出動力。

（3）供給系統(tǒng)

包括：燃油供給系統(tǒng)和進(jìn)排氣系統(tǒng)。主要作用是將燃油和空氣及時地供給氣缸，并將燃燒后的廢氣及時排出氣缸。

（4）配氣機(jī)構(gòu)

主要包括氣門組和傳動組。主要作用是定時開啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門。

（5）點(diǎn)火系統(tǒng)

主要包括：火花塞、點(diǎn)火線圈、斷電器和分電器。主要作用是點(diǎn)燃混合氣。

（6）冷卻系統(tǒng)

主要類別：風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)兩種。水冷系統(tǒng)主要部件：水泵、風(fēng)扇、水箱和節(jié)溫器。作用是防止發(fā)動機(jī)過熱，及時散發(fā)熱量。

（7）潤滑系統(tǒng)

潤滑方式分為：飛濺潤滑和壓力潤滑。主要部件：集濾器、機(jī)油泵、濾清器、各種閥體等。作用是潤滑、冷卻、清潔、密封和防腐。

（8）起動系統(tǒng)

主要部件：起動機(jī)、空氣壓縮機(jī)等。作用是借助外力使內(nèi)燃機(jī)起動。2

四沖程汽油機(jī)的工作原理汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入氣缸，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，推動活塞作往復(fù)直線運(yùn)動，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。

吸氣沖程（intake stroke）活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)氣體壓力降低，氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(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)氣缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力。進(jìn)入氣缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、氣缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

壓縮沖程（compression stroke）時，進(jìn)、排氣門同時關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180°。活塞上移時，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，其壓力可達(dá)800～2000kPa，溫度達(dá)600～750K。

做功沖程（power stroke）當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時，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，使氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力達(dá)3000～6 000kPa，溫度達(dá)2 200～2 800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，氣缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降。在做功沖程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。

排氣沖程（exhaust stroke）排氣沖程時，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在）內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過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)的壓力稍高于大氣壓力，排氣終點(diǎn)溫度900～1100K?；钊\(yùn)動到上止點(diǎn)時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)