簡介
機車動力裝置採用的都是內燃機機;人們對使用柴油為燃料的發動機習慣稱為柴油機,而對使用汽油為燃料的發動機就稱汽油機。由於汽油機具有重量輕、體積小、噪音、振動小、起動容易和造價低廉等優點,所以機車普遍採用汽油機作為其動力裝置。
基本知識
"發動機"從字面上講可以理解為產生動力的機械,根據能量轉變的方式不同,可分為電力機(電能→機械能)、水力機(水能→機械能)、風力機(風能→機械能)、原子能發動機(原子能→機械能)、熱力機(熱能→機械能)等。熱力機又可分為外燃與內燃式,機車發動機就是熱力機的一種。機車發動機就是將進入氣缸中的燃料混合氣點燃使其燃燒所產生的熱能變為機械能,並由曲軸將動力通過傳動機構傳給機車後輪而變為車輛行駛動力的機械。
二衝程和四衝程
發動機可為二沖發動機和四衝程發動機
二衝程發動機:凡發動機曲軸每旋轉一轉,即活塞上下往復運動兩個行程而完成一個工作循環的發動機。四衝程發動機:凡發動機曲軸每旋轉兩轉,即活塞上下往復運動四個行程而完成一個工作循環的發動機。工作循環是指發動機由進氣、壓縮、燃燒膨脹(做功)、排氣行程所組成的工作進程。發動機完成一次進氣,壓縮、做功、排氣的進程稱為一個工作循環,也稱一個周期。1. 幾個主要名詞解釋
A、止點:活塞與曲柄連桿總成相連,活塞在氣缸中有上下兩個極限位置,上極限位置叫上止點它與曲軸中心線距離為最大。下極限位置叫下止點,它與曲軸中心線距離為最小。
B、活塞行程:活塞由上止點運動到下止點的距離稱為行程,也稱為衝程。
C、氣缸工作容積:活塞運動一個行程氣缸中所掃過的空間。
D、燃燒室工作容積:活塞在上止點時,活塞頂部與氣缸蓋中央燃燒室頂部所組成的空間。
E、氣缸總容積:氣缸工作容積與燃燒室工作容積之和。
F、壓縮比:發動機的一個重要結構參數,它直接影響發動機功率。
壓縮比(ε)=氣缸總容積/燃燒室工作容積= 1+氣缸工作容積/燃燒室工作容積
一般情況:
柴油機:ε=14~20
汽油機:ε=6~10
二衝程
2. 二程沖和四衝程發動機工作原理
A、二衝程發動機的工作原理
活塞由下止點往上止點運動,它將完成進氣和壓縮工作過程,屬於活塞往復運動的第一個行程。活塞由上止點向下止點運動,它將完成燃燒膨脹(作功)和排氣的工作過程,屬於活塞往復運動的第二個行程。當活塞由下止點向上止點運動而全部關閉換氣口和排氣口時,則排氣和換氣過程終止,氣缸內的新鮮可燃混合氣將開始初壓縮。同時由於活塞向上移動,活塞下面的曲軸箱容逐漸增大,使曲軸箱內壓力下降而形成真空度,當曲軸箱的真空度達到一定程度時,簧片閥自動開啟,經化油器霧化的可燃混合氣被吸入曲軸箱內。當活塞繼續向上運動,在將要接近上止點時,由火花塞發出電火花,將已被壓縮的可燃混合氣點燃。此時燃燒著的氣體迅速膨脹,使燃燒室的溫度和壓力急劇升高,迫使活塞向下運動,活塞即通過連桿、曲軸作有用功。活塞由上止點向下止點運動時,曲軸箱內的壓力將隨容積的減小而增大,簧片閥就會逐漸自動關閉,此時進入曲軸箱內的可燃混合氣開始被預壓縮。當活塞下行至排氣口開啟時,廢氣就通過排氣口、排氣管、消音器排入大氣中。當活塞再繼續下行至換氣口開啟時,曲軸箱內被預先壓縮的新鮮可燃混合氣便通過換氣口進入氣缸,並驅使氣缸內的廢氣進一步排出,這個過程稱為掃氣過程。這樣發動機便完成了一個工作循環。四衝程
B、四衝程發動機工作原理
第一行程-------進氣行程:活塞在上止點前某一規定曲柄轉角時,進氣門開啟,可燃混合氣被吸入氣缸。當活塞由上止點向下止點運動,排氣閥則在上止點某一規定的曲軸轉角時關閉,同時活塞上方的氣缸容積增大,使氣缸形成真空度可燃混合氣繼續通過進氣門吸入。當活塞行至下止點後某一規定曲柄轉角時,進氣門關閉,此時,進氣工作過程結束。
第二行程-------壓縮行程:活塞由下止點向上止點運動,當進氣工作過程終了時,進氣門和排氣門都處於關閉狀態,此時氣缸內的可燃混合氣開始被壓縮。
第三行程-------燃燒膨脹作功行程:在壓縮行程,當活塞向上行至上止點前某一規定曲柄轉角時,火花塞電極間發出火花,將被壓縮的可燃混合氣點燃。燃燒著的可燃混合氣使氣缸內的溫度和壓力急劇升高,活塞則在此高溫高壓氣壓作用下,再由上止點向下止點運動,且通過連桿驅使曲軸旋轉而作有用功。
第四行程-------排氣行程:在燃燒膨脹行程,當活塞行至下止點前某一規定曲軸轉角時,排氣閥開啟,廢氣即通過排氣門開始排出。曲軸仍繼續旋轉,並推動活塞再由下止點向上止點運動。將廢氣推出氣缸。此排氣過程直到活塞行至上止點後某一規定曲軸轉角,排氣門被關閉時終止。
優點和缺點
二衝程
3. 二衝程發動機的優點和缺點
A、優點:
每轉一轉爆發1次,因此旋轉平穩。
不需要氣門,零部件少,所以保養方便價廉。
往復運動產生的慣性力小。振動小、噪音低。
與四衝程發動機相比,轉速相同時功率大。
與四衝程相比,有倍的爆發力。因此在相同的容積下,假如平均有效壓力相同,則功率為2倍(實際為1.7)。
B、缺點:
進氣排氣過程的時間短,所以燃油損失大。
在氣缸壁的一側有氣口,活塞環接觸到這裡易於磨損。
由於排氣口在氣缸上,所以易於過熱。
慢速不穩定。
潤滑油消耗多。
四衝程
4. 四衝程發動機的優點和缺點
A、優點:
*進氣、壓縮、膨脹(爆發)、排氣各過程各自單獨進行,因此工作可靠效率高,穩定性好。低速至高速的轉速範圍大(500~1000rpm以上)。
不存在二衝程發動機那樣的竄氣回流損失,燃油消耗率低。
低速運轉平穩,依靠潤滑系統潤滑,不易過熱。
進氣過程、壓縮過程時間長,容積效率、平均有效壓力高。
熱負荷比二衝程發動機小。不用擔心變形、燒蝕問題。排量大,可設計成大功率發動機。
B、缺點:
氣門配氣機構複雜,零部件多,保養困難
機械噪音大
由於曲軸2轉爆發1次,所以旋轉平衡不穩定。