壓縮沖程相關(guān)知識

您現(xiàn)在可以看出二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn):它們更簡單、更輕便，并且能夠產(chǎn)生兩倍的功率。那么為什么汽車、卡車要使用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)呢?有四個(gè)主要原因:

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)沒有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)久耐用。缺少專門的潤滑系統(tǒng)意味著二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的零件耗損要快得多。

二沖程機(jī)油非常貴，每升汽油就得配上大約32毫升的這種機(jī)油。如果汽車中使用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，每1,600公里就要燒掉大約4升的機(jī)油。

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的利用效率不高，所以每升燃料跑的里程數(shù)會(huì)更少。

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)還產(chǎn)生大量的污染--事實(shí)上污染如此嚴(yán)重，以致于很可能過不了多久您就不會(huì)再看到它們的身影了。

污染有兩個(gè)來源。首先是機(jī)油的燃燒。機(jī)油使所有二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)都在某種程度上冒煙，而一臺耗損嚴(yán)重的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)釋放出大團(tuán)的油煙。第二個(gè)原因不很明顯，但是可以從下面的圖中看出來:每次一定量新的空氣燃料混合物被加載到燃燒室，其中的一部分就會(huì)通過排汽口漏出去。這就是為什么我們能在所有二沖程的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)上看到一層發(fā)亮的油的原因。新鮮燃料中泄漏出來的碳水化合物與漏出來的機(jī)油結(jié)合在一起是個(gè)不小的環(huán)境問題。

這些缺陷意味著二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)只能用在那些馬達(dá)不常使用和極高功率重量比非常重要的應(yīng)用中。

同時(shí)，制造商們一直在努力使四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)小型化和輕便化，您能夠看到研究產(chǎn)品通過各種新式的水上和草坪護(hù)理類產(chǎn)品面世。

壓縮沖程的火花塞沒有產(chǎn)生電火花，而做功沖程有產(chǎn)生電火花。所以要區(qū)分它們，可觀察哪個(gè)圖的火花塞下有很多小點(diǎn)的，就是做功沖程;沒有的就是壓縮沖程?？达w輪往哪個(gè)方向轉(zhuǎn)是不能判斷的，可以參考人教版9年級的熱機(jī)這一節(jié)中的四沖程汽油機(jī)汽缸的工作示意圖，壓縮沖程和做功沖程的飛輪都是向左轉(zhuǎn)的。當(dāng)然還有別的方法，只是很難說清楚，這種較為簡單。

而且汽油機(jī)和柴油機(jī)是有區(qū)別的:汽油機(jī)有火花塞，而柴油機(jī)是噴油嘴;汽油機(jī)的進(jìn)氣門打開后，進(jìn)入的是汽油和空氣的混合物，而柴油機(jī)進(jìn)去的只有空氣;汽油機(jī)是燃燒汽油的，柴油機(jī)是燃燒柴油的。

內(nèi)燃機(jī)在汽缸內(nèi)燃燒汽油或柴油，燃燒柴油的是柴油機(jī)，燃燒汽油的是汽油機(jī)，這兩種內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造基本相同，區(qū)別見上。

所以工作原理也基本相同，區(qū)別見上。它們的區(qū)分是也一樣的。

曲柄軸的動(dòng)量開始驅(qū)動(dòng)活塞往回朝火花塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入壓縮沖程。隨著活塞中的空氣和燃料的混合物被壓縮，曲軸箱中形成了真空。這個(gè)真空打開了簧片閥并從汽化器吸入空氣、燃料和油的混合物。

一旦活塞達(dá)到壓縮沖程的終點(diǎn)，火花塞再次點(diǎn)火重復(fù)這個(gè)循環(huán)。之所以被稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)就是因?yàn)樗袎嚎s沖程和隨后的燃燒沖程兩個(gè)沖程。而在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，有分開的進(jìn)汽、壓縮、燃燒和排汽四個(gè)沖程。您能夠看到，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞實(shí)際上做了三件不同的事情:

活塞的一側(cè)是燃燒室，在那里活塞壓縮空氣燃料混合物并捕捉燃料點(diǎn)燃時(shí)釋放的能量。

活塞的另一側(cè)是曲軸箱，在那里活塞制造真空以通過簧片閥從汽化器吸入空氣燃料混合物，然后給曲軸箱加壓將空氣和燃料混合物轉(zhuǎn)移到燃燒室。

同時(shí)，活塞的側(cè)面還充當(dāng)了閥門，開啟和關(guān)閉汽缸壁上鉆鑿的進(jìn)汽和排汽口。

活塞實(shí)現(xiàn)這么多不同的功能實(shí)在是干凈利落!這正是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)這么簡單輕便的原因。

如果您用過二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，就知道必須將專門的二沖程機(jī)油和汽油混合在一起。既然您已經(jīng)理解了二沖程循環(huán)，那么您應(yīng)該知道這是為什么了。在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸箱與燃燒室是完全分離的，所以可以在曲軸箱中填充重油以潤滑曲柄軸承、活塞聯(lián)桿兩端的軸承和汽缸壁。而在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸箱起到壓縮室的作用，用來將空氣、燃料的混合物壓進(jìn)汽缸，所以它不能保持住粘稠的油。作為替代手段，需要將機(jī)油和汽油混合起來以潤滑曲柄軸、聯(lián)桿和汽缸壁。如果您忘了混加機(jī)油，發(fā)動(dòng)機(jī)撐不了多久。

Compression stroke

壓縮沖程又名第二沖程，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程。壓縮時(shí)活塞從下止點(diǎn)間上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)沖程的功用有二，一是提高空氣的溫度，為燃料自行發(fā)火作準(zhǔn)備:二是為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當(dāng)活塞上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉以后，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮，隨著容積的不斷細(xì)小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點(diǎn)的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān)，即與壓縮比有關(guān)，一般壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度為:Pc=4~8MPa,Tc=750~950K。

柴油的自燃溫度約為543-563K，壓縮終點(diǎn)的溫度要比柴油自燃的溫度高很多，足以保證噴入氣缸的燃油自行發(fā)火燃燒。

噴入氣缸的柴油，并不是立即發(fā)火的，而且經(jīng)過物理化學(xué)變化之后才發(fā)火，這段時(shí)間大約有0.001~0.005秒，稱為發(fā)火延遲期。因此，要在曲柄轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)前10~35°曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)開始將霧化的燃料噴入氣缸，并使曲柄在上止點(diǎn)后5~10°時(shí)，在燃燒室內(nèi)達(dá)到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)。

如圖，圖乙就是壓縮沖程。

發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理分為4個(gè)沖程部分：進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。

裝備HCCI技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)比一般發(fā)動(dòng)機(jī)要復(fù)雜(相比那些"經(jīng)典"發(fā)動(dòng)機(jī))，當(dāng)汽油機(jī)的壓縮沖程快結(jié)束時(shí)，汽油通過直噴油咀噴進(jìn)汽缸，HCCI 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比比普通的汽油機(jī)高，所以噴出的小油滴在壓縮沖程完成時(shí)有時(shí)間在汽缸內(nèi)形成均勻的分布，這時(shí)汽缸的壓力足夠使均勻分布的油滴自動(dòng)壓燃，所有的燃料都在同一時(shí)間點(diǎn)燃，所以提高了燃油的使用效率(傳統(tǒng)的汽油和柴油機(jī)都是非均勻的擴(kuò)散式燃燒，在擴(kuò)散的同時(shí)浪費(fèi)了部分的能量)而且由于它采用壓縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣，因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，不需要節(jié)氣門。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度低，對燃燒室壁的傳熱很低，能夠減少輻射熱的傳遞，還能大幅降低氮氧化合物的形成。另一個(gè)特點(diǎn)是燃燒周期很短。因?yàn)槿紵^程主要是受化學(xué)反應(yīng)而不是受混合過程的支配，能夠使得燃燒周期比傳統(tǒng)的柴油機(jī)短。而且它采用的燃油辛烷值允許在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)?？梢圆捎闷汀⑻烊粴?、二甲醚等辛烷值較高的燃油作為主要燃料，也可以采用多種燃料混合燃燒。還可以將對高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的調(diào)整，用作在HCCI燃燒中控制燃燒起點(diǎn)和負(fù)荷范圍的方法。但也有人試圖用柴油作為 HCCI燃料，效果遠(yuǎn)不及汽油，為什么呢?因?yàn)槠陀休^高的揮發(fā)性，能夠在汽缸內(nèi)盡快與空氣混合形成均勻的油氣混合氣，而柴油沸點(diǎn)高，與空氣較難混合均勻。