(一)、發(fā)動機的結(jié)構(gòu):
發(fā)動機的主要零件有氣缸體、汽缸蓋、氣缸活塞連桿組件、曲軸、渦輪增壓器、潤滑油泵、燃油泵、噴油器、潤滑油冷卻器、散熱器、進氣管、排氣管、飛輪、飛輪殼等。
(二)、氣缸的布置:發(fā)動機根據(jù)氣缸的布置方式,分為直列和V型兩種
1、直列機的氣缸只有一列,沃普賽發(fā)動機分B系列、C系列、L系列和P系列,B系列氣缸數(shù)量有4個和6個,C系列和L系列的氣缸數(shù)量有6個,P系列氣缸數(shù)量有5個.6個、8個和9個。
2、V型機的氣缸數(shù)量有兩列,沃普賽發(fā)動機P系列和Q系列都有V型機,P系列V型機的氣缸數(shù)量有8個、10個、12個、14個、16個和20個,Q系列V型機的氣缸數(shù)量有8個、10個、12個、14個、16個和20個。
3、直列機的結(jié)構(gòu)比V型機簡單很多,零件的種類和數(shù)量也比V型機少很多,制造成本比V型機大幅下降,而且相同缸徑的直列機行程可以做得比V型機更長一些,讓發(fā)動機的排量更大,輸出功率更高,讓發(fā)動機的市場競爭力更強,但直列機的氣缸只有一列,相同缸數(shù)的直列機缸體比V型機要長一些,所以直列機的氣缸數(shù)量一般都會控制在10個以下。
4、對于相近排量的發(fā)動機,直列機的制造成本比V型機要低一些,所以能夠采用采用直列機設(shè)計的發(fā)動機,盡量不要采用V型機的設(shè)計,但相同缸徑的發(fā)動機,直列機的振動要比V型發(fā)動機要大一些。
5、發(fā)動機要在1500-1800rpm的轉(zhuǎn)速下長期穩(wěn)定工作,對于直列發(fā)動機,氣缸直徑基本都不會超過160mm; 對于V型發(fā)動機,氣缸直徑基本都會低于190mm,如果超過以上的尺寸,發(fā)動機在工作時會因為運動零件的動平衡超標而發(fā)生巨大的振動,直接影響發(fā)動機的工作可靠性。
(三)、發(fā)動機的缸徑和行程對可靠性的影響:
發(fā)動機的缸徑越大,行程越長,發(fā)動機的振動就會越大,發(fā)動機的制造難度也會越大。業(yè)界有一個錯誤的認知被廣泛流傳,就是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速越低,發(fā)動機的可靠性越好,真正影響發(fā)動機可靠性的不是轉(zhuǎn)速,而是活塞在氣缸里面的運動速度,這個運動速度的術(shù)語是活塞線速度,活塞線速度指的是活塞在氣缸里面的運動速度,活塞線速度一般要控制在12.6米/秒以下,線速度太高,會容易導致活塞環(huán)和缸套之間出現(xiàn)拉缸的故障,如果不能及時停機,活塞會打破缸套,最終會將缸體打爛。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速為n (rpm),活塞行程為S(米).則活塞線速度為: (2xnxs)/60,舉例:發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500rpm,活塞行程為0.2m,則活塞線速度為: (2X1500X0.2 ) /60=10米/秒
發(fā)動機設(shè)計時,必須要控制發(fā)動機振動值,發(fā)動機的振動值過大,發(fā)動機的可靠性就會直線下降,如果發(fā)動機要在1500-1800rpm的范圍內(nèi)工作穩(wěn)定,行程必須要控制在220mm及以下,而且行程越大,發(fā)動機曲軸的動平衡難度就會越大,發(fā)動機的振動也會越大,發(fā)動機的可靠性也會越差。
如果發(fā)動機的行程為220mm,發(fā)動機在轉(zhuǎn)速為1500rpm時,活塞的線速度為:(2x1500x220)/(60x 1000)=11米/秒;發(fā)動機在轉(zhuǎn)速為1800rpm時,活塞的線速度為: (2x1800X220) /(60X1000)=13.2米/秒,客觀而言,13.2米/秒的活塞線速度太高了,發(fā)動機工作時拉缸的可能性很大,工作可靠性會非常差,活塞線速度要盡可能控制在12.6米/秒以下
發(fā)動機在工作時,會因為轉(zhuǎn)速的增加,振動值也會隨之增加,振動是發(fā)動機的主要故障誘因,如果一臺發(fā)動機的振動值超標,就會導致發(fā)動機最終出現(xiàn)災難性的事故,為穩(wěn)妥起見,對于需要在1500-1800rpm長期運行的發(fā)動機,發(fā)動機的行程盡量控制在200mm及以下,發(fā)動機的行程越大,對于曲軸、連桿、活塞這些運動部件的精度要求也會越高,制造難度也會大幅度增加。
3、發(fā)動機的主要零部件:
(1)缸體
缸體也稱氣缸體,它是發(fā)動機最核心的零部件,因為發(fā)動機的大部分主要零件都是安裝在缸體上,缸體也是發(fā)動機承受工作壓力較大的零部件,缸體的材料強度、加工精度直接影響到發(fā)動機的質(zhì)量
為保證發(fā)動機的質(zhì)量,缸體的材料強度是非常重要的,對于大部分的柴油機,缸體都是采用鑄鐵合金材料來制作,對于材料抗拉強度達到250Mpa及以上的缸體,在鑄造的時候,都要添加鉑、鉻、鎳這些稀有金屬元素,這些金屬元素雖然含量不高,但成本很高,而且對鑄件的強度提升有立竿見影的效果,磐谷發(fā)動機的缸體,抗拉強度要求達到300MPa及以上。
缸體的抗拉強度越高,缸體的鑄件成本就會越高,如果缸體的抗拉強度很小,發(fā)動機在工作時,缸體會因為抗拉強度不足而出現(xiàn)巨大的振動甚至會出現(xiàn)缸體開裂的現(xiàn)象,直接導致發(fā)動機報廢的質(zhì)量事故。