摘要：柴油發(fā)電機(jī)的二氣門(mén)與四氣門(mén)的區(qū)別主要是氣門(mén)數(shù)不同和動(dòng)力不同。氣門(mén)數(shù)多有利于發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)排氣效率，但影響低轉(zhuǎn)速的扭矩；兩氣門(mén)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單故障點(diǎn)少的優(yōu)點(diǎn)：低速扭矩大，但高轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)排氣效率低，影響功率輸出。

 

一、不同數(shù)量的氣門(mén)類型

 

1、單缸多氣門(mén)

 

過(guò)去，在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)上，每個(gè)汽缸只有一個(gè)進(jìn)氣門(mén)和一個(gè)排氣門(mén)。但是現(xiàn)在，許多發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)。這種設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的功率。另外，為了提高催化轉(zhuǎn)換器的廢氣溫度，還使用了三氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。

最近，很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠家還試驗(yàn)了五氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸有三個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)。每缸五氣門(mén)比每缸兩氣門(mén)、三氣門(mén)和四氣門(mén)都要好，因?yàn)榭梢詾榭諝夂腿加突旌蠚馓峁┳罴训牧鲃?dòng)路徑。這種流動(dòng)路徑在工程術(shù)語(yǔ)上被稱為簾布面積（Curtain area）。簾布面積向工程師們提示空氣和燃油流入汽缸的均勻程度，簾布面積越大，燃燒效率就越高。一些工程報(bào)告提出：與使用兩氣門(mén)、三氣門(mén)或四氣門(mén)相比，使用五氣門(mén)提高簾布面積效率大約30％。

 

圖1 氣門(mén)工作原理圖

 

 

2、四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)

 

現(xiàn)在使用的很多發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)汽缸都有兩個(gè)以上的氣門(mén)。當(dāng)渦輪增壓器（也叫增壓器）被開(kāi)始引入柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中時(shí)，四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始普及。給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓就是強(qiáng)迫更多的空氣或燃油進(jìn)入汽缸，以獲得更大的功率。后面的章節(jié)將會(huì)介紹增壓。四氣門(mén)缸蓋允許更多的空氣或燃油進(jìn)入汽缸，從而增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。因?yàn)槊總€(gè)汽缸上有兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)，更多的空氣或燃油以及更多的廢氣可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)。這就使得四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的容積效率。

四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)還具有一些其他的特性。氣門(mén)可以更小，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就可以在更高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。因?yàn)樗臍忾T(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的成功，現(xiàn)在的大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論是否有增壓，都使用四氣門(mén)結(jié)構(gòu)。圖3-38顯示了一個(gè)典型的四氣門(mén)汽缸蓋。

 

圖2 四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

 

 

3、三氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)

 

發(fā)電機(jī)組工程師們?cè)诔掷m(xù)不斷地努力改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，同時(shí)還要降低排放。提高效率而又降低排放的一種方法是使用三氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3-39給出了一個(gè)三氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的例子。在這個(gè)例子中，每個(gè)汽缸有兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和一個(gè)排氣門(mén)。試驗(yàn)表明：催化轉(zhuǎn)換器需要很高的廢氣溫度才能正常工作。通常，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作溫度時(shí)，得到較高的廢氣溫度沒(méi)有問(wèn)題。但是，在預(yù)熱期，在一段時(shí)間內(nèi)廢氣依然很涼，不能夠讓催化轉(zhuǎn)換器正常工作。這樣，催化轉(zhuǎn)換器凈化廢氣就會(huì)有一段時(shí)間延遲。研究者發(fā)現(xiàn)，這段延時(shí)是由于采用兩個(gè)排氣門(mén)引起的。當(dāng)采用兩個(gè)排氣門(mén)時(shí)，有更多的廢氣熱量在發(fā)動(dòng)機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器之間損失掉了。如果只采用一個(gè)排氣門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器之間的熱量損失就會(huì)減小。實(shí)際上，如果只使用一個(gè)排氣門(mén)，廢氣溫度要高出140～170E（1E＝1.8℃＋22）。這使得催化轉(zhuǎn)換器升溫更快，從而減少了起動(dòng)和預(yù)熱期間的排放。

使用每汽缸三個(gè)氣門(mén)的另一個(gè)原因是：在設(shè)計(jì)汽缸蓋時(shí)可以有更多的空間用于布置火花塞和噴油器。通過(guò)在最好的位置布置噴油器和火花塞，可以實(shí)現(xiàn)更高的燃燒效率。

 

圖3 三氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

 

 

二、兩氣門(mén)和四氣門(mén)的區(qū)別

 

兩氣門(mén)：

1、優(yōu)點(diǎn)：

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省維修和制造成本，故障率比較低。

（2）低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩傳遞快，應(yīng)對(duì)通勤使用時(shí)可靠性更好，油耗低。

2、缺點(diǎn)：

氣門(mén)開(kāi)啟/閉合節(jié)奏固定，隨著速度提升越感無(wú)力。

四氣門(mén)：

1、優(yōu)點(diǎn)：

（1）能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和降低噪音。進(jìn)氣門(mén)總的通過(guò)面積較大，沖量系數(shù)較高，排氣門(mén)的直徑可以適當(dāng)減小，使其工作溫度適當(dāng)降低，提高了工作可靠性。

（2）四氣門(mén)的進(jìn)排氣截面積更大：與兩氣門(mén)相比，四氣門(mén)的進(jìn)氣面積可增加30%左右，排氣面積可增加50%左右。

此外，四氣門(mén)充氣效率提高：兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)引起適當(dāng)?shù)目諝膺\(yùn)動(dòng)，改善了混合氣的形成，減少了CO和HC的排放，由于燃燒持續(xù)時(shí)間縮短，減少了NOx的生成。減少每個(gè)氣門(mén)的質(zhì)量可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。采用多氣門(mén)后，充氣效率和燃燒速度提高。由于提高了充氣效率并增加了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出最多增加了45%，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也增加了。

2、缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修復(fù)雜。

 

圖4 兩氣門(mén)和四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別

 

 

 

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