柴油发动机的工作原理

柴油发动机的工作原理

柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。工作时，空气在气缸内被压缩而温度升高，定时喷入气缸的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞做功，将热能转变为机械功。柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀做功和排气等过程组成。这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。

（一）四冲程柴油机（非增压）的基本工作原理

用四个行程，曲轴回转两周完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。活塞改变运动方向的瞬时位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。离曲轴中心最远的止点称上止点，最近的止点称下止点。

1．进气行程

活塞从上止点下行，进气阀打开。由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。为了能充入更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启，在下止点后延迟关闭，进气阀开启的延续角度约为220-250度。 2．压缩行程

活塞从下止点上行，进、排气阀均关闭。上行的活塞对缸内的空气进行压缩，使其温度和压力均不断升高。压缩终点的压力约为3-6mpa,温度约为500-700℃，在上止点（压缩终点）附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。 3．膨胀行程

活塞由上止点向下运动，进、排气阀均关闭。在此行程的初期，燃烧仍在继续猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达6-9mpa,和1500-2000℃左右。高温高压

燃气膨胀推动活塞下行做功，在上止点后某一时刻，燃烧基本结束，燃气继续膨胀做功。当活塞到达下止点前某一时刻，排气阀开启，排气过程开始。此时，气缸内的压力约为0.2-0.5mpa, 温度600-700℃。活塞则继续下行到下止点。 4. 排气行程

活塞在曲轴带动下由下止点向上运动，排气阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和减少排气过程中所消耗的功，排气阀不但在下止点前提前开启，而且要在排气行程结束的上止点后才关闭。排气阀开启的延续角度230-260度。

在四冲程柴油机中，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即+!$/曲轴转角。而且，在四个行程中，只有膨胀行程才做功，其余三个行程都要消耗功。因此，在单缸柴油机中，必须有一个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量，而在多缸柴油机中，则借助于其他气缸膨胀做功过程来供给。

此外，柴油机由停车状态进入工作状态，必须借助外部能量的驱动使其启动运转，直至喷入气缸的燃油自发火燃烧，柴油机才能自行运转。

（二）二冲程柴油机的基本工作原理

用两个行程，曲轴回转一周完成一个工作循环的柴油机称二冲程柴油机。二冲程柴油机与四冲程柴油机不同，其气缸上设有气口，中气缸右侧为排气口，左侧为进气口。排气口比进气口略高，气口的开与关均由活塞控制。此外，二冲程柴油机设有扫气泵。扫气泵预先将空气压缩并送入扫气箱中，扫气箱中的空气压力（扫气压力）要比大气压力稍高。

1．换气\压缩行程

活塞由下止点向上运动。在活塞遮住进气口之前，新鲜气通过进气口继续充入气缸并将气缸内的废气经排气口驱除去。当活塞上行到将进气口全部遮闭时，新鲜空气就停止进入气缸。当排气口被活塞遮闭后，气缸内的空气就被上行的活塞压缩，压力和温度亦随之升高。在活塞到达上止点前的某一时刻，柴油经喷油器喷入气缸，并与高温高压空气混合后着火燃烧。 在这一行程中，进行了换气、压缩和喷油着火燃烧诸过程。 2．膨胀\换气行程

活塞由上止点向下运动。在此行程的初期，燃烧仍在继续猛烈地进行，高温高压的燃气膨胀推动活塞下行做功。当活塞下行将排气口打开时，由于此时缸内燃气的压力和温度仍较高，分别为0.25-0.6mpa和600-800℃，因而气缸内燃气借助于气缸内外的压差经排气口高速排出，缸内的压力也随之下降。当缸内压力下降到接近扫气压力时，下行的活塞将进气口打开， 新鲜空气便通过进气口充入气缸，并对气缸内进行扫气，将气缸内的废气经排气口驱除出去。这个过程一直要延续到下一个循环活塞再次上行将进气口关闭时为止，称为扫气过程。

在这一行程中，进行了燃烧与膨胀、排气和部分扫气过程。 由此可见，与四冲程柴油机相比，二冲程柴油机是将进气和排气过程合并到压缩与膨胀行程中进行，从而省略两个行程。因此，二冲程柴油机的曲轴回转一周就可以完成一个工作循环。在气缸直径、活塞行程与转速相同的条件下，二冲程柴油机的功率似乎应为四冲程柴油机的! 倍；但实际上，由于二冲程柴油机的气口使其有效行程减少等原因，其功率约为四冲程柴油机的1.6-1.8倍。