柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

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柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

柴油機(jī)是以柴油作燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)。工作時(shí)，空氣在氣缸內(nèi)被壓縮而溫度升高，定時(shí)噴入氣缸的柴油自行著火燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)?，燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。柴油機(jī)的工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、噴油著火燃燒、膨脹做功和排氣等過程組成。這些過程可以由四沖程柴油機(jī)來實(shí)現(xiàn)，也可由二沖程柴油機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

（一）四沖程柴油機(jī)（非增壓）的基本工作原理

用四個(gè)行程，曲軸回轉(zhuǎn)兩周完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱四沖程柴油機(jī)。工作時(shí)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。活塞改變運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)位置稱止點(diǎn)（死點(diǎn)），止點(diǎn)處的活塞瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為零。離曲軸中心最遠(yuǎn)的止點(diǎn)稱上止點(diǎn)，最近的止點(diǎn)稱下止點(diǎn)。

1．進(jìn)氣行程

活塞從上止點(diǎn)下行，進(jìn)氣閥開啟。由于活塞下行的抽吸作用，新鮮空氣充入氣缸。為了能充入更多的空氣，進(jìn)氣閥一般在上止點(diǎn)前提前開啟，在下止點(diǎn)后延遲關(guān)閉，進(jìn)氣閥開啟的延續(xù)角度約為220-250度。2．壓縮行程

活塞從下止點(diǎn)上行，進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉。上行的活塞對(duì)缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，使其溫度和壓力均不斷升高。壓縮終點(diǎn)的壓力約為3-6mpa,溫度約為500-700℃，在上止點(diǎn)（壓縮終點(diǎn)）附近，燃油經(jīng)噴油器以霧化的狀態(tài)噴入燃燒室，并在高溫高壓空氣的作用下，開始自行發(fā)火燃燒。3．膨脹行程

活塞由上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉。在此行程的初期，燃燒仍在繼續(xù)猛烈地進(jìn)行，使缸內(nèi)的壓力和溫度都急劇升高，其最大值分別可達(dá)6-9mpa,和1500-2000℃左右。高溫高壓

燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下行做功，在上止點(diǎn)后某一時(shí)刻，燃燒基本終止，燃?xì)饫^續(xù)膨脹做功。當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)前某一時(shí)刻，排氣閥開啟，排氣過程開始。此時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力約為0.2-0.5mpa,溫度600-700℃?；钊麆t繼續(xù)下行到下止點(diǎn)。4.排氣行程

活塞在曲軸帶動(dòng)下由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，排氣閥繼續(xù)開啟著，上行的活塞將氣缸內(nèi)的廢氣強(qiáng)行推擠出去。為了實(shí)現(xiàn)充分排氣和減少排氣過程中所消耗的功，排氣閥不但在下止點(diǎn)前提前開啟，而且要在排氣行程終止的上止點(diǎn)后才關(guān)閉。排氣閥開啟的延續(xù)角度230-260度。

在四沖程柴油機(jī)中，要經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣等四個(gè)行程才完成一個(gè)工作循環(huán)；與此相應(yīng)的是曲軸回轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，即+!$/曲軸轉(zhuǎn)角。而且，在四個(gè)行程中，只有膨脹行程才做功，其余三個(gè)行程都要消耗功。因此，在單缸柴油機(jī)中，必需有一個(gè)足夠大的飛輪來供給這三個(gè)行程所需的能量，而在多缸柴油機(jī)中，則借助于其他氣缸膨脹做功過程來供給。

此外，柴油機(jī)由停車狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，必需借助外部能量的驅(qū)動(dòng)使其啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至噴入氣缸的燃油自發(fā)火燃燒，柴油機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。

（二）二沖程柴油機(jī)的基本工作原理

用兩個(gè)行程，曲軸回轉(zhuǎn)一周完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱二沖程柴油機(jī)。二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)不同，其氣缸上設(shè)有氣口，中氣缸右側(cè)為排氣口，左側(cè)為進(jìn)氣口。排氣口比進(jìn)氣口略高，氣口的開與關(guān)均由活塞控制。此外，二沖程柴油機(jī)設(shè)有掃氣泵。掃氣泵預(yù)先將空氣壓縮并送入掃氣箱中，掃氣箱中的空氣壓力（掃氣壓力）要比大氣壓力稍高。

1．換氣\壓縮行程

活塞由下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。在活塞遮住進(jìn)氣口之前，新鮮氣通過進(jìn)氣口繼續(xù)充入氣缸并將氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口驅(qū)除去。當(dāng)活塞上行到將進(jìn)氣口全部遮閉時(shí)，新鮮空氣就中止進(jìn)入氣缸。當(dāng)排氣口被活塞遮閉后，氣缸內(nèi)的空氣就被上行的活塞壓縮，壓力和溫度亦隨之升高。在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前的某一時(shí)刻，柴油經(jīng)噴油器噴入氣缸，并與高溫高壓空氣混合后著火燃燒。在這一行程中，進(jìn)行了換氣、壓縮和噴油著火燃燒諸過程。2．膨脹\換氣行程

活塞由上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)。在此行程的初期，燃燒仍在繼續(xù)猛烈地進(jìn)行，高溫高壓的燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞下行做功。當(dāng)活塞下行將排氣口開啟時(shí)，由于此時(shí)缸內(nèi)燃?xì)獾膲毫蜏囟热暂^高，分別為0.25-0.6mpa和600-800℃，因而氣缸內(nèi)燃?xì)饨柚跉飧變?nèi)外的壓差經(jīng)排氣口高速排出，缸內(nèi)的壓力也隨之下降。當(dāng)缸內(nèi)壓力下降到接近掃氣壓力時(shí)，下行的活塞將進(jìn)氣口開啟，新鮮空氣便通過進(jìn)氣口充入氣缸，并對(duì)氣缸內(nèi)進(jìn)行掃氣，將氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口驅(qū)除出去。這個(gè)過程一直要延續(xù)到下一個(gè)循環(huán)活塞再次上行將進(jìn)氣口關(guān)閉時(shí)為止，稱為掃氣過程。

在這一行程中，進(jìn)行了燃燒與膨脹、排氣和部分掃氣過程。由此可見，與四沖程柴油機(jī)相比，二沖程柴油機(jī)是將進(jìn)氣和排氣過程合并到壓縮與膨脹行程中進(jìn)行，從而省略兩個(gè)行程。因此，二沖程柴油機(jī)的曲軸回轉(zhuǎn)一周就可以完成一個(gè)工作循環(huán)。在氣缸直徑、活塞行