柴油機(jī)工作原理

四沖程柴油機(jī)的工作原理柴油機(jī)的工作是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個過程來完成的，這四個過程構(gòu)成了一個工作循環(huán)?；钊咚膫€過程才能完成一個工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為四沖程柴油機(jī)?，F(xiàn)對照上面的動畫了說明它的工作理原。進(jìn)氣沖程第一沖程 進(jìn)氣，它的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。當(dāng)進(jìn)氣沖程開始時，活塞位于上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)的燃燒室中還留有一些廢氣。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)肘，連桿使活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，同時，利用與曲軸相聯(lián)的傳動機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣閥打開。隨著活塞的向下運(yùn)動，氣缸內(nèi)活塞上面的容積逐漸增大：造成氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進(jìn)氣管內(nèi)的壓力，因此外面空氣就不斷地充入氣缸。進(jìn)氣過程中氣缸內(nèi)氣體壓力隨著氣缸的容積變化的情況如動畫所示。圖中縱坐標(biāo)表示氣體壓力P，橫坐標(biāo)表示氣缸容積Vh（或活塞的沖S），這個圖形稱為示功圖。圖中的壓力曲線表示柴油機(jī)工作時，氣缸內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律。從土中我們可以看出進(jìn)氣開始，由于存在殘余廢氣，所以稍高于大氣壓力P0。在進(jìn)氣過程中由于空氣通過進(jìn)氣管和進(jìn)氣閥時產(chǎn)生流動阻力，所以進(jìn)氣沖程的氣體壓力低于大氣壓力，其值為0.085?0.095MPa，在整個進(jìn)氣過程中，氣缸內(nèi)氣體壓力大致保持不變。當(dāng)活塞向下運(yùn)動接近下止點(diǎn)時，沖進(jìn)氣缸的氣流仍具有很高的速度，慣性很大，為了利用氣流的慣性來提高充氣量，進(jìn)氣閥在活塞過了下止點(diǎn)以后才關(guān)閉。雖然此時活塞上行，但由于氣流的慣性，氣體仍能充人氣缸。壓縮沖程第二沖程一一壓縮。壓縮時活塞從下止點(diǎn)間上止點(diǎn)運(yùn)動，這個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，在燃燒室內(nèi)達(dá)到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運(yùn)動。燃燒膨脹沖程第三沖程一一燃燒膨脹。在這個沖程開始時，大部分噴入燃燒室內(nèi)的燃料都燃燒了。燃燒時放出大量的熱量，因此氣體的壓力和溫度便急劇升高，活塞在高溫高壓氣體作用下向下運(yùn)動，并通過連稈使曲軸轉(zhuǎn)動，對外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。隨著活塞的下行，氣缸的容積增大，氣體的壓力下降，工作沖程在活塞行至下止點(diǎn)，排氣閥打開時結(jié)束。在動畫中，工作沖程的壓力變化這條線上升部分表示燃料在氣缸內(nèi)燃燒時壓力的急劇升高，最高點(diǎn)表示最高燃燒壓力Pz，此點(diǎn)的壓力和溫度為：Pz=6~15MPa，Tz=1800?2200K最高燃燒壓力與壓縮終點(diǎn)壓力之比(Pz/Pc)，稱為燃燒時的壓力升高比，用九表示。根據(jù)柴油機(jī)類型的不同，在最大功牢時九值的范圍如下：X=Pz/Pc=1.2?2.5。排氣沖程第四沖程一一排氣。排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去，以便充填新鮮空氣，為下一個循環(huán)的進(jìn)氣作準(zhǔn)備。當(dāng)工作沖程活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)附近時，排氣閥開起，活塞在曲軸和連桿的帶動下，由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統(tǒng)存在著阻力，所以在排氣沖程開始時，氣缸內(nèi)的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa，其溫度Tb=1000?1200K。為了減少排氣時活塞運(yùn)動的阻力，排氣閥在下止點(diǎn)前就打開了。排氣閥一打開，具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外，缸內(nèi)壓力迅速下降，這樣當(dāng)活塞向上運(yùn)動時，氣缸內(nèi)的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時的氣流慣性使廢氣排出得干凈，排氣閥在上止點(diǎn)以后才關(guān)閉。在動畫中，排氣沖程曲線表示在排氣過程中，缸內(nèi)的氣體壓力幾乎是不變的，但比大氣壓力稍高一些。排氣沖程終點(diǎn)的壓力Pr約為0.105?0.115MPa,殘余廢氣的溫度Pr約為850?960K。由于進(jìn)、排氣閥都是早開晚關(guān)的；所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初，活塞處于上止點(diǎn)附近時，有一段時間進(jìn)、排氣閥同時開起，這段時間用曲軸轉(zhuǎn)角來表示，稱為氣閥重迭角。排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進(jìn)氣沖程，于是整個工作循環(huán)就依照上述過程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油機(jī)的工作循環(huán)由四個活塞沖程即曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)完成的，故稱四沖程柴油機(jī)。在四沖程柴油機(jī)的四個沖程中，只有第三沖程即工作沖強(qiáng)才產(chǎn)生動力對外作功，而其余三個沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過程。為此在單缸柴油機(jī)上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動慣性，使曲軸在四個沖程中連續(xù)而均勻地運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然柴油機(jī)有許多種型式，其具體構(gòu)造也不完全一樣，但都有：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系、潤滑系及冷卻系。曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)和燃油供給系，是柴油發(fā)動機(jī)的三大基木部分，它們互相配合，完成發(fā)動機(jī)的工作循環(huán),實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。使用過程中，三者技術(shù)狀態(tài)的好壞及相互之間配合的正確與否，對發(fā)動機(jī)的性能具有決定性的影響。潤滑系和泠卻系為柴油機(jī)的輔助系統(tǒng)，是柴油機(jī)長期正常工作不可缺少的重要部分。如果潤滑系或冷卻系工作不正常，那么柴油機(jī)就會發(fā)生故障，也不能正常工作。由此可見，柴油機(jī)在使用過程中，必須對以上各部分予以充分重視，不可忽視任何一個部分，否則，發(fā)動機(jī)的正常工作將無法保證，甚至?xí)斐砂l(fā)動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。

柴油機(jī)供給系的組成及功用柴油機(jī)供給系的功用?在適當(dāng)?shù)臅r刻，將一定數(shù)量的潔凈燃油增壓后以適當(dāng)?shù)囊?guī)律噴入燃燒室。各缸的噴油定時和噴油量相同且與柴油機(jī)運(yùn)行工況相適應(yīng)。噴油壓力、噴注霧化質(zhì)量及其在燃燒室內(nèi)的分布與燃燒室類型相適應(yīng)?在每一個工作循環(huán)內(nèi)，各氣缸均噴油一次，噴油次序與氣缸工作順序一致?根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)循環(huán)供油量，以保證柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是穩(wěn)定怠速，限制超速?儲存一定數(shù)量的燃油，保證汽車的最大續(xù)駛里程?柱塞式噴油泵柴油機(jī)供柴油供給系的組成（視頻）給系 噴油器噴油泵-主要部件：噴油泵、噴油器和噴油器噴油泵-主要部件：噴油泵、噴油器和（1）燃料供給裝置柴油箱油水芬離器輸油泵、油水分離器、燃油濾清輸油劭器、噴油提前器和高、低壓油管柴油箱油水芬離器輸油泵、油水分離器、燃油濾清輸油劭器、噴油提前器和高、低壓油管調(diào)速器等?輔助裝置：燃油箱、機(jī)供給系?機(jī)供給系?空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道、?VE分配式噴油泵柴油 （2）空氣供給裝置柴油濾清器去柴油濾清器去調(diào)速器增壓器等噴油器混合I|）廢氣排出裝置VE噴油泵-排氣道、排氣管、消聲器等燃油供給路線?低壓油路：從油箱到噴油泵入口這一段油路，其油壓由輸油泵建立，一般為150?300kPa，故稱低壓油路。主要完成柴油儲存、輸送和濾清等任務(wù)?高壓油路：從噴油泵到噴油器這一段油路，其油壓由噴油泵建立，一般在1OMPa以上，故稱高壓油路。柴油供給任務(wù)主要由它來完成?回油油路：由于輸油泵供油量是噴油泵出油量的3?4倍，濾清器和噴油泵上都裝有溢流閥，使多余燃油經(jīng)溢流閥和回油管流回輸油泵進(jìn)口或直接流回油箱、柴油的使用特性柴油定義及分類?定義：在石油蒸餾過程中，溫度在200?350°C之間的餾

分?分類：輕柴油（用于高速柴油機(jī)）,重柴油（用于中低速柴油機(jī)）輕柴油的牌號及規(guī)格?等級：優(yōu)等品、一等品、合格品?牌號：10、0、-10、-20、-35、-50（按凝點(diǎn)劃分）輕柴油的使用性能?發(fā)火性：指柴油的自燃能力，用十六烷值評定。柴油的十六烷值大，發(fā)火性好，容易自燃。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輕柴油的十六烷值不小于45?蒸發(fā)性：指柴油蒸發(fā)汽化的能力，用柴油餾出某一百分比的溫度范圍即餾程和閃點(diǎn)表示。比如，50%餾出溫度即柴油餾出50%的溫度，此溫度越低，柴油的蒸發(fā)性越好。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此溫度不得高于300°C,但沒有規(guī)定最低溫度限，為了控制柴油的蒸發(fā)性不致過強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閃點(diǎn)的最低數(shù)值。柴油的閃點(diǎn)指在一定的試驗條件下，當(dāng)柴油蒸氣與周圍空氣形成的混合氣接近火焰時，開始出現(xiàn)閃火的溫度。閃點(diǎn)低，蒸發(fā)性好?低溫流動性：用柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)評定低溫流動性。凝點(diǎn)是指柴油失去流動性開始凝固時的溫度，而冷濾點(diǎn)則是指在特定的試驗條件下，在1min內(nèi)柴油開始不能流過過濾器20mL時的最高溫度。一般柴油的冷濾點(diǎn)比其凝點(diǎn)高4?6?C?粘度:是評定柴油稀稠度的一

項指標(biāo)，與柴油的流動性有關(guān)。粘度隨溫度而變化，當(dāng)溫度升高時，粘度減小，流動性增強(qiáng)；反之，當(dāng)溫度降低時，粘度增大，流動性減弱?安定性：用實(shí)際膠質(zhì)、10%蒸余物殘?zhí)?、氧化安定性三項指?biāo)評定?防腐性：用硫含量、硫醇硫含量、酸度、銅片腐蝕及水溶性酸或堿等指標(biāo)評價?清潔性：用柴油中的灰分、水分和機(jī)械雜質(zhì)等指標(biāo)評價輕柴油的選擇?選擇方法：按當(dāng)?shù)禺?dāng)月風(fēng)險率為10%的最低氣溫選用輕柴油牌號?三、柴油機(jī)混合氣的形成及燃燒柴油機(jī)混合氣的形成?柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中進(jìn)入氣缸的是純空氣，在壓縮行程接近終了時，由噴油器將已加壓的柴油以霧化的形式噴入燃燒室，經(jīng)過極短的物理和化學(xué)準(zhǔn)備過程與進(jìn)入氣缸的空氣混合形成可燃混合氣改進(jìn)混合氣形成條件的措施?選用十六烷值較高發(fā)火性較好的柴油，以使可燃混合氣迅

速燃燒。?采用較高的壓縮比，以提高氣缸內(nèi)的溫度，使柴油盡快揮發(fā)。?提高噴油壓力，一般在lOMPa以上，以利于柴油霧化。?采用各式促進(jìn)氣體運(yùn)動的燃燒室和進(jìn)氣道，以保證柴油與空氣的均勻混合。?采用較大過量空氣系數(shù)（1.3?1.5）的可燃混合氣，以使柴油完全燃燒。?采用適當(dāng)?shù)膰娪吞崆安裼蜋C(jī)混合氣的燃燒過程?備燃期（AB）：是指由噴油始點(diǎn)到燃燒始點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。在此期間，噴入氣缸的霧狀柴油從氣缸內(nèi)的高溫空氣吸收熱量，逐漸蒸發(fā)、擴(kuò)散，與空氣混合，并進(jìn)行燃燒前的化學(xué)準(zhǔn)備。備燃期不宜過長，否則會使發(fā)動機(jī)工作粗暴。?速燃期（BC）：是指從燃燒始點(diǎn)到氣缸內(nèi)的

最大壓力點(diǎn)之間的曲軸轉(zhuǎn)角。從燃燒始點(diǎn)開始,火焰自火源迅速向各處傳播，使燃燒速度迅速增加，急劇放熱，導(dǎo)致燃燒室中溫度和壓力迅速上升，直至壓力最大點(diǎn)為止。在此期間，早已噴入或燃燒開始后陸續(xù)噴入的柴油在已燃?xì)怏w的高溫作用下，迅速蒸發(fā)、混合和燃燒。?緩燃期（CD）：是從最高壓力點(diǎn)起到最高溫度點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。在此階段，開始燃燒很快，但由于氧氣減少，廢氣增多，燃燒條件不利，故燃燒越來越慢，但燃?xì)鉁囟葏s能繼續(xù)升高到1973?2273K。緩燃期

內(nèi)，通常噴油已結(jié)束。?后燃期（DE）：從最高溫度點(diǎn)起，燃燒在逐漸惡化的條件下于膨脹行程中緩慢進(jìn)行直到停止。在此期間，壓力和溫度均降低。-四、柴油機(jī)燃燒室-四、柴油機(jī)燃燒室直噴式燃燒室（又稱統(tǒng)一式燃燒室）（視頻）直噴式燃燒室（又稱統(tǒng)一式燃燒室）（視頻）?燃燒室容積集中于活塞頂上的燃燒室凹坑內(nèi)（1）①型燃燒室?結(jié)構(gòu)簡單，燃燒室位于活塞頂，噴油器采用孔式噴油器，混合氣的形成以空間霧化為主。噴油器（2）球形燃燒室噴油器?燃燒室位于活塞頂部的深坑內(nèi)，采用單孔或雙孔噴油器，混合氣的形成以油膜蒸發(fā)為主。采用螺旋進(jìn)氣道形成強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流。分隔式燃燒室?分為兩個部分，主燃燒室位于活塞頂，而副燃燒室位于缸蓋上，主副燃燒室通過通道相同，噴油嘴位于副燃燒室內(nèi)。（1）渦流室燃燒室（視頻）?主副燃燒室之間通過狹窄的切向通道相通，空氣被擠入渦流室形成強(qiáng)烈有規(guī)則渦流運(yùn)動，大部分柴油在渦流室內(nèi)燃燒，形成二次渦流混合燃燒

預(yù)燃室燃燒室(視頻)?空氣被擠入預(yù)燃室產(chǎn)生無規(guī)則紊流，小部分柴油在預(yù)燃室內(nèi)燃燒，產(chǎn)生二次紊流混合完全燃燒。?五、噴油器的結(jié)構(gòu)與工作原理功用、要求與類型(1)功用?根據(jù)柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)，將燃油霧化成細(xì)微的油滴，并將其噴射到燃燒室特定的部位(2)要求?應(yīng)滿足不同類型的燃燒室對噴霧特性的要求。?應(yīng)有一定的貫穿距離和噴霧錐角；?有良好的霧化質(zhì)量；?在噴油結(jié)束時不發(fā)生滴漏現(xiàn)象。類型?孔式噴油器?軸針式噴油器噴油器體回油道針閥噴油器體回油道針閥孔式噴油器（1）結(jié)構(gòu)1） 適用：統(tǒng)一式燃燒室2） 結(jié)構(gòu)（視頻）?由針閥和針閥體構(gòu)成噴油嘴。噴油嘴有長型和短型兩種結(jié)構(gòu)形式。前者將噴油嘴加長，針閥的導(dǎo)向部分遠(yuǎn)離燃燒室，以減少針閥受熱及變形，從而避免針閥卡死在針閥體內(nèi)，所以長型噴油嘴多用于熱負(fù)荷較高的柴油機(jī)上?針閥的兩個錐面承壓錐面：承受高壓油腔中油壓的作用，使針閥產(chǎn)生向上的軸向推力，克服調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力及針閥與針閥體間的摩擦力，使噴油器實(shí)現(xiàn)噴油。密封錐面：與針閥體內(nèi)的密封錐面配合，以實(shí)現(xiàn)噴油器內(nèi)腔的密封。

?噴孔：有一個或多個噴孔，有一個噴孔的稱單孔噴油器，有兩個噴孔的稱雙孔噴油器，有三個以上噴孔的稱多孔噴油器。一般噴孔數(shù)目為1?7個，噴孔直徑為0?2?0?5mm。噴孔直徑不宜過小，否則既不易加工，又在使用中容易被積炭堵塞。?調(diào)壓裝置：調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力通過頂桿作用在針閥上，將針閥壓緊在針閥體內(nèi)的密封錐面上，使噴油嘴關(guān)閉。調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力由調(diào)壓螺釘調(diào)節(jié)。(2)工作原理」視頻)?來自噴油泵的高壓柴油通過高壓油管送到噴油器，經(jīng)進(jìn)油管接頭、噴油器濾芯以及噴油器體和針閥體內(nèi)的油道進(jìn)入噴油嘴內(nèi)的壓力室。油壓作用在針閥的承壓錐面上，產(chǎn)生向上的推力。當(dāng)此推力超過調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力時，針閥升起并將噴孔打開，高壓柴油經(jīng)噴孔噴入燃燒室。

?當(dāng)噴油泵停止供油時，噴油嘴壓力室內(nèi)的油壓迅速下降，針閥在調(diào)壓彈簧的作用下瞬即落座，將噴孔關(guān)閉，終止噴油。頂桿針閥針閥體丘壓錐面'進(jìn)油道軸針式噴油器頂桿