柴油机的工作原理

1、二冲程柴油机的工作原理
通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比，它提高了作功能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异。
二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。二冲
程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；
或设扫气口与排气阀机构。并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气
的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结构。
图是二冲程柴油机工作原理图。扫气泵附设在柴油机的一侧，它的
转子由柴油机带动。空气从泵的吸入吸入，经压缩后排出，储存在具有较大容积的
扫气箱中，并在其中保持一定的压力。现以图说明二冲程柴油机的工作
原理。
燃烧膨胀及排气冲程：
燃油在燃烧室内着火燃烧，生成高温高压燃气。活塞在燃气的推动下，由上止点
向下运动，对外作功。活塞下行直至排气口打开（此时曲柄在点位置，此时燃气
膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身高压自由排气，从排气口排人到排气管。
当气缸内压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0
12，下行活塞把扫气口3打开（此时曲柄在点4的位置，扫气空气进入气缸，
同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束，但扫气
过程一直持续到下一个冲程排气口关闭（此时曲柄在点位置为止。
·4· 342 第三篇船舶柴油机检修图二冲程柴油机工作原理示意图
扫气及压缩冲程：
活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱
内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口
扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后（此时曲柄在点
位置，空气停止充人，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时
（此时曲柄在点位置，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前点时，
喷油器将燃油喷人气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着
火燃烧。本冲程结束，并与前一冲程形成一个完整的工作循环。
二冲程柴油机示功图见图，其中，为喷油始点，为活塞上止点，为
燃烧终点。
二冲程柴油机与四冲程柴油机相比具有一些明显优点，当然也存在本身固有的
缺点。
2、四冲程柴油机的工作原理
柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。活塞走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。现对照上面的动画了说明它的工作理原。
一. 进气冲程
第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如动画所示。图中纵坐标表示气体压力p，横坐标表示气缸容积vh(或活塞的冲s)，这个图形称为示功图。图中的压力曲线表示柴油机工作时，气缸内气体压力的变化规律。从土中我们可以看出进气开始，由于存在残余废气，所以稍高于大气压力p0。在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力，所以进气冲程的气体压力低于大气压力，其值为0.085～0.095mpa，在整个进气过程中，气缸内气体压力大致保持不变。
当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。
二. 压缩冲程
第二冲程——压缩。压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：pc＝4～8mpa,tc＝750～950k。
柴油的自燃温度约为543—563k，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲柄转至上止点前10～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。
三. 燃烧膨胀冲程