柴油机的工作原理.doc

柴油发动机工作原理将一种能量转变为机械能的机器，叫做发动机各种发动机按照能源不同， 可分为：风力发动机（简称风力机） ；水力发动机（简称水力机） ；热力发动机 （简称热机）等把燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的发动机统称做热机， 如蒸汽机、柴油机等根据燃料进行燃烧过程所处的地点不同，热机可分为外 燃机和内燃机两大类 燃料在发动机外部进行燃烧的热机，叫做外燃机如 蒸汽机（往复式） 、汽轮机（回转式）等 燃料直接在发动机内部进行燃烧的 热机叫做内燃机如柴油机、汽油机、天然气机等 内燃机就是利用燃料燃烧后产生的热能来做功的柴油发动机是一种内燃 机，它是柴油在发动机汽缸内燃烧，产生高温高压气体，经过活塞连杆和和曲 轴机构转化为机械动力 一、活塞式内燃机工作原理 把柱塞装在一个一端封闭的圆筒内，柱塞顶面与圆筒内壁构成一个封闭空 间，如果用一个推杆将柱塞和一个轮子连接起来，则柱塞移动时，便通过推杆 推动轮子旋转，从而把空气所得到的热能转化为推动轮子旋转的机械能 内 燃机的工作过程，就是按照一定的规律，不断地将燃料和空气送入气缸，并在 气缸内着火燃烧，放出热能燃气在吸收热能后产生高温高压，推动着活塞作 功，将热能转化为机械能。

它是由一个独立的发动机所构成工作时燃料和空 气直接送到发动机的气缸内部进行燃烧，放出热能，形成高温、高压的燃气， 推动活塞移动然后通过曲柄连杆机构对外输出机械能 1.气缸体 2.喷油器 3. 进气门 4.排气门 5.活塞 6.连杆 7.曲轴 二、内燃机的机械传动机构 在往复式内燃机中，曲柄连杆机构的作用是将活塞的往复直线运动变成曲 轴的旋转运动，以实现热能和机械能的相互转变 它是由活塞 1、连杆 3 和曲 轴 4 等构成 活塞只能沿气缸直线往复运动曲轴是由两个中心线在一直线上 的轴所构成其中一个轴安置在机体中心孔内，称做主轴主轴只能在机体座 孔内绕本身中心线转动另一轴通过曲柄与主轴连接在一起，称做连杆轴它 绕着主轴进行旋转连杆为两端带有孔的一直杆，一端与活塞相连；另一端与 连杆轴相连，它随着活塞移动和曲轴旋转而进行摆动 当活塞往复运动时， 通过连杆推动曲轴绕主轴中心产生旋转运动活塞移动与曲轴转动是相互牵连 在一起的因此，活塞移动位置与曲轴转动位置是相对应的 三、单缸四冲程柴油机工作原理 活塞连续运行四个冲程（即曲轴旋转两周）的过程中，完成一个工作循环 （进气—压缩—燃烧膨胀—排气）的柴油机，叫做四冲程柴油机。

为了更清楚地表示出气缸内气体压力随容积的变化情况，图 1-6-5 绘出了单缸 四冲程柴油机的示功图图中横座标表示气缸容积，从座标表示气缸的绝对压 力图中的水平虚线，表示绝对压力为大气压（亦即 1 公斤/厘米 2） Vc、Vh 分别表示燃烧室容积与气缸工作容积 下面对照单缸四冲程柴油机工作过程示 意图和示功图，来说明它的工作过程 9 指非增压柴油机） 第一冲程——进气过程活塞从上死点移动到下死点这时进气门打开，排 气门关闭 进气过程开始时，活塞位于死点位置气缸内（燃烧室）残留着上 次循环未排净的残余废气（图中以小十字符号表示） 它的压力稍高于大气压力， 约为 1.1～1.2 公斤/厘米 当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进气门打开随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减小，当压力低于大 气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸直到活塞移动到死点位置，气缸内 充满了新鲜空气 在新鲜空气进入气缸的过程中，由于受空气滤清器、进气 管、进气门等阻力的影响，使进气终了时气缸内的气体压力略低于大气压，约 为 0.8～0.9 公斤/厘米 2，又因空气从高温的残余废气和燃烧室壁吸收热量，故 温度可达 35～50℃。

应当指出，实际柴油机进气门都是在活塞位于死点前提前 打开，并且延迟到下死点后才关闭原因是：若进气过程开始活塞下移时，进 气门刚开始打开而不能立即开足，便造成气缸内产生部分真空，使活塞下行时 产生较大的阻力因此进气门要提前在上死点前便打开，则活塞开始由上死点 下行时，进气门已开到最大位置，保证空气顺利进入气缸，从而减小活塞的下 行阻力进气过程中，空气沿进气管被吸入气缸时，气流产生惯性作用，若使 气门推迟到下死点后关闭，虽然活塞已开始上行，仍可以充分利用气流的流动 惯性，使一部分新鲜空气进入气缸，以保证吸入更多的空气由于进气门早开 迟关，所以实际柴油机的进气过程都大于 180°曲轴转角，一般为220°～240° 第二冲程——压缩过程活塞由下死点移动到上死点，在这期间，进、排气 门全部关闭 压缩过程开始时，活塞位于下死点曲轴在飞轮惯性作用下带动旋转，通 过连杆推动活塞向上移动气缸内容积逐渐减小，新鲜空气被压缩，压力和温 度随着升高 为了实现高温气体引燃柴油的目的，柴油机都具有较大的压缩比， 使压缩终了时，气缸内气体温度比柴油的自燃温度高出 200～300℃，即 500～750℃（柴油的自燃温度约为 200～300℃） ，而压力约炒 30～50 公斤/厘米 2。

为了充分利用燃料燃烧所产生的热能，要求燃烧过程能够在活塞移动到上 死点略后位置迅速完成，以使燃烧后的气体充分膨胀多做功，使柴油机效率提 高但是，由于燃料喷入气缸内时，必须经过一定的着火准备阶段，才能实现 燃烧（详见本书第六章第二节） 因此，实际柴油机工作中，在压缩冲程结束前 （约在上死点前 10°～35°） ，开始将燃料喷入气缸内在示功图上，m 点表 示喷油开始时间第三冲程——燃烧膨胀过程活塞又从上死点移动到下死点此时，进、排 气门仍然都关闭着喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧，产生大量热能， 使气缸内的温度、压力急剧升高高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连 杆，带动曲轴转动因为只有这一行程才实现热能转化为机械能，因此，通常 把该行程叫做工作行程 在燃烧与膨胀过程中，气缸内气体的最高温度可达 1700～2000℃，最高压力为 60～90 公斤/厘米 2随着活塞被推动着下移，气缸 容积逐渐增大，气体随之逐渐减小数点示功图的 c—z—b 线表示出这一过程 中气缸容积与压力变化的情况在这一曲线上，几乎垂直的 c—z 线段，表示出 燃料急剧燃烧时压力的升高程度z 点表示燃烧压力 Pz（又称做最大爆发压力） 。

第四冲程——排气过程活塞又从下死点移动到上死点 此时，排气门打开，进气门关闭 排气过程开始时，活塞位于下死点，气 缸内充满着燃料并膨胀作功的废气排气门打开后，废气随着活塞上移，被排 出气缸之外 燃烧膨胀终了时，气缸内的气体还具有较大的压力，如果排气门 在下死点位置时才打开，而不能瞬时间开足便影响废气及时的排出，气缸内的压力也不能迅速降低，使活塞向上运动受到很大的阻力，消耗较多的能量因 此，在实际柴油机工作中，排气门都在活塞移动到下死点前提前打开（一般在 下死点前 40°～60°） 这样可使废气在较大的压差下，自行流出气缸，使气 缸内的压力迅速下降大大减小活塞上移的阻力，降低排气过程的消耗功 当 活塞上移到上死点时，排气门并不马上关闭，而要推迟到进气过程开始后如 前所述，因为进气门提前在排气过程结束前打开，这样便形成进、排气门同时 开启的一段重合时间在某种情况下（例如增压） ，还可以利用新鲜空气将残存 在气缸内的废气排出去，使气缸内充填更多的新鲜空气 曲轴依靠尽轮转动的 惯性作用继续旋转，上述各过程又重复进行如此周期循环地工作，实现柴油 机连续不断地运转第四冲程——排气过程活塞又从下死点移动到上死点。

此时，排气门打开， 进气门关闭 排气过程开始时，活塞位于下死点，气缸内充满着燃料并膨胀作功的废气排 气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外 燃烧膨胀终了时，气缸内的气体还具有较大的压力，如果排气门在下死点位置 时才打开，而不能瞬时间开足便影响废气及时的排出，气缸内的压力也不能迅 速降低，使活塞向上运动受到很大的阻力，消耗较多的能量因此，在实际柴 油机工作中，排气门都在活塞移动到下死点前提前打开（一般在下死点前40°～60°） 这样可使废气在较大的压差下，自行流出气缸，使气缸内的压力迅速下降大大减小活塞上移的阻力，降低排气过程的消耗功 当活塞上移到 上死点时，排气门并不马上关闭，而要推迟到进气过程开始后如前所述，因 为进气门提前在排气过程结束前打开，这样便形成进、排气门同时开启的一段 重合时间在某种情况下（例如增压） ，还可以利用新鲜空气将残存在气缸内的 废气排出去，使气缸内充填更多的新鲜空气 曲轴依靠尽轮转动的惯性作用继 续旋转，上述各过程又重复进行如此周期循环地工作，实现柴油机连续不断 地运转 四冲程汽油机的工作过程，与四冲程柴油机的工作过程是一样的汽 油机与柴油机的主要区别在于： 四、柴油机发动机的结构 柴油机由机体、曲轴连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系 统、启动系统等组成。

1、机体组件：包括机体（气缸—曲轴盖） 、气缸套、气缸盖和油底壳等这 些零件构成了柴油机骨架，所有运动件和辅助系统都支承在它上面 2、曲轴连杆机构：气缸内燃烧气体的压力推动曲轴连杆机构，并将活塞的 直线运动变为曲轴的旋转动力主要部件有：气缸曲轴箱、气缸盖、活塞、连 杆、曲轴、飞轮等 3、配气机构：适时向气缸内提供新鲜空气，并适时的排出气缸中燃料燃烧 后的废气它由进气门、排气门、凸轮轴及其传动零件组成 4、燃油系统：燃料供给系统是按照内燃机工作是所要求的时间，供给气缸 适量的燃料它由燃油箱、燃油滤清器、油泵、喷油器等组成 5、润滑系统：润滑系统是向柴油机各运动机件的摩擦表面，不断提供适量 的润滑油它由机油泵、机油滤清器、机油散热器等组成 6、冷却系统：适当冷却在高温下工作的机件，使柴油机保持正常的工作温 度它由水泵、散热器、水套、节温器、风扇等组成 7、启动系统：以外力转动内燃机曲轴，使内燃机由静止状态转入工作状态 的装置由蓄电池、启动马达等组成。