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四冲程柴油机的工作原理
时间：　来源：　作者：锋德柴油发电机组技术部
　　四冲程柴油机的工作原理　　
　　四冲程柴油机的工作循环由进气、压缩、膨胀（做功）和排气四个冲程组成。此处以单缸四冲程柴油机为例，分析它的工作过程（指非增压柴油机）。
　 （1）第一冲程（进气冲程）
　　活塞从上止点移动到下止点，这时进气门打开，排气门关闭。进气冲程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内（燃烧室）残留着上次循环未排净的残余废气。当曲轴沿一定方向旋转时，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。直到活塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。
　　在新鲜空气进入气缸的过程中，由于空气滤清器、进气管、进气门等阻力的影响，使进气终了时汽缸内的气体压力略低于大气压，约为74.48-91.23KPa（0.8-0.93Kgf/cm2），又因空气从残余废气和燃烧室壁吸收热量，温度约为50℃左右。
　 （2）第二冲程（压缩冲程）
　　活塞由下止点移动上止点，在此期间进、排气门全部关闭。压缩冲程开始时，活塞位于下止点。曲轴在飞轮惯性作用下旋转，通过连杆推动活塞向上移动。汽缸内容积逐渐减小，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，使压缩终了时汽缸内气体温度比柴油的自然温度高出200-300℃（即气体温度500-700℃），压力约为2.94-4.9MPa（30-50Kgf/cm2）。
　 （3）第三冲程（膨胀冲程）
　　活塞从上止点移动到下止点，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燃烧，产生大量热能，使汽缸内的温度、压力急剧上升。高温高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴运动。因为只有这一冲程才使热能转化为机械能，因此，通常把该冲程称为工作冲程。
在燃烧与膨胀冲程中，汽缸内气体的最高温度可达℃，压力约为5.89-8.83MPa（60-90Kgf/cm2）。随着活塞被推动下移，汽缸容积逐渐增大，气体压力随之逐渐减小。
膨胀终了的温度约为800-900℃，压力值降为294.3-392.4KPa（3-4Kgf/cm2）。
　 （4）第四冲程（排气冲程）
　　活塞从下止点移动到上止点。此时排气门打开，进气门关闭。排气冲程开始时，活塞位于下止点，汽缸内充满着燃料燃烧并膨胀做功的废气。排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出汽缸外。
排气终了时的温度约为300-500℃，压力值约为103-122.6KPa（1.05-1.25Kgf/cm2）。
排气过程结束时，活塞又回到上止点位置，至此，单缸四冲程柴油机完成一个工作循环。曲轴依靠飞轮的惯性作用继续旋转，进行下一个周期。如此循环工作，实现柴油机连续不断运转。
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柴油机工作原理的详细描述：
&&&&& & &关于柴油机主要机构组件的介绍：
　　柴油机的主要机构组件一般包括：配气机构、机体、曲柄连杆机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、电器系统。
&&1、配气机构：是定时把进、排气门开启和关闭。包括正时齿轮、凸轮轴、挺座、顶杆、摇臂、气门、气门弹簧、气门座圈、气门导管、气门锁块、进排气管、空气滤清器、消音器、增压器等。
&&2、机体：是柴油机的骨架，由它来支撑和安装其它部件，包括：缸体、缸套、缸盖、缸垫、油底壳、飞轮壳、正时齿轮壳、前后脚。
&&3、曲柄连杆机构：是柴油机的主要运动件，它可以把燃料燃烧产生的能量，通过活塞，活塞销，连杆，曲轴、飞轮转变成机械能传出去。包括曲轴、连杆、活塞、活塞销、活塞销卡簧、活塞销衬套、活塞环、主轴瓦、连杆瓦、止推轴承、曲轴前后油封、飞轮、减震器等。
&&4、燃油供给系：是按柴油机的需要，定时、定量的把柴油供给燃烧室燃烧。包括柴油箱、输油管、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。
& 　5、润滑系：是把润滑油供给各运动摩擦副，包括机油泵、机油滤清器、调压阀、管路、仪表、机油冷却器等。
&　6、冷却系：是把柴油机工作时产生的热量散发给大气。包括水箱、水泵、风扇、水管、节温器、水滤器、风扇皮带、水温表等。
&&7、电器：是启动、照明、监测、操作的辅助设备。包括发电机、启动马达、电瓶、继电器、开关、线路等。
&&&潍坊华驰柴油机有限公司是一家集柴油机，柴油发电机组、农机、拖拉机、汽车配件的制造及进出口贸易于一体的民营股份制新兴企业。自成立以来，发展成为现有职工400余人，&固定资产1700多万，年销售收入高达9000多万，经济效益在全市同行业中名列前茅。&
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柴油机的工作原理。
柴油机的工作原理。
提问者:樊龙林
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 第三冲程――燃烧膨胀。在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。 随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。 在动画中，工作冲程的压力变化这条线上升部分表示燃料在气缸内燃烧时压力的急剧升高，最高点表示最高燃烧压力Pz，此点的压力和温度为： Pz＝6～15MPa， Tz＝K 最高燃烧压力与压缩终点压力之比(Pz／Pc)，称为燃烧时的压力升高比， 用λ表示。根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的范围如下：λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。 四. 排气冲程 第四冲程――排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025―0.035MPa，其温度Tb＝K。为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。 在动画中，排气冲程曲线表示在排气过程中，缸内的气体压力几乎是不变的，但比大气压力稍高一些。排气冲程终点的压力Pr约为0.105～0.115MPa,残余废气的温度Pr约为850～960K。 由于进、排气阀都是早开晚关的；所以在排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀同时开起，这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重迭角。 排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的，故称四冲程柴油机。 在四冲程柴油机的四个冲程中，只有第三冲程即工作冲强才产生动力对外作功，而其余三个冲程都是消耗功的准备过程。为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯性，使曲轴在四个冲程中连续而均匀地运转。
回答者:孔名豪
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柴油机的工作过程 第一节
柴油机的热力循环
柴油机的工作过程
柴油机的性能指标
船舶柴油机的类型和发展 第一节
柴油机的热力循环
一 柴油机概况
柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机
其工作过程
表示柴油机工作原理的术语 柴油机的基本参数结构
1 上止点TDC
2 下止点BDC
5 压缩室容积 V c
6 余隙高度顶隙 7 气缸工作容积 V s
8 气缸总容积 V a
9 压缩比 ε 二
柴油机理论循环 1等容加热循环Otto循环由绝热压缩1-2等容加热2-3加入热量Q1 绝热膨胀3-4和定容放热4-1放出热量Q2 等过程组成点燃式内燃机如汽油机按此循环工作某些高速柴油机也近似按此循环工作
2等压加热循环Diesel循环
由绝热压缩1-2等压加热2-3加入热量Q1 绝热膨胀3-4和定容放热4-1放出热量Q2 等过程组成早期的空气喷射式柴油机按此循环工作现代高增压柴油机有向定压加热循环发展的趋势
3混合加热循环Sabathe循环
是在定容加热2-3和定压加热3-4条件下加入热量Q1 其它同定压或定容加热循环现代柴油机基本上都是按混合加热循环工作
4 继续膨胀混合加热循环
Atkinson 循环
上述理论循环中工质只绝热膨胀到 5点然后定容放热 相当于排入大气 由此必然损失部分排气能量若使工质由Pz 一直膨胀到进气压力Pa 即在5点以后继续绝热膨胀到6点然后定压放热Q2 6-1
涡轮增压柴油机理论循环 三种理论循环热效率的比较
比较可知等容加热循环的热效率最高等压加热循环的热效率最低混合加热循环的热效率位于中间区域
现代柴油机的最高爆发压力 Pz 已经达到了相当的限度这种限制最高爆发压力的柴油机以等压燃烧循环的工作热效率最高所以现代高增压柴油机有向等
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