通信工程師考試培訓設備環(huán)境柴油機工作原理

5.1.2 柴油機工作原理

1.單缸四沖程柴油機的工作過程

（1）進氣沖程

第一沖程為進氣過程。如圖5-2（a）所示，這時進氣門打開，排氣門關閉，曲軸沿圖中箭頭方向轉(zhuǎn)動，活塞從上止點向下止點移動。由于活塞向下移動，活塞上方的空間增大，氣缸內(nèi)的壓力就低于大氣壓力，即氣缸內(nèi)有了真空度，因此氣缸外面的空氣就經(jīng)過進氣門被吸入氣缸內(nèi)。當活塞移動到下止點時，活塞上方的空間充滿了空氣。因為空氣經(jīng)過空氣濾清器、進氣管、進氣門時通到阻力，所以氣缸內(nèi)的氣體壓力低于大氣壓力P.,進氣終了時的壓力約為0.8-0.95kg/cm2,溫度可達7TC。

（2）壓縮沖程

第二沖程為壓縮過程。如圖5-2（b）所示，活塞由下止點向上止點移動，進氣門、排氣門均已關閉。氣缸內(nèi)空氣被壓縮，壓力和溫度隨之升高。當壓縮終了時，即活塞移動到上止點后，氣缸內(nèi)的壓力為30?50kg/cm2,溫度為60（TC?700'C,這已超過了柴油在此壓力下自燃的溫度（20（TC?30（TC）。這時氣缸頂部的噴油器開始向氣缸內(nèi)噴射霧狀柴油。

（3）燃燒及膨脹沖程

第三沖程為工作（燃燒）過程。如圖5-2（c）所示，這時，射入氣缸的霧狀柴油被高溫高壓的空氣引燃著火，氣缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇上升，壓力約為60-120kg/cm2,溫度達1800℃-220CTC.這時進氣門和排氣門均處于關閉狀態(tài)，高溫高壓燃體在氣缸內(nèi)膨脹，推動活塞下移，通過連桿轉(zhuǎn)動曲軸輸出動力。當活塞被推至下止點時，膨脹完成。這時氣體壓力為2?5kg/cm2,溫度為800℃-900℃。

（4）排氣沖程

第四沖程為排氣過程。如圖5-2（d）所示，這時排氣門已打開，曲軸沿圖中箭頭方向旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點向上止點移動，把膨脹后的廢氣從氣缸中排出。由于排氣存在阻力，所以整個排氣過程中氣缸內(nèi)氣體的壓力總是稍大于大氣壓力?；钊竭_上止點時，排氣門關閉，排氣結(jié)束。這樣就完成了一個工作循環(huán)，此時的氣體壓力為1.05-1.25kg/cm2,氣溫度為40TC-60CTC。

當活塞再重復向下移動時，又開始了一個工作循環(huán)。從上述工作循環(huán)中可以看出，四沖程柴油機完成一個工作循環(huán)，只有第三沖程對外做功，其他三個沖程是依靠飛輪在做功過程中儲存的能量來完成的。在這種情況下，曲軸的轉(zhuǎn)速是不均勻的。為了解決這個矛盾，功率較大的柴油機都采用多個氣缸。使各個氣缸間工作沖程互相交叉。這樣就提高了曲軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，使內(nèi)燃機工作比較平穩(wěn)，同時減小了飛輪的尺寸和重量。

在多缸柴油機中，各氣缸的工作過程都相同，但各氣缸的相同沖程安排在不同時刻出現(xiàn)，使各氣缸做功沖程均勻分布。例如，六缸四沖程柴油機每隔720°/6=120°曲軸轉(zhuǎn)角，便有一缸做功，即在曲軸旋轉(zhuǎn)二周中共有六次做功，因而使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻，飛輪尺寸減小。理論上講，氣缸數(shù)越多，機器運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)，飛輪尺寸也越小，單位功率機重更小。但缸數(shù)過多，使機器結(jié)構(gòu)復雜，尺寸和重量反而增加。常見的多缸機有2、4、6、8、12缸等形式。

2.單缸兩沖程柴油機的工作過程

兩沖程柴油機是由兩個沖程來完成一個工作循環(huán)，也就是曲旋轉(zhuǎn)360°?；钊鶑瓦\動兩個沖程完成進氣、壓縮、工作、排氣四個過程》兩沖程柴油機的進氣和排氣是同時完成的，因此這個過程稱為換氣。兩沖程柴油機一般設有換氣泵，在氣缸壁四周鉆有許多小進氣孔。

在第一沖程，活塞由下止點向上止點移動的開始，排氣門繼續(xù)開啟，露出進氣孔，換氣泵將空氣經(jīng)進氣孔送入氣缸，利用輸入氣缸的空氣將未排盡的廢氣繼續(xù)從排氣門驅(qū)出，完成換氣過程。當活塞繼續(xù)上行時，進氣孔被活塞遮閉。排氣門也關閉，空氣受到壓縮，使缸內(nèi)空氣壓力增大，溫度升高。壓縮終了時，空氣壓力增大到50kg/Cm2時，溫度達600X:700°C。

在第二沖程中，當活塞到達上止點時，燃油呈霧狀噴入氣缸，被高溫高壓氣體引燃，燃氣壓力達80?lOOkg/cm2,推動活塞下行產(chǎn)生動力。當活塞下移到接近下止點時^排氣門開啟，氣缸內(nèi)的廢氣由于壓力較大，大部分很快從排氣門排出?；钊^續(xù)下行至讓開進氣孔時，空氣又被壓入到氣缸，開始下一個循環(huán)。

兩沖程柴油機與四沖程柴油機相比有以下優(yōu)點：配氣機構(gòu)簡單，單位馬力機重較小，造價低，曲軸每轉(zhuǎn)一周就做功一次，因而運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。當兩種柴油機氣缸直徑、沖程、轉(zhuǎn)速相同時，兩沖程柴油機的輸出功率為四沖程柴油機的2倍。但由于兩沖程機充氣效率較低，故實際上兩沖程機的功率僅比四沖程機大50%.

兩沖程柴油機也有明顯缺點：換氣時間短造成氣缸充氣不足，排氣不凈，以及換氣泵需消耗一定功率。因此，兩沖程柴油機的效率較低。又由于兩沖程柴油機工作沖程頻繁，因此機械零件受熱和受力次數(shù)較多，易磨損。

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