柴油機工作原理及運用技術

柴油機的工作是由進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個過程來完成的，這四個過程構成了一個工作循環(huán)。活塞走四個過程才能完成一個工作循環(huán)的柴油機稱為四沖程柴油機。
　　一. 進氣沖程
　　第一沖程——進氣，它的任務是使氣缸內充滿新鮮空氣。當進氣沖程開始時，活塞位于上止點，氣缸內的燃燒室中還留有一些廢氣。
　　當曲軸旋轉肘，連桿使活塞由上止點向下止點移動，同時，利用與曲軸相聯(lián)的傳動機構使進氣閥打開。
　　隨著活塞的向下運動，氣缸內活塞上面的容積逐漸增大：造成氣缸內的空氣壓力低于進氣管內的壓力，因此外面空氣就不斷地充入氣缸。
　　進氣過程中氣缸內氣體壓力隨著氣缸的容積變化的情況如動畫所示。圖中縱坐標表示氣體壓力P，橫坐標表示氣缸容積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工作時，氣缸內氣體壓力的變化規(guī)律。從土中我們可以看出進氣開始，由于存在殘余廢氣，所以稍高于大氣壓力P0。在進氣過程中由于空氣通過進氣管和進氣閥時產生流動阻力，所以進氣沖程的氣體壓力低于大氣壓力，其值為0.085～0.095MPa，在整個進氣過程中，氣缸內氣體壓力大致保持不變。
　　當活塞向下運動接近下止點時，沖進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，進氣閥在活塞過了下止點以后才關閉。雖然此時活塞上行，但由于氣流的慣性，氣體仍能充人氣缸。

　　二. 壓縮沖程
　　第二沖程——壓縮。壓縮時活塞從下止點間上止點運動，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)火作準備：二是為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當活塞上行，進氣閥關閉以后，氣缸內的空氣受到壓縮，隨著容積的不斷細小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關，即與壓縮比有關，一般壓縮終點的壓力和溫度為：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，而且經過物理化學變化之后才發(fā)火，這段時間大約有0.001～0.005秒，稱為發(fā)火延遲期。因此，要在曲柄轉至上止點前10～35°曲柄轉角時開始將霧化的燃料噴入氣缸，并使曲柄在上止點后5～10°時，在燃燒室內達到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運動。
　　三. 燃燒膨脹沖程
　　第三沖程——燃燒膨脹。在這個沖程開始時，大部分噴入燃燒室內的燃料都燃燒了。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動，并通過連稈使曲軸轉動，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，排氣閥打開時結束。
　　四. 排氣沖程
　　第四沖程——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)的進氣作準備。當工作沖程活塞運動到下止點附近時，排氣閥開起，活塞在曲軸和連桿的帶動下，由下止點向上止點運動，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動的阻力，排氣閥在下止點前就打開了。排氣閥一打開，具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外，缸內壓力迅速下降，這樣當活塞向上運動時，氣缸內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，排氣閥在上止點以后才關閉。
　　柴油機應用廣泛！汽車、發(fā)電機、船上等都有柴油機的身影！