1-2第二节 柴油机的基本工作原理

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1、第一章柴油机工作循环和主要性能指标7第二节柴油机的基本工作原理柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。工作时，空气在气缸内被压缩而产生高温，使喷入的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，将热能转变为机械功。柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀作功和排气等过程组成。这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。一、四冲程柴油机（非增压）的工作原理图1-2-1四冲程柴油机的基本结构图1-2-1所示是四冲程柴油机的基本结构图。工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。活塞改

2、变运动方向瞬时的位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。离曲轴中心最远时的止点称上止点（T.D.C.），最近时的止点称下止点（B.D.C.）。曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R。连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L。上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S。活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S=2R。活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积VS。（1-2-1）式中，D为气缸直径（缸径）。活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积、余隙容积）Vc。气缸总容积Va与燃

3、烧室容积之比称压缩比e。（1-2-2）显然压缩比是一个几何概念，它与柴油机的转速无关。用四个行程（曲轴回转两转）完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。图1-2-2是四冲程柴油机的工作原理简图。图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V示功图。1．进气行程表1-2-1自燃温度随压缩压力的变化压缩压力自燃温度0.1270~2902.82044.2195活塞从上止点下行，进气阀打开。由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。为了能充入更多的

4、空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），气阀开启的延续角（图中阴影线部分）约为220˚～250˚CA。第一章柴油机工作循环和主要性能指标72．压缩行程活塞从下止点上行，进、排气阀均关闭。上行的活塞对缸内的空气进行压缩，使其温度和压力均不断升高（曲线2-3）。压缩终点的压力pc约为3～6MPa；温度tc约为500～700℃。燃油自燃温度远低于此值，自燃温度随压缩压力而变，轻柴油自燃温度如表1-2-1所示。在上止点（压缩终点）附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并

5、在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。图1-2-2四冲程柴油机工作原理图3．膨胀行程在此行程的初期，燃烧仍在猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达6MPa和1500～2000℃左右。在高温高压燃气的作用下，活塞向下运动作功，在上止点后某一时刻（图中点4），燃烧基本结束，但高温高压燃气继续膨胀作功推动活塞下行。当活塞到达下止点前某一时刻（图中点5），排气阀开启，排气过程开始。此时，气缸内的压力pb约为0.3～0.6MPa，温度tb约为600～700℃。活塞则继续下行到下止点。4．排气行程活塞

6、由下止点向上运动，排气阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和减少排气过程中所消耗的功，排气阀不但在下止点前提前开启，而且要在排气行程结束的上止点后才关闭（图中点6）。排气阀开启的延续角度（5-6）约为230˚～260˚CA。第一章柴油机工作循环和主要性能指标7综上所述，在四冲程柴油机中，要经历进气、压缩、膨胀、排气等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即720˚曲轴转角。而且，在四个行程中，只有膨胀行程才作功，其余三个行程都要消耗功。因此，在单缸柴油机中，必须有一

7、个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量；而在多缸柴油机中，则藉助于其他气缸膨胀作功过程来供给。此外，柴油机由停车状态进入工作状态，必须藉助外源能量的驱动使其起动运转，直至喷入气缸的燃油自发火燃烧，柴油机才能自行运转。四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上、下止点，而是在上、下止点前后某一时刻。它们的开启持续角均大于180˚CA。进、排气阀在上、下止点前后启闭的时刻称为气阀正时（定时），通常气阀正时用距相应止点的曲轴转角（˚CA）表示。用曲轴转角表示气阀正时的圆图称气阀正时（定时）圆图，如图1-2-3所示。图

8、1-2-3四冲程柴油机气阀正时圆图在图1-2-3中，进气阀在上止点前点1开启，在下止点后点2关闭。其与相应止点的夹角φ1、φ2分别称进气提前角、进气滞后角。排气阀在下止点前点5开启，在上止点后点6关闭，其与相应止点的夹角φ3、φ4分别称为排气提前角、排气滞后角。（1）排气阀提前开：排气阀开启初期其通道截面积很小，流动阻力很大。如果排气阀太接近下止点时才开启，提前开启的角度