四冲程柴油机的工作原理

汽油机与柴油机

一、 四冲程汽油机工作原理

汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。

1、 进气行程：活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。

2、 压缩行程：压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。在示功图上，压缩行程为曲线a～c。

3、 做功行程：当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000～6

000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b 点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功行程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。

4、 排气行程：排气行程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。

第一章 柴油机工作循环和主要性能指标

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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。

SDVs24 （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与燃烧室容积之比称压缩比。

csccscaVVVVVVV1 （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

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。

第二篇 发动机结构与检修

第一章 发动机基本原理

14、发动机是如何进行分类的？

答：发动机按照它不同的特点有很多种分类方法。

1.按燃料分

可分为柴油机、汽油机和天然气机等

2.按实现循环的行程数分

a)四冲程发动机：活塞移动四个行程或曲轴转两圈气缸内完成一个工作循环

b)二冲程发动机：活塞移动两个行程或曲轴转一圈气缸内完成一个工作循环

3.按冷却方式分

a)水冷式发动机：以水为冷却介质

b)风冷式发动机：以空气作为冷却介质(适合缺水地区使用，如沙漠国家)

4.按点火方式分

a)压燃式发动机：利用气缸内空气被压缩后产生的高温，使燃油自燃。如柴油机。

b)点燃式发动机：利用火花塞发出的电火花强制点燃燃料，使燃料强行着火燃烧。如汽油机、煤气机。

5.按可燃混合气形成的方法分

a)外部形成混合气的发动机：燃料和空气在外先混合然后进入气缸。如使用化油器的汽油机。

b)内部形成混合气的内燃机：燃料在临近压缩终了时才喷入气缸，在气缸内与空气混合。如柴油机。

6.按进气方式分

a)自然吸气式发动机：空气靠活塞的抽吸作用进入气缸内。

b)增压式发动机：为增大功率，在发动机上装有增压器，使进入气缸的气体预先经过压气机压缩后再进入气缸。

7.按气缸数目分

a)单缸发动机

b)多缸发动机：按气缸的排列型式又可分为

i.直列立式发动机：所有气缸中心线在同一垂直平面内。 ii.直列卧式发动机：所有气缸中心线在同一水平平面内。

iii.V型发动机：气缸中心线分别在两个平面内，且两平面相交呈V型。

iv.对置式发动机：V型夹角为180°时又称为对置式。

v.其它：还有H型，X型、星型等，但在车辆上应用很少。

15、 发动机总体上由哪些机构和系统组成？发动机各组成部分的功能是什么？

答：汽油发动机是由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。

四冲程柴油机的工作原理

作者：本站 来源：本站原创 发布时间：2008-3-21 9:36:40 [收 藏] [评 论]

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。现对照下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Ｐｏ。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，气体仍能充入气缸。

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。