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第四节 柴油机的工作循环一、柴油机的两种示功图研究柴油机气缸内的工作过程，首先要用仪表测量出能正确反映缸内实际情况的实验数据来。
最常见的是测量气缸的压力，因为容易测量，且测得工质压力后，利用热力学的基本公式，还能求出工质温度、内能、计算焓、功和热量等热力参数，这样即可分析循环了。
表示气缸内工质压力变化的图形叫示功图。
它有p-V 示功图和p- 示功图两种形式，现结合柴油机的实际循环加以说明。
1．p-V 示功图气缸内的工质压力随气缸容积变化的图形叫p-V 示功图，又称压力－容积图，亦可视为压力与活塞位置的函数关系，如图1-4-1所示。
该图上曲线包围的面积相当于工质在一个循环内对活塞作的功，故习惯上称为示功图。
在图1-4-1中，dra'a 为进气过程，ac 为压缩过程，cze 是燃烧过程，eb'为膨胀过程，b'brr'是排气过程，drr'为进、排气阀重叠开启、燃烧室扫气阶段。
上面的环形面积faczeb'bf 表示工质从压缩行程到膨胀行程作的正功（向外输出），下面的环形面积fdrr'f 代表工质在进、排气行程中作的功，在增压柴油机中亦为正值；但在非增压四冲程柴油机的p-V 示功图（图1-4-2）中，此功（即环形面积a'afr'rda'）为负，即消耗功，（因为进气压力线rda'在排气压力线br'r 下面）。
此负功在柴油机循环的分析中称泵气损失。
图1-4-3为二冲程柴油机的p-V 示功图。
进、排气过程没有占用单独的活塞行程，因而也没有相应的环形面积。
图中，b 、a －排气口开启、关闭，d 、g －扫气口开启、关闭，bdfga －进、排气过程。
环形面积aczebfa 代表工质在一个循内对外作的功。
图1-4-1 四冲程增压柴油机的p-V 示功图图1-4-2 四冲程非增压柴油机的p-V 示功图2．p-ϕ示功图气缸内的工质压力随曲轴转角变化的图形叫p-ϕ示功图。
柴油发电机工作原理1.进气过程：柴油发电机的进气过程是通过活塞在缸内的运动而完成的。
活塞在向下运动时，活塞上的活塞环间隙在活塞向下运动时形成低压区，使外部空气被迫进入气缸，从而达到进气效果。
2.压缩过程：柴油发动机的压缩过程是指柴油发动机活塞在运动过程中，将进入活塞的外部空气进行压缩并提高温度。
这一过程发生在活塞沿上移的过程中，活塞在上升过程中，活塞环间隙变得较小，将活塞所限制的气体压缩，使压力增大，此时气体温度随之加热。
3.燃烧过程：柴油发动机燃烧过程是指柴油进入缸内，与高温高压气体混合，并在高温高压条件下瞬间燃烧。
燃烧释放的热能使气体体积急剧膨胀，推动活塞运动。
4.工作过程：在燃烧过程产生的气体压力作用下，由活塞传递给连杆，并通过连杆传递给曲轴，形成连续旋转运动。
曲轴上安装有一对对偶状的曲轴，它们的相位差1/2π，可以消除曲轴非轴向的惯性力，并提高平稳性。
5.排气过程：柴油发动机的排气过程是指活塞上升时将燃烧产生的废气排出。
排气过程中，废气从气缸中驱逐，排到进气和排气阀间的排气管中。
柴油发动机通常采用涡轮增压器来增加进气气压和气流，并增加排烟动力。
在柴油发电机的工作过程中，润滑系统和冷却系统的运行十分重要。
润滑系统通过给活塞环和曲轴等零部件提供足够的润滑剂，减少零件的磨损，延长发电机的使用寿命。
而冷却系统则通过对发动机进行冷却，保持发动机正常工作温度。
总结起来，柴油发电机的工作原理是通过将柴油燃烧产生的能量转化为机械能，再通过发电机转化为电能。
通过一系列的进气、压缩、燃烧、工作和排气过程，柴油发电机能够稳定地产生电力，广泛应用于工业、农业和住宅领域。
一、二冲程柴油机的换气过程可分为哪几个阶段？各阶段有何特点？答：（1）自由排气阶段（2）强制排气和扫气阶段（3）过后排气阶段，对某些直流扫气二冲程柴油机，还有（4）额外进气阶段二、分析比较脉冲增压和定压增压。
答：1）废气可用能的传递效率ηE。
脉冲增压排气可用能传递效率ηE在低增压时明显高于等压增压，但随着增压度的提高，等压增压的ηE与脉冲增压的ηE差别不断减小。
在高增压时，二者的差别就消失了。
2）涡轮增压器的综合效率ηTk。
脉冲涡轮增压器的综合效率ηTk也就比等压增压的ηTk低。
3）涡轮增压系统的有效性指标K。
当柴油机发展到高增压时，脉冲增压的ηE高于等压增压不多，由于其ηTk较低，就使得等压增压系统的K 较脉冲增压大。
低速机因此均改为等压增压。
4）部分负荷时的K值。
在部分负荷工况运转时，脉冲增压方式比等压增压方式有效。
这是一些增压度相当高的中速机仍采用脉冲增压的原因。
5)扫气性能。
柴油机在满负荷工况下运转时，两种增压方式均能很好地扫气。
在低负荷时，脉冲增压系统扫气质量仍然很好。
等压增压系统扫气质量迅速恶化，甚至出现废气倒流的现象。
因此在部分负荷工况下，等压增压方式的扫气质量比脉冲增压方式的差。
6)加载性能。
等压增压加载性能较脉冲增压差。
7)其它方面。
脉冲涡轮由于间歇进气、部分进气，其叶轮叶片容易发生较强的振动，在叶片根部产生较大的附加应力。
等压涡轮叶片振动则小得多。
为了有效地利用废气的脉冲动能，系统的布置、构造和加工等都有较严格的要求。
如要求排气管尽量短而细、光滑且弯头少。
因此脉冲增压对气口、管道的清洁程度较敏感。
脉冲增压的涡轮离排气阀（口）很近，燃气中的燃烧产物较容易污损涡轮。
所以其维护管理工作量较大。
三、新型船用柴油机为什么会采用定压涡轮增压？答：在低、中增压时，采用脉冲增压，可以更多地利用废气中的能量。
虽然在结构、管理、涡轮机效率等方面有缺点，但与其优点相比尚属次要。
而随着增压压力的提高，废气中的定压能所占比例逐渐增大，脉冲增压在废气能量利用方面的优势不复存在，而在结构、布置、涡轮机效率等方面的不足显得尤为突出。
康明斯柴油机工作原理
康明斯柴油机使用内燃机工作原理，其主要流程可以简单分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，进气阶段。
柴油机在工作时，活塞向下运动，使缸内产生负压，进气门打开。
外部空气通过进气门进入缸内，同时柴油喷油器开始工作。
其次，压缩阶段。
活塞开始向上运动，闭合进气门，压缩缸内的空气。
这个过程使空气温度升高，达到点燃柴油的温度。
第三，燃烧阶段。
当活塞上升至柴油的点火温度时，喷油器将柴油喷入燃烧室，并立即着火。
柴油的着火点燃了高温高压空气，产生了爆炸，推动活塞向下运动。
最后，排气阶段。
活塞向上移动，排气阀门打开，将燃烧后的废气排出缸外。
然后，活塞再次向下运动，进行下一个工作循环。
康明斯柴油机依靠这个循环过程不断地进行工作。
在每个工作循环中，柴油机不断地将化学能转化为机械能，从而驱动车辆或者发电机等设备的运行。
柴油发动机的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温度升高，定时喷入气缸的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞做功，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、膨胀做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）的基本工作原理用四个行程，曲轴调头两周顺利完成一个工作循环的柴油机表示四冲程柴油机。
工作时活塞并作往复直线运动，曲轴并作转动运动。
活塞发生改变运动方向的瞬时边线称止点（死去点），终了点处的活塞瞬时运动速度为零。
距曲轴中心最北的止点称横移点，最近的止点称VTD点。
1．进气行程活塞从横移点上行，入气阀关上。
由于活塞上行的穿刺促进作用，新鲜空气压入气缸。
为了能够压入更多的空气，入气阀通常在横移点前提前打开，在VTD点后延后停用，入气阀打开的沿袭角度约为220-250度。
2．放大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。
压缩终点的压力约为3-6mpa,温度约为500-700℃，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，并在高温高压空气的作用下，开始自行发火燃烧。
3．膨胀行程活塞由横移点向上运动，入、排气阀均停用。
在此行程的初期，冷却仍在稳步猛烈地展开，并使缸内的压力和温度都急剧增高，其最大值分别仅约6-9mpa,和1500-2000℃左右。
高温高压燃气膨胀推动活塞下行做功，在上止点后某一时刻，燃烧基本结束，燃气继续膨胀做功。
当活塞到达下止点前某一时刻，排气阀开启，排气过程开始。
此时，气缸内的压力约为0.2-0.5mpa,温度600-700℃。
活塞则继续下行到下止点。
4.排气行程活塞在曲轴助推下由VTD点向上运动，排气阀稳步打开着，下行的活塞将气缸内的废气私自拉扯过来。
为了同时实现充份排气和增加排气过程中所消耗的功，排气阀不但在VTD点前提前打开，而且必须在排气行程完结的横移点后才停用。
