1/15
发动机知识培训讲义(五)
柴油发动机
1. 柴油机工作原理
柴油发动机是一种压燃式发动机,压燃式发动机吸入气缸的是纯净的空气,并被压缩到很高的温度,柴油经喷射装置以高压喷入气缸并与高温空气混合着火燃烧,对外作功，从而将化学能转变为机械能。柴油发动机的优点是：燃油消耗低，较低的有害废气排放。柴油发动机有四冲程也有二冲程的，汽车使用的柴油机多为四冲程。
柴油机工作循环（四冲程）
第一冲程 活塞由上死点向下运动，将空气经打开的进气门吸入气缸，故而称之为进气冲程。
第二冲程 活塞由下死点向上运动，进、排气门关闭，气缸内的空气以14:1-24:1的压缩比被压缩，空气升温至800℃，在压缩行程结束时，喷油器以接近1500巴的压力将柴油喷入气缸。该冲程称之为压缩冲程。
第三冲程 在一定的发火延迟后，雾化的燃油与空气混合自行发火燃烧，气缸内空气压力迅速升高，推动活塞下行对外作功。该冲程称之为作功冲程。
1/15
2/15
第四冲程 活塞向上运动，排气门打开，燃烧的废气被排出气缸。该冲程称之为排气冲程。
然后，新鲜的空气再次被吸入，一个新的工作循环由开始了。
2.柴油发动机的总体构造
柴油机由许多机构和装置组成,其机构型式很多,不同机型每一种机构的机构不一定相同,但这些机构的共同的目的是使发动机能很好的进行工作循环,将燃烧产生的热能转变为机械能,保证发动机长期正常工作。发动机由下列机构和系统组成：
1． 机体 机体构成发动机的骨架，所有的运动件都装在它上面，而且其本身的许多部分又分别为曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系的组成部分。汽缸盖和汽缸壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温与高压的机件。
2． 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是发动机的主要运动件，它们的作用是将活塞在气缸中往复运动转变为曲轴的旋转运动，在膨胀行程中气缸内气体对活塞顶的压力通过曲柄连杆机构的传递变成扭矩输出，因此它是往复式发动机传递动力的机构。 3． 配气机构 配气机构的作用是使新鲜空气及时冲入气缸并从气缸及时排出废气。
4． 供给系 柴油机供给系的作用是把经过过滤的柴油在规定的时间内以一定的压力喷入气缸。
5． 冷却系 冷却系的作用是利用冷却水或空气作为介质，将受热零件所接受的热量及时传递出去，保证发动机在高温环境中正常工作。
2/15
3/15
6． 润滑系 润滑系的作用是将机油送到发动机运动件的摩擦表面，以减少运动件的摩擦阻力，并部分地冷却摩擦表面，清洗摩擦表面。
7． 起动系 起动系的作用是依靠起动机的外力作用，使发动机由静止状态转入工作状态。
3.柴油发动机原理及与汽油发动机对比
KARNOT循环
为实现理想KARNOT循环，必须有这么一个气缸，它能导热同时也绝热，这可以在原理图中用简单的方法描述。下面PV图所示循环过程包括两个恒温过程和绝热过程。活塞在气缸中无摩擦运动，实现工况变化。
KARNOT循环图
燃料空气混合气分两步压缩。从点1至点2的第一个过程是恒
3/15
4/15
温过程。这时必须散热，气缸必须是导热的。压缩产生的热量必须无损失地传入冷却液中。整个过程温度不变，压力升高，体积减小。下一个压缩阶段为绝热过程，它意味着压力和温度升高，气缸在这时是绝热的。压缩过程后，高温高压气体从点3开始膨胀。点3至点4的第一阶段是恒温的，它从外界接受热量。从点4至点1继续膨胀，这是绝热过程，压力和温度降低。
整个循环过程能实现极高的热效率。热效率与压缩最高温度和环境温度之差有关。当允许膨胀至绝对零度-273K,热效率将达到100%。
Otto循环过程
Otto燃烧过程也被称为定容燃烧。工况变化通过对压缩燃料空气混合气外部点火导入。正如从图中看到的，在点2和点3之间压力升高而没有容积变化。点火时火焰前沿在气缸内快速前进(15-20m/s)，压力迅速升高。
OTTO循环图
我们现在根据PV图跟踪循环过程：点1活塞到达气缸下止点，进
4/15
5/15
气行程结束。活塞继续上行，压力和温度升高，混合气被绝热压缩。在点2，混合气压缩达到其最高值。现在通过外部点火，燃烧导入。压力迅速升高，同时没有容积的变化。图中点3温度和压力达到最高点。膨胀过程开始。系统做功，活塞从上止点到下止点向下移动。点3至点4之间的膨胀过程是绝热的，压力和温度降低。在点4至点1之间排出膨胀气体的剩余能量，大约1/3的机械能损失。
此理论等容图被称作示功图。用传感器能测量不同转速时示功图，通过它们能清楚看出机器的燃料利用程度和功率特性。下图是一个实际示功图和理论循环图的对比。
OTTO实际示功图和理论循环对比图
几乎所有实际工况和理论工况都有偏差。这意味着功率的损失。
可分为如下几方面：
·燃烧延迟
·热量散失至冷却液中
5/15
发动机培训讲义五（柴油发动机）(DOC)
