四冲程发动机与柴油机工作原理及规律介绍

发动机的能量转换过程是通过不断地依次反复进行“进气—压缩—做功—排气”四个连续过程来实现的，发动机气缸内进行的每一次将热能转换为机械能的过程，叫做一个工作循环。在一个工作循环内，曲轴旋转两周，活塞往复四个行程，称为四冲程发动机。

四冲程柴油机的工作循环由进气、压缩、做功和排气四个行程组成，如图1-22所示。

图1-22 四冲程柴油机的工作过程

1—曲轴 2—连杆 3—活塞 4—气缸 5—排气门 6—喷油器 7—进气门 8—高压油管 9—进气口 10—排气口

（1）进气行程活塞在曲轴1的带动下由上止点向下止点移动，如图1-22a所示。此时进气门7开启，排气门5关闭。在活塞3向下移动过程中，其上方容积逐渐增大，形成一定真空度。于是新鲜空气被吸入气缸4。活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。由于受到空气滤清器等进气系统的阻力影响，气缸内压力低于大气压力，约为80～95kPa；由于气缸壁、活塞等高温机件及上一循环残留高温废气的加热，气体温度大约为300～340℃。

（2）压缩行程活塞3在曲轴1的带动下，由下止点向上止点运动，如图1-22b所示。进气行程完成后，进气门7和排气门5均关闭，在活塞3由下止点向上止点的运动过程中，气缸4内容积逐渐减小，空气被压缩至燃烧室内，其温度和压力均升高。由于柴油机采用压燃的点火方式，为使柴油在喷入气缸后能迅速着火燃烧，柴油机的压缩比都较大。压缩行程结束时，气体压力约为3430～4410kPa，温度约为500～700℃。为使柴油能及时燃烧，在压缩行程结束前约10°～35°曲轴转角，喷油器将高压柴油喷入气缸4。从喷油开始至上止点的曲轴转角称为喷油提前角。

（3）做功行程活塞3由上止点向下止点运动，如图1-22c所示。此时，进气门7和排气门5仍关闭，混合气在高温、高压下自行点火燃烧，并产生大量热能，使气缸4中的温度、压力急剧升高，气体迅速膨胀，高温高压气体推动活塞3由上止点向下止点运动，并经连杆2带动曲轴旋转做功。从而实现了将燃料的化学能转变为热能，并最终转化为机械能。活塞到达下止点，做功行程结束。(www.xing528.com)

做功行程中气缸内的温度最高可达1700～2000℃，气体瞬时压力可达4950～9800kPa，随着做功行程的进行，气缸内的温度和压力逐渐下降，至排气门5开启时，气缸内气体的温度降至800～900℃，压力为294～392kPa。

（4）排气行程活塞3由下止点向上止点运动，如图1-22d所示。在排气行程中，进气门7关闭，排气门5开启。由于燃烧后的废气仍高于外界的大气压，在气体压差和活塞上行的排挤下，废气被迅速排出气缸。为了减少排气阻力和残余的废气量，一般排气门5在活塞到达下止点前30°～80°曲轴转角时开启，至上止点10°～35°曲轴转角时关闭。排气终了时气缸内的废气压力略高于大气压，约为102.9～122.5kPa，温度约为400～700℃。

在排气行程结束后，曲轴1依靠飞轮的惯性继续旋转，使上述四个行程周而复始地进行。由以上四冲程柴油机的工作循环，可得出如下规律性结论：

1)四个行程中只有做功行程产生动力，是主要行程。其余三个行程均要消耗能量，是辅助行程.但同时又是不可缺少的。

2)每个循环曲轴旋转两周(720°)，每一个形成曲轴旋转半周(180°)，进气行程时进气门开启，排气行程时排气门开启.其余两个行程中进、排气门均关闭。

3)柴油机起动时，需要外力使曲轴旋转，以完成进气、压缩行程：当做功行程完成后.曲轴和飞轮利用储存的能量.使柴油机的工作循环继续下去。