四行程柴油机工作原理
李义龙
一、柴油发动机的基本构造 和工作原理
概述发动机分类
柴油机的基本构造 发动机常用术语 柴油发动机的工作原理 多缸四行程柴油机工作顺序
§ 概 述
一、发动机的定义：
发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。
现代拖拉机大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机气 缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能。
发动机分类
柴油机与汽油机的区别
总 结
柴油机的基本构造 发动机常用术语
柴油发动机的工作原理
四行程柴油机工作特点
多缸四行程柴油机工作顺序
排气过程
• 作用： 排出膨胀做功后的废气 • 活塞运动: 从下止点向上止点 • 曲轴转角: 540o~720 o • 气门状态: 进气门关闭、排气门打开 • 终了压力: 0.105~0.12MPa • 终了温度: 700~900 K
四行程柴油机工作特点
1）四冲程柴油机的工作过程，包括进气、压缩、作功 和排气四个行程； 2 ） 每个工作循环中，曲轴旋转两周 （ 720 °），进 、排气门各开闭一次。每个行程，活塞在上、下止点间 移动一次，曲轴旋转半周（180°）； 3）四个行程中，只有作功行程对外做功，其余都是消 耗功的辅助行程； 4）柴油是利用压缩后的高温高压气体来压燃的； 5）发动机启动时，必须借助外力使曲轴转动，气缸进 气、压缩、作功后，依靠曲轴和飞轮储存的能量，使以 后的行程继续进行。
压缩行程
• 作用： 压缩空气，为燃烧创造条件 • 活塞运动: 从下止点向上止点 • 曲轴转角: 180o~360 o • 气门状态: 进、排气门均关闭 • 终了压力: 3~5 MPa • 终了温度: 750~950K
作功行程
• 作用： 燃烧高温高压气体膨胀做功 • 活塞运动: 从上止点向下止点 • 曲轴转角: 360o~540 o • 气门状态:进、排气门均关闭 • 最高压力: 6 ~9 Mpa • 最高温度:1800~2200K • 至排气门打开时压力: 0.5MPa • 至排气门打开时温度: 1000~1200K • 终了压力: 0.3 Mpa

发动机基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ语 动态演示
四行程柴油机各冲程示意图
新鲜空气 压缩气体 柴油燃烧
废气排出
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
进气行程
• 作用： 吸入新鲜空气 • 活塞运动: 从上止点向下止点 • 曲轴转角: 0o~180 o • 气门状态: 进气门打开排气门关闭 • 终了压力: 0.08~0.095MPa • 终了温度: 300~340K
多缸柴油机构造图
多缸柴油机工作
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多缸柴油机各缸的工作原理和单缸柴油机的 一样. 为保证转速均匀,各缸作功行程应均匀分布 于一个工作循环中,因此多缸机各汽缸是按照 一定顺序工作的,其工作顺序与汽缸排列和各 曲柄的相互位置有关.

多 缸 机 工 作 顺 序
曲拐
为了保证发动机运转均匀性和平衡性的要 求，对四行程柴油机曲轴转动两转（720° ） 内，每个气缸都必须完成一个循环。因此各缸 应相隔一定的转角而均匀的发火。 若对缸数为i的四行程发动机而言，则发 火间隔角为 720°/i 2点： 发火顺序的选择要考虑以下
1.进气门 2.排气门 3.汽缸盖 4.喷油咀 5.汽缸 6.活塞 7.活塞销 8.连杆 9.曲轴 11.飞轮
1 气门室盖 2 高压油管 3 喷油嘴 4 导流罩 5 柴油滤清器 6 机油滤清 器 7 曲轴箱 8 地脚 9 机油底壳 10 机油尺 11 高压油泵 12 输油泵
16 进气支管
15 溢流回油管
发动机的分类
2、按完成一个工作循环所需行程数 四行程发动机 二行程发动机
发动机的分类
3、按冷却方式不同 水冷发动机 风冷发动机
发动机的分类
4、按气缸数及排列方式 单缸发动机 多缸发动机 单列式 Ｖ型 对置式
单列式
Ｖ型
对置式
三
柴油机的基本结构
汽缸顶部由汽缸盖密封,通过汽缸盖上 的进气门吸进新鲜空气、排气门排出工 作废气。柴油的燃烧和作功是由活塞、 汽缸、汽缸盖组成的封闭空间内进行的。 活塞通过连杆与曲轴联接，曲轴上固定 有飞轮。活塞在汽缸内作直线往复运动， 通过连杆变成曲轴的旋转运动。活塞上 下往复一次，曲轴旋转一圈。
1.曲轴曲拐（轴颈及它两端的曲柄）要尽可能对称均匀 2.连续作功的两缸相隔尽量远些
① 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置

四缸机工作顺序
点火顺序：各缸完成同名行程的次序。1342或1243
曲轴转角 （度）
一
缸 功 排 进 压
二
缸 排
三
缸
四
缸 进 压 功 排
0～180 180～360 360～540
14 冷却风扇
13 机油添加口
17 风扇皮带 18 风扇皮带张紧轮 22 空气滤清器 19 皮带轮 21 断带报警开关
20 发电机皮带 23 机油散热器
24 发电机 28 飞轮 25 呼吸管
27 排气支管
26 起动机
柴油机的系统
• 曲轴连杆机构： 包括活塞、曲轴、飞 轮等。是柴油机的主 要运动部件。
发动机基本术语
燃烧室容积（Vc）：
活塞在上止点时其上 方的容积
汽缸工作容（Vh）：
活塞由上止点到下止 点运动扫过的容积
活塞处于下止点
气缸总容积（Va）：
活塞在下止点时其上 方的全部容积
发动机基本术语 压缩比:
气缸总容积与燃烧 室容积之比称为压缩 比. 柴油机压缩比一般 为16～22。
压缩比是柴油机主要性能参数之一，表示缸内气体被压缩 程度。压缩比愈大，被压缩终点的压力、温度愈高，柴油机 易起运，热效率也高；但压缩比过高将使柴油机工作粗暴， 机械负荷过大，磨损加剧，消耗压缩功增大，机械效率降低， 输出功率减小。 压缩比可通过改变燃烧室容积来调节。
润滑系统： • 包括及油泵、机油滤清器、机油离心滤清 器、压力调节和安全装置等。它的作用是 将机油送到运动部件的摩擦表面，以减少 运动件的磨损和摩擦阻力。
冷却系统： • 包括水泵、风扇、散热水箱、机油散热器 、空气中间冷却器、和节温装置等。它的 作用是利用冷却介质（水或空气）将受热 零件所吸收的热量及时地传送出去，保证 柴油机各部件在高温环境下正常的工作。
四 四行程发动机工作原理
一、发动机基本术语
上止点 下止点 活塞行程(S) 燃烧室容积(Vc ) 压缩比
气缸总容积(Va )
气缸工作容积(V h )
上止点：
活塞顶离曲轴中心 线最远的位置
下止点：
活塞顶离曲轴中心 线最近的位置
活塞行程（ S ）：
活塞处于上止点 活塞处于下止点
上下止点间的距离 S=2R
二、发动机的分类 ：
1、按燃料的使用不同分
汽油机
柴油机
柴油机与汽油机的主要区别
• 1.点火方式
汽油机是点燃；柴油机是压燃。
• 2.压缩比
汽油机一般为4-6；柴油机为16-22.
• 3.重量
汽油机材料多为铝合金，塑料，重量轻；柴油机要承受高的压缩比，材料 多为钢板，铁板。
• 4.用途
汽油机体积小，重量轻，噪音小，适用于汽车，飞机等，柴油机功率大载 重能力强，适用于重型卡车，机车和船舰等。
压
功 排 进
进
压 功
540～720
1 ↓ 3 ↓ 4 ↓ 2
六缸四行程发动机 点火顺序
一定要清楚，此时每两组活塞之间 的运动，是通过曲轴曲柄之间120° 夹角完成的。也就是说，当1，6缸 在上止点时，2，5缸36和3，4缸是 处于中间位置的。顺着曲轴推理再 转120°，1，6缸下移至中间置，2， 5缸上移至上止点，3，4缸向下移经 过下止点再回到中间位置，以此类 推。
配气机构于进排气系统： • 包括进排气组建、挺柱、推杆、凸轮轴、 传动系统、进气管、空气滤清器、排气管 、消音灭火器等。它的作用是定时的排出 废气、吸入新鲜空气，提供燃料燃烧需要 的充足氧气。
燃料共给和调节系统： • 包括喷油泵、喷油器、输油泵、燃油泵、 燃油滤清器和调速器等。它的作用是定时 、定量的向燃烧室内喷入燃油，并创造良 好地燃烧条件，满足燃烧过程的需要。
四行程柴油机工作原理
•
综上所述： 活塞经历进气行程、排气行程、作功行程和 排气行程，曲轴旋转二周（720℃）后，完成 了柴油机的一个工作循环。由于飞轮的惯性 作用，使曲轴继续旋转，因而带动活塞再次 从上止点向下止点移动，此时则开始进行下 一个工作循环。这样周而复始，使柴油机不 停运转，同时驱动工作机械作功。
起动系统 • 压缩空气起动系统是由空气分配器、贮气 瓶、控制阀等组成。电机启动系统是由起 动电机、继电器、蓄电池、起动按钮等组 成。辅助发动机起动系统是由启动发动机 、传动装置等组成。它们的作用是借助于 外部能源带着柴油机转动，使柴油机实现 第一次着火。
增压系统： • 增压器---是进气压力增高，提高柴油机的有 效功率。
②直列四冲程六缸发动机发火顺序 发火顺序：1-5-3-6-2-4
曲轴转角 （度） 60 0 120 ～ 180 180 240 180 300 ～ 360 360 420 360 480 ～ 540 540 600 540 660 ～ 720 720
一 缸 二 缸 三 缸 四 缸 五 缸 六 缸 压 排 进 功 压 排 功 进 压 排 功 进 压 排 功 进 排 压 功 进 排 压 功 进