柴油发动机的工作原理与特点.docx

柴油发动机的工作原理是什么？
1、二冲柴油机的工作原理
1、进气，压缩冲程
活塞从下止点向上运动，废气涡轮增压机将带有一定压力的新鲜空气送入气缸;当活塞运行到一定时候，挡住扫气口，气缸变为封闭状态，活塞继续上行，气缸内压力逐渐增加。
2、膨胀，排气冲程
当活塞运行到上止点前的某一时刻，燃油经喷油器以良好的雾化状态喷入燃烧室与空气混合后自行发火燃烧。当活塞越过上止点后,气缸内的气体压力、温度急剧上升活塞在高温高压的燃气作用下，从上止点向下止点运动，将动力通过连杆传给曲轴，曲轴以回转的形式输出功率。随着活塞的下行，气缸容积也逐渐增大，燃气的压力和温度也逐渐下降。直至排气阀打开。
2、四冲柴油机的工作原理
柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。
1、 进气冲程
进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力pa= (0.85~0.95)p0，比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K，比汽油机低。进气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。当曲轴旋转时，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。
2、 压缩冲程
由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16~22)。压缩终点的压力为3 000~5 000kPa，压缩终点的温度为750~1 000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。
3、做功冲程
当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达5 000~9 000kPa，最高温度达1 800~2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。
4、 排气冲程
柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。一般Tr=700~900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的，其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题，飞轮必须具有足够大的转动惯量，这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车多采用四缸、六缸和八缸发动机。因为柴油机的工作原理是自身压缩燃气，依靠燃烧产生动力，并且带动飞轮转动，为下一次做功储存能量，产生较多的废气污染，所以逐渐地越来越多的汽车改用汽油甚至新能源来代替柴油。
3、柴油发动机的特点
传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系统。
同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。
由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。
但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，在冬季时冷车时起动困难。
由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，成为“绿色发动机”。
用奔驰柴油发动机举例，奔驰汽车在2016年发布了全新直列四缸柴油机，该款发动机是为了满足欧六排放法规而研发的未来发动机，真实驾驶模式下，NOx排放远低于欧六排放法规的限制（80mg/km），大部分工况下，NOx排放在13-20mg/km。
采用全铝机身，轻量化的材料使发动机重量大幅降低；采用钢活塞并开发出新型燃烧室，从而使得燃烧效率特以提升，降低了soot排放；采用了机内净化和后处理协同工作的方式来控制发动机排放，从而使得发动机的排放能够满足严苛的欧六排放法规。