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柴油发动机的运作原理是什么？

时间:

2018-11-06 14:49

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柴油发动机的运作原理是什么？

柴油发动机的运作过程实际上与汽油发动机相同。每个工作循环也经历四个冲程：进气、压缩、工作和排气。但由于柴油发动机使用的燃料是柴油，其粘度高于汽油，不易蒸发，自燃温度低于汽油。因此，可燃混合物的形成和点火与汽油发动机不同。

在进气冲程中，柴油发动机吸入纯净空气。当压缩冲程接近结束时，柴油通过燃油喷射泵被增压到10MPa以上，并通过燃油喷射器喷射到气缸中。它在短时间内与压缩的高温空气混合形成可燃混合物。由于柴油发动机的压缩比很高（通常为16-22），在压缩结束时气缸内的气压可以达到3.5-4.5MPa，而温度高达750-1000K（而汽油发动机此时混合气压力为0.6-1.2MPa，温度达到600-700K），大大超过了柴油的自燃温度。因此，柴油喷入气缸后，在短时间内与空气混合后会立即自燃燃烧。气缸内气压迅速上升到6-9MPa，温度也上升到2000-2500K。在高压气体的驱动下，活塞向下移动，驱动曲轴旋转做功。废气也通过排气管排出到大气中。

普通的柴油发动机由发动机凸轮轴驱动，柴油通过高压油泵输送到各气缸的燃油室。这种供油方式随发动机转速变化，无法在各种转速下达到最佳供油状态。

共轨喷射供油系统由高压燃油泵、公共燃油供油管、燃油喷射器、电子控制单元（ECU）和一些管道压力传感器组成。系统中的每个燃油喷射器都通过其自身的高压燃油管连接到公共燃油供应。管道连接，公共燃油供油管对燃油喷射器起到液压蓄能的作用。工作时，高压燃油泵将燃油高压输送到公共燃油供油管。高压燃油泵、压力传感器和ECU构成闭环运行，精确控制公共燃油供油管内的油压，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。

其主要特点有以下三个方面：

1. 燃油喷射正时与燃油计量完全分离，燃油喷射压力和燃油喷射过程由ECU实时控制。

2. 可根据发动机工况调整各气缸的燃油喷射压力、燃油喷射起始点和持续时间，从而追求燃油喷射的最佳控制点。

3. 可实现高燃油喷射压力，并可实现柴油预喷射。

与汽油发动机相比，柴油发动机的燃油消耗率低（平均比汽油发动机低30%），柴油价格也较低，因此燃油经济性更好；同时，柴油发动机的转速一般低于汽油发动机，扭矩也大于汽油发动机。但其质量大，工作时噪音大，制造和维护成本高，排放也比汽油发动机差。但随着现代技术的发展，柴油发动机的这些缺点正在逐渐克服。

汽油发动机和柴油发动机的区别

汽油发动机吸入燃料和空气的混合物，压缩它，然后用火花点燃混合物。柴油发动机只吸入空气并压缩它，然后将燃料喷射到压缩空气中。压缩空气产生的热量可以点燃燃料。

汽油发动机的压缩比为8:1到12:1，而柴油发动机的压缩比为14:1，甚至可以达到25:1。由于柴油发动机的压缩比更高，因此效率也更高。

汽油发动机通常采用气化方式，即在空气进入气缸或气门之前，空气和燃料已经混合；或者采用端口燃油喷射，即在开始进气冲程之前（气缸外部）喷射燃油。柴油发动机采用直喷方式，即柴油直接喷射到气缸中。

请注意，柴油发动机没有火花塞。它吸入并压缩空气，然后将燃料直接喷射到燃烧室（直喷）。实际上，压缩空气产生的热量点燃了柴油发动机的燃料。

柴油发动机的燃油喷射器是其最复杂的部件，并且是大量实验的主题。因为针对每台发动机，其喷射器的具体位置可能不同。燃油喷射器应能够承受气缸内的温度和压力，同时使喷射出的燃料成为细雾。均匀分布在气缸中循环的油雾也是一个问题。因此，一些柴油发动机使用特殊的感应阀、预燃烧室或其他装置使气流在燃烧室中旋转，或改善点火和燃烧过程。

马力

柴油发动机和汽油发动机的一个主要区别在于不同的喷射步骤。大多数汽车发动机（汽油发动机）使用端口喷射或使用化油器而不是直喷。因此，在汽车发动机内部，所有燃料都在进气冲程期间喷射到气缸中，然后进行压缩。燃料-空气混合物的压缩限制了发动机的压缩比，因为如果空气过度压缩，燃料-空气混合物会自行点燃并导致爆震。柴油发动机只压缩空气，因此压缩比可以比汽油发动机高得多。压缩比越高，产生的马力越大。

一些柴油发动机包含某种类型的预热塞。当柴油发动机的温度低时，压缩过程无法将空气提高到燃料的燃点。预热塞是一个电加热线圈（想象一下在烤箱中看到的加热线圈），它可以在发动机冷的时候点燃燃料，从而启动发动机。Clay Breston是一位经验丰富的重型设备技师。他认为：

现代发动机的所有功能都由ECM和复杂的传感器组之间的通信来控制。这些传感器测量所有数据，包括R.P.M.、发动机冷却液和机油温度以及发动机位置（即T.D.C.）。在今天的大型发动机中，很少使用预热塞。ECM检测环境温度并在寒冷天气下延迟发动机的正时，因此喷射器将延迟燃油喷射。气缸内空气的压缩程度越高，产生的热量就越多，从而有助于启动。

较小的发动机和没有先进计算机控制的发动机使用预热塞来解决冷启动问题。