科普非道路系列（29）:非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)的工作原理是什么？

非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理主要涉及壓縮空氣產(chǎn)生高熱，并通過注入霧化的柴油引發(fā)爆炸性膨脹，從而推動(dòng)活塞進(jìn)行工作。具體過程可以細(xì)分為以下幾個(gè)步驟：

1. 進(jìn)氣沖程

過程描述：在進(jìn)氣沖程中，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，導(dǎo)致氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進(jìn)氣管內(nèi)的壓力。這樣，外界的空氣就可以通過進(jìn)氣門充入氣缸。

目的：為接下來的壓縮沖程準(zhǔn)備充足的空氣。

2. 壓縮沖程

過程描述：當(dāng)活塞運(yùn)行到一定位置時(shí)，進(jìn)氣口被擋住，氣缸變?yōu)榉忾]狀態(tài)。隨后，活塞繼續(xù)向上移動(dòng)，壓縮氣缸內(nèi)的空氣，使其壓力和溫度都急劇上升。柴油機(jī)的壓縮比通常較高（一般為16-22），這有助于在壓縮終了時(shí)達(dá)到柴油的自燃溫度。

目的：通過壓縮空氣產(chǎn)生高熱，為柴油的自燃創(chuàng)造條件。

3. 做功沖程

噴油與自燃：在壓縮沖程接近終了時(shí)，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器以良好的霧化狀態(tài)噴入氣缸。由于此時(shí)氣缸內(nèi)的溫度和壓力都非常高，柴油在噴入后很快與空氣混合并自行發(fā)火燃燒。

燃燒與膨脹：柴油燃燒后，氣缸內(nèi)的氣壓和溫度急劇上升（氣壓可升至6-9MPa，溫度可升至2000-2500K）。這種高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，從而將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

做功：隨著活塞的下行，氣缸容積逐漸增大，燃?xì)獾膲毫蜏囟纫仓饾u下降。但在這個(gè)過程中，活塞的直線運(yùn)動(dòng)已經(jīng)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外做功。

4. 排氣沖程

過程描述：在做功沖程結(jié)束后，排氣閥打開，氣缸內(nèi)的廢氣被排出到大氣中。同時(shí)，活塞再次向上移動(dòng)，為下一個(gè)工作循環(huán)的進(jìn)氣沖程做準(zhǔn)備。

目的：清除氣缸內(nèi)的廢氣，為新的工作循環(huán)提供空間。

綜上所述，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程的循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)了將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。其中，柴油的自燃特性和較高的壓縮比是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理中的關(guān)鍵要素。