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　　將一種能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器，叫做發(fā)動(dòng)機(jī)。各種發(fā)動(dòng)機(jī)按照能源不同，可分為：風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱風(fēng)力機(jī)）；水力發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱水力機(jī)）；熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱熱機(jī)）等。把燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱做熱機(jī)，如蒸汽機(jī)、柴油機(jī)等。根據(jù)燃料進(jìn)行燃燒過(guò)程所處的地點(diǎn)不同，熱機(jī)可分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩大類。
　　
　　燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)外部進(jìn)行燃燒的熱機(jī)，叫做外燃機(jī)。如蒸汽機(jī)（往復(fù)式）、汽輪機(jī)（回轉(zhuǎn)式）等。
　　
　　燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行燃燒的熱機(jī)叫做內(nèi)燃機(jī)。如柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣機(jī)等。
　　
　　內(nèi)燃機(jī)就是利用燃料燃燒后產(chǎn)生的熱能來(lái)做功的。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)燃機(jī)，它是柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，經(jīng)過(guò)活塞連桿和和曲軸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力。
　　
　　一、活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理
　　
　　把柱塞裝在一個(gè)一端封閉的圓筒內(nèi)，柱塞頂面與圓筒內(nèi)壁構(gòu)成一個(gè)封閉空間，如果用一個(gè)推桿將柱塞和一個(gè)輪子連接起來(lái)，則柱塞移動(dòng)時(shí)，便通過(guò)推桿推動(dòng)輪子旋轉(zhuǎn)，從而把空氣所得到的熱能轉(zhuǎn)化為推動(dòng)輪子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。
　　
　　內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程，就是按照一定的規(guī)律，不斷地將燃料和空氣送入氣缸，并在氣缸內(nèi)著火燃燒，放出熱能。燃?xì)庠谖�收熱能后產(chǎn)生高溫高壓，推動(dòng)著活塞作功，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
　　
　　它是由一個(gè)獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)所構(gòu)成。工作時(shí)燃料和空氣直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)部進(jìn)行燃燒，放出熱能，形成高溫、高壓的燃?xì)�，推�?dòng)活塞移動(dòng)。然后通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。
　　
　　1.氣缸體2.噴油器3.進(jìn)氣門(mén)
　　
　　4.排氣門(mén)5.活塞6.連桿7.曲軸
　　
　　二、內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
　　
　　在往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)變。
　　
　　它是由活塞1、連桿3和曲軸4等構(gòu)成。
　　
　　活塞只能沿氣缸直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲軸是由兩個(gè)中心線在一直線上的軸所構(gòu)成。其中一個(gè)軸安置在機(jī)體中心孔內(nèi)，稱做主軸。主軸只能在機(jī)體座孔內(nèi)繞本身中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。另一軸通過(guò)曲柄與主軸連接在一起，稱做連桿軸。它繞著主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。連桿為兩端帶有孔的一直桿，一端與活塞相連；另一端與連桿軸相連，它隨著活塞移動(dòng)和曲軸旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行擺動(dòng)。
　　
　　當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿推動(dòng)曲軸繞主軸中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)�；钊�移動(dòng)與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)是相互牽連在一起的。因此，活塞移動(dòng)位置與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置是相對(duì)應(yīng)的。

　　三、單缸四沖程柴油機(jī)工作原理
　　
　　活塞連續(xù)運(yùn)行四個(gè)沖程（即曲軸旋轉(zhuǎn)兩周）的過(guò)程中，完成一個(gè)工作循環(huán)（進(jìn)氣—壓縮—燃燒膨脹—排氣）的柴油機(jī)，叫做四沖程柴油機(jī)。
　　
　　為了更清楚地表示出氣缸內(nèi)氣體壓力隨容積的變化情況，圖1-6-5繪出了單缸四沖程柴油機(jī)的示功圖。圖中橫座標(biāo)表示氣缸容積，從座標(biāo)表示氣缸的絕對(duì)壓力。圖中的水平虛線，表示絕對(duì)壓力為大氣壓（亦即1公斤/厘米2）。Vc、Vh分別表示燃燒室容積與氣缸工作容積。
　　
　　下面對(duì)照單缸四沖程柴油機(jī)工作過(guò)程示意圖和示功圖，來(lái)說(shuō)明它的工作過(guò)程9指非增壓柴油機(jī)）。
　　
　　第一沖程——進(jìn)氣過(guò)程活塞從上死點(diǎn)移動(dòng)到下死點(diǎn)。這時(shí)進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉。
　　
　　進(jìn)氣過(guò)程開(kāi)始時(shí)，活塞位于死點(diǎn)位置。氣缸內(nèi)（燃燒室）殘留著上次循環(huán)未排凈的殘余廢氣（圖中以小十字符號(hào)表示）。它的壓力稍高于大氣壓力，約為1.1～1.2公斤/厘米。
　　
　　當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞向下移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)部容積增大，壓力隨之減小，當(dāng)壓力低于大氣壓力時(shí)，外部新鮮空氣開(kāi)始被吸入氣缸。直到活塞移動(dòng)到死點(diǎn)位置，氣缸內(nèi)充滿了新鮮空氣。
　　
　　在新鮮空氣進(jìn)入氣缸的過(guò)程中，由于受空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣門(mén)等阻力的影響，使進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力略低于大氣壓，約為0.8～0.9公斤/厘米2，又因空氣從高溫的殘余廢氣和燃燒室壁吸收熱量，故溫度可達(dá)35～50℃。
　　
　　應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際柴油機(jī)進(jìn)氣門(mén)都是在活塞位于死點(diǎn)前提前打開(kāi)，并且延遲到下死點(diǎn)后才關(guān)閉。原因是：若進(jìn)氣過(guò)程開(kāi)始活塞下移時(shí)，進(jìn)氣門(mén)剛開(kāi)始打開(kāi)而不能立即開(kāi)足，便造成氣缸內(nèi)產(chǎn)生部分真空，使活塞下行時(shí)產(chǎn)生較大的阻力。因此進(jìn)氣門(mén)要提前在上死點(diǎn)前便打開(kāi)，則活塞開(kāi)始由上死點(diǎn)下行時(shí)，進(jìn)氣門(mén)已開(kāi)到最大位置，保證空氣順利進(jìn)入氣缸，從而減小活塞的下行阻力。進(jìn)氣過(guò)程中，空氣沿進(jìn)氣管被吸入氣缸時(shí)，氣流產(chǎn)生慣性作用，若使氣門(mén)推遲到下死點(diǎn)后關(guān)閉，雖然活塞已開(kāi)始上行，仍可以充分利用氣流的流動(dòng)慣性，使一部分新鮮空氣進(jìn)入氣缸，以保證吸入更多的空氣。由于進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)遲關(guān)，所以實(shí)際柴油機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程都大于180°曲軸轉(zhuǎn)角，一般為220°～240°。
　　
　　第二沖程——壓縮過(guò)程活塞由下死點(diǎn)移動(dòng)到上死點(diǎn)，在這期間，進(jìn)、排氣門(mén)全部關(guān)閉。
　　
　　壓縮過(guò)程開(kāi)始時(shí)，活塞位于下死點(diǎn)。曲軸在飛輪慣性作用下帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向上移動(dòng)。氣缸內(nèi)容積逐漸減小，新鮮空氣被壓縮，壓力和溫度隨著升高。
　　
　　為了實(shí)現(xiàn)高溫氣體引燃柴油的目的，柴油機(jī)都具有較大的壓縮比，使壓縮終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體溫度比柴油的自燃溫度高出200～300℃，即500～750℃（柴油的自燃溫度約為200～300℃），而壓力約炒30～50公斤/厘米2。
　　
　　為了充分利用燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能，要求燃燒過(guò)程能夠在活塞移動(dòng)到上死點(diǎn)略后位置迅速完成，以使燃燒后的氣體充分膨脹多做功，使柴油機(jī)效率提高。但是，由于燃料噴入氣缸內(nèi)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一定的著火準(zhǔn)備階段，才能實(shí)現(xiàn)燃燒（詳見(jiàn)本書(shū)第六章第二節(jié)）。因此，實(shí)際柴油機(jī)工作中，在壓縮沖程結(jié)束前（約在上死點(diǎn)前10°～35°），開(kāi)始將燃料噴入氣缸內(nèi)。在示功圖上，m點(diǎn)表示噴油開(kāi)始時(shí)間。
　　
　　第三沖程——燃燒膨脹過(guò)程活塞又從上死點(diǎn)移動(dòng)到下死點(diǎn)。此時(shí)，進(jìn)、排氣門(mén)仍然都關(guān)閉著。噴入氣缸內(nèi)的燃料在高溫空氣中著火燃燒，產(chǎn)生大量熱能，使氣缸內(nèi)的溫度、壓力急劇升高。高溫、高壓氣體推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，通過(guò)連桿，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)橹挥羞@一行程才實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此，通常把該行程叫做工作行程。
　　
　　在燃燒與膨脹過(guò)程中，氣缸內(nèi)氣體的最高溫度可達(dá)1700～2000℃，最高壓力為60～90公斤/厘米2。隨著活塞被推動(dòng)著下移，氣缸容積逐漸增大，氣體隨之逐漸減小數(shù)點(diǎn)。示功圖的c—z—b線表示出這一過(guò)程中氣缸容積與壓力變化的情況。在這一曲線上，幾乎垂直的c—z線段，表示出燃料急劇燃燒時(shí)壓力的升高程度。z點(diǎn)表示燃燒壓力Pz（又稱做最大爆發(fā)壓力）。
　　
　　第四沖程——排氣過(guò)程活塞又從下死點(diǎn)移動(dòng)到上死點(diǎn)。此時(shí)，排氣門(mén)打開(kāi)，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉。
　　
　　排氣過(guò)程開(kāi)始時(shí)，活塞位于下死點(diǎn)，氣缸內(nèi)充滿著燃料并膨脹作功的廢氣。排氣門(mén)打開(kāi)后，廢氣隨著活塞上移，被排出氣缸之外。
　　
　　燃燒膨脹終了時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體還具有較大的壓力，如果排氣門(mén)在下死點(diǎn)位置時(shí)才打開(kāi)，而不能瞬時(shí)間開(kāi)足便影響廢氣及時(shí)的排出，氣缸內(nèi)的壓力也不能迅速降低，使活塞向上運(yùn)動(dòng)受到很大的阻力，消耗較多的能量。因此，在實(shí)際柴油機(jī)工作中，排氣門(mén)都在活塞移動(dòng)到下死點(diǎn)前提前打開(kāi)（一般在下死點(diǎn)前40°～60°）。這樣可使廢氣在較大的壓差下，自行流出氣缸，使氣缸內(nèi)的壓力迅速下降。大大減小活塞上移的阻力，降低排氣過(guò)程的消耗功。
　　
　　當(dāng)活塞上移到上死點(diǎn)時(shí)，排氣門(mén)并不馬上關(guān)閉，而要推遲到進(jìn)氣過(guò)程開(kāi)始后。如前所述，因?yàn)檫M(jìn)氣門(mén)提前在排氣過(guò)程結(jié)束前打開(kāi)，這樣便形成進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的一段重合時(shí)間。在某種情況下（例如增壓），還可以利用新鮮空氣將殘存在氣缸內(nèi)的廢氣排出去，使氣缸內(nèi)充填更多的新鮮空氣。
　　
　　曲軸依靠盡輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述各過(guò)程又重復(fù)進(jìn)行。如此周期循環(huán)地工作，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　
　　四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程，與四沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程是一樣的。汽油機(jī)與柴油機(jī)的主要區(qū)別在于：

 

	燃料	點(diǎn)火方式	壓縮比	進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入	機(jī)體結(jié)構(gòu)
汽油機(jī)	汽油	點(diǎn)燃	5-10	汽油與空氣的混合氣體	有一套點(diǎn)火系統(tǒng)（含火花塞、分電盤(pán)、高壓點(diǎn)火線包）、化油器
柴油機(jī)	柴油	壓燃	15-22	空氣	無(wú)點(diǎn)火系統(tǒng)、無(wú)化油器、有噴油器

　　
　　　
　　四、柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)
　　
　　柴油機(jī)由機(jī)體、曲軸連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等組成。
　　
　　1．機(jī)體組件：包括機(jī)體（氣缸—曲軸蓋）、氣缸套、氣缸蓋和油底殼等。這些零件構(gòu)成了柴油機(jī)骨架，所有運(yùn)動(dòng)件和輔助系統(tǒng)都支承在它上面。
　　
　　2、曲軸連桿機(jī)構(gòu)：氣缸內(nèi)燃燒氣體的壓力推動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)，并將活塞的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍�軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。主要部件有：氣缸曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸、飛輪等
　　
　　3、配氣機(jī)構(gòu)：適時(shí)向氣缸內(nèi)提供新鮮空氣，并適時(shí)的排出氣缸中燃料燃燒后的廢氣。它由進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、凸輪軸及其傳動(dòng)零件組成。
　　
　　4、燃油系統(tǒng)：燃料供給系統(tǒng)是按照內(nèi)燃機(jī)工作是所要求的時(shí)間，供給氣缸適量的燃料。它由燃油箱、燃油濾清器、油泵、噴油器等組成。
　　
　　5、潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑系統(tǒng)是向柴油機(jī)各運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦表面，不斷提供適量的潤(rùn)滑油。它由機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器等組成。
　　
　　6、冷卻系統(tǒng)：適當(dāng)冷卻在高溫下工作的機(jī)件，使柴油機(jī)保持正常的工作溫度。它由水泵、散熱器、水套、節(jié)溫器、風(fēng)扇等組成。
　　
　　7、啟動(dòng)系統(tǒng)：以外力轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)曲軸，使內(nèi)燃機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的裝置。由蓄電池、啟動(dòng)馬達(dá)等組成。