問
從物理學角度分析柴油機工作原理
柴油機工作原理從物理學角度看,主要涉及四個行程。
進氣行程中,活塞從上止點移至下止點,排氣門關閉,進氣門開啟,氣缸容積增大形成真空,空氣被吸入氣缸。
壓縮行程時,活塞從下止點移至上止點,進、排氣門均關閉,氣缸容積減小,混合氣被壓縮,壓力和溫度升高。
作功行程接近壓縮結束,噴油嘴噴入燃油燃燒,氣體體積膨脹,壓力和溫度驟升,活塞從上止點移至下止點推動曲軸旋轉作功,進、排氣門仍關閉。
排氣行程開始,排氣門開啟,活塞從下止點移至上止點,廢氣排出氣缸。
柴油機與汽油機雖都經歷四個行程,但有不同。柴油機燃料是柴油,粘度大不易蒸發,自燃溫度低,可燃混合氣形成及點火方式與汽油機不同。
氣缸內柴油燃燒產生動能,帶動曲柄連桿機構繞曲軸作往復圓周運動輸出動力。
柴油機主要構造與汽油機大致相同,但汽缸頂部是噴油嘴而非火花塞。工作過程也和汽油機大致相同,由吸氣、壓縮、做功、排氣沖程構成工作循環。
每個循環中,活塞往復兩次,曲軸轉動兩周。
能量轉化方面,壓縮沖程是機械能轉化為內能,做功沖程是內能轉化為機械能。
柴油機還分二沖程和四沖程。二沖程柴油機一個工作循環只有二個沖程,曲軸轉一圈,理論功率高但經濟性差、不環保已淘汰。四沖程柴油機一個工作循環有四個沖程,曲軸轉二圈。
具體來說,進氣沖程活塞由上止點運動到下止點,進氣門開排氣門關,空氣進入氣缸。
壓縮沖程進氣門開排氣門關,活塞由下至上,空氣被壓縮為高溫高壓。
做功沖程進、排氣門都關閉,柴油噴入氣缸燃燒,推動活塞由上至下。
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