2.2 相关知识
1.发动机基本术语
发动机基本术语如图1-1所示。
（1）上止点
上止点是指活塞顶位于其运动的顶部时的位置，即活塞的最高位置。
（2）下止点
下止点是指活塞顶位于其运动的底部时的位置，即活塞的最低位置。
（3）活塞行程
活塞行程是指上、下止点间的距离，用S表示，单位：mm（毫米）。活塞由一个止点运动到另一个止点一次的过程，称为一个冲程。
（4）曲柄半径
曲柄半径是指与连杆大头相连接的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离，用R表示，单位：mm（毫米）。显然，曲轴每转一周，活塞移动两个行程，即：
图1-1 发动机基本术语示意图
S=2R
（5）气缸工作容积
气缸工作容积是指活塞从一个止点移动到另一个止点所扫过的容积，用Vh表示，单位：L（升）。显然有：
式中 Vh——气缸工作容积（L）；
D——气缸直径（mm）；
S——活塞行程（mm）。
（6）燃烧室容积
燃烧室容积是指活塞位于上止点时，活塞顶上方的气缸空间容积，用Vc表示，单位：L（升）。
（7）气缸总容积
气缸总容积是指活塞位于下止点时，活塞顶上方的气缸空间容积，用Va表示，单位：L（升）。显然有：
Va=Vc+Vh
（8）发动机排量
发动机排量是指发动机所有气缸工作容积之和，用VL表示，单位：L（升）。对于多缸发动机，显然有：
VL=Vhi
式中 i——发动机气缸数。
（9）压缩比
压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示。
压缩比用来衡量空气或混合气被压缩的程度，它影响发动机的热效率。一般汽油机压缩比为6～10，柴油机压缩比较高，为16～22。
（10）工作循环
发动机将热能转变为机械能的过程，是通过进气、压缩、做功、排气四个连续行程组成的封闭过程来实现的，每完成一次这样的连续过程称为发动机的一个工作循环。
2.四冲程柴油机的基本工作原理认识
柴油机是一种压燃式内燃机。柴油燃料在气缸中燃烧，从而产生高温、高压的气体，推动活塞运动，通过曲柄连杆机构由曲轴对外做功，从而完成燃料的化学能转化为热能、热能再转化为机械能的能量转换。
柴油机的燃油要经过与空气混合燃烧才能转变为热能。要使燃油燃烧，有空气仅仅是燃烧的条件之一，还必须使混合气具有一定的温度。发动机的活塞在气缸内向下运动，将空气吸进气缸内，此时空气的温度很低。活塞向上运动时，将空气迅速压缩，空气的温度和压力都上升，并达到足够使柴油燃烧的温度。此时再将燃油以雾化状态喷入，燃油立即在高温、高压的空气中燃烧。燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸中膨胀，通过活塞推动曲柄连杆机构对外做功。膨胀终了即活塞做功行程终了，活塞将做过功的废气排出。所有工作循环结束，发动机做好准备，以便新鲜空气再次进入。
综上所述，柴油机每做一次功，都必须经过进气、压缩、膨胀做功、排气等四个行程，这四个行程称为一个工作循环。循环不断进行，柴油机即能连续地工作。
在结构上，柴油机工作循环中的进气、压缩、膨胀、做功和排气等过程都是通过活塞、连杆、曲轴、配气系统和燃油供给系统等部件相互配合来实现的。
曲轴转两圈（720°），活塞往复运动四次完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。只用两个行程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。工程机械用柴油机多为四冲程。
单缸四冲程柴油机工作循环示意图如图1-2所示。
（1）进气行程
活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时，进气门开启，排气门关闭。在活塞向下运动的过程中，气缸内容积逐渐增大，形成一定真空度，于是空气通过进气门被吸入气缸，直至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。进气行程终了的压力约为0.075～0.095MPa，温度约为320～350K。
（2）压缩行程
在进气行程结束时立即进入压缩行程，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，由于进、排气门均关闭，气缸内容积逐渐减小。柴油机的压缩比大，压缩终了的温度和压力较高，压力可达3～5MPa，温度可达800～1000K。
（3）做功行程
压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温、高压空气中，被迅速汽化并与空气形成混合气，由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度（约500K左右），柴油混合气便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内一边喷油一边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行做功。
做功行程中，瞬时压力可达5～10MPa，瞬时温度可达1800～2200K，做功行程终了时压力约为0.2～0.4MPa，温度约为1200～1500K。
图1-2 四冲程柴油机工作循环示意图
（4）排气行程
为使循环能够连续进行，必须将燃烧产生的废气排出。在做功行程终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞推动下，被排出气缸，至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气行程终了时的气缸压力约为0.105～0.125MPa，温度约为800～1000K。