四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机作为一种重要的内燃机类型，广泛应用于各种车辆、船舶以及工业机械中。它不仅具有强大的动力输出，而且在燃油效率和可靠性方面有着独特的优势。为了更好地理解四冲程柴油机的工作原理，我们需要从其基本构造、工作原理以及不同冲程的过程入手，深入探讨这一发动机如何在多个阶段完成从进气到排气的复杂任务。
四冲程柴油机的基本构造
四冲程柴油机的构造相对简单，但其内部运作却极其精密。柴油机通常由以下几个主要部分组成：
气缸：柴油机的核心部件，燃料与空气在其中进行燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动。
活塞：与气缸内壁配合，活塞上下运动产生动力。活塞通过连杆与曲轴相连接，最终将机械能传递至曲轴。
曲轴：将活塞的直线运动转化为旋转运动，驱动发动机的其它部件。
进气门与排气门：控制气体的进出。进气门在进气冲程期间打开，排气门则在排气冲程期间打开，帮助废气排出。
喷油嘴：在适当时刻将柴油喷入气缸内，与空气混合后进行压缩和点燃，产生动力。
增压器（如果配备）：利用废气的能量增加进入气缸的空气量，提高发动机效率。
四冲程柴油机的工作过程
四冲程柴油机的名字源自其工作的四个主要冲程，每个冲程分别是吸气、压缩、做功和排气。每个冲程完成一次，活塞在气缸内上下运动一次，整个循环完成时，发动机的曲轴完成一圈的旋转。
1.吸气冲程（第一冲程）
在吸气冲程中，活塞从气缸的上止点（TDC）开始向下运动，进气门打开，外部空气通过进气门进入气缸。这时，柴油机通过高效的空气进气系统，使大量的空气进入气缸。与传统的汽油发动机不同，柴油机的空气进气不需要混合燃料，它仅仅是空气进入气缸，为后续的压缩过程做好准备。
此时，气缸内的气压和气温相对较低。吸气冲程结束时，活塞到达下止点（BDC），进气门关闭，为下一个冲程做准备。
2.压缩冲程（第二冲程）
当活塞开始从下止点向上运动时，进气门已经关闭，气缸内的空气被压缩。由于柴油机采用的是柴油作为燃料，它不同于汽油发动机，不需要火花塞点燃。相反，柴油机利用压缩空气时产生的高温来引发燃烧。
在此过程中，气缸内的温度和压力急剧上升。通常，柴油机的压缩比较高，能够达到16:1甚至更高，这也正是柴油机动力强劲的原因之一。压缩冲程的结束时，活塞到达上止点，随之进入做功冲程。
3.做功冲程（第三冲程）
做功冲程是四冲程柴油机中最重要的部分，它决定了发动机的动力输出。在压缩冲程结束后，喷油嘴喷入柴油，与高温高压的空气混合并迅速点燃。燃烧产生的高温高压气体迫使活塞迅速向下运动，这个过程就是“做功”阶段。
这一阶段，燃烧释放的能量不仅推动活塞，还推动曲轴旋转，转化为机械能供车辆或机械使用。柴油机在做功冲程中的效率通常较高，这使得柴油机在大型机械中得到了广泛的应用。
4.排气冲程（第四冲程）
排气冲程是四冲程柴油机的最后一个冲程。当活塞完成做功后，开始向上运动，排气门打开。气缸内的废气通过排气门排出。随着活塞的向上运动，废气迅速排出气缸，清理掉已燃烧的气体，为下一个循环的吸气冲程做准备。
排气冲程的结束标志着一个完整的四冲程循环的完成。此时，活塞已到达上止点，整个发动机完成一次完整的工作周期，曲轴旋转一圈，发动机准备好迎接下一个周期。
四冲程柴油机的优点
四冲程柴油机以其高效能和稳定性广受青睐，尤其在大型机械和车辆中，表现尤为突出。相较于其他类型的发动机，四冲程柴油机具有以下几个显著优势：
高燃油效率：柴油机的燃油效率较高，能够充分利用柴油的能量，减少燃料消耗。
低油耗：由于柴油的能量密度较高，四冲程柴油机在长时间运行下的油耗表现尤为突出。
强大的动力输出：四冲程柴油机的压缩比高，能够产生较大的功率，适合用在需要大功率的领域。
耐用性强：柴油机的结构坚固，能够承受较高的工作负荷，适合在恶劣环境下使用。
随着技术的进步，四冲程柴油机的排放控制技术也逐步提升，现代柴油机在环保方面的表现也越来越好，成为了众多工业和运输领域中不可或缺的重要动力来源。