柴油机与汽油机：工作原理及性能对比

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柴油机工作原理

△ 柴油机简介和特点

柴油机，作为一种重要的发动机类型，其工作原理与汽油机既有相似之处，又存在着显著的差异。柴油发动机的显著优点包括强大的扭矩以及出色的经济性能。在柴油机的工作过程中，同样经历了进气、压缩、做功、排气这四个关键冲程。然而，由于柴油机的燃料特性与汽油不同，其粘度更大、蒸发较慢，同时自燃温度更低，因此，柴油机在形成可燃混合气以及点火方式上均与汽油机有所不同。柴油发动机，一种通过燃烧柴油来获取能量的发动机，由德国发明家鲁道夫·狄塞尔在1892年巧妙发明。为了缅怀这位杰出的科学家，人们用他的姓氏“Diesel”来命名这种发动机，即柴油发动机，亦被称为狄塞尔发动机。这种发动机不仅功率强大，更在经济性能方面表现出色。

△ 柴油机组成与基本工作原理

柴油发电机的主要构成部分包括柴油机和发电机，其中柴油机负责提供动力，驱动发电机进行发电。柴油机本身则是由多个构件精妙组合而成，如气缸、活塞、气缸盖、进气门、排气门、活塞销、连杆、曲轴、轴承以及飞轮等。通常，柴油发电机所采用的柴油机为单缸或多缸四行程设计。接下来，我们将深入探讨单缸四行程柴油机的工作原理。当柴油机启动时，需要借助外力如人力或机械动力来转动曲轴，使得活塞在气缸内进行上下往复运动，从而完成一系列复杂的机械动作。

活塞在柴油机的工作过程中，会依次经历四个行程：进气行程、压缩行程、燃烧和作功（膨胀）行程，以及排气行程。在进气行程中，活塞由上向下运动，进气门随之打开，经过空气滤清器过滤的新鲜空气被吸入气缸。接着，在压缩行程中，活塞由下向上运动，进排气门均关闭，空气被压缩，温度和压力逐渐升高。当活塞即将到达最顶点时，喷油器将经过滤的燃油以雾状喷入燃烧室，与高温高压的空气混合并立即自行着火燃烧。这种燃烧产生的高压推动活塞向下作功，同时带动曲轴旋转，从而完成作功行程。作功行程结束后，活塞再次由下向上移动，排气门打开以排出废气，完成排气行程。每个行程中，曲轴都会旋转半圈。

经过一系列的工作循环后，柴油机在飞轮的惯性作用下逐渐加速并进入正常工作状态。此时，柴油机曲轴的旋转会带动发电机转动并产生电能。发电机的类型有直流发电机和交流发电机，其基本工作原理都是将柴油的能量转化为电能。在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合。当活塞上行时，混合气体在体积缩小的同时温度迅速升高，达到柴油的燃点并被点燃。随后，混合气体剧烈燃烧并推动活塞下行，这一过程被称为作功。各个汽缸按照一定的顺序依次进行作功，作用在活塞上的推力通过连杆转化为推动曲轴转动的力量，进而带动曲轴持续旋转。

△ 柴油发电机的组成

柴油发电机组通常由柴油机、发电机及控制系统三部分组成。柴油机和发电机可通过柔性连接或刚性连接方式相连，目前市场上更多采用刚性连接。连接完成的柴油机和发电机再安装至公共底架上，并配备水温传感器等保护传感器，以监测柴油机的运行状态。当达到预设上限时，控制系统会发出预警，若操作员未及时响应，系统将自动停机，确保柴油发电机组的安全运行。此外，柴油发电机组的控制系统也发挥着至关重要的作用。它通过控制屏接收和显示电参数及柴油机运行参数，并执行保护功能。控制屏可能安装在发电机上或操作室内，与发电机和传感器通过电缆相连。同时，发电机组还包括底盘、联轴器、散热器、燃油箱等部件，有的还配备消声器和外罩以降低噪音。

02柴油机与汽油机对比

△ 汽油机工作原理对比

相较之下，汽油机的工作原理有所不同。它吸入并压缩燃料与空气的混合物，再通过火花塞点燃。

△ 性能和效率对比

柴油机因更高的压缩比和效率而优于汽油机，同时柴油燃料具有更好的能量密度。柴油机以其强大的扭矩和经济性著称，它经历的进气、压缩、做功和排气四个冲程，在形成可燃混合气和点火方式上与汽油机不同。经过一系列的工作循环后，柴油机在飞轮的惯性作用下逐渐加速并进入正常工作状态。

△ 注入步骤对比

此外，柴油机与汽油机在注入步骤上也存在显著差异。汽油机通常在进气冲程期间将全部燃油注入气缸，然后进行压缩。然而，柴油机仅压缩空气，因此其压缩比可显著高于汽油机。高压缩比意味着更多的能量转换，从而产生更大的马力。