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以四冲程柴油机为例，对柴油机的工作原理进行介绍。四冲程柴油机的四个冲程方便称为进气、压缩、作功和排气冲程。
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1.四冲程正时相位图
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正时相位图是用来识别所有四个冲程是何时发生的方法。在相位图上画出了四冲程发动机的各个过程。在相位图顶部，活塞正好处在上止点(TDC)位置。TDC之前发生的过程称为DC(上止点前)，上止点后发生的称为ATDC(上止点后)。相位图的底部是活塞处于下止点(BDC)位置。
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2.四冲程柴油工作原理
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（1）进气冲程
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在进气冲程过程中，活塞在曲轴的带动下，从上止点移动到下止点、此时进气门打开，排气门关闭。由于气缸内容积增大，气缸内压力低于大气压、因此，新鲜空气通过吸气门进入气缸。由于进气系统有阻力，空气进入气缸后的压力低于大气压。进气结束时气缸内的压力约为0.8～o.9个大气压，温度在40～70℃。此过程结束时，气缸内充其量越多，可以喷入的燃油量也越多，燃烧过程放出的能量就越多，柴油机发出的功率就越大；
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（2）压缩冲程
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活塞从下止点移动到上止点，进、排气门都处于关闭状态，活塞将冲程吸入的空气压缩在燃烧室内，使空气的温度和压力升高。此过程结束时，气缸内空气温度约在500～700℃，压力为27～49个大气压；
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（3）作功冲程
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活塞从上止点移动到下止点，进、排气门都处于关闭，压缩过程结束时，喷油器将高压燃油喷人气缸，与高温高压空气混合，由于温度高于柴油自燃点，产生大量热能，使气缸内温度和压力急剧升高。高温高压气体推动活塞下移、经连杆带动曲轴旋转，对外做功，此过程燃烧压力约为60～90个大气压、温度达到1700～2000℃。随着膨胀作用的进行，热能转变为机械能，气缸内气体的压力、温度急剧下降，到膨胀结束时，气缸内的压力下降至4个大气压，温度降到600～900℃。
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（4）排气冲程
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排气冲程活塞从下止点移动到上止点，此时进气门关闭，排气门打开。膨胀结束后，气缸内气体已失去做功的能力，称为废气。为了使新鲜空气重新进入气缸，需将废气排出。废气在活塞上行的排挤下，经过排气门到出缸外。排期结束时，气缸内的压力约为1.03～1.08个大气压，温度约为350～600℃。
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至此，活塞又回到上止点，单缸四冲程柴油机完成一个工作循环，曲轴转动两圈。此外，实际情况下，柴油机的进、排气门动作的时间并非活塞移动到上、下止点，而是进气门在上止点前打开，下止点后关闭；排气门在下止点前打开，上止点后关闭。
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从四冲程柴油机的四个工作过程可以看出，只有作功的，其他三个冲程为辅助过程，需要消耗能量。所耗能量，单缸柴油机由飞轮储存的能量提供，多缸柴油机则靠其他缸的作功冲程来提供。、
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