科普非道路系列（29）:非道路移动机械用柴油机的工作原理是什么？

非道路移动机械用柴油发动机的工作原理主要涉及压缩空气产生高热，并通过注入雾化的柴油引发爆炸性膨胀，从而推动活塞进行工作。具体过程可以细分为以下几个步骤：

1. 进气冲程

过程描述：在进气冲程中，活塞从上止点向下止点移动，气缸内的容积逐渐增大，导致气缸内的空气压力低于进气管内的压力。这样，外界的空气就可以通过进气门充入气缸。

目的：为接下来的压缩冲程准备充足的空气。

2. 压缩冲程

过程描述：当活塞运行到一定位置时，进气口被挡住，气缸变为封闭状态。随后，活塞继续向上移动，压缩气缸内的空气，使其压力和温度都急剧上升。柴油机的压缩比通常较高（一般为16-22），这有助于在压缩终了时达到柴油的自燃温度。

目的：通过压缩空气产生高热，为柴油的自燃创造条件。

3. 做功冲程

喷油与自燃：在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以良好的雾化状态喷入气缸。由于此时气缸内的温度和压力都非常高，柴油在喷入后很快与空气混合并自行发火燃烧。

燃烧与膨胀：柴油燃烧后，气缸内的气压和温度急剧上升（气压可升至6-9MPa，温度可升至2000-2500K）。这种高温高压的燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴旋转，从而将热能转化为机械能。

做功：随着活塞的下行，气缸容积逐渐增大，燃气的压力和温度也逐渐下降。但在这个过程中，活塞的直线运动已经通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动，实现了对外做功。

4. 排气冲程

过程描述：在做功冲程结束后，排气阀打开，气缸内的废气被排出到大气中。同时，活塞再次向上移动，为下一个工作循环的进气冲程做准备。

目的：清除气缸内的废气，为新的工作循环提供空间。

综上所述，柴油发动机通过进气、压缩、做功和排气四个冲程的循环工作，实现了将燃料的化学能转化为机械能的过程。其中，柴油的自燃特性和较高的压缩比是柴油发动机工作原理中的关键要素。