柴油發動機的基本工作循環由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程四個沖程組成,具體如下:
進氣沖程:在這個沖程中,活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運動。此時,進氣門打開,排氣門關閉。隨著活塞下行,氣缸內容積增 大,形成一定的真空度,空氣在大氣壓力作用下被吸入氣缸。由于柴油發動機是壓燃式,只吸入空氣,為后續的燃燒過程提供充足的氧氣。
壓縮沖程:進氣沖程結束后,活塞開始從下止點向上止點運動,進、排氣門均關閉。氣缸內的空氣被壓縮,壓力和溫度不斷升高。柴油發動機的壓縮比通常較高,一般在 16 - 22 之間,遠高于汽油發動機。這使得空氣在壓縮終了時達到很高的壓力和溫度,為柴油的自燃創造條件。
做功沖程:在壓縮沖程接近終了時,噴油嘴將高壓柴油以霧狀噴入氣缸。柴油與高溫高壓的空氣迅速混合并自燃,產生大量的熱能,使氣缸內的壓力和溫度急劇升高。高溫高壓的氣體推動活塞從上止點向下止點運動,通過連桿帶動曲軸旋轉,對外輸出機械能。這是柴油發動機實現能量轉換的關鍵沖程。
排氣沖程:做功沖程結束后,活塞再次從下止點向上止點運動。此時,排氣門打開,進氣門關閉,燃燒后的廢氣在活塞的推動下排出氣缸。當活塞到達上止點時,排氣沖程結束,廢氣基本排盡。隨后,發動機又開始新的進氣沖程,如此循環往復,使發動機持續運轉。
柴油發動機通過這四個沖程的不斷循環,將柴油的化學能轉化為機械能,為各種設備和車輛提供動力。其工作循環的特點是依靠壓縮空氣產生的高溫使柴油自燃,具有熱效率高、扭矩大等優點,廣泛應用于汽車、船舶、工程機械等領域。