冲程柴油机工作原理过程的大部分时间里，气缸的压力低于大气压力，其值约为。由于进气系统的阻力，故进气终了时气缸压力略低于大气压，约为新鲜空气在进气过程中受气缸壁和活塞顶等高温件的加热，并与上循环高温残余废气混合，所以进气终了时气缸内的气体温度约为。压缩行程这行程的任务是将进气行程吸入气缸中的新鲜空气进行压缩以使之达到足够的温度和压力，为柴油的燃烧创造条件。当活塞从下止点运动到时，进气门关闭，空气开始被压缩。随着活塞上行，气缸容积不断减小，空气的压力和温度不断升高，压缩终了时，缸内气体压力达到温度达到。工作行程当活塞到达上止点稍前，即压缩过程后期，柴油经喷油器以雾状喷入气缸，并与气缸中高温高压的空气混合形成可燃混合气，由于此时空气温度超过了柴油的着火点，所以柴油在喷入的同时就自行着火迅速燃烧。此时进排气门是关闭的，气缸内的压力和温度由于燃烧而急剧上升，最高压力达到最高温度达到。在上止点后时刻点，燃烧基本结束。高温高压气体膨胀，将活塞推向下止点，并通过连杆使曲轴旋转对外做功，从而实现了热能向机械能的转换。随着活塞下行，气缸内容积不断增大，气体的温度不断降低，到点，膨胀做功能结束，作功终了时，压力降为，温度降为。排气行程这行程的任务是将作过功的废气排出气缸外。因为残留在气缸内的废气是影响下个工作循环充气质量的个重要因素，所以废气排的越干净越好。当活塞越过下止点开始上行时，气缸压力已降低，可以减少活塞上行时的背压，活塞由下止点向上运动，气缸内的废气在活塞的作用下排出气缸。排气终了时缸内废气压力仍高于大气压力，约为，温度约为。综上所述，四冲程柴油机有如下特点个工作循环是在曲轴回转两转内完成。在曲轴回转两转过程中进气门排气门和喷油器均只启闭次。每个循环中之有工作行程对外做功，其余三个行程都是为工作行程做准备，都需要外界供给能量。设计任务书柴油机参数说明表柴油机参数柴油机型号汽缸数缸径毫米行程毫米总排量升小时功率马力小时功率转速转分活塞平均速度米秒最大扭矩千克﹒米最大扭矩转速转分小时功率时的平均有效压力千克平方厘米小时功率时的燃油消耗率克马力小时压缩比喷油顺序重量千克柴油机曲柄连杆机构作用曲柄连杆机构是将往复活塞是内燃机燃料的化学能通过燃烧放出热能，在转换为机械能的主要结构，它由活塞组连杆组和飞轮组三个部分组成。其主要任务是通过这套机构把活塞的往复直线运动，经连杆的摆动变为曲轴的旋转运动，从而把热能转换为机械能并对外作功同时，通过燃油燃烧时加在活塞顶上的燃气力，经连杆传给曲轴使曲轴获得转矩，对外输出功率。曲柄连杆机构的工作条件内燃机是种热力机械，在热功转换的过程中，曲柄连杆机构要受到很高的机械负荷和热负荷。机械负荷主要是指作用在机构上的燃气力，以及由机构做往复运动和旋转运动所产生的惯性力，此外还有装配时拧紧螺栓等引起的装配力和相对运动零件间摩擦力。现代发动机的最高燃烧压力对自然吸气的为，而增压发动机可高达。工程机械发动机转速般是左右，小型发动机转速则为，其惯性力的大小以几乎与燃气力不相上下。这些力直接作用于活塞活塞档连杆曲轴和轴承上。热负荷有两个含意，是曲柄连杆机构中与高温燃气直接接触的那些零件，如活塞顶部第道活塞环等，由于零件温度很高，造成材料强度硬度下降，烧损，间隙破坏以及在高温下润滑油变质引起的零件磨损胶结密封破坏等二是由于受热零件如活塞形状复杂和冷却状况的差异而造成温差所引起的热应力，使零件破坏如活塞热烈等。连杆的结构特点及技术要求连杆组的结构特点发动机连杆组通常由连杆体连杆大头盖连杆螺栓及螺母连杆大头轴瓦等零件组成。如图所示连杆组在工作中要把活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，并作用在活塞组上的力传给曲轴，所以它要承受气体压力活塞组往复运动惯性力连杆组自身摆动产生的惯性力，连干大头旋转运动产生惯性力，以及连杆螺栓拧紧连杆大头盖时的预紧力等。所以，连杆组是整个发动机中受力状况最为复杂的个组件。此外，连杆小头衬套与活塞销，连杆轴瓦与曲柄销所构成的两对轴承摩擦副，也是在极为严酷的条件下工作的。由于连杆组受力情况复杂，所以要求它们具有足够的强度和刚度，否则将会造成严重的后果。连杆的技术要求技术要求如下为使连杆大小头运动副之间配合良好，大头孔尺寸公差取为，表面粗糙度不大于小头孔尺寸取为，表面粗糙度不大于。同时对他们的圆柱度亦相应地规定了严格地要求。大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，进而影响发动机的效率，因此两孔中心尺寸公差等级应不低于。大小头孔中心线在两个相垂直的方向上的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，致缸壁磨损不均，缩短发动机的使用寿命，图连杆示意图同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差不低于级，在垂直于该平面内的平行度公差不低于级。连杆大小头两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面的磨损，甚至引起烧伤，般规定其垂直度公差等级不低于级。两螺栓孔轴线对大头接合面的垂直度，任何测量气体或连杆受力的小误差将导致很大的不精确，例如个的前者误差可以导致的后者误差。在测量实际工作中活塞总体瞬时摩擦力时，实验在单缸里卡多海卓汽油机上进行，它是根据实际发动机研制的，个通用升骑士型发动机。关于这种发动机的细节在附录中可见详述。对于活塞和连杆受力的详细注解在图中。活塞受力根据图，活塞总体轴向受力由下式给出−是活塞所受净气压，是平均汽缸孔径直径。是活塞轴向加速度，曲柄每转度的值。是活塞总重。是作用在轴承中心的作用力。是活塞惯性力，等于活塞加速度乘以活塞活塞环活塞销和连杆段如图的质量和。为了测量活塞总体惯性力，连杆段的质量必须与活塞总体质量相加，因为它也在作直线运动。连杆受力根据图，以及安装在距大端孔中心处的全桥电路的数据，如图，设备安装点的轴向力由下式给出，是作用在连杆主轴上的由应力测量电路测出来的力。是连杆段的惯性力，它可以通过两种方法测量出来。种是假设连杆质量集中在两端，另种是将连杆作为实际分布质量物体。后者更加准确，因此用来计算惯性力。根据刚体运动学定律，刚体上任意两点和的加速度有如下关系对于二维运动，可由下式决定其中是从点小端孔径中心到端质心的距离，也就是。是点对于点的常数。由于这个常数，惯性力导致连杆弯曲。应力在麦氏电桥中不能测出，所以被忽略。是连杆轴向加速度组成部分。因此，连杆段任意点的主轴向加速度由下式给出沿连杆中轴线的连杆端惯性力可以表示为上下极限代表连杆段长度。用固体成型机，总质量和连杆段质量可以计算出来。连杆角速度表示为活塞总体摩擦力根据连杆压电探测器的应力值以及图，活塞总体摩擦力可以通过联立和得到为了得到活塞总体摩擦力，每度曲柄转角必须测量如下数值活塞轴向加速度机轴角速度和角加速度气压连杆受力运用平均有效压力法测量活塞总体摩擦力，需要对以上参数仔细测量。活塞轴向加速度如上所述，精确测量活塞受力十分必要。由于实验在单缸四冲程汽油机上进行，速度有所不同，所以机轴角加速度必须考虑。图和图表示机轴角加速度以及其对于活塞轴向加速度的影响。考虑到机轴速度变化，活塞加速度可以计算为度加速脉冲编码器以及精密计时芯片的数据信息可以用来计算机轴角速度及加速度。气体压力气体压力是燃气压力对于活塞的轴向力。它等于汽缸净气压乘以平均汽缸孔径面积。孔面积通过平均直径计算。曲轴箱在大气压状态下打开。里卡多海卓发动机原本安装未冷却的奇斯勒压电压力变频器，它可以感知的压力。最好选用压电压力变频器来测量汽缸压力，因为它们反映频率高体形小重量轻能耗低以及不受环境影响。优点也伴随着缺点，为了精确测量摩擦力，任何影响因素均要注意。压电压力变频器测量相对气压，将其对应绝对值长时期温度变化和气压必须进行定标。些气压定标技巧可以参考兰道夫的著作。定标或者通过精确测量，或者通过发动机特定部分的特定计算。兰道夫提供的最精确定标法是绝对气压变频器测量汽缸气压的值。也就是在位置附近安装气压变频器。汽缸气压通过迷你的库利特压电压力变频器测量，它的额定工作压力是，最大量程。敏感度为，工作温度从到摄氏度。这种迷你气压变频器长，直径，触头面积如图。信号调节通过高性能斐德变频放大器完成。迷你气压变频器之所以如此安装，是为了在度之后再测量汽缸气压。在这时，燃烧充分并且气压下降到小于峰值的。特制的管状装置可以使变频器通过水幕如图。端固定在汽缸体上，另端从外部通过高温型环插入汽缸内部，这样可以允许受热膨胀。气压变频器固定在滑阀件上。它通过长，直径的圆孔来接触汽缸内部的气体图。孔状通道是人为用砂轮造成的斜面。共振误差可以忽略，因为长度短，面积小，所以固有频率很高。为了消除压电压力变频器长期误差，汽缸气压定标在各个发动机循环上。数值的读取与压缩冲程有关，因为气压渐变很小。汽缸气压读数包含了压力差值。迷你变频器有专门的防止波动装置。变频器用来监测机轴箱压力，伴随着活塞移动到定标孔处。图表示了变频器测量的绝对气压。平均主轴箱压力不计入汽缸压力读数。燃气间歇性的火焰加热了汽缸压电压力变频器的隔膜。这种快速加热发生在瞬间，由于对传感器有热压力而使测量不准确，因为它引起了少量位移。里卡多海卓发动机原本安装未冷却的压电压力变频器。为了准确测量汽缸气压，水冷装置被安装在汽缸头上。这是敏感度为的奇斯勒具有度水冷系统的汽缸。它是插入式传感器，并且无法避免由于变形导致的误差。它连接坚固，以便避免任何滞后和损失。变频器里的集成水冷系统可以最大程度减小微量位移。奇斯勒有个双层横膈膜，同样减少位移。个分离蒸馏水冷装置使水温恒定，并且气压不变，同时避免传感器沉淀。奇斯勒建议水流速度保持，水温保持度。安装水流控制电子管以及热电偶来控制监测冷却水温。图表示了曲线，对于气体进行交换的地方，叫做泵气回路。这种数据是由奇斯勒气压变频器测量的。与图相比，在同样条件下测量数据，只不过后者应用奇斯勒系统。图所示的气体交换过程表明个难以置信