柴油机工作时，一般分为吸气、压缩、爆发、排气等步骤。开始时，活塞从上止点下行到下止点，将新鲜空气吸入气缸，然后从下止点上行到上止点，将吸入的气体压缩，使其压力及温度升高。当接近上止点时，气体温度已超过柴油燃点，此时由喷油嘴将柴油喷入迅速燃烧，高温高压燃气推动活塞下行做功。之后，活塞再次从下止点上行，将废气排出气缸，完成一个循环。活塞往复不停地工作，带动连杆使曲轴转动，就从曲轴上把动能传输出来。柴油机和汽油机一样，每个工作循环也经历进气、压缩、作功和排气四个过程。但由于柴油粘度比汽油大，不易蒸发，但自燃温度却低于汽油，故柴油机可燃混合气的形成和燃烧方式与汽油机不同。柴油机在进气冲程吸人的是纯空气，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，通过喷油器以雾状喷人气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的。由于柴油机的压缩比高，所以压缩终了时气缸内空气压力达到3.5～4.5MPa，温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短的时间内即自行着火燃烧，燃气压力急剧上升到6～9MPa，温度升高到2000～2500Ko在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转作功。废气同样经排气门、排气管等处排人大气。四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程都是为作功行程创造条件的辅助行程。因此，单缸发动机工作不平稳。现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔。例如六缸发动机，在完成一个工作循环中，曲轴旋转两周即720度，曲轴转角每隔120度就有一个气缸作功。因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。
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