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純柴油機在工作時，吸入柴油機氣缸內的空氣，因活塞的運動而受到較高程度的壓縮，達到500～700℃的高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動著火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動活塞并通過連桿和曲軸轉換為旋轉的機械功

純柴油機可按不同特征分類：按轉速分為高速、中速和低速柴油機；按燃燒室的型式分為直接噴射式、渦流室式和預燃室式柴油機等；按氣缸進氣方式分為增壓和非增壓柴油機；按氣體壓力作用方式分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等；按用途分為船用柴油機、機車柴油機等。

柴油機種類繁多。①按工作循環可分為四沖程和二沖程柴油機。②按冷卻方式可分為水冷和風冷柴油機。③按進氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機。④按轉速可分為高速(大于1000轉/分)、中速（350～1000轉/分）和低速（小于350轉/分）柴油機。⑤按燃燒室可分為直接噴射式、渦流室式和預燃室式柴油機。⑥按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等。⑦按氣缸數目可分為單缸和多缸柴油機。⑧按用途可分為船用柴油機、機車柴油機、汽車柴油機、發電柴油機、農用柴油機、工程機械用柴油機等。

柴油發動機的燃燒過程一般分為著火延遲期、速燃期、緩燃期和后燃期四個階段。

著火延遲期是指從燃料開始噴射到著火，其間經過噴散、加熱蒸發、擴散、混合和初期氧化等一系列物理的和化學的準備過程。它是燃燒過程的一個重要參數，對燃燒放熱過程的特性有直接影響。

在著火延遲期內噴入燃燒室的燃料，在速燃期內幾乎是同時燃燒的，所以放熱速度很高，壓力升高也特別快。

緩燃期階段中燃料的燃燒取決于混合的速度。因此，加強燃燒室內的空氣擾動和加速空氣與燃料的混合，對保證燃料在上止點附近迅速而地燃燒有重要作用。

柴油機的混合和燃燒時間很短，以致有些燃料不能在上止點附近及時燒完，而拖到膨脹行程的后期放出的熱量不能得到充分利用，因此應盡量避免燃料在后燃期燃燒。