柴油機在工作過程中能輸出動力，除了直接將燃料的熱能轉變為機械能的燃燒室和曲柄連桿機構外，還必須具有相應的機構和系統予以保證，并且這些機構和系統是互相聯系和協調工作的。不同類型和用途的柴油機，其機構和系統的形式不同，但其功用基本一致，柴油機主要由機體組件與曲柄連桿機構、配氣機構與進排氣系統、燃油供給與調速系統、潤滑系統、冷卻系統、啟動裝置等機構和系統組成。
(1)機體組件與曲柄連稈機構機體組件主要包括氣缸體、氣缸蓋和曲軸箱等。它是柴油機各機構系統的裝配基體，而且其本身的許多部位又分別足柴油機曲柄連桿機構、配氣機構與進排氣系統、燃油供給與調速系統、潤滑系統和冷卻系統的組成部分。例如，氣缸蓋與活塞頂共同形成燃燒室空間，不少零件、進排氣道和油道也布置在它上面。
熱能轉變為機械能，需要通過曲柄連桿機構來完成。此機構是柴油機的主要運動件，由活塞、連桿、曲軸、飛輪和曲軸箱等組成。在柴油燃燒時，話塞承受氣體膨脹的壓力，并通過連桿使曲軸旋轉，將活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動，并對外輸出動力。
(2)配氣機構與進排氣系統配氣機構由氣門組（進氣門、排氣門、氣門導管、氣門座和氣門彈簧等）及傳動組（挺柱、挺桿、搖臂、搖臂軸、凸輪軸和正時齒輪等）組成，進排氣系統是由空氣濾清器、進氣管、排氣管與消聲器等組成，配氣機構與進排氣系統的作用是按一定要求，適時地開啟和關閉進，排氣門，排出氣缸內的廢氣和吸人新鮮空氣，保證柴油機換氣過程順利進行。
(3)燃油供給與調速系統柴油機燃油供給與調速系統的作用是將一定量的柴油，在一定的時間內，以一定的壓力噴人燃燒室與空氣混合，咀便燃燒做功。它主要由柴油箱、輸油泵，柴油濾清器、噴油泵（高壓油泵）、噴油器、調速器等組成。
(4)潤滑系統潤滑系統的功用是將潤滑油送到柴油機各運動件的摩擦表面，起減摩、冷卻、凈化、密封和防銹等作用，以減小摩擦阻力和磨損，井帶走摩擦產生的熱量，從而保證柴油機正常工作。它主要由機油泵、機油濾清器、機油散熱器、各種閥門及潤滑油道等組成。
(5)冷卻系統的功用是將柴油機受熱零件的熱量傳出，以保持柴油機在最適宜的溫度狀態下工作，以獲得良好的經濟性、動力性和耐久性。冷卻系統分為水冷和風冷兩種。多數柴油機采用水冷系統，它是以水作為冷卻介質。也有少數柴油機采用風冷系統。風冷卻方式又稱空氣冷卻方式，它是以空氣作冷卻介質，將柴油機受熱零部件的熱量傳送出去。這種冷卻方式由風扇和導風罩等組成，為了增加散熱面積，通常在氣缸蓋和氣缸體上鑄有散熱片。
(6)啟動裝置柴油機不能自行啟動，必須借助外力才能使之運轉著火燃燒，以達到自行運轉狀態。因此，柴油機設有專用的啟動裝置。手搖啟動的柴油機設有啟動爪，馬達啟動的裝有啟動電機等。用壓縮空氣啟動的裝有壓縮空氣啟動裝置等。


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