發(fā)動機(jī)工作過程和原理-8-159:42:21來源:編輯:汽車的動力源是發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。它的轉(zhuǎn)化過程實(shí)際上就是工作循環(huán)的過程，簡樸來說就是是通過燃燒氣缸內(nèi)的燃料，產(chǎn)生動能，驅(qū)動發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)的運(yùn)動，由此帶動連在活塞上的連桿和與連桿相連的曲柄，圍繞曲軸中心作往復(fù)的圓周運(yùn)動而輸出動力。下面簡介一下汽油發(fā)動機(jī)的工作原理和工作過程。

一、四沖程汽油發(fā)動機(jī)的工作原理

四沖程汽油發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的次序不停循環(huán)反復(fù)的。（1)進(jìn)氣行程（圖1-1）

圖1-1

由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，這時排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開。進(jìn)氣過程開始時，活塞位于上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)殘存有上一循環(huán)未排凈的廢氣，因此，氣缸內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力。伴隨活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當(dāng)壓力低于大氣壓時，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供應(yīng)的汽油混合成可燃混合氣，通過進(jìn)氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運(yùn)動到下止點(diǎn)。在進(jìn)氣過程中，受空氣濾清器、化油器、進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門等阻力影響，進(jìn)氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力略低于大氣壓，約為0.075～0.09MPa，同步受到殘存廢氣和高溫機(jī)件加熱的影響，溫度到達(dá)370～400K。實(shí)際汽油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門是在活塞抵達(dá)上止點(diǎn)之前打開，并且延遲到下止點(diǎn)之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。

（2)壓縮行程（圖1-2）

圖1-2

曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，這時進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不停升高，當(dāng)活塞抵達(dá)上止點(diǎn)時壓縮行程結(jié)束。此時氣體的壓力和溫度重要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達(dá)0.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動機(jī)功率也越大。但壓縮比太高，輕易引起爆燃。所謂爆燃就是由于氣體壓力和溫度過高，可燃混合氣在沒有點(diǎn)燃的狀況下自行燃燒，且火焰以高于正常燃燒數(shù)倍的速度向外傳播，導(dǎo)致鋒利的敲缸聲。會使發(fā)動機(jī)過熱，功率下降，汽油消耗量增長以及機(jī)件損壞。輕微爆燃是容許的，但強(qiáng)烈爆燃對發(fā)動機(jī)是很有害的，汽油發(fā)動機(jī)的壓縮比一般為ε＝6～10。

（3)作功行程（圖1-3）

圖1-3

作功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進(jìn)氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程靠近上止點(diǎn)(即點(diǎn)火提前角)位置時，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)3～5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推進(jìn)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械功，除了用于維持發(fā)動機(jī)自身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其他用于對外作功。伴隨活塞向下運(yùn)動，氣缸內(nèi)容積增長，氣體壓力和溫度減少，當(dāng)活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)時，作功行程結(jié)束，氣體壓力減少到0.3～0.5MPa，氣體溫度減少到1300～1600K。

(4)排氣行程（圖1-4）

圖1-4

可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進(jìn)行下一種進(jìn)氣行程。當(dāng)作功靠近終了時，排氣門啟動，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進(jìn)行自由排氣，活塞抵達(dá)下止點(diǎn)再向上止點(diǎn)運(yùn)動時，繼續(xù)把廢氣強(qiáng)制排出到大氣中去，活塞越過上止點(diǎn)后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實(shí)際汽油發(fā)動機(jī)的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關(guān)閉，以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在，不也許將廢氣所有排出氣缸。受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，又開始了下一種新的循環(huán)過程。可見四沖程汽油發(fā)動機(jī)通過進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完畢一種工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動了四個沖程，對應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。

二、二沖程汽油發(fā)動機(jī)的工作原理二沖程汽油發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過程構(gòu)成，但它是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞上下往復(fù)運(yùn)動的兩個沖程內(nèi)完畢的。因此，二沖程發(fā)動機(jī)與四沖程發(fā)動機(jī)工作原理不一樣，構(gòu)造也不一樣樣。

例如曲軸箱換氣式二沖程汽油發(fā)動機(jī)，氣缸上有三排孔，運(yùn)用這三排孔分別在一定期刻被活塞打開或關(guān)閉進(jìn)行進(jìn)氣、換氣和排氣的。工作原理如下圖：（圖a）表達(dá)活塞向上運(yùn)動，將三排孔都關(guān)閉，活塞上部開始壓縮，當(dāng)活塞繼續(xù)上行時，活塞下方打開了進(jìn)氣孔，可燃混合氣進(jìn)入曲軸箱（圖b），活塞靠近上止點(diǎn)時（圖c），火花塞點(diǎn)燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推進(jìn)活塞向下運(yùn)動，進(jìn)氣孔關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮，當(dāng)活塞靠近下止點(diǎn)時，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運(yùn)動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進(jìn)氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣（圖d）。

第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，事先已充斥活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。第二行程：活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，活塞上方進(jìn)行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進(jìn)行可燃混合氣的預(yù)壓縮。

二沖程發(fā)動機(jī)的最大缺陷是不易將廢氣自氣缸內(nèi)排除得較潔凈，并且在換氣時減少了有效工作行程，因此在汽車上較少被采用。但這種發(fā)動機(jī)的制造費(fèi)用低廉，構(gòu)造簡樸，質(zhì)量小，因此在摩托車上廣泛應(yīng)用。

三、多缸發(fā)動機(jī)的工作原理前面簡介的是單缸發(fā)動機(jī)的工作過程，而現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)都是多缸四沖程發(fā)動機(jī)，那么，多缸四沖程發(fā)動機(jī)與單缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作過程有什么區(qū)別呢？就能量轉(zhuǎn)換過程，發(fā)動機(jī)的每一種氣缸和單缸機(jī)的工作過程是完全同樣的，都要通過進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個沖程。不過單缸發(fā)動機(jī)的四個沖程中只有一種行程作功，其他三個行程不作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，只有半圈作功，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較差，功率越