2006-05-12 10:58:20
当前位置：首页分步教程引擎基本知识引擎工作原理引擎是能量转换机构，将燃料燃烧产生的热能转换为机械能。 那么，如何完成这个能量转换过程呢？ 也就是说，如何将热能转化为机械能呢？ 完成该能量转换必须经过吸气，将可燃混合气(或新鲜空气)导入气缸； 然后，压缩进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)，压缩接近终点时点燃可燃混合气)或向气缸内喷雾柴油高压，形成可燃混合气，点火)； 可燃混合气着火燃烧，膨胀压下活塞实现对外功； 最后排出燃烧后的废气。 即进气、压缩、做功、排气四个过程。 这四个过程称为发动机的一个循环，通过反复循环，实现能量转换，使发动机能够连续运转。 一个循环结束，曲轴旋转2圈(720)，活塞上下往复运动4次，称为四冲程发动机。 另一方面，结束一个循环，曲轴旋转一周(360)，活塞上下往复运动两次，这被称为二冲程发动机。 介绍四冲程发动机的工作原理和工作过程。
1.4冲程汽油机工作原理
四冲程汽油机(图1-21 )的运行按进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程的顺序反复循环。 图1-21
(1)进气行程(图1-22 ) ) ) ) ) ) )。
由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，此时排气阀关闭，进气门打开。 进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残留有上次循环未排出的废气，因此气缸内的压力略高于大气压。 随着活塞下降，气缸内的容积增大，压力减小，压力低于大气压时，气缸内产生真空吸引力，与经过空气滤清器从化油器供给的汽油混合成为可燃混合气，活塞通过吸气阀下降到下止点吸气过程中，受空气滤清器、化油器、吸气管道、吸气阀等阻力的影响，吸气结束时，气缸内的气体压力略低于大气压，约为0.075~0.09MPa，同时受残留废气和高温部件的加热的影响，温度为实际的汽油机进气门在活塞到达上止点之前打开，延迟到下止点关闭，吸入更多可燃混合气。 图1-22
)2)压缩行程(图1-23 ) ) ) )。
当曲轴继续旋转，活塞从下止点向上死点作用时，进气门和排气门关闭，气缸内为封闭容积，可燃混合气被压缩，压力和温度逐渐上升，活塞到达上止点时压缩行程结束。 此时气体的压力和温度主要取决于压缩比的大小，可燃混合气的压力可达0.6~1.2MPa，温度可达600~700K。 压缩比越大，压缩结束时气缸内的压力和温度越高，燃烧速度越快，发动机输出功率也越大。 但是压缩比太高，容易引起爆震。 爆震是指气体压力和温度过高，可燃混合气不着火自行燃烧，火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，引起尖锐的气缸爆震声。 发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加，零件损坏。 允许轻微爆震，但强烈爆震对发动机有害。 汽油机的压缩比一般为=6~10。 图1-23
)3)工作日程(图1-24 ) ) )。
工作行程包括燃烧过程和膨胀过程，在该行程中进气门和排气门保持关闭。 活塞位于压缩上止点，即接近点火提前角时，火花塞产生火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后释放大量热量，使气缸内气体温度和压力急剧上升，最高压力达到3~5MPa，最高温度达到2200~2800K 高温高压气体膨胀使活塞从上止点向下止点运动，通过连杆带动曲轴旋转产生机械功，随着发动机自身继续运行的其他活塞向下运动，气缸内容积增加，气压和温度图1-24
)4)排气行程(图1-25 ) ) ) ) ) ) )。
可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸排出，以便进行下一个进气行程。 以为工作结束后，排气阀打开，进气门仍然关闭，在废气压力下先自由排气，活塞到达下止点后再向上死点工作，持续强制将废气排放到大气中，活塞越过上止点后，排气阀关闭，排气继续向上死点实际汽油发动机的排气行程也是排气阀提前打开，为了排出更多的废气，关闭延迟了。 由于燃烧室容积的存在，废气不可能全部排出气缸。 受排气阻力的影响，排气结束时，气体压力仍高于大气压，约为0.105~0.115MPa，温度约为900~1200K。 曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环。 可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程完成一个工作循环，其间活塞在上、下止点往复运动四个行程，曲轴相应旋转了两圈。 图1-25
2.4行程柴油机工作原理
四冲程柴油发动机(图1-26 )和四冲程汽油发动机的工作过程相同，各自的工作循环包括进气、压缩、做功、排气四冲程，但柴油发动机使用的燃料为柴油，因此
都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。 图1-26
四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.0785～0.0932MPa，气体温度约为300～370K。
压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。
柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。作功终了时，气体压力约为0.2～0.4MPa，气体温度约为1200～1500K。
柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105～0.125MPa，气体温度约为800～1000K。
柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。
3. 二行程汽油机的工作原理
二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它是在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。
例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下： 图1-27a 表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图1-27 b），活塞接近上止点时（图1-27c），火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气（图1-27d）。
图1-27第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。
4. 二行程柴油机的工作原理
二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下（图1-28）：
图1-28第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。
5. 多缸发动机的工作原理
前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸四行程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？就能量转换过程，发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所以运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此，运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。