發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和原理

發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和原理-8-159:42:21來(lái)源:編輯:汽車的動(dòng)力源是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)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(guò)程實(shí)際上就是工作循環(huán)的過(guò)程，簡(jiǎn)樸來(lái)說(shuō)就是是通過(guò)燃燒氣缸內(nèi)的燃料，產(chǎn)生動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)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(dòng)而輸出動(dòng)力。下面簡(jiǎn)介一下汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和工作過(guò)程。

一、四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

四沖程汽油發(fā)動(dòng)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(dòng)，這時(shí)排氣門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)。進(jìn)氣過(guò)程開(kāi)始時(shí)，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(shí)，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(guò)進(jìn)氣門(mén)被吸入氣缸，直至活塞向下運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)。在進(jìn)氣過(guò)程中，受空氣濾清器、化油器、進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門(mén)等阻力影響，進(jìn)氣終了時(shí)，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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門(mén)是在活塞抵達(dá)上止點(diǎn)之前打開(kāi)，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(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)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(shí)壓縮行程結(jié)束。此時(shí)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(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動(dòng)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(guò)高，可燃混合氣在沒(méi)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(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率下降，汽油消耗量增長(zhǎng)以及機(jī)件損壞。輕微爆燃是容許的，但強(qiáng)烈爆燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是很有害的，汽油發(fā)動(dòng)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(guò)程和膨脹過(guò)程，在這一行程中，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)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(shí)，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(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械功，除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)自身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其他用于對(duì)外作功。伴隨活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)容積增長(zhǎng)，氣體壓力和溫度減少，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，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(shí)，排氣門(mén)啟動(dòng)，進(jìn)氣門(mén)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(dòng)時(shí)，繼續(xù)把廢氣強(qiáng)制排出到大氣中去，活塞越過(guò)上止點(diǎn)后，排氣門(mén)關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實(shí)際汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣行程也是排氣門(mén)提前打開(kāi)，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(shí)，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(dòng)，又開(kāi)始了下一種新的循環(huán)過(guò)程。可見(jiàn)四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)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(dòng)了四個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。

二、二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過(guò)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(dòng)的兩個(gè)沖程內(nèi)完畢的。因此，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程發(fā)動(dòng)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(dòng)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(kāi)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(dòng)，將三排孔都關(guān)閉，活塞上部開(kāi)始?jí)嚎s，當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)，活塞下方打開(kāi)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(shí)（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(dòng)，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(shí)，排氣孔打開(kāi)，排出廢氣，活塞再向下運(yùn)動(dòng)，換氣孔打開(kāi)，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(dòng)，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(dòng)，活塞上方進(jìn)行作功過(guò)程和換氣過(guò)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(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)的制造費(fèi)用低廉，構(gòu)造簡(jiǎn)樸，質(zhì)量小，因此在摩托車上廣泛應(yīng)用。

三、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理前面簡(jiǎn)介的是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，而現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是多缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，那么，多缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程有什么區(qū)別呢？就能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，發(fā)動(dòng)機(jī)的每一種氣缸和單缸機(jī)的工作過(guò)程是完全同樣的，都要通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)沖程。不過(guò)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中只有一種行程作功，其他三個(gè)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