淺談汽車(chē)發(fā)動(dòng)機工作原理

您是否曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機罩? 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(汽車(chē)發(fā)動(dòng)機類(lèi)型)看上去就像一大堆亂七八糟的金屬、管路和導線(xiàn)的混合體。您可能看過(guò)一些有關(guān)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的文章，知道一些關(guān)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的知識，但是你知道汽車(chē)發(fā)動(dòng)機工作原理嗎?下面我們以單缸汽油發(fā)動(dòng)機為例，講解一下汽油發(fā)動(dòng)機工作原理。

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機工作原理

發(fā)動(dòng)機氣缸內裝有活塞，活塞通過(guò)活塞銷(xiāo)、連桿與曲軸相連接?；钊跉飧變茸鐾鶑瓦\動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng)曲軸轉動(dòng)。為了吸入新鮮氣體和排出廢氣，設有進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)。

活塞頂離曲軸中心最遠處，即活塞最高位置，稱(chēng)為上止點(diǎn)?；钊敳侩x曲軸中心最近處，即活塞最低位置，稱(chēng)為下止點(diǎn)。上、下止點(diǎn)間的距離稱(chēng)為活塞行程，曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離稱(chēng)為曲軸半徑?；钊孔咭粋€(gè)行程相應于曲軸轉角180°。對于氣缸中心線(xiàn)通過(guò)曲軸中心線(xiàn)的發(fā)動(dòng)機，活塞行程等于曲柄半徑的兩倍。

活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的容積稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機的工作容積或發(fā)動(dòng)機排量，用符號VL表示。

四沖程發(fā)動(dòng)機的工作循環(huán)包括四個(gè)活塞行程，既進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程(作功行程)和排氣行程。

進(jìn)氣行程

化油器式汽油機將空氣與燃料先在氣缸外部的化油器中進(jìn)行混合，然后再吸入氣缸。進(jìn)氣行程中，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉。隨著(zhù)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積增大，從而氣缸內的壓力降低到大氣壓力以下，即在氣缸內造成真空吸力。這樣，可燃混合氣便經(jīng)進(jìn)氣管道和進(jìn)氣門(mén)被吸入氣缸。

壓縮行程

為使吸入氣缸內可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小、密度加大、溫度升高，即需要有壓縮過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)、排氣門(mén)全部關(guān)閉，曲軸推動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)行程稱(chēng)為壓縮行程。

壓縮終了時(shí)，活塞到達上止點(diǎn)，活塞上方形成很小空間，稱(chēng)為燃燒室。壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比稱(chēng)為壓縮比，以ε表示：

壓縮比愈大，在壓縮終了時(shí)混合氣的壓力和溫度便愈高，，燃燒速度也愈快，因而發(fā)動(dòng)機發(fā)出的功率愈大，經(jīng)濟性愈好。但壓縮比過(guò)大時(shí)，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒情況，反而會(huì )出現爆燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現象。爆燃是由于氣體壓力和溫度過(guò)高，在燃燒室內離點(diǎn)燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃造成的一種不正常燃燒。爆燃時(shí)火焰以極高的速率向外傳播，甚至在氣體來(lái)不及膨脹的情況下，溫度和壓力急劇升高。同時(shí)，還會(huì )引起發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。表面點(diǎn)火是由于燃燒室內熾熱表面與熾熱處(如排氣門(mén)頭，火花塞電極，積炭處)點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒(也稱(chēng)為熾熱點(diǎn)火或早燃)。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強烈的敲擊聲(較沉悶)，產(chǎn)生的高壓會(huì )使發(fā)動(dòng)機件負荷增加，壽命降低。

作功行程

在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門(mén)仍舊關(guān)閉。當活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，裝在氣缸蓋上的火花塞即發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚獗蝗紵?，放出大量的熱能，因此，燃氣的壓力和溫度迅速增加，所能達到的最高壓力約為3-5Mpa，相應的溫度則為2200-2800K。高溫高壓的燃氣推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉并輸出機械能，除了用于維持發(fā)動(dòng)機本身繼續運轉而外，其余即用于對外作功。

排氣行程

可燃混合氣燃燒后生成的廢氣，必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。

當膨脹接近終了時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，繼續將廢氣強制排到大氣中?；钊缴现裹c(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結束。在排氣行程中氣缸內壓力稍高于大氣壓力，約為0.105-0.115Mpa。排氣終了時(shí)，廢氣溫度約為900-1200K。

由于燃燒室占有一定容積，因此在排氣終了時(shí)，不可能將廢氣排盡，留下的這一部分廢氣稱(chēng)為殘余廢氣。

綜上所述，四沖程汽油發(fā)動(dòng)機經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。這期間活塞在上、下止點(diǎn)間往復移動(dòng)了四個(gè)行程，相應地曲軸旋轉了兩周。

結語(yǔ)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(汽車(chē)發(fā)動(dòng)機保養)的所有結構都是為能量轉換服務(wù)的，雖然發(fā)動(dòng)機伴隨著(zhù)汽車(chē)走過(guò)了100多年的歷史，無(wú)論是在設計上、制造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高，但汽車(chē)發(fā)動(dòng)機工作原理然未變。