知识准备

一、发动机常用术语

•上止点(TDC):活塞最高位置,即活塞在气缸中向上运动所能到达的最高点,如图1-13所示。

•下止点(BDC):活塞最低位置,即活塞在气缸中向下运动所能到达的最低点,如图1-14所示。

图1-13　上止点

图1-14　下止点

•活塞行程(S):活塞往复直线运动时的路径长短,即上、下止点之间的距离,如图1-15所示。

•曲柄半径(R):曲轴与连杆大端相连接的曲柄销中心线到曲轴回转中心线的距离,如图1-16所示。

图1-15　活塞行程

图1-16　曲柄半径

•气缸工作容积(Vh):也称为气缸排量,是指一个气缸中活塞从上止点到下止点所让出的空间容积,如图1-17所示。

•燃烧室容积(Vc):活塞在上止点时,活塞顶上面空间的容积,如图1-18所示。

图1-17　气缸工作容积

图1-18　燃烧室容积

•气缸总容积(Va):活塞在下止点时,活塞顶上面空间的容积,如图1-19所示。

•压缩比(ε):气缸总容积与燃烧室容积的比值,如图1-20所示。

图1-19　气缸总容积

图1-20　压缩比

•发动机排量(VL):气缸工作容积与气缸数的乘积,如图1-21所示。(https://www.daowen.com)

图1-21　发动机排量

二、往复活塞式发动机的工作原理

发动机是汽车的动力装置。现代汽车一般采用往复活塞式内燃机,它将液体或气体燃料的化学能通过燃烧转化为热能,再将热能通过机械系统转换为机械能对外输出动力。对于往复活塞式发动机来说,必须经过吸入空气或可燃混合气(进气),压缩进入气缸的空气或可燃混合气,点火使可燃混合气燃烧而膨胀做功,将燃烧生成的废气排出气缸(排气)这样一个工作循环。四冲程发动机曲轴转两圈,活塞在气缸内依次往复运动经历进气、压缩、做功和排气4个行程完成一个工作循环,如图1-22所示。

图1-22　往复活塞式发动机的工作原理

1.四冲程汽油发动机工作原理

①进气行程:在进气过程中,进气门开启,排气门关闭,活塞从气缸上止点运动到下止点,活塞上方的气缸容积增大,气缸内的压力下降。当压力降低到低于大气压时,气缸内形成真空吸力,可燃混合气经进气门被吸入气缸,如图1-23所示。

图1-23　进气行程

②压缩行程:在压缩过程中,进、排气门全部关闭,活塞从下止点向上止点移动,将可燃混合气压缩,使其容积缩小,密度加大,温度升高,活塞到达上止点时压缩终了,混合气被压缩到燃烧室中,如图1-24所示。

③做功行程:在做功过程中,进、排气门仍旧关闭,当活塞接近压缩上止点时,装在气缸体上的火花塞发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后,高温、高压燃气推动活塞从上止点迅速向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械能,如图1-25所示。

图1-24　压缩行程

图1-25　做功行程

④排气行程:在排气过程中,排气门开启,进气门关闭,活塞由下止点向上止点运动,将废气强制排除气缸,以便进行下一工作循环,如图1-26所示。

图1-26　排气行程

2.四冲程柴油发动机工作原理

四冲程柴油发动机和汽油发动机一样,完成一个工作循环也要经历进气、压缩、做功和排气4个行程。由于柴油机使用的燃料是柴油,柴油相对于汽油来说,其黏度大、蒸发性差、自燃温度低,因此,柴油发动机在混合气形成、点火方式和汽油发动机有明显的不同之处。

①进气行程:汽油机在进气行程中吸入的是可燃混合气,柴油发动机吸入的是纯空气。

②压缩行程:汽油机在压缩行程中压缩的是可燃混合气,柴油机压缩的是空气。柴油机靠压缩自燃,其压缩比远大于汽油机,压缩终了时的气体压力可达3～5 MPa,温度可达500～700℃。

③做功行程:在压缩行程末,喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸高压、高温的气体中,迅速形成混合气。混合气在高温下自行着火燃烧,同时保持边喷射边燃烧,由燃烧产生的高温、高压气体推动活塞下行做功。在该行程中,瞬时最高压力达5～10 MPa,温度达1500～1900℃。

④排气行程:排气行程和汽油机基本相同,排气终了时的压力为0.105～0.125 MPa,温度为500～700℃。

总之,四冲程发动机完成一个工作循环,经历进气、压缩、做功和排气4个行程,发动机的正常运转就是工作循环连续不断交替。曲轴每转两圈(720℃)完成一个工作循环,一个行程对应的曲轴转角为180°。做功和进气行程活塞从上止点向下止点运动;压缩和排气行程活塞从下止点向上止点运动。在4个行程中,只有做功行程是有效输出动力行程,其余3个行程是辅助行程,靠飞轮惯性维持转动,飞轮转速是不均匀的,必须具有足够的转动惯量才能保证发动机运转平稳。现代汽车发动机采用多个气缸,按照一定的工作顺序来保证发动机运转平稳。