发动机的分类和工作原理
(一)发动机的分类
发动机是汽车的“心脏”,包括内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。其中,车用内燃机根据其将热能转变为机械能的主要构件的形式,可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。发动机可按下述方式分类。
(1)对于往复活塞式发动机,可根据每个工作循环所需活塞行程数来分类:活塞往复四个单程完成一个工作循环的,称为四冲程发动机;活塞往复两个单程便完成一个工作循环的,则称为二冲程发动机。
(2)根据所用燃料种类区分,常见的发动机有汽油发动机(简称汽油机)和柴油发动机(简称柴油机)。其中,汽油机一般是先使汽油和空气生成可燃混合气,再用电火花点燃,因此又称为强制点火式或点燃式发动机;柴油机所使用的燃料是轻柴油,一般是通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷入发动机气缸,与在气缸内经压缩后的空气均匀混合,使之在高温下自燃。因此,这种发动机又称为压燃式发动机。
(3)根据冷却方式的不同,发动机可分为水冷式和风冷式两种。
(4)发动机还可按其气缸数分类:仅有一个气缸的称为单缸发动机;有两个以上气缸的称为多缸发动机。多缸发动机还可根据气缸的排列型式分为直列多缸发动机和V型直列多缸发动机等。
(5)发动机的气缸进气压力一般略低于周围大气压力,但也可利用专门装置(增压器)使进气压力增高到周围大气压力以上。后者称为增压发动机;相应地,前者称为非增压发动机。
(二)四冲程汽油发动机的工作原理
四冲程汽油发动机的一个工作循环包括四个活塞冲程,即进气冲程、压缩冲程、做功冲程(膨胀冲程)和排气冲程,如图2-1-2所示。
图2-1-2 四冲程汽油发动机的工作原理示意
(a)进气冲程;(b)压缩冲程;(c)做功冲程;(d)排气冲程
(1)进气冲程:发动机进气门开启,排气门关闭,活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的容积增大,从而气缸内的压力降低到大气压力以下,即在气缸内产生真空吸力。这样,可燃混合气便经进气管和进气门被吸入气缸。
(2)压缩冲程:为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧,必须在燃烧前将其压缩。在压缩冲程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞从下止点向上止点移动,把可燃混合气压至燃烧室。
(3)做功冲程:压缩冲程终了时,进、排气门仍关闭,火花塞发出电火花点燃混合气,迫使活塞迅速下行,经连杆推动曲轴旋转而做功。
(4)排气冲程:可燃混合气燃烧后生成的废气必须从气缸中排出,以便开始下一个进气行程。当做功冲程终了时,排气门开启,靠废气的压力进行自由排气,活塞到达下止点再向上移动时,继续将废气强制排到空气中。
四冲程柴油机和汽油机一样,每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。它与汽油机的不同之处在于:在进气冲程时,柴油机吸入的是新鲜空气,在压缩冲程接近终了时,柴油经喷油器喷入气缸,在很短的时间内与压缩后的高温空气混合后便立即自行燃烧。因此,柴油机燃烧对空气温度有一定要求,这也是柴油机在低温地区或冬季难以起动的原因之一。