汽車知識：發(fā)動機工作原理詳解，汽油發(fā)動機將汽油的能量轉(zhuǎn)化為動能來驅(qū)動汽車，最簡單的辦法是通過在發(fā)動機內(nèi)部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發(fā)動機是內(nèi)燃機----燃燒在發(fā)動機內(nèi)部發(fā)生。柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。

四沖程汽油機

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動機的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。

四沖程汽油機工作原理

汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復(fù)直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構(gòu)對外輸出機械能。四沖程汽油機在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。

(1)吸氣沖程(intakestroke)活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(圖中a點)汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力0p，即pa=(0.80～0.90)0p。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

(2)壓縮沖程(compressionstroke)壓縮沖程時，進(jìn)、排氣門同時關(guān)閉。活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180°。活塞上移時，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點時，其壓力pc可達(dá)800～2000kPa，溫度達(dá)600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。

(3)做功沖程(powerstroke)當(dāng)活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達(dá)3000～6000kPa，溫度TZ達(dá)2200～2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c向下止點運動，并通過曲柄連桿機構(gòu)對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達(dá)b點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1200～1500K。在做功沖程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。

(4)排氣沖程(exhauststroke)排氣沖程時，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點r點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。

四沖程柴油機

四沖程柴油機工作原理

四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火，也叫壓燃式點火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機有所不同。

(1)進(jìn)氣沖程

汽車發(fā)動機進(jìn)入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，進(jìn)氣終點壓力pa=(0.85～0.95)p0，比汽油機高。進(jìn)氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。

(2)壓縮沖程

由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16～22)。壓縮終點的壓力為3000～5000kPa，壓縮終點的溫度為750～1000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。

(3)做功沖程

當(dāng)壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達(dá)5000～9000kPa，最高溫度達(dá)1800～2000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發(fā)動機。

(4)排氣沖程

柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發(fā)動機來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動機工作不平穩(wěn)，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動慣量，這樣又會導(dǎo)致整個發(fā)動機質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述不足。現(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。