任务2 四冲程发动机常见术语与工作原理

发动机是将某一形式的能量转化为机械能的机器。发动机是汽车最主要的总成之一，它是动力的来源，其主要零部件如图1-12所示。

步骤一 发动机常见术语知识介绍

如图1-13所示，活塞置于汽缸中，活塞可在汽缸中做往复直线运动，活塞通过连杆与曲轴相连，曲轴可绕其轴线旋转。

1.上止点

活塞在汽缸里做往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。

2.下止点

活塞在汽缸里做往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。

3.活塞冲程

活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞冲程。一般用S表示，对应一个活塞冲程，曲轴旋转180°。

4.曲柄半径

曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞冲程为曲柄半径的两倍，即S=2R。

5.汽缸工作容积

活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为汽缸工作容积。一般用Vh表示：

式中 D——汽缸直径，单位为mm；

S——活塞冲程，单位为mm。

6.汽缸总容积

活塞位于下止点时，其顶部与汽缸盖之间的容积称为汽缸总容积，一般用Va表示。显而易见，汽缸总容积就是汽缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va=Vc+Vh。

7.发动机排量

多缸发动机各汽缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：

VL=Vhi

式中 Vh——汽缸工作容积；

i——汽缸数目。

8.压缩比

压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积的比值，即汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。

式中 Va——汽缸总容积；Vh——汽缸工作容积；Vc——燃烧室容积。

通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。

9.工作循环

每一个工作循环包括进气、压缩、做功和排气过程，即完成进气、压缩、做功和排气四个过程叫一个工作循环。

步骤二 四冲程汽油机工作原理知识介绍

发动机汽缸内每产生一次动力，都要经过进气、压缩、做功和排气四个工作过程，这四个工作过程称为发动机的一个工作循环。如果发动机的一个工作循环是在曲轴旋转两周（720°），活塞在汽缸内上、下运动共四个活塞冲程内完成的，则称为四冲程发动机。如果发动机的一个工作循环在曲轴旋转一周（360°），活塞在汽缸内上、下运动共两个活塞冲程内完成的，则称为二冲程发动机。现代汽车基本采用四冲程发动机。

以四冲程单缸发动机为例介绍其工作原理，图1-14所示为单缸四冲程汽油发动机的过程示意图。

步骤三 四冲程柴油机工作原理知识介绍

四冲程柴油机和四冲程汽油机的工作过程一样，每一个工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个冲程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油黏度大、不易蒸发、自燃温度低，故可燃混合气的形成、着火方式、燃烧过程，以及气体温度压力的变化都和汽油机不同。四冲程柴油机工作原理如图1-15所示。

相关知识

（一）汽油发动机四个工作冲程

1.进气冲程

活塞在曲轴带动下从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。随着活塞下移，汽缸内容积增大，压力减小，在汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油混合物通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步形成可燃混合气。

2.压缩冲程

进气结束终了，曲轴继续旋转，带动活塞从下止点向上止点运动，这时进、排气门均关闭，汽缸内成为封闭容积，随着活塞移动，汽缸容积不断减小，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩冲程结束。

3.做功冲程

做功冲程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一冲程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩冲程接近上止点（即点火提前角）位置时，安装在汽缸盖上的火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，温度和压力急剧升高，最高压力可达3.0～6.5MPa，最高温度可达2200～2800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，汽缸内容积增加，气体压力和温度逐渐降低，当活塞运动到下止点时，做功冲程结束，气体压力降低到0.35～0.5MPa，气体温度降低到1200～1500K。

4.排气冲程

可燃混合气在汽缸内燃烧后生成的废气必须从汽缸中排出去，以便进行下一个进气冲程。排气冲程开始时，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点向上止点运动，此时废气在自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出汽缸之外。活塞越过上止点后，排气门关闭，排气冲程结束。

受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，为0.105～0.12MPa，温度为900～1100K。

曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个冲程，相应地曲轴旋转了两圈。

在实际汽油机的进气过程中，进气门打开。在排气冲程中，排气门早于下止点开启，迟于上止点关闭。

进气门早开晚关的目的是为了增加进入汽缸的混合气量，排气门早开晚关的目的是为了减少汽缸内的残余废气量。减少残余废气量，会相应增加进气量。

（二）四冲程柴油机的工作原理

1.进气冲程

与汽油机相比，进入柴油机汽缸的不是可燃混合气而是纯空气。进气冲程结束时，气体压力为80～90kPa，温度为310～350K。

2.压缩冲程

压缩的是纯空气，由于柴油机压缩比大，压缩终了时气体的温度和压力比汽油机高。压力为3000～5000kPa，温度为800～1000K。

3.做工冲程

压缩冲程结束，高压柴油经喷油器呈雾状喷入汽缸，迅速汽化并与空气形成混合气。由于压缩终了汽缸内温度远高于柴油的自然温度（500K左右）柴油立即自行着火燃烧。因此，柴油机没有点火系统。燃烧最高压力为5000～10000kPa，最高温度为1800～2200K。

4.排气冲程

基本上与汽油机相同。