活動三　了解四沖程發動機常用術語與工作過程

發動機是汽車的動力源。發動機是如何工作的，汽油發動機和柴油發動機工作過程有什么差異，發動機的主要性能如何用參數表述？

本活動將學習四沖程發動機的工作原理和基本術語。

活動目標

概念復習

·汽車：指由獨立的動力裝置驅動，有4個或4個以上的車輪，可以單獨行駛并完成運載任務的非軌道無架線的車輛。

·發動機：將自然界某種能量直接轉換為機械能以向其他機械提供動力的機器。

活動過程

步驟一　了解發動機基本術語

現在汽車的汽油發動機的構造如圖1-30所示。發動機氣缸內裝有活塞，活塞通過活塞銷與連桿連接，而連桿與曲軸連接。發動機工作時，活塞在氣缸內作往復運動，然后通過連桿推動曲軸轉動。由此活塞的往復直線運動轉變為曲軸的轉動。

以下是一些發動機的基本術語。

1．上止點（Top Dead Center，TDC）

上止點是指活塞在氣缸內的最高位置，即活塞距離曲軸回轉中心最遠處。

2．下止點（Bottom Dead Center，BDC）

下止點是指活塞在氣缸內的最低位置，即活塞距離曲軸回轉中心最近處。

3．活塞行程

活塞行程（S）是指氣缸上止點與下止點間的距離，單位為mm。

4．曲柄半徑

曲柄半徑（R）指曲軸連桿軸頸中心至曲軸主軸頸中心的距離，如圖1-31所示?；钊苿?b>一個沖程，曲軸轉過半圈（180°），即S＝2R。單位均為mm。

5．氣缸工作容積

氣缸工作容積（Vh）是指活塞從上止點到下止點運動所經過的空間對應的容積。計算公式如下：

式中：Vh——氣缸工作容積，L；

D——氣缸直徑，mm；

S——活塞行程，mm。

6．發動機排量

發動機排量（VL）是指多缸發動機各缸工作容積之和，又稱發動機工作容積。若發動機氣缸數為i，則VL=Vhi。

7．燃燒室容積

燃燒室容積（VC）是指活塞在上止點時，活塞頂部以上的空間。

8．氣缸總容積

氣缸總容積（Va）是指活塞在下止點時，活塞頂部以上的空間。氣缸總容積Va等于氣缸工作容積Vh與燃燒室容積Vc之和，Va=Vh+Vc，單位為L。

9．壓縮比

壓縮比（ε）是指氣缸總容積和燃燒室容積比值。計算公式如下：

小解釋

容積：容器所能容納物體的體積。固體、氣體的容積單位與體積單位相同（m3），而液體的容積單位一般用L、mL表示。

ε表示活塞從下止點到上止點時，氣缸內氣體被壓縮的程度。

想一想

發動機排量和哪些參數有關？

試一試

某汽油發動機有4個氣缸，氣缸直徑D=87.5mm，活塞沖程S=92mm，壓縮比ε是8.1，計算發動機氣缸工作容積Vh、燃燒室容積VC及發動機排量VL（單位為L）。

搜一搜

上海通用汽車公司生產的科魯茲轎車發動機排量VL和壓縮比ε分別是多少？

步驟二　認識四沖程汽油發動機工作過程

四沖程發動機的工作循環包括4個活塞沖程，即進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程（見圖1-32）。

1．進氣沖程

曲軸帶動活塞從上止點向下止點移動，進氣門開啟，排氣門關閉。活塞頂部空間增大，氣缸內壓力降低到小于外界大氣壓，產生真空吸力。空氣通過進氣管道、進氣門被吸入氣缸。

2．壓縮沖程

進氣結束，進、排氣門都關閉。曲軸帶動活塞由下止點向上止點運動，活塞頂部的可燃混合氣被壓縮。壓縮終了時，混合氣壓力達到0.68～1.47MPa，溫度可達300～500℃。

3．做功沖程

當壓縮沖程活塞接近上止點，此時進、排氣門都處于關閉狀態，火花塞發出電火花點燃可燃混合氣，混合氣迅速燃燒使氣體溫度和壓力急劇升高，推動活塞向下止點運動，帶動連桿運動，并使曲軸旋轉做功，對外輸出功率。

4．排氣沖程

曲軸帶動活塞從下止點向上止點運動，排氣門打開，進氣門關閉。在活塞和廢氣自身的壓力作用下，廢氣經排氣門排出氣缸?；钊竭_上止點后排氣結束。

步驟三　認識四沖程柴油發動機工作過程

現在汽車的柴油發動機構造如圖1-33所示。柴油發動機將柴油在高壓泵中加壓，經噴油器噴入氣缸。

四沖程柴油發動機完成一個工作循環也要經歷進氣、壓縮、做功和排氣4個沖程，但由于柴油發動機使用的燃料是柴油，柴油相對于汽油來說，其黏度大，蒸發性差，自燃溫度低，所以柴油發動機在混合氣形成、點火方式上和汽油發動機有明顯不同，下面主要敘述兩者之間的不同之處。單缸四沖程柴油發動機工作過程如圖1-34所示。

1．進氣沖程

進氣沖程柴油發動機與汽油發動機基本相似。

2．壓縮沖程

壓縮沖程柴油發動機壓縮可燃混合氣使其溫度達到燃燒溫度而自燃，其壓縮比遠大于汽油發動機，壓縮終了時氣體壓力可達3～5MPa，溫度可達500～700℃。

3．做功沖程

壓縮沖程終了，高壓泵將柴油加壓后經噴油器呈高壓霧狀噴入氣缸，與已經壓縮為高壓、高溫的空氣混合，迅速形成可燃混合氣，可燃混合氣在高溫下自行著火燃燒。在燃燒過程中要繼續噴射高壓柴油。燃燒產生的高溫、高壓氣體推動活塞下行，帶動連桿運動，連桿帶動曲軸轉動做功。該沖程中，瞬時最高壓力達5～10MPa，溫度達1500～1900℃。

4．排氣沖程

柴油發動機排氣沖程和汽油發動機基本相同，排氣終了氣體壓力為0.105～0.125MPa，溫度500～700℃，比汽油發動機略低。

綜上所述，四沖程發動機完成一個工作循環，經歷進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程。發動機正常運轉時連續不斷地循環工作。曲軸旋轉兩周（720°）完成一個工作循環，發動機一個沖程對應曲軸轉角為180°。其中做功和進氣沖程活塞是從上止點向下止點運動，壓縮和排氣沖程活塞是從下止點向上止點運動。四個沖程中，只有做功沖程是有效輸出動力沖程，其余三個沖程都是輔助沖程，靠飛輪慣性維持轉動。因此飛輪轉速是不均勻的，必須具有足夠的轉動慣量才能保證發動機運轉平穩?，F代汽車發動機采用多個氣缸按照一定的工作順序工作的方式來保證發動機運轉平穩。

練一練

填寫下表，復習四沖程發動機的工作過程。

活動評價

試著完成下面的練習題，而后將自己的答案與課本對照，將錯誤答案改正過來并仔細復習相關內容，直到能夠正確完成所有練習為止。

一、填空題

1．四沖程發動機工作過程經歷進氣、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿四個沖程。

2．發動機工作容積VL是指所有＿＿＿的總和。

3．壓縮比ε是氣缸總容積Va與＿＿＿的比值。

二、判斷題

1．發動機排量是指氣缸工作容積Va的總和。（　）

2．活塞沖程S是指上、下兩止點間的距離。（?。?/p>

3．發動機在進氣沖程時，氣缸內壓力小于大氣壓。（?。?/p>

4．四沖程柴油發動機在進氣沖程時，進入氣缸的是混合氣。（?。?/p>

5．四沖程發動機完成一個工作循環，曲軸轉過一圈。（?。?/p>

6．柴油發動機和汽油發動機一樣有兩大機構、五大系統。（　）

7．柴油發動機的壓縮比ε大于汽油發動機。（?。?/p>

三、選擇題

1．下止點是指活塞離曲軸回轉中心（?。┨?。

A．最遠　B．最近　C．最高　D．最低

2．下列哪種發動機不是火花塞點火式發動機？（?。?/p>

A．柴油發動機　B．汽油發動機

C．液化石油氣發動機　D．雙燃料發動機

3．壓縮比ε是指氣缸（?。┤莘e與（?。┤莘e的比值。

A．工作；燃燒室　B．總；工作

C．總；燃燒室　D．燃燒室；工作

4．氣缸壓力小于大氣壓的沖程是（?。?。

A．壓縮沖程　B．做功沖程　C．進氣沖程　D．排氣沖程

5．氣缸上止點與下止點間的距離，稱為（　）。

A．排氣量　B．沖程　C．乘積燃燒室容積　D．氣缸容積

6．四沖程發動機在做功和壓縮沖程時，進氣門（　），排氣門（?。?。

A．開；開　B．開；關　C．關；開　D．關；關

7．四沖程發動機一個工作循環，曲軸共旋轉（?。?/p>

A．四周　B．三周　C．兩周　D．一周

8．四沖程發動機一個工作循環，活塞在上、下止點間往復移動共（　）。

A．四次　B．三次　C．二次　D．一次