第3天 發動機的工作原理

學習目標

1.了解汽油發動機的工作原理。

2.了解發動機的四個沖程是如何運作的。

3.掌握四沖程汽油機的工作特點。

基礎知識

一、汽油發動機的工作原理

汽油發動機通過引燃汽油與空氣的混合氣產生熱能。燃燒在一個封閉的圓柱形空間（燃燒室）內進行，該燃燒室可通過活塞移動改變容積。熱能在燃燒室內產生高壓，從而向邊界面（燃燒室壁、燃燒室頂和活塞）施加作用力，該作用力促使活塞進行運動。

四沖程汽油發動機的基本結構如圖3-1所示，主要部件有氣缸、進氣門、排氣門、活塞、燃燒室、連桿、曲軸和火花塞。

圖3-1 四沖程汽油機的基本結構

汽油發動機運轉時，曲軸通過正時帶或正時鏈條帶動凸輪軸轉動，進氣門和排氣門隨凸輪軸的轉動而開啟和關閉。曲軸每轉動2圈，凸輪軸就轉動1圈，各氣門開啟和關閉1次。進氣行程時，把可燃混合氣引入氣缸，然后將進入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點時火花塞跳火，點燃可燃混合氣，通過燃燒產生動能，驅動發動機氣缸內的活塞做往復的運動，由此帶動連接在活塞上的連桿和與連桿相連的曲柄，圍繞曲軸中心做往復的圓周運動，從而輸出動力。

在傳統汽油發動機中，汽油和空氣的混合氣在燃燒室外部混合，隨后進入燃燒室內。而在現代直噴汽油發動機中，直接在燃燒室內形成汽油空氣混合氣。

汽油發動機采用火花點火方式，即混合氣通過電火花塞點燃。

二、四沖程發動機工作循環

發動機的作用就是將燃料燃燒產生的熱能轉換為機械能，從而輸出動力。其能量的轉換是通過不斷地依次反復進行進氣→壓縮→做功→排氣四個連續過程來實現的，這四個行程（表3-1）構成了一個工作循環。

表3-1 四沖程工作原理

（續）

三、四沖程汽油發動機的工作特點

通過上述四沖程汽油機工作循環的分析可知，四沖程汽油機具有以下工作特點：

1）每個工作循環中曲軸旋轉兩周（720°），活塞上下往復運行四個單程，進、排氣門各開啟一次。

2）四個行程中，只有做功行程是有效行程，其余都是輔助行程，靠消耗飛輪儲備的能量來完成。

3）可燃混合氣是利用電火花點燃的，發動機由點火系統實現點火。

4）發動機要起動必須有外力將曲軸轉動，這是由起動機來完成的。

四、多缸發動機的工作原理

上面介紹的是單缸汽油發動機的工作過程，而汽車發動機都是采用多缸四行程發動機。就能量轉換過程而言，發動機的每一個氣缸和單缸發動機的工作過程是完全一樣的，都要經過進氣、壓縮、做功和排氣四個行程。但是單缸發動機的四個行程中只有一個行程做功，其余三個行程均不做功，即曲軸每旋轉兩圈（720°），只有半圈（180°）做功，所以運轉平穩性較差。且單缸發動機的功率越大，平穩性就越差。

為了使發動機運轉平穩，單缸發動機一般都裝有一個大飛輪。而多缸發動機的做功行程是按照工作順序錯開的，即曲軸轉兩圈時，各缸交替做功。如：四缸發動機的做功順序見表3-2，各缸做功間隙為180°。因此，發動機運轉平穩、振動小。缸數越多，做功間隔角越小，同時參與做功的氣缸越多，發動機運轉就越平穩。多缸發動機使用最多的有四缸、六缸和八缸發動機。隨著國家節能減排法規和一些鼓勵措施的出臺，小排量發動機越來越受到重視，不少車型包括寶馬、奧迪都開始在中低端車型上使用3缸渦輪增壓發動機。

表3-2 四缸發動機的做功順序（1-3-4-2）

特別提示

四沖程柴油機和四沖程汽油機一樣，每個工作循環也要經歷進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其黏度大，蒸發性差，而自燃溫度卻比汽油低。因此，柴油機在可燃混合氣的形成及著火方式等方面與汽油機有較大的區別。

汽油機用電火花點燃可燃混合氣，而柴油機是用高壓將柴油噴入氣缸內，利用壓縮后的高溫空氣加熱，自行著火燃燒。因此，汽油機具有一個專門的點火系統，而柴油機則沒有。

你學會了嗎？

1.汽油發動機的工作原理是怎樣的？

2.發動機的四個行程是指、、和。

3.四沖程汽油發動機的工作特點有哪些？

4.四缸發動機的做功順序是怎樣的？

5.汽油發動機和柴油發動機最顯著的區別是什么？