【知識鏈接3】：發動機的工作原理

發動機是一種能量轉換機構，它將燃料燃燒產生的熱能轉變成機械能。要完成這個能量轉換必須經過進氣、壓縮、做功、排氣四個過程。我們把這四個過程叫做發動機的一個工作循環，工作循環不斷地重復，就實現了能量轉換，使發動機連續運轉。

1．四沖程汽油機的工作原理

①進氣行程。隨著曲軸的旋轉，活塞從上止點向下止點運動，這時進氣門打開，排氣門關閉，如圖2-1所示。進氣過程開始時，氣缸內殘存有上一循環未排凈的廢氣，因此，氣缸內的壓力稍高于大氣壓力。隨著活塞下移，氣缸內容積增大，壓力減小，當壓力低于大氣壓時，在氣缸內產生真空吸力，空氣經空氣濾清器、進氣管道、進氣門等被吸入氣缸。由于進氣系統的阻力，進氣終了時，氣缸內氣體壓力略低于大氣壓，約為0.075～0.09MPa。同時由于受殘余廢氣和高溫機件的加熱，氣體溫度升至370～400K。

②壓縮行程。進氣行程結束后，活塞在旋轉曲軸的帶動下，從下止點向上止點運動，如圖2-2所示，這時進氣門和排氣門都關閉，氣缸內成為封閉容積，進入氣缸內的可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結束。此時氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，氣體壓力約為0.6～1.2MPa，溫度可達600～700K。

③做功行程。當活塞位于壓縮行程接近上止點（即點火提前角）位置時，火花塞產生電火花點燃混合氣并迅速燃燒，這時進氣門和排氣門仍然保持關閉，混合氣燃燒放出大量的熱使氣缸內的氣體溫度和壓力急劇升高，從而推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉并輸出機械能，如圖2-3所示。

做功行程開始階段氣缸內的最高壓力可達3～5MPa，溫度可達2200～2800K，隨著活塞的下移，氣缸內容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，做功行程終了時氣體壓力約為0.3～0.5MPa，溫度約為1300～1600K。

④排氣行程。當做功接近終了時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，如圖2-4所示，靠廢氣的殘余壓力先進行自由排氣，活塞到達下止點再向上止點運動時，繼續把廢氣強制排到大氣中去，活塞越過上止點后，排氣門關閉，排氣行程結束。由于燃燒室容積的存在，不可能將廢氣全部排出氣缸。受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。

曲軸繼續旋轉，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的工作循環。

2．四沖程柴油機與四沖程汽油機的主要區別

①在進氣行程，柴油機進入氣缸的是純空氣；而汽油機進入氣缸的是可燃混合氣。柴油發動機混合氣形成的時間比汽油發動機混合氣形成的時間短。

②在壓縮行程，柴油機的壓縮比大，而汽油機的壓縮比小。

③點火方式不同：柴油機使用壓燃式點火方式，汽油機使用點燃式點火方式。

④柴油機和汽油機燃燒室的構造不同。

⑤柴油機轉速低，汽油機轉速高。

柴油機工作可靠，壽命長，燃油消耗率低，使用經濟性好，有一定的功率儲備，能適應短期超載工作，但比重量大，一般噪聲較大。汽油機比重量小，噪聲和振動小，但燃油消耗率高，經濟性較差。

3．二沖程汽油機的工作原理和工作過程

二沖程汽油機的工作循環也是由進氣、壓縮、做功、排氣四個過程組成，但它是在曲軸旋轉一圈（360°）、活塞上下往復運動的兩個行程內完成的。因此，二沖程發動機與四沖程發動機工作原理不同，結構也不一樣。

曲軸箱換氣式二沖程汽油機，氣缸上有三排孔，它是利用這三排孔在一定時刻被活塞打開或關閉來進行進氣、換氣和排氣的。當活塞向上運動到將三排孔都關閉時（圖2-5a），活塞上部形成了密閉的空間并開始壓縮混合氣，此時壓縮過程開始；活塞繼續上行，活塞下方進氣孔開始打開，可燃混合氣進入曲軸箱（圖2-5b），此時進氣過程開始；活塞接近上止點時（圖2-5c），火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動活塞向下運動，此時做功過程開始；進氣孔關閉，曲軸箱內的混合氣受到壓縮，當活塞接近下止點時，排氣孔打開，排出廢氣，此時排氣過程開始；活塞再向下運動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經進氣孔流入氣缸內，并掃除廢氣（圖2-5d），此時換氣過程開始。

第一行程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣被吸入活塞下方的曲軸箱內。

第二行程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行做功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮。