一章发动机基础知识 第三节发动机的工作原理 关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,火花塞产生电火花 点燃可燃混合气,可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升 高,最高压力可达3~5MⅧPa,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运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械功,除了用于维持发 动机本身继续运转外,其余用于对外作功。随着活塞向下运动,气缸内容积增加 气体压力和温度降低,当活塞运动到下止点时,作功行程结束,气体压力降低到 0.3~0.5MPa,气体温度降低到1300~1600K。 图1-18作功冲程( power stroke) (4)排气行程( exhaust stroke)(图1-19) 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进 气行程。当作功接近终了时,排气门开启,进气门仍然关闭,靠废气的压力先进行 自由排气,活塞到达下止点再向上止点运动时,继续把废气强制排出到大气中去, 活塞越过上止点后,排气门关闭,排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气 门提前打开,延迟关闭,以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在,不可能将 废气全部排出气缸。受排气阻力的影响,排气终止时,气体压力仍高于大气压力 约为0.105~0.115MPa,温度约为900~1200K。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。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作 功、排气四个行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行 程,相应地曲轴旋转了两圈
第一章 发动机基础知识 第三节 发动机的工作原理 16 关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花 点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升 高，最高压力可达 3～5MPa，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运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发 动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加， 气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到 0.3～0.5MPa，气体温度降低到 1300～1600K。 图 1-18 作功冲程(power stroke) (4) 排气行程(exhaust stroke)（图1-19） 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进 气行程。当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行 自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去， 活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气 门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将 废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力， 约为 0.105～0.115MPa，温度约为 900～1200K。 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。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作 功、排气四个行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行 程，相应地曲轴旋转了两圈
第一章发动机基础知识 第三节发动机的工作原理 图1-19排气冲程( exhaust stroke) 2.四行程柴油机的工作原理 四行程柴油机(图1-20)和四行程汽油机的工作过程相同,每一个工作循环同 样包括进气、压缩、作功和排气四个行程,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,柴油粘度大,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,下面主要分析一下 柴油机和汽油机在工作过程中的不同点 图1-20 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃 混合气,在进气通道中没有化油器,进气阻力小,进气终了时气体压力略高于汽油 机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.0785~0.0932MPa,气体 温度约为300~370K。 压缩行程压缩的也是纯空气,在压缩行程接近上止点时,喷油器将高压柴油以 雾状喷入燃烧室,柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩 比比汽油机的压缩比大很多(一般为16~22),压缩终了时气体温度和压力都比汽油
第一章 发动机基础知识 第三节 发动机的工作原理 17 图 1-19 排气冲程(exhaust stroke) 2. 四行程柴油机的工作原理 四行程柴油机（图 1-20）和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同 样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，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，柴油粘度大，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，下面主要分析一下 柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。 图 1-20 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃 混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油 机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为 0.0785～0.0932MPa，气体 温度约为 300～370K。 压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以 雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩 比比汽油机的压缩比大很多(一般为 16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油
一章发动机基础知识 第三节发动机的工作原理 机高,大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时,气体压力约为3.5~4.5MPa, 气体温度约为750~1000K,柴油机是压缩后自燃着火的,不需要点火,故柴油机又 称为压燃机 柴油喷入气缸后,在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧,柴油机的可 燃混合气是在气缸内部形成的,而不象汽油机那样,混合气主要是在气缸外部的化 油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最髙压力要比汽油机髙得多,可高 达6~9MPa,最高温度也可高达2000~2500K。作功终了时,气体压力约为0.2 0.4MPa,气体温度约为1200~1500K。 柴油机的排气行程和汽油机一样,废气同样经排气管排入到大气中去,排气终 了时,气缸内气体压力约为0.105~0.125MPa,气体温度约为800~1000K 柴油机与汽油杋比较,柴油机的压缩比髙,热效率髙,燃油消耗率低,同时柴油价 格较低,因此,柴油杋的燃料经济性能好,而且柴油机的排气污染少,排放性能较 好。但它的主要缺点是转速低,质量大,噪声大,振动大,制造和维修费用高。在 其发展过程中,柴油机不断发扬其优点,克服缺点,提高速度,有望得到更广泛地 应用。 3.二行程汽油机的工作原理 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成,但它 是在曲轴旋转一圈(360°),活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此,二行 程发动机(two- stroke- engine)与四行程发动机工作原理不同,结构也不一样。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机,气缸上有三排孔,利用这三排孔分别在一定 时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下:图1-20a表示 活塞向上运动,将三排孔都关闭,活塞上部开始压缩,当活塞继续上行时,活塞下 方打开了进气孔,可燃混合气进入曲轴箱(图1-20b),活塞接近上止点时(图1-20c), 火花塞点燃混合气,气体燃烧膨胀,推动活塞向下运动,进气孔关闭,曲轴箱内的 混合气受到压缩,当活塞接近下止点时,排气孔打开,排出废气,活塞再向下运动, 换气孔打开,受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内,并扫除废气(图 1-20d)
第一章 发动机基础知识 第三节 发动机的工作原理 18 机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为 3.5～4.5MPa， 气体温度约为 750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又 称为压燃机。 柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可 燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化 油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高 达 6～9MPa，最高温度也可高达 2000～2500K。作功终了时，气体压力约为 0.2～ 0.4MPa，气体温度约为 1200～1500K。 柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终 了时，气缸内气体压力约为 0.105～0.125MPa，气体温度约为 800～1000K。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价 格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较 好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在 其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地 应用。 3. 二行程汽油机的工作原理 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它 是在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行 程发动机（two-stroke-engine）与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定 时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下： 图 1-20a 表示 活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下 方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图1-20 b），活塞接近上止点时（图1-20c）， 火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的 混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动， 换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气（图 1-20d）
第一章发动机基础知识 第三节发动机的工作原理 二行程汽油机工作原理 a压缩 b进气 C燃烧 1一进气孔 2—排气孔 3一扫齐孔 图1 第一行程:活塞从下止点向上止点运动,事先已充满活塞上方气缸内的混合气 被压缩,新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内 第二行程:活塞从上止点向下止点运动,活塞上方进行作功过程和换气过程, 而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩 4.二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似,所不同的是,柴油机进入气缸的不是 可燃混合气,而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下(图1-21): 第一行程:活塞从下止点向上止点运动,行程开始前不久,进气孔和排气门均 以开启,利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭, 排气门也关闭,空气受到压缩,当活塞接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷 入燃烧室,燃油和空气混合后燃烧,使气缸内压力增大。 第二行程:活塞从上止点向下止点运动,开始时气体膨胀,推动活塞向下运动, 对外作功,当活塞下行到大约2/3行程时,排气门开启,排出废气,气缸内压力降 低,进气孔开启,进行换气,换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结 束
第一章 发动机基础知识 第三节 发动机的工作原理 19 图 1-20 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气 被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程， 而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 4. 二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是 可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下（图 1-21）： 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均 以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭， 排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷 入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动， 对外作功，当活塞下行到大约 2/3 行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降 低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动 1/3 行程进气孔关闭结 束
第一章发动机基础知识 第三节发动机的工作原理 二行程汽油机工作原理 8压缩 b进气 C鱗烧 1一进气孔 2—排气孔 3—扫齐孔 图1-2 5.多缸发动机的工作原理 前面介绍的是单缸发动机的工作过程,而现代汽车发动机都是多缸发动机四行 程发动机,那么,多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢? 就能量转换过程,发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的,都要经 过进气、压缩、作功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程 作功,其余三个行程不作功,即曲轴转两圈,只有半圈作功,所以运转平稳性较差, 功率越大,平稳性就越差。为了使运转平稳,单缸机一般都装有一个大飞轮。而多 缸发动机的作功行程是差开的,按照工作顺序作功,即曲轴转两圈交替作功,因此, 运转平稳,振动小。缸数越多,作功间隔角越小,同时参与作功的气缸越多,发动 机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机,六缸发动机和八缸发动机
第一章 发动机基础知识 第三节 发动机的工作原理 20 图 1-21 5. 多缸发动机的工作原理 前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸发动机四行 程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？ 就能量转换过程，发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经 过进气、压缩、作功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程 作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所以运转平稳性较差， 功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多 缸发动机的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此， 运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动 机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机