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四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

发动机是汽车的动力装置,发动机的类型很多,结构各异,适应不同车型的需要,但发动机的工作原理都一样。下面我们来简单了解一下4冲程的发动机的工作原理。

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

四冲程汽油机发动机工作原理简单来说就是进气、压缩、排气、点火四个冲程。

四冲程汽油机的工作循环由4个活塞行程组成,即进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

进气-

就是燃油和空气的混合气先进入发动机;

进气门开启,排气门关闭,活塞由上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,产生真空度,气缸内压力降到进气压力以下,在真空吸力作用下,通过化油器或汽油喷射装置雾化的汽油,与空气混合形成可燃混合气,由进气道和进气门吸入气缸内。进气过程一直延续到活塞过了下止点进气门关闭为止。接着上行的活塞开始压缩气体。

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

进气行程
由于曲轴的旋转,活塞从上止点向下止点运动,这时排气门关闭,进气门打开。进气过程开始时,活塞位于上止点,气缸内残存有上一循环未排净的废气,因此,气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移,气缸内容积增大,压力减小,当压力低于大气压时,在气缸内产生真空吸力,空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气,通过进气门被吸入气缸,直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中,受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响,进气终了时,气缸内气体压力略低于大气压,约为0.075~0.09MPa,同时受到残余废气和高温机件加热的影响,温度达到370~400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开,并且延迟到下止点之后关闭,以便吸入更多的可燃混合气。

工作特征:进气门开、排气门关、活塞下行。

 

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

压缩-

就是对进气发动机的混合气进行压缩,一旦压缩,可燃混合气的压力和温度就会升高;

进排气门全部关闭,压缩缸内可燃混合气,混合气温度升高,压力上升。活塞临近上止点前,可燃混合气压力上升到0.6~1.2MPa左右,温度可达330℃~430℃。

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

压缩行程
曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容积,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行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定,可燃混合气压力可达0.6~1.2MPa,温度可达600~700K。 压缩比越大,压缩终了时气缸内的压力和温度越高,则燃烧速度越快,发动机功率也越大。但压缩比太高,容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高,可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧,且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播,造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热,功率下降,汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的,但强烈爆燃对发动机是很有害的,汽油机的压缩比一般为ε=6~10。

工作特征:进、排气门均关闭,活塞上行,缸内压力、温度升高。汽车维修技术网 www.qcwxjs.com

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

作功-

就是点燃已经高温高压的混合气,混合气燃烧膨胀,对外输出动力,这个过程称为作功;

在压缩行程接近上止点时,装在气缸盖上方的火花塞发出电火花,点燃所压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后放出大量的热量,缸内燃气压力和温度迅速上升,最高燃烧压力可达3~6MPa,最高燃烧温度可达2 200℃~2 500℃。高温高压燃气推动活塞快速向下止点移动,通过曲柄连杆机构对外作功。作功行程开始时,进、排气门均关闭。

四冲程汽油机发动机工作原理(图解)

作功行程
作功行程包括燃烧过程和膨胀过程,在这一行程中,进气门和排气门仍然保持关闭。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。

工作特征:进、排气门关闭→混合气燃烧、膨胀→活塞下行。汽车

 

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排气-

已经燃烧后的气体要排出发动机,为次进气作准备;

作功行程接近终了时,排气门开启,由于这时缸内压力高于大气压力,高温废气迅速排出气缸,这一阶段属于自由排气阶段,高温废气以当地音速通过排气门排出。随排气过程进行进入强制排气阶段,活塞越过下止点向上止点移动,强制将缸内废气排出,活塞到达上止点附近时,排气过程结束。排气终了时,气缸内气体压力稍高于大气压力,约为0.105~0.115MPa,废气温度约为600℃~900℃。由于燃烧室占有一定容积,因此在排气终了时,不可能将废气彻底排除干净,剩余部分废气称残余废气。

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排气行程
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。
工作特征:进气门关、排气门开、活塞上行。

四冲程汽油机发动机的工作原理总结
四冲程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环,在这个过程中,活塞上下往复运动四个行程,相应的曲轴旋转两周。

四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程,完成一个工作循环。一个接一个的工作循环,维持了发动机的连续运转。汽车发动机的曲轴从前端看,都是按顺时针方向旋转的。活塞在上、下止点间每移动一个行程,曲轴转过180°角。四冲程发动机每完成一个工作循环,活塞移动四个行程,曲轴转过两周(720°)。其中进气和做功行程活塞都是由上止点移动到下止点;压缩和排气行程活塞都是由下止点移动到上止点。

附:发动机原理基本术语

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