【48812】发动机作业进程和原理根本剖析

　　发动机是一种能量转化组织，它将燃料焚烧发生的热能转变成机械能。那么，它是怎样完结这个能量转化进程呢？也便是说它是怎样把热能转化成机械能的呢？要完结这个能量转化必定要通过进气，把可燃混合气(或新鲜空气)引进气缸；然后将进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)紧缩，紧缩挨近结尾时点着可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内构成可燃混合气并点着)；可燃混合气着火焚烧，胀大推进活塞下行完结对外作功；最终排出焚烧后的废气。即进气、紧缩、作功、排气四个进程。 把这四个进程叫做发动机的一个作业循环，作业循环不断地重复，就完结了能量转化，使发动机可以接连作业。把完结一个作业循环，曲轴转两圈(720°)，活塞上下往复运动四次，称为四行程发动机。而把完结一个作业循环，曲轴转一圈(360°)，活塞上下往复运动两次，称为二行程发动机。下面介绍一下四行程发动机的作业原理和作业进程。

　　四行程汽油机的作业是按进气行程、紧缩行程、作功行程和排气行程的次序不断循环反复的。

　　因为曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门封闭，进气门翻开。进气进程开端时，活塞坐落上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因而，气缸内的压力稍高于大气压力。跟着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力小于大气压时，在气缸内发生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供应的汽油混组成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。 在进气进程中，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，一起遭到剩余废气和高温机件加热的影响，温度抵达370～400K。实践汽油机的进气门是在活塞抵达上止点之前翻开，并且推迟到下止点之后封闭，以便吸入更多的可燃混合气。

　　曲轴持续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都封闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气遭到紧缩，压力和温度不断升高，当活塞抵达上止点时紧缩行程完毕。此刻气体的压力和温度首要随紧缩比的巨细而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。 紧缩比越大，紧缩终了时气缸内的压力和温度越高，则焚烧速度越快，发动机功率也越大。 但紧缩比太高，会构成爆燃。所谓爆燃便是因为气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点着的情况下自行焚烧，且火焰以高于正常焚烧数倍的速度向外传达，构成尖利的敲缸声。会使发动机过热，功率下降，汽油耗费量添加以及机件损坏。细微爆燃是答应的，但激烈爆燃对发动机是很有害的，汽油机的紧缩比一般为ε＝6～10。

　　作功行程包含焚烧进程和胀大进程，在这一行程中，进气门和排气门仍就坚持封闭。当活塞坐落紧缩行程挨近上止点(即焚烧提早角)方位时，火花塞发生电火花点着可燃混合气，可燃混合气焚烧后放出许多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，高温度高压力气体胀大，推进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，除了用于保持发动机自身持续作业外，其他用于对外作功。跟着活塞向下运动，气缸内容积添加，气体压力和温度下降，当活塞运动到下止点时，作功行程完毕，气体压力下降到0.3～0.5MPa，气体温度下降到1300～1600K。

　　可燃混合气在气缸内焚烧后生成的废气有必要从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功挨近终了时，排气门敞开，进气门依然封闭，靠废气的压力先进行自在排气，活塞抵达下止点再向上止点运动时，持续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门封闭，排气行程完毕。实践汽油机的排气行程也是排气门提早翻开，推迟封闭，以便排出更多的废气。因为焚烧室容积的存在，不行能将废气悉数排出气缸。受排气阻力的影响，排气停止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。曲轴持续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开端了下一个新的循环进程。可见四行程汽油机通过进气、紧缩、作功、排气四个行程完结一个作业循环，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。

　　四行程柴油机和四行程汽油机的作业进程相同，每一个作业循环相同包含进气、紧缩、作功和排气四个行程，但因为柴油机运用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的不同，柴油粘度大，不易蒸腾，自燃温度低，故可燃混合气的构成，着火方法，焚烧进程以及气体温度压力的改变都和汽油机不同，下面首要剖析一下柴油机和汽油机在作业进程中的不同点。 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。 紧缩行程紧缩的也是纯空气，在紧缩行程挨近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入焚烧室，柴油和空气在气缸内构成可燃混合气并着火焚烧。柴油机的紧缩比比汽油机的紧缩比大许多(一般为16～22)，紧缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。紧缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是紧缩后自燃着火的，不需要焚烧，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当即着火焚烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部构成的，而不象汽油机那样，混合气首要是在气缸外部的化油器中构成的。柴油机焚烧进程中气缸内呈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相同，废气相同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，柴油机的紧缩比高，热效率高，燃油耗费率低，一起柴油价格较低，因而，柴油机的燃料经济功能好，并且柴油机的排气污染少，排放功能较好。但它的首要缺陷是转速低，质量大，噪声大，振荡大，制作和修理费用高。在其开展进程中，柴油机不断发扬其长处，克服缺陷，进步速度，有望得到更广泛地运用。

　　二行程汽油机的作业循环也是由进气、紧缩、焚烧胀大、排气进程组成，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结的。因而，二行程发动机与四行程发动机作业原理不同，结构也不相同。

　　例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，运用这三排孔分别在必定时间被活塞翻开或封闭进跋涉气、换气和排气的。作业原理如下： 图1-27a 表明活塞向上运动，将三排孔都封闭，活塞上部开端紧缩，当活塞持续上行时，活塞下方翻开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图1-27 b），活塞挨近上止点时（图1-27c），火花塞点着混合气，气体焚烧胀大，推进活塞向下运动，进气孔封闭，曲轴箱内的混合气遭到紧缩，当活塞挨近下止点时，排气孔翻开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔翻开，遭到紧缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并打扫废气（图1-27d）。

　　榜首行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开端前不久，进气孔和排气门均以敞开，运用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞持续向上运动进气孔被封闭，排气门也封闭，空气遭到紧缩，当活塞挨近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入焚烧室，燃油和空气混合后焚烧，使气缸内压力增大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开端时气体胀大，推进活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门敞开，排出废气，气缸内压力下降，进气孔敞开，进行换气，换气一向延续到活塞向上运动1/3行程进气孔封闭完毕。

　　前面介绍的是单缸发动机的作业进程，而现代轿车发动机都是多缸四行程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的作业进程有啥不相同的差异呢？就能量转化进程，发动机的每一个气缸和单缸机的作业进程是彻底相同的，都要通过进气、紧缩、作功和排气四个行程。 可是单缸发动机的四个行程中只要一个行程作功，其他三个行程不作功，即曲轴转两圈，只要半圈作功，所以作业平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。为了使作业平稳，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，依照作业次序作功，即曲轴转两圈替换作功，因而，作业平稳，振荡小。缸数越多，作功距离角越小，一起参加作功的气缸越多，发动机作业越平稳。多缸机运用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。