第3天 发动机的工作原理

学习目标

1.了解汽油发动机的工作原理。

2.了解发动机的四个冲程是如何运作的。

3.掌握四冲程汽油机的工作特点。

基础知识

一、汽油发动机的工作原理

汽油发动机通过引燃汽油与空气的混合气产生热能。燃烧在一个封闭的圆柱形空间（燃烧室）内进行，该燃烧室可通过活塞移动改变容积。热能在燃烧室内产生高压，从而向边界面（燃烧室壁、燃烧室顶和活塞）施加作用力，该作用力促使活塞进行运动。

四冲程汽油发动机的基本结构如图3-1所示，主要部件有气缸、进气门、排气门、活塞、燃烧室、连杆、曲轴和火花塞。

图3-1 四冲程汽油机的基本结构

汽油发动机运转时，曲轴通过正时带或正时链条带动凸轮轴转动，进气门和排气门随凸轮轴的转动而开启和关闭。曲轴每转动2圈，凸轮轴就转动1圈，各气门开启和关闭1次。进气行程时，把可燃混合气引入气缸，然后将进入气缸的可燃混合气压缩，压缩接近终点时火花塞跳火，点燃可燃混合气，通过燃烧产生动能，驱动发动机气缸内的活塞做往复的运动，由此带动连接在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄，围绕曲轴中心做往复的圆周运动，从而输出动力。

在传统汽油发动机中，汽油和空气的混合气在燃烧室外部混合，随后进入燃烧室内。而在现代直喷汽油发动机中，直接在燃烧室内形成汽油空气混合气。

汽油发动机采用火花点火方式，即混合气通过电火花塞点燃。

二、四冲程发动机工作循环

发动机的作用就是将燃料燃烧产生的热能转换为机械能，从而输出动力。其能量的转换是通过不断地依次反复进行进气→压缩→做功→排气四个连续过程来实现的，这四个行程（表3-1）构成了一个工作循环。

表3-1 四冲程工作原理

（续）

三、四冲程汽油发动机的工作特点

通过上述四冲程汽油机工作循环的分析可知，四冲程汽油机具有以下工作特点：

1）每个工作循环中曲轴旋转两周（720°），活塞上下往复运行四个单程，进、排气门各开启一次。

2）四个行程中，只有做功行程是有效行程，其余都是辅助行程，靠消耗飞轮储备的能量来完成。

3）可燃混合气是利用电火花点燃的，发动机由点火系统实现点火。

4）发动机要起动必须有外力将曲轴转动，这是由起动机来完成的。

四、多缸发动机的工作原理

上面介绍的是单缸汽油发动机的工作过程，而汽车发动机都是采用多缸四行程发动机。就能量转换过程而言，发动机的每一个气缸和单缸发动机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、做功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程做功，其余三个行程均不做功，即曲轴每旋转两圈（720°），只有半圈（180°）做功，所以运转平稳性较差。且单缸发动机的功率越大，平稳性就越差。

为了使发动机运转平稳，单缸发动机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的做功行程是按照工作顺序错开的，即曲轴转两圈时，各缸交替做功。如：四缸发动机的做功顺序见表3-2，各缸做功间隙为180°。因此，发动机运转平稳、振动小。缸数越多，做功间隔角越小，同时参与做功的气缸越多，发动机运转就越平稳。多缸发动机使用最多的有四缸、六缸和八缸发动机。随着国家节能减排法规和一些鼓励措施的出台，小排量发动机越来越受到重视，不少车型包括宝马、奥迪都开始在中低端车型上使用3缸涡轮增压发动机。

表3-2 四缸发动机的做功顺序（1-3-4-2）

特别提示

四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也要经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其黏度大，蒸发性差，而自燃温度却比汽油低。因此，柴油机在可燃混合气的形成及着火方式等方面与汽油机有较大的区别。

汽油机用电火花点燃可燃混合气，而柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，利用压缩后的高温空气加热，自行着火燃烧。因此，汽油机具有一个专门的点火系统，而柴油机则没有。

你学会了吗？

1.汽油发动机的工作原理是怎样的？

2.发动机的四个行程是指、、和。

3.四冲程汽油发动机的工作特点有哪些？

4.四缸发动机的做功顺序是怎样的？

5.汽油发动机和柴油发动机最显著的区别是什么？