汽车发动机工作原理

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汽车发动机工作原理

发动机将热能转变为机械能的过程,是经过进气、压缩、作功和排气四个连续的过程来实现的,每进行一次这样的过程就叫一个工作循环。凡是曲轴旋转两圈,活塞往复四个行程完成一个工作循环的,称为四冲程发动机。曲轴旋转一圈,即活塞往复两个行程完成一个工作循环的,称为两冲程发动机。

四冲程汽油机的汽车发动机工作原理:

(1) 进气行程。曲轴带动活塞从上止点向下止点运动,此时,进气门开启,排气门关闭。活塞移动过程中,气缸内容积逐渐增大,形成真空度,于是可燃混合气通过进气门被吸入气缸,直至活塞到达下止点,进气门关闭时结束。

由于进气系统存在进气阻力,进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力,约为0.075MPa~0.09MPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环留下的高温残余废气的加热,气体温度升高到370K~440K。

(2) 压缩行程。进气行程结束时,活塞在曲轴的带动下,从下止点向上止点运动,气缸内容积逐渐减小。此时进、排气门均关闭,可燃混合气被压缩,至活塞到达上止点时压缩结束。压缩过程中,气体压力和温度同时升高,并使混合气进一步均匀混合,压缩终了时,气缸内的压力约为0.6MPa~1.2MPa,温度约为600K~800K。

(3) 作功行程。在压缩行程末,火花塞产生电火花点燃混合气,并迅速燃烧,使气体的温度、压力迅速升高,从而推动活塞从上止点向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转作功,至活塞到达下止点时作功结束。

作功开始时气缸内气体压力、温度急剧上升,瞬间压力可达3MPa~5MPa,瞬时温度可达2200K~2800K。

(4) 排气行程。在作功行程接近终了时,排气门打开,进气门关闭,曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动。废气在自身剩余压力和在活塞推动下,被排出气缸,至活塞到达上止点时,排气门关闭,排气结束。因排气系统存在排气阻力,排气冲程终了时,气缸内压力略高于大气压力,约为0.105MPa~0.115MPa,温度约为900K~1200K。

四冲程柴油机的汽车发动机工作原理:

由于使用燃料的性质不同,四冲程柴油机的可燃混合气的形成和着火方式与汽油机有很大区别。下面主要叙述柴油机与汽油机工作循环的不同之处。

(1)进气行程。进气行程中进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。

(2)压缩行程。压缩行程中将进入气缸的纯空气压缩,由于柴油的压缩比大,约为15~22,压缩终了的温度和压力都比汽油机高,压力可达3MPa~5MPa,温度可达800K~1000K。

(3)作功行程。在压缩行程终了时,喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温高压空气中,被迅速汽化并与空气形成混合气。由于气缸内的温度高于柴油的自燃温度(约500K左右),柴油混合气便立即自行着火燃烧,且此后一段时间内边喷油边燃烧,气缸内压力和温度急剧升高,推动活塞下行作功。

作功行程中,瞬时压力可达5MPa~10MPa,瞬时温度可达1800K~2200K。

(4)排气行程。此行程与汽油机基本相同。

由上述四行程汽油机和柴油机的工作循环可知,两种发动机工作循环的基本内容相似。四个行程中只有作功行程产生动力,其他三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程,都要消耗一部分能量。发动机起动时的第一个循环,必须有外力将曲轴转动,以完成进气和压缩行程。当作功行程开始后,作功能量便通过曲轴储存在飞轮内,以维持以后的循环得以继续进行。

冲程汽油发动机的工作原理

曲轴旋转一圈,活塞上下各一次,完成一个工作循环的发动机,称二冲程发动机。二冲程发动机的气缸上,设有进气孔、排气孔和换气(扫气)孔,这些孔通过活塞在气缸中上下运动时实现开与闭。

1、 辅助行程(吸气、压缩过程)

曲轴旋转,活塞从下止点向上止点运动,当活塞上行,把扫气孔和排气孔关闭时,使已从扫气孔进入气缸的新鲜可燃混合气被压缩;由于活塞的上行,使活塞的下方的曲轴箱容积增大,产生真空吸力,把进气口的舌簧阀吸开,燃油与空气经化油器混合的可燃混合气被吸入曲轴箱,当活塞到上止点时,这一行程结束。

2、 作功行程(爆燃、排气、扫气)

当活塞上行,将要接近上止点时,火花塞产生电火花,把已被压缩的可燃混合气点燃,燃烧的气体迅速膨胀,使气缸内的压力和温度急剧升高,在高压气体的推动下,迫使活塞从上止点向下止点运动,活塞通过连杆,将高压气体的推力传给曲轴使之旋转作功,使热能转变成机械能;由于活塞的下行,使曲轴箱的容积减小,压力增高,进气口的舌簧阀被关闭,进入曲轴箱的可燃混合气被预压缩;活塞继续下行时,排气孔打开,燃烧后的废气从排气孔排出;随着排气孔打开,扫气孔被打开,曲轴箱中被预压缩的可燃混合气经扫气孔进入气缸,并将废气进一步驱逐出气缸,这一过程称换气过程。

作功行程结束时,一个工作循环便完成了。从上述过程中可知,在辅助行程中,活塞上方在压缩,活塞下方在进气;在作功行程中,活塞上方在作功、排气和扫气,而活塞下方对进入曲轴箱的可燃混合气进行预压缩。只要曲轴连续旋转,工作循环便能连续不断地进行。汽车发动机工作原理常用以上几种,但还有一种叫转子发动机,汽车发动机工作原理有点很大的不同。

发动机是汽车最为关键的部分,是决定车子性能的最重要的因素,犹如人的心脏。大部分人都知道我们日常用的是活塞往复式发动机,又分为两冲程发动机和四冲程发动机(以下以四冲程发动机为例),但是还有一种不为大部分人所熟知的发动机,那就是转子发动机,又叫汪克尔发动机。我们日常经常看到的为活塞往复运动形式的发动机,即活塞在汽缸内作往复的直线运动,通过曲轴把活塞的直线运动转化为曲轴的旋转,而转子发动机没有这个转化过程,它是通过活塞在汽缸内的旋转来带动发动机主轴(即普通发动机的曲轴,因为不是弯曲的故不再叫曲轴)旋转的,故两者汽车发动机工作原理有着很大的区别。



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