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汽車發動機的工作原理總結

職場 更新时间:2025-01-03 00:35:44

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汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)1

今天我們來說說汽車發動機的工作原理。前文說了,汽車發動機分為四沖程汽油機、四沖程柴油機、二沖程汽油機、二沖程柴油機、轉子發動機這幾大類。在這些發動機中,最常見的就是四沖程汽油機和四沖程柴油機,二沖程汽油機、二沖程柴油機、轉子發動機很少見了,而四沖程柴油機的工作原理與四沖程汽油機幾乎一緻。所以我們今天就以最常見的四沖程汽油機為例,來說說汽車發動機的工作原理。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)2

如果你在網上搜索汽車發動機工作原理,會有無數條答案。這些答案幾乎都是說發動機工作分為四個沖程,進氣、壓縮、做功、排氣,每個沖程氣缸内的溫度、壓力、活塞運行狀态等。這些知識對于我們普通車主朋友來說,意義不大。我今天從另一個角度,用盡可能通俗的語言來給大家說說發動機從啟動到正常運轉的整個過程是怎樣的。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)3

發動機在啟動之前,處于靜止狀态。要想讓它動起來,首先必須有一個外力來驅動它。這個外力通常是由起動機提供的。當然,在早期的發動機上,沒有起動機,通常使用人力來驅動發動機轉動,比如搖把、拉繩等。在蓄電池斷電時,也可以使用推車反推發動機轉動的方法啟動。在某些特别大的柴油機上,啟動力矩特别大,普通的電動起動機無法驅動,一般使用輔助啟動裝置,就比如氣壓啟動、附加發動機啟動等。

現在的汽車大多使用電動起動機啟動。啟動之前,首先把點火開關擰到通電位置,汽油泵啟動給燃油供給系統提供壓力,點火線圈初級繞組通電,發動機電控系統準備完畢。随後把點火開關擰到啟動位置,起動機通電運轉,帶動發動機曲軸轉動,發動機就開始工作了。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)4

現在的汽車發動機都是多缸發動機,我們隻觀察其中的某一個氣缸。

起動機帶動曲軸轉動,曲軸轉動帶動活塞從上止點開始下行,密閉的氣缸産生真空吸力,與此同時進氣門打開,外界的空氣或者可燃混合氣在真空吸力的作用下,被吸入氣缸,就像藥水被吸入針管一樣,這就是所謂的進氣沖程。當活塞運行到下止點時,進氣沖程結束。

對于自然進氣發動機來說,進氣壓力是永遠也不可能大于外界大氣壓的,所以進氣終了時氣缸内的壓力比大氣壓力略低,一般是0.075~0.09MPa,溫度就是外界大氣溫度;對于增壓發動機來說,外界的空氣首先被增壓器壓縮了一次,所以進氣壓力可以大于外界大氣壓,進氣溫度也會更高,具體的壓力與溫度,與增壓器的工作狀态和發動機轉速有關。

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進氣沖程結束,起動機繼續帶動曲軸轉動,活塞從下止點向上運動,與此同時進氣門和排氣門都關閉,進氣沖程吸入氣缸中的氣體就被封閉在一個密閉的空間裡。此時活塞上行,這個空間越來越小,氣缸内的氣體被壓縮,溫度和壓力都越來越高,這就是所謂的壓縮沖程。當活塞運行到上止點時,壓縮沖程結束。

在壓縮沖程終了時,氣缸内的壓力和溫度都是非常高的。一般會超過1.0MPa,溫度會超過400°C。柴油機的壓力和溫度會更高,增壓發動機的壓力和溫度會高于自然吸氣發動機。

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當壓縮沖程結束時,氣缸内的氣體就被壓縮在一個極小的空間内,這個空間就是燃燒室。此時安裝在燃燒室中的火花塞開始點火,高溫高壓的可燃混合氣遇到了電火花,瞬間被點燃,然後開始劇烈燃燒,溫度急劇升高,體積急劇膨脹,産生極高的壓力。由于氣缸蓋是固定不動的,所以這些高溫高壓的氣體隻能推動活塞向下運動。此時的活塞就從之前的被動變成了主動,開始反過來推動曲軸轉動了,這就是所謂的做功沖程。

做功沖程是發動機唯一産生動力的沖程。在做功沖程中,發動機氣缸内的最高溫度可以高達2000°C,壓力高達5MPa。發動機的噪音與振動都是從這個沖程中發出來的。随着活塞的下行,溫度和壓力都逐漸降低,直到活塞到達下止點,做功沖程結束。

當做功沖程結束後,曲軸已經獲得了一定的動能,并把一部分動能儲存在飛輪中,這樣它就可以自主旋轉了,不再需要起動機帶動了。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)7

做功沖程結束後,發動機氣缸中的可燃混合氣燃燒殆盡,變成了無用的廢氣。這些廢氣需要排出發動機體外。此時活塞在曲軸慣性旋轉帶動下,從下止點向上止點運動,與此同時排氣門開啟,氣缸中的廢氣從這裡排出到發動機體外,這就是所謂的排氣沖程。當活塞運行到上止點時,排氣沖程結束。當排氣沖程結束時,氣缸内的壓力略高于大氣壓,一般在0.105~0.115MPa之間,溫度在800~1000°C之間。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)8

可以看出,四沖程汽油機經曆進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程,完成一個工作循環,這個過程中活塞上下運行兩次,曲軸旋轉兩周。這一輪工作循環結束後,發動機又開始了新一輪的進氣、壓縮、做功、排氣的過程。直到發動機飛輪存儲的動能足夠維持曲軸的自主運轉,不再需要起動機的協助,整個啟動過程就結束了。随後發動機進入自主運轉階段,做功沖程發出的能量源源不斷地推動曲軸轉動,并将這些能量通過飛輪對外輸出,這就是發動機的基本工作原理。

汽車發動機的工作原理總結(老侯汽車講堂-9)9

當然,發動機在實際工作中,運行過程比這個要複雜得多。進排氣門的開啟與關閉,并不是在活塞上下止點位置,而是有一定的提前或者延遲,這就是所謂的配氣相位;還有就是火花塞的點火也并不是在壓縮上止點,而是略有提前,這就是點火提前角。此外還有一些附屬系統的配套動作,我們以後再說吧。

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