發動機的基本工作原理

　　發動機(Engine)是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的機器，包括如內燃機(汽油發動機等)、外燃機(斯特林發動機、蒸汽機等)、電動機等。下面是小編收集整理的發動機的基本工作原理，歡迎閱讀。

　　發動機的基本工作原理

　　我們以單缸汽油發動機為例，講解一下汽油機的工作原理。

　　氣缸內裝有活塞，活塞通過活塞銷、連桿與曲軸相連接。活塞在氣缸內做往復運動，通過連桿推動曲軸轉動。為了吸入新鮮氣體和排出廢氣，設有進氣門和排氣門。

　　活塞頂離曲軸中心最遠處，即活塞最高位置，稱為上止點。活塞頂部離曲軸中心最近處，即活塞最低位置，稱為下止點。上、下止點間的距離稱為活塞行程，曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離稱為曲軸半徑。活塞每走一個行程相應于曲軸轉角180°。對于氣缸中心線通過曲軸中心線的發動機，活塞行程等于曲柄半徑的兩倍。

　　活塞從上止點到下止點所掃過的容積稱為發動機的工作容積或發動機排量，用符號VL表示。

　　四沖程發動機的工作循環包括四個活塞行程，既進氣行程、壓縮行程、膨脹行程(作功行程)和排氣行程。

　　進氣行程

　　化油器式汽油機將空氣與燃料先在氣缸外部的化油器中進行混合，然后再吸入氣缸。進氣行程中，進氣門打開，排氣門關閉。隨著活塞從上止點向下止點移動，活塞上方的氣缸容積增大，從而氣缸內的壓力降低到大氣壓力以下，即在氣缸內造成真空吸力。這樣，可燃混合氣便經進氣管道和進氣門被吸入氣缸。

　　壓縮行程

　　為使吸入氣缸內可燃混合氣能迅速燃燒，以產生較大的壓力，從而使發動機發出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小、密度加大、溫度升高，即需要有壓縮過程。在這個過程中，進、排氣門全部關閉，曲軸推動活塞由下止點向上止點移動一個行程稱為壓縮行程。

　　壓縮終了時，活塞到達上止點，活塞上方形成很小空間，稱為燃燒室。壓縮前氣缸中氣體的.最大容積與壓縮后的最小容積之比稱為壓縮比，以ε表示：

　　壓縮比愈大，在壓縮終了時混合氣的壓力和溫度便愈高，，燃燒速度也愈快，因而發動機發出的功率愈大，經濟性愈好。但壓縮比過大時，不僅不能進一步改善燃燒情況，反而會出現爆燃和表面點火等不正常燃燒現象。爆燃是由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃造成的一種不正常燃燒。爆燃時火焰以極高的速率向外傳播，甚至在氣體來不及膨脹的情況下，溫度和壓力急劇升高。同時，還會引起發動機過熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。表面點火是由于燃燒室內熾熱表面與熾熱處(如排氣門頭，火花塞電極，積炭處)點燃混合氣產生的另一種不正常燃燒(也稱為熾熱點火或早燃)。表面點火發生時，也伴有強烈的敲擊聲(較沉悶)，產生的高壓會使發動機件負荷增加，壽命降低。

　　作功行程

　　在這個行程中，進、排氣門仍舊關閉。當活塞接近上止點時，裝在氣缸蓋上的火花塞即發出電火花，點燃被壓縮的可燃混合氣。可燃混合氣被燃燒后，放出大量的熱能，因此，燃氣的壓力和溫度迅速增加，所能達到的最高壓力約為3-5Mpa，相應的溫度則為2200-2800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉并輸出機械能，除了用于維持發動機本身繼續運轉而外，其余即用于對外作功。

　　排氣行程

　　可燃混合氣燃燒后生成的廢氣，必須從氣缸中排除，以便進行下一個進氣行程。

　　當膨脹接近終了時，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進行自由排氣，活塞到達下止點后再向上止點移動時，繼續將廢氣強制排到大氣中。活塞到上止點附近時，排氣行程結束。在排氣行程中氣缸內壓力稍高于大氣壓力，約為0.105-0.115Mpa。排氣終了時，廢氣溫度約為900-1200K。

　　由于燃燒室占有一定容積，因此在排氣終了時，不可能將廢氣排盡，留下的這一部分廢氣稱為殘余廢氣。

　　綜上所述，四沖程汽油發動機經過進氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個行程，完成一個工作循環。這期間活塞在上、下止點間往復移動了四個行程，相應地曲軸旋轉了兩周。

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