四沖程發(fā)動機

1、四沖程發(fā)動機 發(fā)動機每個工作循環(huán)是由進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程組成，而四沖程發(fā)動機要完成一個工作循環(huán)，活塞在氣缸內需要往返4個行程（即曲軸轉2轉）。四沖程發(fā)動機又分為四沖程汽油機和四沖程柴油機，兩者的主要區(qū)別是點火方式不同。汽油機是火花塞點火，而柴油機是壓燃。 發(fā)動機的歷史發(fā)展發(fā)動機是汽車的動力源。汽車發(fā)動機大多是熱能動力裝置，簡稱熱力機。熱力機是借助工質的狀態(tài)變化將燃料燃燒產生的熱能轉變?yōu)闄C械能。 往復活塞式內燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質，因而在發(fā)動機的工作原理和結構上有差異。 往復活塞式四沖程汽油機是德國人奧托

2、(Nicolaus A.Otto)在大氣壓力式發(fā)動機基礎上，于1876 年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程，發(fā)動機的熱效率從大氣壓力式發(fā)動機的11%提高到14%，而發(fā)動機的質量卻降低了70%。 1892 年德國工程師狄塞爾(Rudolf Diesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動機(即柴油機)，實現(xiàn)了內燃機歷史上的第二次重大突破。由于采用高壓縮比和膨脹比，熱效率比當時其他發(fā)動機又提高了1 倍。1956年，德國人汪克爾(F.ankel)發(fā)明了轉子式發(fā)動機，使發(fā)動機轉速有較大幅度的提高。1964年，德國NSU公司首次將轉子式發(fā)動機安裝在轎車上。 1926 年，瑞士人布希(A.Buch

3、i)提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發(fā)動機排出的廢氣能量來驅動壓氣機，給發(fā)動機增壓。50 年代后，廢氣渦輪增壓技術開始在車用內燃機上逐漸得到應用，使發(fā)動機性能有很大提高，成為內燃機發(fā)展史上的第三次重大突破。 1967 年德國博世(Bosch)公司首次推出由電子計算機控制的汽油噴射系統(tǒng)(ElectronicFuel Injection，EFI)，開創(chuàng)了電控技術在汽車發(fā)動機上應用的歷史。經(jīng)過30年的發(fā)展，以電子計算機為核心的發(fā)動機管理系統(tǒng)(Engine Management System，EMS)已逐漸成為汽車、特別是轎車發(fā)動機上的標準配置。由于電控技術的應用，發(fā)動機的污染物排放、噪聲和燃油消耗大幅度

4、地降低，改善了動力性能，成為內燃機發(fā)展史上第四次重大突破。 按發(fā)動機在一個工作循環(huán)期間活塞往復運動的行程數(shù)，分為四沖程和二沖程發(fā)動機。在一個工作循環(huán)中活塞往復四個行程的內燃機稱作四沖程往復活塞式內燃機，而活塞往復兩個行程完成一個工作循環(huán)的則稱作二沖程往復活塞式內燃機。 四沖程汽油機工作原理汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在進氣行程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點火燃燒而產生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程內完成一個工作循環(huán)。 (1) 進氣行程(intake str

5、oke)活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統(tǒng)存在阻力，進氣終點(圖中a 點)汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0 p ，即pa= (0.800.90) 0 p 。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340400K。 (2) 壓縮行程(compression stroke)壓縮行程時，進、排氣門同時

6、關閉?；钊麖南轮裹c向上止點運動，曲軸轉動180?；钊弦茣r，工作容積逐漸縮小，缸內混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達8002 000kPa，溫度達600750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線ac。 (3) 做功行程(power stroke)當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3 0006 000kPa，溫度TZ達2 2002 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達b 點時，

7、其壓力降至300500kPa，溫度降至1 2001 500K。在做功行程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。 (4) 排氣行程(exhaust stroke)排氣行程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.051.20)p0。排氣終點溫度Tr=9001100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。 四沖

8、程柴油機工作原理四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環(huán)也是由進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機采用壓縮終點自燃著火，其工作過程及系統(tǒng)結構與汽油機有所不同. (1) 進氣行程進入汽缸的工質是純空氣。由于柴油機進氣系統(tǒng)阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.850.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300340K，比汽油機低。 (2) 壓縮行程由于壓縮的工質是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為=1622)。壓縮終點的壓力為3 0005 000kPa，壓縮終點的溫度為7501 000K，大大超過柴油

9、的自燃溫度(約520K)。 (3) 做功行程當壓縮行程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升，最高達5 0009 000kPa，最高溫度達1 8002 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發(fā)動機。 (4) 排氣行程柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700900K。對于單缸發(fā)動機來說，其轉速不均勻，發(fā)動機工作不平穩(wěn)，振動大。這是因為四個行程中只有一個行程是做功的，其他三個行程是消耗動力為做功做準備的行程。為了解決這個問題，飛輪必

10、須具有足夠大的轉動慣量，這樣又會導致整個發(fā)動機質量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述不足。現(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。 發(fā)動機的基本結構如圖, 所示為單缸發(fā)動機的基本結構，它由汽缸10、活塞8、連桿7、曲軸3、汽缸蓋11、機體、凸輪軸16、進氣門25、排氣門15、氣門彈簧、曲軸齒形帶輪等組成。往復活塞式內燃機的工作腔稱作汽缸，汽缸內表面為圓柱形。在汽缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構成曲柄連桿機構?；钊谄變茸魍鶑瓦\動時，連桿推動曲軸旋轉，或者相反。同時，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環(huán)不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進氣門和排氣門。通過進、排氣門的開閉實現(xiàn)向汽缸內充氣和向汽缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸驅動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅動。構成汽缸的零件稱作汽缸體，曲軸在曲軸箱內轉動。