汽车工程手册-内燃机工作过程简介

内燃机燃烧过程将燃料化学能转变为热能，并在曲轴上输出机械功。内燃机的工作过程在热力学原理中作了分析^{[1，2，3，4]}。其特点是“内燃”，即燃烧过程发生在由活塞、气缸盖组成的燃烧室（工作室）内。如果连续做功，则燃烧过程必须周而复始反复循环，工质必须回到它的原始状态。对在封闭的燃烧室中存在的上一循环燃烧过程中的燃烧气体可以用供入的新鲜空气与燃料的混合气交换，这称为充量更换过程。内燃机工作过程通常可以用p-V图，也称示功图表示。图5.1-1表示了气缸内气体压力p随气缸工作容积V的变化。

1.四冲程内燃机工作过程

在四冲程点燃式发动机工作过程中（图5.1-1），在进气门开启，活塞从上止点（OT）向下止点（UT）运动时吸入空气-燃料混合气（第1个工作行程）。在进气门关闭后，活塞从UT向OT运动时压缩气缸中的混合气（第2个工作行程），相应的气缸中的混合气（空气、燃料/燃料蒸气、残余废气）的压力和温度增加（按它们的物理性能）。活塞快到OT时点火，接着混合气燃烧、膨胀至UT（第3个工作行程）。在活塞向OT运动时，燃烧气体经开启的排气门排出（第4个工作行程），以后重复这4个行程。

图5.1-1 冲程点燃式发动机工作过程

在工作循环传给活塞的功W_KA按下式计算：

W_KA=∫ρ（α）·dV(www.xing528.com)

活塞功W_KA就是p-V图上顺时针方向包围的面积。自然进气发动机逆时针方向绕过的面积（充量更换回路）则是在充量更换过程中消耗的功。

2.二冲程内燃机工作过程

二冲程内燃机充量更换过程是在膨胀过程结束（排气过程）和在压缩过程（扫气过程）的第一阶段。为此，需要一个扫气泵以提供正的扫气压力。对主要用在二轮摩托车上的小型二冲程内燃机，利用活塞下行时压缩活塞下部和曲轴箱内的混合气，起到扫气泵扫气的作用。在回流扫气时气缸下部的气口承担扫气阀的功能。在直流扫气时气缸充量一方面通过气缸下部的气口，另一方面通过气缸盖上的气门。这种结构型式特别用于船舶动力装置的大型发动机上。

为充分扫除气缸中的残余废气，会增加扫气损失，也会扫出新鲜混合气造成可观的碳氢化合物排放。这就是二冲程内燃机与四冲程内燃机相比的主要缺点之一。二冲程内燃机的优点是结构简单、紧凑。

在车辆动力装置方面，二冲程内燃机只用于二轮摩托车上。随着对有害物排放限制的不断严格，二冲程内燃机将进一步受到四冲程内燃机挤压。