发动机是一种能量转换机构,它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。要完成这个能量转换必须经过进气、压缩、做功、排气四个过程。我们把这四个过程叫做发动机的一个工作循环,工作循环不断地重复,就实现了能量转换,使发动机连续运转。
①进气行程。随着曲轴的旋转,活塞从上止点向下止点运动,这时进气门打开,排气门关闭,如图2-1所示。进气过程开始时,气缸内残存有上一循环未排净的废气,因此,气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移,气缸内容积增大,压力减小,当压力低于大气压时,在气缸内产生真空吸力,空气经空气滤清器、进气管道、进气门等被吸入气缸。由于进气系统的阻力,进气终了时,气缸内气体压力略低于大气压,约为0.075~0.09MPa。同时由于受残余废气和高温机件的加热,气体温度升至370~400K。
图2-1 进气行程
图2-2 压缩行程
②压缩行程。进气行程结束后,活塞在旋转曲轴的带动下,从下止点向上止点运动,如图2-2所示,这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容积,进入气缸内的可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定,气体压力约为0.6~1.2MPa,温度可达600~700K。
③做功行程。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,火花塞产生电火花点燃混合气并迅速燃烧,这时进气门和排气门仍然保持关闭,混合气燃烧放出大量的热使气缸内的气体温度和压力急剧升高,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并输出机械能,如图2-3所示。
做功行程开始阶段气缸内的最高压力可达3~5MPa,温度可达2200~2800K,随着活塞的下移,气缸内容积增加,气体压力和温度逐渐下降,做功行程终了时气体压力约为0.3~0.5MPa,温度约为1300~1600K。
④排气行程。当做功接近终了时,排气门开启,进气门仍然关闭,如图2-4所示,靠废气的残余压力先进行自由排气,活塞到达下止点再向上止点运动时,继续把废气强制排到大气中去,活塞越过上止点后,排气门关闭,排气行程结束。由于燃烧室容积的存在,不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响,排气终止时,气体压力仍高于大气压力,约为0.105~0.115MPa,温度约为900~1200K。
曲轴继续旋转,活塞从上止点向下止点运动,又开始了下一个新的工作循环。
图2-3 做功行程
图2-4 排气行程(www.xing528.com)
2.四冲程柴油机与四冲程汽油机的主要区别
①在进气行程,柴油机进入气缸的是纯空气;而汽油机进入气缸的是可燃混合气。柴油发动机混合气形成的时间比汽油发动机混合气形成的时间短。
②在压缩行程,柴油机的压缩比大,而汽油机的压缩比小。
③点火方式不同:柴油机使用压燃式点火方式,汽油机使用点燃式点火方式。
④柴油机和汽油机燃烧室的构造不同。
⑤柴油机转速低,汽油机转速高。
柴油机工作可靠,寿命长,燃油消耗率低,使用经济性好,有一定的功率储备,能适应短期超载工作,但比重量大,一般噪声较大。汽油机比重量小,噪声和振动小,但燃油消耗率高,经济性较差。
3.二冲程发动机的工作原理和工作过程
二冲程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、做功、排气四个过程组成,但它是在曲轴旋转一圈(360°)、活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此,二冲程发动机与四冲程发动机工作原理不同,结构也不一样。
曲轴箱换气式二冲程汽油机,气缸上有三排孔,它是利用这三排孔在一定时刻被活塞打开或关闭来进行进气、换气和排气的。当活塞向上运动到将三排孔都关闭时(图2-5a),活塞上部形成了密闭的空间并开始压缩混合气,此时压缩过程开始;活塞继续上行,活塞下方进气孔开始打开,可燃混合气进入曲轴箱(图2-5b),此时进气过程开始;活塞接近上止点时(图2-5c),火花塞点燃混合气,气体燃烧膨胀,推动活塞向下运动,此时做功过程开始;进气孔关闭,曲轴箱内的混合气受到压缩,当活塞接近下止点时,排气孔打开,排出废气,此时排气过程开始;活塞再向下运动,换气孔打开,受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内,并扫除废气(图2-5d),此时换气过程开始。
图2-5 二冲程汽油机工作原理
第一行程:活塞从下止点向上止点运动,事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩,新的可燃混合气被吸入活塞下方的曲轴箱内。
第二行程:活塞从上止点向下止点运动,活塞上方进行做功过程和换气过程,而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。
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