汽车构造第二版：四冲程汽油机工作原理

四冲程汽油机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气四个过程,即在一个活塞行程内只进行一个过程。

1.进气行程

进气行程如图2-3(a)所示。活塞3在曲轴6的带动下从上止点向下止点运动。此时排气门8关闭,进气门2开启。气缸4的容积逐渐增大,气缸内压力减小。当压力低于大气压力时,新鲜空气和汽油的混合物被吸入气缸,并在气缸内进一步混合形成可燃混合气,直到活塞运动到下止点,进气门关闭。由于在进气过程中,受空气滤清器、进气管道、进气门等阻力的影响,所以进气终了时气缸内的气体压力低于大气压力,约为0.078～0.09MPa。由于进气门、气缸壁、活塞等高温零件以及上一个循环残留在气缸内的高温废气对混合气的加热,使进气终了时气缸内的气体温度高于大气温度,约为370～400K。表示气缸内的气体压力随气缸容积或曲轴转角的变化关系的示功图,能直观地显示气缸内气体压力的变化,图2-4(a)所示,示功图上ra线表示进气过程中气缸内气体压力随容积变化的关系。在实际进气过程中,进气门早于上止点开启,迟于下止点关闭,以便吸进更多的新鲜空气。

图2-3　四冲程汽油机工作原理示意图

(a)进气行程;(b)压缩行程;(c)作功行程;(d)排气行程
1—进气管;2—进气门;3—活塞;4—气缸;5—连杆;6—曲轴;7—火花塞;8—排气门;9—排气管

2.压缩行程

压缩行程如图2-3(b)所示,曲轴继续旋转,活塞由下止点移至上止点。这时,进、排气门均关闭。气缸内的混合气被压缩,其压力和温度不断升高。压缩终了时,气缸内气体的压力约为0.6～1.2MPa,温度约为600～700K。压缩行程的示功如图2-4(b)所示,c点为压缩行程终点,也是压缩行程上止点。压缩行程有利于混合气的迅速燃烧,并可提高发动机的有效热效率。压缩比太大容易发生爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

3.作功行程(www.xing528.com)

作功行程如图2-3(c)所示。这时进排气门都关闭,安装在气缸盖上的火花塞产生电火花,将气缸内的可燃混合气点燃,火焰迅速传遍整个燃烧室,同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀,压力和温度迅速升高。燃烧气体的最大压力可达3.0～6.5MPa,最高温度可达2200～2800K。在气体压力的作用下,活塞由上止点向下止点运动,并通过连杆推动曲轴旋转作功。在作功行程中,随着活塞向下止点移动,气缸容积不断增大,气体压力和温度逐渐降低。在作功行程结束时,压力约为0.35～0.5MPa,温度约为1300～1600K。在示功图2-4(c)上的曲线czb表示作功行程气缸内气体压力的变化情况。

4.排气行程

排气行程如图2-3(d)所示。曲轴继续旋转,活塞由下止点向上止点运动,燃烧产生的废气在其自身剩余压力和在活塞的推动下,经排气门、排气管9排出气缸。当活塞到达上止点时,排气行程结束,排气门关闭。排气行程终了时,在燃烧室内尚残留少量残余废气。因为排气系统有阻力,所以残余废气的压力比大气压力略高,约为0.105～0.12MPa,温度约为900～1100K。在示功图2-4(d)上的曲线br代表排气行程。在排气过程中,排气门早于下止点开启,晚于上止点关闭,以便排出更多的废气。

图2-4　四冲程汽油机的示功图

(a)进气行程;(b)压缩行程;(c)作功行程;(d)排气行程

至此,四冲程汽油机经过进气、压缩、作功和排气等四个行程而完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复运动四个行程,曲轴旋转两周,即每一个行程有180°曲轴转角。只有进、排气过程所占的曲轴转角均超过180°。