汽油机构造与工作原理

1.单缸四冲程汽油机基本结构及工作原理

（1）基本结构 单缸四冲程汽油机基本结构如图1-35所示。

（2）基本工作原理 四冲程汽油机基本工作原理如图1-36所示。

1）进气行程。当活塞从上止点（活塞顶面离曲轴中心最远处）向下止点（活塞顶面离曲轴中心最近处）运动时，相当于曲轴转角从0°～180°，进气门开启，排气门关闭，电控喷油器向进气道喷油，空气与汽油的混合气便被吸入气缸，该过程称为进气行程。

2）压缩行程。当活塞继续从下止点向上止点运动时（相当于曲轴转角从180°～360°），进、排气门关闭，进入气缸的混合气便被压缩，该过程称为压缩行程。

图1-34 正时带松紧度检查与调整

图1-35 汽油机基本结构

1—火花塞 2—进气门 3—喷油器 4—气缸 5—机体 6—飞轮 7—曲轴 8—连杆 9—活塞 10—排气门

3）做功行程（膨胀行程）。在压缩行程末，火花塞开始点火，进、排气门都关闭，进入气缸的可燃混合气被点燃、燃烧，放出大量的热能，导致气缸内气体压力和温度迅速增加（最高压力达5MPa，最高温度达2800K），气体体积急剧膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动（相当于曲轴转角从360°～540°），通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，该过程称为做功行程。

4）排气行程。活塞继续从下止点向上止点运动（相当于曲轴转角从540°～720°），这时，进气门关闭，排气门开启，燃烧产生的废气被排出气缸，该过程称为排气行程。

排气结束后，又重新进行进气、压缩、做功和排气行程，循环往复。工作过程见表1-1。

图1-36 汽油发动机工作原理

1—火花塞 2—排气门 3—气缸盖 4—气缸 5—活塞 6—机体 7—连杆 8—曲轴 9—活塞销 10—喷油器 11—进气门

表1-1 四冲程汽油机工作过程

（3）四冲程汽油机工作过程分析

1）四冲程发动机。活塞在上、下止点间往复移动四个行程（相当于曲轴旋转了两周），完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环，这种发动机就称为四冲程发动机。

2）冲程与活塞行程。冲程指的是活塞运行时由上（下）止点到下（上）止点的运动过程，行程指的是活塞在上、下两个止点之间的距离S（图1-36）。一个活塞在一个行程中所扫过的空间容积称为气缸工作容积。

式中 V_s——工作容积（L）；

D——气缸直径（mm）；

S——活塞行程（mm）。(www.xing528.com)

一台发动机所有气缸工作容积之和称为该发动机的排量。

V_st=V_si

式中 V_st——发动机的排量（L）；

i——气缸数。

3）压缩行程的作用。一是提高进入气缸内混合气的压力和温度（压缩终了的气缸内气体压力可达0.6～1.2MPa，温度达600～700K），为混合气迅速着火燃烧创造条件；二是可以有效提高发动机的燃烧热效率η。

气缸内气体被压缩的程度用压缩比ε表示

式中 V_a——气缸总容积（活塞处于下止点时，活塞顶部以上的气缸容积）；

V_c——燃烧室容积（活塞处于上止点时，活塞顶部以上的容积）。

目前的汽油机压缩比一般为7～11，如广州本田雅阁3.0V6-VTEC发动机压缩比为10。

发动机压缩比不能过高，否则会导致压缩终了气缸内温度和压力升高，汽油机产生爆燃，热负荷、机械负荷、噪声和振动加大，起动困难。

4）发动机示功图。将发动机在一个工作循环气缸内气体压力随气缸工作容积或曲轴转角变化的关系以坐标图表示，得到如图1-37所示的发动机示功图。

由示功图可以看到发动机一个工作循环内工作状态的变化，检查判断发动机性能优劣。发动机特征点参数随机型、结构等有所不同，一般范围见表1-2。

图1-37 四冲程发动机示功图

ra—进气行程 ac—压缩行程 czb—做功行程 br—排气行程 a—进气终点 c—压缩终点 z—最高燃烧压力 b—做功终点 r—排气终点 p₀—大气压力

表1-2 发动机特征点参数

注：P—气缸内气体压强（MPa）；T—气缸内气体温度（K）

2.多缸四冲程汽油机结构与工作特点

四冲程发动机在一个工作循环的四个行程中，只有一个行程做功，其余三个行程都是消功的，势必造成曲轴转速不均匀，工作振动大。现代汽车发动机都是多缸发动机，用得最多的是4缸、6缸和8缸发动机。

图1-38 4缸发动机曲轴

多缸发动机是由多个结构相同的气缸组成，它们共用一个机体，一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸做功行程均匀分布在720°曲轴转角内。如4缸发动机曲轴（图1-38）相邻工作缸的曲柄夹角为180°，曲轴每转180°便有一个气缸做功；6缸发动机，曲轴每转120°便有一个气缸做功。气缸数越多，发动机工作越平稳，但结构也越复杂。