发动机是如何动起来的?说说发动机的工作原理

文章来源:老侯解车 发布时间:2021-08-27
分享到
​今天我们来说说汽车发动机的工作原理。

今天我们来说说汽车发动机的工作原理。前文说了,汽车发动机分为四冲程汽油机、四冲程柴油机、二冲程汽油机、二冲程柴油机、转子发动机这几大类。在这些发动机中,最常见的就是四冲程汽油机和四冲程柴油机,二冲程汽油机、二冲程柴油机、转子发动机很少见了,而四冲程柴油机的工作原理与四冲程汽油机几乎一致。所以我们今天就以最常见的四冲程汽油机为例,来说说汽车发动机的工作原理。

图片

如果你在网上搜索汽车发动机工作原理,会有无数条答案。这些答案几乎都是说发动机工作分为四个冲程,进气、压缩、做功、排气,每个冲程气缸内的温度、压力、活塞运行状态等。这些知识对于我们普通车主朋友来说,意义不大。我今天从另一个角度,用尽可能通俗的语言来给大家说说发动机从启动到正常运转的整个过程是怎样的。

图片

发动机在启动之前,处于静止状态。要想让它动起来,首先必须有一个外力来驱动它。这个外力通常是由起动机提供的。当然,在早期的发动机上,没有起动机,通常使用人力来驱动发动机转动,比如摇把、拉绳等。在蓄电池断电时,也可以使用推车反推发动机转动的方法启动。在某些特别大的柴油机上,启动力矩特别大,普通的电动起动机无法驱动,一般使用辅助启动装置,就比如气压启动、附加发动机启动等。

现在的汽车大多使用电动起动机启动。启动之前,首先把点火开关拧到通电位置,汽油泵启动给燃油供给系统提供压力,点火线圈初级绕组通电,发动机电控系统准备完毕。随后把点火开关拧到启动位置,起动机通电运转,带动发动机曲轴转动,发动机就开始工作了。

图片

现在的汽车发动机都是多缸发动机,我们只观察其中的某一个气缸。

起动机带动曲轴转动,曲轴转动带动活塞从上止点开始下行,密闭的气缸产生真空吸力,与此同时进气门打开,外界的空气或者可燃混合气在真空吸力的作用下,被吸入气缸,就像药水被吸入针管一样,这就是所谓的进气冲程。当活塞运行到下止点时,进气冲程结束。

对于自然进气发动机来说,进气压力是永远也不可能大于外界大气压的,所以进气终了时气缸内的压力比大气压力略低,一般是0.075~0.09MPa,温度就是外界大气温度;对于增压发动机来说,外界的空气首先被增压器压缩了一次,所以进气压力可以大于外界大气压,进气温度也会更高,具体的压力与温度,与增压器的工作状态和发动机转速有关。

图片

进气冲程结束,起动机继续带动曲轴转动,活塞从下止点向上运动,与此同时进气门和排气门都关闭,进气冲程吸入气缸中的气体就被封闭在一个密闭的空间里。此时活塞上行,这个空间越来越小,气缸内的气体被压缩,温度和压力都越来越高,这就是所谓的压缩冲程。当活塞运行到上止点时,压缩冲程结束。

在压缩冲程终了时,气缸内的压力和温度都是非常高的。一般会超过1.0MPa,温度会超过400°C。柴油机的压力和温度会更高,增压发动机的压力和温度会高于自然吸气发动机。

图片

当压缩冲程结束时,气缸内的气体就被压缩在一个极小的空间内,这个空间就是燃烧室。此时安装在燃烧室中的火花塞开始点火,高温高压的可燃混合气遇到了电火花,瞬间被点燃,然后开始剧烈燃烧,温度急剧升高,体积急剧膨胀,产生极高的压力。由于气缸盖是固定不动的,所以这些高温高压的气体只能推动活塞向下运动。此时的活塞就从之前的被动变成了主动,开始反过来推动曲轴转动了,这就是所谓的做功冲程。

做功冲程是发动机唯一产生动力的冲程。在做功冲程中,发动机气缸内的最高温度可以高达2000°C,压力高达5MPa。发动机的噪音与振动都是从这个冲程中发出来的。随着活塞的下行,温度和压力都逐渐降低,直到活塞到达下止点,做功冲程结束。

当做功冲程结束后,曲轴已经获得了一定的动能,并把一部分动能储存在飞轮中,这样它就可以自主旋转了,不再需要起动机带动了。

图片

做功冲程结束后,发动机气缸中的可燃混合气燃烧殆尽,变成了无用的废气。这些废气需要排出发动机体外。此时活塞在曲轴惯性旋转带动下,从下止点向上止点运动,与此同时排气门开启,气缸中的废气从这里排出到发动机体外,这就是所谓的排气冲程。当活塞运行到上止点时,排气冲程结束。当排气冲程结束时,气缸内的压力略高于大气压,一般在0.105~0.115MPa之间,温度在800~1000°C之间。

图片

可以看出,四冲程汽油机经历进气、压缩、做功、排气四个冲程,完成一个工作循环,这个过程中活塞上下运行两次,曲轴旋转两周。这一轮工作循环结束后,发动机又开始了新一轮的进气、压缩、做功、排气的过程。直到发动机飞轮存储的动能足够维持曲轴的自主运转,不再需要起动机的协助,整个启动过程就结束了。随后发动机进入自主运转阶段,做功冲程发出的能量源源不断地推动曲轴转动,并将这些能量通过飞轮对外输出,这就是发动机的基本工作原理。

图片

当然,发动机在实际工作中,运行过程比这个要复杂得多。进排气门的开启与关闭,并不是在活塞上下止点位置,而是有一定的提前或者延迟,这就是所谓的配气相位;还有就是火花塞的点火也并不是在压缩上止点,而是略有提前,这就是点火提前角。此外还有一些附属系统的配套动作,我们以后再说吧。


收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…