《内燃机工作原理动画》

（一）四冲程汽油机的工作原理/ z# u* y( C! r4 k; F

研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示汽缸内气体压力p和相当于活塞不同位置时的汽缸容积v之间的变化关系图。此图能表示一个工作循环中气体在汽缸内所做的功，所以称为示功图。

1、进气过程" O" [0 R, c, z% s4 Y3 ~

在进气过程中，活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。这时活塞上方的汽缸容积增大，于是压力降低到小于大气压力，也就是产生了真空度。在外界大气压力的作用下，空气经空气滤清器进入化油器，在化油器中与汽油混合而成为可燃混合气，经进气管和进气门进入汽缸。由于进气系统对气流有阻力，所以进气终了时汽缸内的气体压力低于大气压力po。进气过程在示功图上以曲线ra表示。

当活塞到达下止点时，进气终了，这时汽缸中的气体压力约为0.074~0.088MPa（当节气门完全开启时），温度为353K~403K。

2、压过过程# A8 {( G* B: v# K, a" Q

为使汽缸中的混合气能迅速燃烧以产生较大的压力，从而使发动机发出较大的动力，必须在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小，密度增大，温度升高，即需要有压缩过程。1 |& {% }1 N! k" h

在进气过程终了后，进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，将汽缸中的混合气压缩，这时压缩过程。压缩过程在示功图上以曲线ac表示。随着气体容积的缩小，它的压力和温度就升高。压缩终了时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而定，压力约为0.833~1.96MPa，温度可达623k~723K。8 m4 F+ m9 Q; ^" Q# g

压缩比越大，压缩终了时混合气的压力和温度也越高，混合气的燃烧速度以及燃烧过程的最高温度和压力就越高。因此，在其他条件相同时，发动机的功率越大，而经济性也越好。目前，汽油机的压缩比约为6~10。但如压缩比过高时，将会引起不正常的燃烧—爆震。4 d& D3 O6 H" V

3、燃烧—膨胀过程

燃烧—膨胀过程是混合气燃烧、膨胀而做功的过程。6 j- F; l) [) M2 [3 |! Y# k$ D

当压缩过程接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃混合气。混合气燃烧时放出大量的热，汽缸内气体的温度和压力骤增（这时进、排气门都是关闭的），如曲线CZ表示。在气体压力的作用下，活塞向下止点移动，并通过连杆使曲轴旋转而做功。5 `$ d6 i0 B: b4 j, r" a* F3 O

在燃烧开始时，汽缸中气体的压力约为2.94~4.91MPa，温度可达2273K~2773K。随着活塞的下降，汽缸内容积增大，气体的压力和温度都随之下降（曲线zb）。到膨胀终了时，压力降到0.294~0.392MPa，温度将为1173K~1473K。

4、排气过程

汽缸中的混合气燃烧后成为废气。为了使发动机能够继续不断的工作，就需要把废气排出汽缸，这才有可能进行下一个进气过程。所以在燃烧-膨胀过程后应该是排气过程。

排气过程中，活塞由下止点向上止点移动，排气门开启，进气门仍然关闭。由于燃烧室的存在，汽缸中的废气是不可能被完全清楚的。残余废气约占进入汽缸的新鲜混合气的5%~15%（以质量计）。

示功图上的曲线br表示排气过程。由于有排气阻力，排气过程中汽缸内气体的压力总是稍高于大气压力，约为0.103~0.123MPa，此压力随发动机压缩比的增大和转速的降低而降低。排气终了时的废气温度约为773K~1073K。

汽油机工作时，在汽缸中连续不断周而复始地进行着上述过程。$ k" w" g$ ~) t1 m3 t

（二）四冲程柴油机的工作原理

四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也经历进气、压缩、燃烧-膨胀和排气四个过程。器工作过程与汽油机的不同之处在与可燃混合气的形成和着火的方法。在柴油机中吸进和压缩的是空气，燃油以很高的压力被喷入压缩后的高温空气中，形成混合气而自行着火燃烧。因此，柴油机的可燃混合气是在汽缸内部形成的，而不像汽油那样在汽缸外面靠化油器形成的。( z1 u; g1 j2 T. @( ?

柴油机的混合气形成和着火之所以采用了与汽油机不同的方法，是由于柴油机所以的燃料（柴油）与汽油有着不同的性质。柴油的粘度比汽油大，不易挥发，而自燃温度要比汽油低。; b9 q/ x4 s) G7 ^& e9 p$ K( M

由于柴油机是用压缩着火的，为使喷入汽缸的柴油可以迅速着火燃烧，压缩后空气的温度必须大大高于柴油的自燃温度。因此柴油机需采用较大的压缩比（12~22）。压缩终了时，柴油机汽缸内气体的压力达2.94~4.90MPa,温度约773K~973K。! w( Y* r+ W; Q& V

在压缩过程中活塞接近上止点时，柴油以喷油泵将油压提高到9.8MPa以上，通过喷油器以雾状喷入汽缸，在很短的时间内与高温空气混合，形成混合气并迅速自行着火燃烧。汽缸内的气体压力急速上升到5.88~8.82MPa，温度也升高到1773K~2273K。在高压气体推动下，活塞下行并推动曲轴旋转而做功。

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示功图上刚过z点以后的压力下降不像汽油机那样迅速。这是由于喷油不可能在一瞬间完成，而是要延续一段时间。此时，虽然活塞已向下移动，汽缸容积增大，但因柴油还在继续喷入和燃烧，所以压力在短时间内并不显著下降。

在排气过程中，废气经排气管排入大气。排气终了时的压力约为0.103~0.123MP啊，废气温度约为673K~873K。

由上述可见，四冲程内燃机在四个行程中只有一个行程是做功的，其他三个则是准备的行程。因此，在单缸发动机，曲轴没转两周中只有半轴是由于膨胀气体的压力使曲轴旋转的，在其余的一周半中国，曲轴是利用飞轮在做功行程中所储存的能量而旋转的。% G- j4 g a0 J: |) [; u

很明显，做功行程中内燃机的转速将大于其他三个行程中内燃机的转速，所以单缸内燃机的工作时不平稳的。同时由于单缸机活塞往复运动所引起的惯性力难以平衡，所以工程机械上大多使用两缸以上的内燃机—多缸内燃机，用的最多的是四缸和六缸内燃机。

在多缸四冲程内燃机的每一个汽缸内，所有的工作过程是相同的并以同样的顺序进行，但各汽缸中的做功过程并不是同时发生的，而是把它们尽可能均匀地分布在曲轴旋转两周中。曲轴每转两周，每个汽缸做功一次。汽缸数越多，内燃机的工作就越平稳。&