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汽车发动机的工作原理

发表时间:2021-12-29 14:20

汽车发动机是为汽车提供动力的装置,是汽车的心脏,决定着汽车的动力性、经济性、稳定性和环保性。根据动力来源的不同,汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动车电机和混合动力。

普通汽油机和柴油机都属于往复活塞式内燃机,将燃料的化学能转化为活塞运动的机械能,并向外界输出动力。汽油机转速高、质量小、噪音低、起动容易、制造成本低。柴油机比汽油机具有更高的压缩比、更高的热效率、更好的经济性能和排放性能。

由于汽油和柴油的特性不同,汽油发动机和柴油发动机的工作原理和结构也不同。

汽车发动机的工作原理

四冲程汽车发动机将空气和汽油按一定比例混合成良好的混合物,在进气冲程中被吸入气缸。混合物被压缩并点燃以产生热能。高温高压气体作用在活塞顶部,推动活塞直线往复运动,通过连杆和曲轴飞轮机构向外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程中完成一个工作循环。

(1)进气冲程

在曲轴的驱动下,活塞从上止点移动到下止点。此时,进气门打开,排气门关闭,曲轴旋转180°。在活塞运动过程中,气缸容积逐渐增加,气缸内的气体压力从pr逐渐降低到pa,气缸内形成一定程度的真空。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸,并在气缸中进一步混合,形成可燃混合物。由于进气系统的阻力,在进气结束时,缸内气体压力小于大气压力p0,即PA = (0.80 ~ 0.90) P0。进入气缸的可燃混合气由于进气管、气缸壁、活塞顶、气门、燃烧室壁等高温部位的加热以及与残余废气的混合,温度上升到340 ~ 400 K。

(2)压缩冲程

在压缩冲程期间,进气门和排气门同时关闭。活塞从下止点移动到上止点,曲轴旋转180°。当活塞上移时,工作容积逐渐减小,气缸内的混合气被压缩后压力和温度不断升高。压缩结束时,压力pc可达800~2 000kPa,温度可达600 ~ 750 K。

(3)做功冲程

当活塞接近上止点时,火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量热能,使缸内气体压力和温度迅速升高。燃烧压力pZ为3 000~6 000kPa,温度TZ为2 200~2 800K,高温气体推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构向外输出机械能。随着活塞下移,气缸容积增加,气体压力和温度逐渐降低。到达B点时,压力降至300 ~ 500 kPa,温度降至1 200~1 500K,在做功冲程中,进排气阀关闭,曲轴旋转180°。

⑶排气冲程

在排气冲程期间,排气阀打开,进气阀仍然关闭,活塞从下止点移动到上止点,曲轴旋转180°。当排气阀打开时,燃烧后的废气一方面在气缸内外的压力差下排放到气缸外部,另一方面在活塞的挤压作用下排放到气缸外部。由于排气系统的阻力,排气终点R处的压力略高于大气压力,即PR = (1.05 ~ 1.20) P0。排气温度tr = 900 ~ 1100 k,当活塞运动到上止点时,燃烧室中仍有一定量的废气无法排出,称为残余废气。

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