1.2.2 发动机

1.发动机的功能分析

发动机是汽车、轮船、飞机、摩托车、农业机械等的动力装置，它能将汽油、柴油、煤气、天然气等燃料的热能转化为机械能，以驱动机械运转。发动机绝大多数采用的都是往复活塞式内燃机，根据其所用的燃料，可分为汽油发动机（简称汽油机）、柴油发动机（简称柴油机）、天然气发动机等若干种。常见的汽油机是利用化油器使汽油与空气混合后吸入发动机气缸内，然后用电火花强制点燃混合气，使其燃烧产生热能做功。柴油机则是利用喷油泵使柴油产生高压，再由喷油器直接喷入发动机气缸内，并与气缸内的压缩空气混合形成混合气，由柴油自燃后产生热能做功。

长期以来，汽油机和柴油机因具有热效率高、结构紧凑和维修方便等优点，故在汽车领域中占有统治地位。近年来，为解决汽车尾气排放污染环境的问题，出现了安装天然气发动机的绿色汽车。

2.发动机的组成

下面以单缸四冲程汽油机为例来介绍汽油发动机的构造。

汽油机的一般构造如图1-10所示，它由气缸、活塞、连杆、飞轮、曲轴、曲轴箱、进气门、排气门等组成。活塞3装在气缸2内，可以沿气缸中心线进行往复直线运动，活塞通过活塞销12与连杆4的小头端相连，连杆的大头端套装在曲轴6的连杆轴颈上，曲轴的两端支承在曲轴箱7的轴承上，这样活塞进行往复运动时，就可通过连杆带动曲轴做旋转运动。曲轴的尾端装有飞轮5，气缸上部装有气缸盖1，它使活塞顶部与气缸盖之间形成密闭的燃烧室。气缸体上面设有进气门13和排气门14，它们可根据发动机工作需要进行开启和关闭动作。

3.发动机的工作原理

图1-11所示为汽油机的工作原理示意图。图中上止点是指活塞离曲轴中心最远处，即活塞的最高位置；下止点是指活塞离曲轴中心最近处，即活塞的最低位置；上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R称为曲柄半径。对于气缸中心线通过曲轴中心的发动机，活塞行程等于曲柄半径的2倍，当活塞上下移动各一个单行程时，曲轴旋转一圈。

发动机工作时，首先由外力带动曲轴旋转，曲轴再带动活塞由上止点向下止点移动，此时气缸在活塞上方的空间逐渐增大，而其压力逐渐降低。当压力小于大气压时，气缸内就会产生一定的真空度，在此期间气缸的排气门是关闭的，而进气门是开启的，因此，通过化油器的空气与汽油混合而成的可燃混合气，经过进气管的进气门就被吸进了气缸，这一过程通常称为发动机的“进气冲程”。当活塞由下止点向上止点移动时，进、排气门全部关闭，气缸内的可燃混合气受到压缩，密度加大，温度升高，这一过程称为发动机的“压缩冲程”。当活塞到达上止点时，装在气缸盖上的火花塞产生电火花，点燃被压缩的混合气，可燃混合气燃烧，产生很大的压力，又推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆使曲轴旋转，并输出机械能，这一过程称为发动机的“做功冲程”。当活塞达到下止点时，做功冲程结束。在此期间，发动机的进、排气门仍旧是关闭的，可燃混合气燃烧后产生了废气，为了进行下一个进气冲程，必须将废气从气缸中排出。故做功冲程终了时，活塞将由下止点向上止点移动，这时进气门关闭，排气门打开，废气经排气门强制排到大气中去，这一过程称为发动机的“排气冲程”。

综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、做功、排气四个冲程，完成一个工作循环。在此期间，活塞在上、下止点间往复运动了四个冲程，曲轴相应地旋转了两圈。发动机就是这样一个循环接一个循环地重复运行，连续不断地运转起来。