如图1-27所示,单缸四冲程汽油发动机一般由气缸盖、气缸、活塞、连杆、飞轮、曲轴、曲轴箱、进气门、排气门等组成。气缸2上部装有气缸盖1,它使活塞3顶部与气缸盖之间构成密闭的燃烧室;在发动机工作时,气体燃烧产生的强大推力以及飞轮5的惯性可以使装在气缸2内的活塞3沿气缸中心线作往复直线运动;活塞通过活塞销12与连杆4的小头相连;连杆大头套装在曲轴6的连杆轴颈上;曲轴的两端支承在曲轴箱7的轴承上,由此构成一个曲柄滑块机构,因此活塞作往复运动时就可通过连杆带动曲轴作旋转运动。
根据发动机做功循环不同,汽油发动机分为二冲程发动机和四冲程发动机,目前,汽车、摩托车上广泛采用四冲程汽油发动机为动力机。四冲程发动机指“进气”、“压缩”、“做功”、“排气”四个冲程,整个工作循环曲轴旋转两周,活塞上下各两次。如图1-64所示,以单缸摩托车发动机为例介绍其工作原理。
图1-64 四冲程摩托车发动机工作原理图
1 进气行程
活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。进气门开启,排气门关闭。由于活塞下移,活塞上腔容积增大,形成一定真空度,在真空吸力的作用下,空气与汽油形成的混合气,经进气门被吸入气缸,至活塞运动到下止点时,进气门关闭,停止进气,进气行程结束。
2 压缩行程
活塞在曲轴的带动下,从下止点向上止点运动,进、排气门均关闭。随着活塞上移,活塞上腔容积不断减小,混合气被压缩,至活塞到达上止点时,压缩行程结束。
在压缩过程中,气体压力和温度同时升高。压缩终了时,气缸内的压力约为600~1500kPa,温度约为600~800K,远高于汽油的点燃温度(约263K)。
3 做功行程
压缩行程末,火花塞产生电火花,点燃气缸内的可燃混合气,并迅速着火燃烧,气体产生高温、高压,在气体压力的作用下,活塞由上止点向下止点运动,再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出做功,至活塞运动到下止点时,做功行程结束。做功行程,进、排气门均关闭。在做功过程中,开始阶段气缸内气体压力、温度急剧上升,瞬时压力可达3~5MPa,瞬时温度可达2200~2800K。随着活塞的下移,压力、温度下降,做功行程终了时,压力约为300~500kPa,温度约为1500~1700K。
4 排气行程
在做功行程终了时,排气门被打开,活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下,自排气门排出气缸,至活塞运动到上止点时,排气门关闭,排气行程结束。
排气终了时,由于燃烧室容积的存在,气缸内还存有少量废气,气体压力也因排气门和排气道等有阻力而高于大气压。此时,压力约为105~125kPa,温度约为900~1200K。
排气行程结束后,进气门再次开启,又开始了下一个工作循环,如此周而复始,发动机就自行运转。