活动三　了解四冲程发动机常用术语与工作过程

发动机是汽车的动力源。发动机是如何工作的，汽油发动机和柴油发动机工作过程有什么差异，发动机的主要性能如何用参数表述？

本活动将学习四冲程发动机的工作原理和基本术语。

活动目标

概念复习

·汽车：指由独立的动力装置驱动，有4个或4个以上的车轮，可以单独行驶并完成运载任务的非轨道无架线的车辆。

·发动机：将自然界某种能量直接转换为机械能以向其他机械提供动力的机器。

活动过程

步骤一　了解发动机基本术语

现在汽车的汽油发动机的构造如图1-30所示。发动机气缸内装有活塞，活塞通过活塞销与连杆连接，而连杆与曲轴连接。发动机工作时，活塞在气缸内作往复运动，然后通过连杆推动曲轴转动。由此活塞的往复直线运动转变为曲轴的转动。

以下是一些发动机的基本术语。

1．上止点（Top Dead Center，TDC）

上止点是指活塞在气缸内的最高位置，即活塞距离曲轴回转中心最远处。

2．下止点（Bottom Dead Center，BDC）

下止点是指活塞在气缸内的最低位置，即活塞距离曲轴回转中心最近处。

3．活塞行程

活塞行程（S）是指气缸上止点与下止点间的距离，单位为mm。

4．曲柄半径

曲柄半径（R）指曲轴连杆轴颈中心至曲轴主轴颈中心的距离，如图1-31所示。活塞移动一个冲程，曲轴转过半圈（180°），即S＝2R。单位均为mm。

5．气缸工作容积

气缸工作容积（Vh）是指活塞从上止点到下止点运动所经过的空间对应的容积。计算公式如下：

式中：Vh——气缸工作容积，L；

D——气缸直径，mm；

S——活塞行程，mm。

6．发动机排量

发动机排量（VL）是指多缸发动机各缸工作容积之和，又称发动机工作容积。若发动机气缸数为i，则VL=Vhi。

7．燃烧室容积

燃烧室容积（VC）是指活塞在上止点时，活塞顶部以上的空间。

8．气缸总容积

气缸总容积（Va）是指活塞在下止点时，活塞顶部以上的空间。气缸总容积Va等于气缸工作容积Vh与燃烧室容积Vc之和，Va=Vh+Vc，单位为L。

9．压缩比

压缩比（ε）是指气缸总容积和燃烧室容积比值。计算公式如下：

小解释

容积：容器所能容纳物体的体积。固体、气体的容积单位与体积单位相同（m3），而液体的容积单位一般用L、mL表示。

ε表示活塞从下止点到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。

想一想

发动机排量和哪些参数有关？

试一试

某汽油发动机有4个气缸，气缸直径D=87.5mm，活塞冲程S=92mm，压缩比ε是8.1，计算发动机气缸工作容积Vh、燃烧室容积VC及发动机排量VL（单位为L）。

搜一搜

上海通用汽车公司生产的科鲁兹轿车发动机排量VL和压缩比ε分别是多少？

步骤二　认识四冲程汽油发动机工作过程

四冲程发动机的工作循环包括4个活塞冲程，即进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程（见图1-32）。

1．进气冲程

曲轴带动活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。活塞顶部空间增大，气缸内压力降低到小于外界大气压，产生真空吸力。空气通过进气管道、进气门被吸入气缸。

2．压缩冲程

进气结束，进、排气门都关闭。曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，活塞顶部的可燃混合气被压缩。压缩终了时，混合气压力达到0.68～1.47MPa，温度可达300～500℃。

3．做功冲程

当压缩冲程活塞接近上止点，此时进、排气门都处于关闭状态，火花塞发出电火花点燃可燃混合气，混合气迅速燃烧使气体温度和压力急剧升高，推动活塞向下止点运动，带动连杆运动，并使曲轴旋转做功，对外输出功率。

4．排气冲程

曲轴带动活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭。在活塞和废气自身的压力作用下，废气经排气门排出气缸。活塞到达上止点后排气结束。

步骤三　认识四冲程柴油发动机工作过程

现在汽车的柴油发动机构造如图1-33所示。柴油发动机将柴油在高压泵中加压，经喷油器喷入气缸。

四冲程柴油发动机完成一个工作循环也要经历进气、压缩、做功和排气4个冲程，但由于柴油发动机使用的燃料是柴油，柴油相对于汽油来说，其黏度大，蒸发性差，自燃温度低，所以柴油发动机在混合气形成、点火方式上和汽油发动机有明显不同，下面主要叙述两者之间的不同之处。单缸四冲程柴油发动机工作过程如图1-34所示。

1．进气冲程

进气冲程柴油发动机与汽油发动机基本相似。

2．压缩冲程

压缩冲程柴油发动机压缩可燃混合气使其温度达到燃烧温度而自燃，其压缩比远大于汽油发动机，压缩终了时气体压力可达3～5MPa，温度可达500～700℃。

3．做功冲程

压缩冲程终了，高压泵将柴油加压后经喷油器呈高压雾状喷入气缸，与已经压缩为高压、高温的空气混合，迅速形成可燃混合气，可燃混合气在高温下自行着火燃烧。在燃烧过程中要继续喷射高压柴油。燃烧产生的高温、高压气体推动活塞下行，带动连杆运动，连杆带动曲轴转动做功。该冲程中，瞬时最高压力达5～10MPa，温度达1500～1900℃。

4．排气冲程

柴油发动机排气冲程和汽油发动机基本相同，排气终了气体压力为0.105～0.125MPa，温度500～700℃，比汽油发动机略低。

综上所述，四冲程发动机完成一个工作循环，经历进气、压缩、做功和排气四个冲程。发动机正常运转时连续不断地循环工作。曲轴旋转两周（720°）完成一个工作循环，发动机一个冲程对应曲轴转角为180°。其中做功和进气冲程活塞是从上止点向下止点运动，压缩和排气冲程活塞是从下止点向上止点运动。四个冲程中，只有做功冲程是有效输出动力冲程，其余三个冲程都是辅助冲程，靠飞轮惯性维持转动。因此飞轮转速是不均匀的，必须具有足够的转动惯量才能保证发动机运转平稳。现代汽车发动机采用多个气缸按照一定的工作顺序工作的方式来保证发动机运转平稳。

练一练

填写下表，复习四冲程发动机的工作过程。

活动评价

试着完成下面的练习题，而后将自己的答案与课本对照，将错误答案改正过来并仔细复习相关内容，直到能够正确完成所有练习为止。

一、填空题

1．四冲程发动机工作过程经历进气、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿四个冲程。

2．发动机工作容积VL是指所有＿＿＿的总和。

3．压缩比ε是气缸总容积Va与＿＿＿的比值。

二、判断题

1．发动机排量是指气缸工作容积Va的总和。（　）

2．活塞冲程S是指上、下两止点间的距离。（　）

3．发动机在进气冲程时，气缸内压力小于大气压。（　）

4．四冲程柴油发动机在进气冲程时，进入气缸的是混合气。（　）

5．四冲程发动机完成一个工作循环，曲轴转过一圈。（　）

6．柴油发动机和汽油发动机一样有两大机构、五大系统。（　）

7．柴油发动机的压缩比ε大于汽油发动机。（　）

三、选择题

1．下止点是指活塞离曲轴回转中心（　）处。

A．最远　B．最近　C．最高　D．最低

2．下列哪种发动机不是火花塞点火式发动机？（　）

A．柴油发动机　B．汽油发动机

C．液化石油气发动机　D．双燃料发动机

3．压缩比ε是指气缸（　）容积与（　）容积的比值。

A．工作；燃烧室　B．总；工作

C．总；燃烧室　D．燃烧室；工作

4．气缸压力小于大气压的冲程是（　）。

A．压缩冲程　B．做功冲程　C．进气冲程　D．排气冲程

5．气缸上止点与下止点间的距离，称为（　）。

A．排气量　B．冲程　C．乘积燃烧室容积　D．气缸容积

6．四冲程发动机在做功和压缩冲程时，进气门（　），排气门（　）。

A．开；开　B．开；关　C．关；开　D．关；关

7．四冲程发动机一个工作循环，曲轴共旋转（　）。

A．四周　B．三周　C．两周　D．一周

8．四冲程发动机一个工作循环，活塞在上、下止点间往复移动共（　）。

A．四次　B．三次　C．二次　D．一次