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        往復活塞式內燃機工作原理

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         一、四沖程汽油機工作原理 四沖程往復活塞式內燃機在四個活塞行程內完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程,即在一個活塞行程內只進行一個過程。因此,活塞行程可分別用四個過程命名
                           

                1. 進氣行程 活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時排氣門關閉,進氣門開啟。在活塞移動過程中,氣缸容積逐漸增大,氣缸內形成一定的真空度??諝夂推偷幕旌衔锿ㄟ^進氣門被吸入氣缸,并在氣缸內進一步混合形成可燃混合氣。
                2. 壓縮行程 進氣行程結束后,曲軸繼續帶動活塞由下止點移至上止點。這時,進、排氣門均關閉。隨著活塞移動,氣缸容積不斷減小,氣缸內的混合氣被壓縮,其壓力和溫度同時升高。
                3. 作功行程 壓縮行程結束時,安裝在氣缸蓋上的火花塞產生電火花,將氣缸內的可燃混合氣點燃,火焰迅速傳遍整個燃燒室,同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹,壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下,活塞由上止點移至下止點,并通過連桿推動曲軸旋轉作功。這時,進、排氣門仍舊關閉。
                4. 排氣行程 排氣行程開始,排氣門開啟,進氣門仍然關閉,曲軸通過連桿帶動活塞由下止點移至上止點,此時膨脹過后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動下,經排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時,排氣行程結束,排氣門關閉。 

                二、 四沖程柴油機工作原理 四沖程柴油機的工作循環同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程,在各個活塞行程中,進、排氣門的開閉和曲柄連桿機構的運動與汽油機完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同,使柴油機和汽油機在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。
                1. 進氣行程 在柴油機進氣行程中,被吸入氣缸的只是純凈的空氣。
                2. 壓縮行程 因為柴油機的壓縮比大,所以壓縮行程終了時氣體壓力高。
                3. 作功行程 在壓縮行程結束時,噴油泵將柴油泵入噴油器,并通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高,噴孔直徑很小,所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發汽化,并借助于空氣的運動,迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內的溫度遠高于柴油的自燃點,因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高,體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下,活塞推動連桿,連桿推動曲軸旋轉作功。
                4. 排氣行程 排氣行程開始,排氣門開啟,進氣門仍然關閉,燃燒后的廢氣排出氣缸。

                三、二沖程汽油機工作原理
                二沖程內燃機的工作循環是在兩個活塞行程即曲軸旋轉一周的時間內完成的。在四沖程內燃機中,常把排氣過程和進氣過程合稱為換氣過程。在二沖程內燃機中換氣過程是指廢氣從氣缸內被新氣掃除并取代的過程。這兩種內燃機工作循環的不同之處主要在于換氣過程。
                1. 第一行程活塞在曲軸帶動下由下止點移至上止點。
                當活塞還處于下止點時,進氣孔被活塞關閉,排氣孔和掃氣孔開啟。這時曲軸箱內的可燃混合氣經掃氣孔進入氣缸,掃除其中的廢氣。隨著活塞向上止點運動,活塞頭部首先將掃氣孔關閉,掃氣終止。但此時排氣孔尚未關閉,仍有部分廢氣和可燃混合氣經排氣孔繼續排出,稱其為額外排氣。當活塞將排氣孔也關閉之后,氣缸內的可燃混合氣開始被壓縮。直至活塞到達上止點,壓縮過程結束。 
                2. 第二行程活塞由上止點移至下止點。
                在壓縮過程終了時,火花塞產生電火花,將氣缸內的可燃混合氣點燃。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關閉,惟有進氣孔仍然開啟??諝夂推徒涍M氣孔繼續流入曲軸箱,直至活塞裙部將進氣孔關閉為止。隨著活塞繼續向下止點運動,曲軸箱容積不斷縮小,其中的混合氣被預壓縮。此后,活塞頭部先將排氣孔開啟,膨脹后的燃燒氣體已成廢氣,經排氣孔排出。至此作功過程結束,開始先期排氣。隨后活塞又將掃氣孔開啟,經過預壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經掃氣孔進入氣缸,掃除其中的廢氣,開始掃氣過程。這一過程將持續到下一個活塞行程中掃氣孔被關閉時為止。
                           

                四、 二沖程柴油機工作原理
                1.第一行程活塞由下止點移至上止點。
                當活塞還處于下止點位置時,進氣孔和排氣門均已開啟。掃氣泵將純凈的空氣增壓到0.12~0.14MPa后,經空氣室和進氣孔送入氣缸,掃除其中的廢氣。廢氣經氣缸頂部的排氣門排出。當活塞上移將進氣孔關閉的同時,排氣門也關閉,進入氣缸內的空氣開始被壓縮?;钊\動至上止點,壓縮過程結束。
                2.第二行程活塞由上止點移至下止點。
                當壓縮過程終了時,高壓柴油經噴油器噴入氣缸,并自行著火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體推動活塞作功。當活塞下移2/3行程時,排氣門開啟,廢氣經排氣門排出?;钊^續下移,進氣孔開啟,來自掃氣泵的空氣經進氣孔進入氣缸進行掃氣。掃氣過程將持續到活塞上移時將進氣孔關閉為止。

                五、汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內燃機的比較
        以上敘述了各類往復活塞式內燃機的簡單工作原理,從中可以看出汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內燃機的若干異同之處。

                四沖程汽油機與四沖程柴油機的共同點是:
                1) 每個工作循環都包含進氣、壓縮、作功和排氣等四個活塞行程,每個行程各占180°曲軸轉角,即曲軸每旋轉兩周完成一個工作循環。
                2) 四個活塞行程中,只有一個作功行程,其余三個是耗功行程。顯然,在作功行程曲軸旋轉的角速度要比其他三個行程時大得多,即在一個工作循環內曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉的不均勻性,可在曲軸上安裝轉動慣量較大的飛輪或采用多缸內燃機并使其按一定的工作順序依次進行工作。

                兩者不同之處是:
                1) 汽油機的可燃混合氣在氣缸外部開始形成并延續到進氣和壓縮行程終了,時間較長。柴油機的可燃混合氣在氣缸內部形成,從壓縮行程接近終了時開始,并占小部分作功行程,時間很短。
                2) 汽油機的可燃混合氣用電火花點燃,柴油機則是自燃。所以又稱汽油機為點燃式內燃機,稱柴油機為壓燃式內燃機。

                二沖程內燃機與四沖程內燃機相比具有下列一些特點。
                1) 曲軸每轉一周完成一個工作循環,作功一次。當曲軸轉速相同時,二沖程內燃機單位時間的作功次數是四沖程內燃機的兩倍。由于曲軸每轉一周作功一次,因此曲軸旋轉的角速度比較均勻。
                2) 二沖程內燃機的換氣過程時間短,僅為四沖程內燃機的1/3左右。另外,進、排氣過程幾乎同時進行,利用新氣掃除廢氣,新氣可能流失,廢氣也不易清除干凈。因此,二沖程內燃機的換氣質量較差。
                3) 曲軸箱換氣式二沖程內燃機因為沒有進、排氣門,而使結構大為簡化。
        為了敘述上的方便和適應習慣上的稱謂, 本軟件用文如不特別說明,則將水冷四沖程往復活塞式內燃機簡稱為發動機。

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