汽油發(fā)動(dòng)機(jī)工作行程

【專家解說】：一個(gè)工作循環(huán)包括有四個(gè)活塞行程(所謂活塞行程就是指活塞由上止點(diǎn)到下止點(diǎn)之間的距離的過程):進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程(作功行程)和排氣行程。 進(jìn)氣行程 在這個(gè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積增大，從而使氣缸內(nèi)的壓力將到大氣壓力以下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力，這樣空氣便經(jīng)由進(jìn)氣管道和進(jìn)氣門被吸入氣缸，同時(shí)噴油嘴噴出霧化的汽油與空氣充分混合。在進(jìn)氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體壓力約為0.075-0.09MPa。而此時(shí)氣缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度已經(jīng)升高到370-400K。 壓縮行程 為使吸入氣缸的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小、密度加大、溫度升高，即需要有壓縮過程。在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)行程，即壓縮行程。此時(shí)混合氣壓力會增加到0.6-1.2MPa，溫度可達(dá)600-700K。 在這個(gè)行程中有個(gè)很重要的概念，就是壓縮比。所謂壓縮比，就是壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比。一般壓縮比越大，在壓縮終了時(shí)混合氣的壓力和溫度便愈高，燃燒速度也愈快，因而發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率愈大，經(jīng)濟(jì)性愈好。一般轎車的壓縮比在8-10之間，不過現(xiàn)在最新上市的Polo就達(dá)到了10.5的高壓縮比，因此它的扭矩表現(xiàn)相對不錯(cuò)。但是壓縮比過大時(shí)，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒情況，反而會出現(xiàn)暴燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象(燃油質(zhì)量的影響也是占有相對重要的地位，這方面我們會在以后詳細(xì)講解)。 暴燃是由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。暴燃時(shí)火焰以極高的速率向外傳播，甚至在氣體來不及膨脹的情況下，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速向前推進(jìn)。當(dāng)這種壓力波撞擊燃燒室壁是就發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時(shí)，還會引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。嚴(yán)重暴燃是甚至?xí)斐蓺忾T燒毀、軸瓦破裂、火花塞絕緣體被擊穿等機(jī)件損壞現(xiàn)象。 除了暴燃，過高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)還可能要面對另一個(gè)問題:表面點(diǎn)火。這是由于缸內(nèi)熾熱表面與熾熱處(如排氣門頭，火花塞電極，積炭處)點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒(也稱作熾熱點(diǎn)火或早燃)。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強(qiáng)烈的敲缸聲(較沉悶)，產(chǎn)生的高壓會使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，降低壽命。 膨脹行程(作功行程) 在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣。可燃混合氣被燃燒后，放出大量的熱能，此時(shí)燃?xì)獾膲毫蜏囟妊杆僭黾?。其所能達(dá)到的最大壓力可達(dá)3-5MPa,相應(yīng)的溫度則高達(dá)2200-2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過連桿使曲柄旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余即用于對外做功。在活塞的運(yùn)動(dòng)過程中，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度都迅速下降，在此行程終了時(shí)，壓力降至0.3-0.5MPa，溫度則為1300-1600K。 排氣行程 當(dāng)膨脹行程(作功行程)接近終了時(shí)，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，強(qiáng)制降廢氣強(qiáng)制排到大氣中，這就是排氣行程。在此行程中，氣缸內(nèi)壓力稍微高于大氣壓力，約為0.105-0.115MPa。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束，此時(shí)的廢氣溫度約為900-1200K。 由此，我們已經(jīng)介紹完了發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周