汽车发动机工作原理 汽车发动机机械原理

今天我们来聊一聊汽车发动机的工作原理。虽然在上一篇文章中我们已经介绍了发动机的种类，比如四冲程汽油机、四冲程柴油机、二冲程汽油机、二冲程柴油机和转子发动机，但在日常的汽车使用中，四冲程汽油机和四冲程柴油机是最为常见的。二冲程汽油机、二冲程柴油机和转子发动机虽然也有一定应用，但在现代汽车中较为少见。今天，我们将以四冲程汽油机为例，深入探讨发动机的基本工作原理。

如果你曾在网络上查阅过发动机的工作原理，可能会看到各种复杂的说法，大多提到发动机在四个冲程（进气、压缩、做功、排气）中完成循环，涉及气缸内温度、压力和的运动等详细数据。但对于普通车主来说，这些过于专业的内容并不容易理解。今天，我们将从一个更为直观的角度，讲解发动机从启动到正常工作的一整个过程。

在发动机启动之前，它处于静止状态。为了让发动机开始工作，需要一个外力来推动它的转动，通常这个外力是由起动机提供的。在早期的发动机中，起动机尚未普及，人们常用摇把或拉绳等方式手动启动发动机。即使在蓄电池电量不足的情况下，也能通过推车反推发动机转动来启动发动机。对于一些大型柴油发动机，启动时所需的扭矩非常大，电动起动机

现代汽车大多配备了电动起动机。在启动前，车主首先将点火开关转至通电位置，此时汽油泵开始工作，向燃油供给系统提供压力，点火系统中的线圈初级绕组也会通电，准备工作随之完成。接着，当点火开关被转到启动位置时，电动起动机开始运转，带动曲轴转动，发动机开始启动。

如今的汽车大多采用多缸发动机，在这里我们以单个气缸为例来讲解发动机的工作原理。

起动机带动曲轴旋转，使得从上止点开始向下移动。气缸内产生了真空吸力，进气门打开，外界的空气或混合气在这种吸力的作用下被吸入气缸，类似于液体被吸入针管，这便是进气冲程。随着到达下止点，进气冲程结束。

对于自然进气的发动机而言，气缸内的进气压力永远不会高于大气压力，因此气缸内的压力会稍低于外界大气压，通常在0.075~0.09MPa之间，温度与外界环境温度相近。而对于增压发动机，空气在进入气缸前会通过增压器进行压缩，因此进气的压力和温度都会高于自然进气发动机，其具体的数值则与增压器的工作状态和发动机转速密切相关。

进气结束后，起动机继续带动曲轴转动，开始从下止点向上移动。这时，进气门和排气门都已关闭，气缸内的空气被密封在其中。随着的上行，气缸内的气体被压缩，气体的温度和压力不断升高，这就是压缩冲程。当达到上止点时，压缩冲程结束。

在压缩冲程结束时，气缸内的压力和温度已经极为高涨，通常压力会超过1.0MPa，温度也会超过400°C。对于柴油机而言，这些数值要更高，而增压发动机的压力和温度也会高于自然吸气发动机。

随着压缩冲程的完成，气缸内的气体被压缩到极小的空间，这个空间即为燃烧室。安装在燃烧室内的火花塞会点燃压缩后的可燃混合气，气体在高温高压下发生剧烈燃烧，瞬间温度飙升，体积膨胀，产生巨大的压力。由于气缸盖无法移动，这些高温高压气体便迫使向下运动，发动机的做功冲程就此开始，由被动变为主动，推动曲轴转动。

做功冲程是发动机唯一能输出动力的冲程。在这一过程中，气缸内的温度会升高至约2000°C，压力也会达到5MPa左右。发动机的噪音和振动正是源自于这一阶段。随着的下行，气缸内的温度和压力逐渐下降，直到到达下止点，做功冲程结束。

曲轴已经获得了足够的动能，并将一部分能量储存到飞轮中，飞轮可以帮助曲轴继续转动，无需起动机的协助。

做功冲程结束后，气缸内的可燃混合气已经被完全燃烧，只剩下废气。这些废气必须气缸外。在曲轴的惯性作用下，从下止点向上移动，同时排气门打开，废气便从排气门，进入外部环境，这便是排气冲程。当到达上止点时，排气冲程结束。

总结一下，四冲程汽油发动机的工作过程经历了进气、压缩、做功和排气四个阶段，每个工作循环完成时，上下运动两次，曲轴旋转两圈。经过一个完整的循环后，发动机重新开始新一轮的进气、压缩、做功和排气。随着飞轮储存的动能越来越多，曲轴能够自主运转，整个启动过程也就此完成，发动机进入自主工作状态，持续输出动力。

实际上，发动机的工作远比上述过程复杂。在实际运行中，进排气门的开启与关闭并不总是在的上下止点，而是有所提前或延迟，这就是所谓的配气相位。火花塞点火的时机也并非在压缩上止点，而是略有提前，这被称为点火提前角。还有很多配套系统和辅助动作，关于这些内容，我们以后再详细讨论。