四冲程汽油机的工作原理是什么?
汽油机将空气和汽油按一定比例混合成良好的混合物,在进气冲程中被吸入气缸。混合物被压缩并点燃以产生热能。高温高压气体作用在活塞顶部,推动活塞直线往复运动,通过连杆和曲轴飞轮机构向外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程完成一个工作循环。
在曲轴的驱动下,活塞从上止点运动到下止点。此时,进气门打开,排气门关闭,曲轴旋转180°。在活塞运动过程中,气缸容积逐渐增大,气缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,气缸内形成一定程度的真空。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸,并在气缸中进一步混合形成可燃混合物。由于进气系统的阻力,进气终点气缸内的气体压力比大气压力低0p,即Pa=(0.80~0.90)0P,进入气缸的可燃混合气由于进气管、气缸壁、活塞顶、气门、燃烧室壁等高温部位的加热,以及与残余废气的混合,温度上升到340~400K。
在压缩冲程期间,进气门和排气门同时关闭。活塞从下止点移动到上止点,曲轴旋转180°。当活塞上移时,工作容积逐渐减小,压缩后缸内混合气的压力和温度不断升高。当达到压缩终点时,压力pc可达800~2000kPa,温度可达600~750K,在示功图上,压缩行程为曲线a~c。当活塞接近上止点时,火花塞点燃可燃混合气,混合气的燃烧释放出大量的热能,使气缸内气体的压力和温度迅速升高。最高燃烧压力pZ为3000~6 000kPa,温度TZ为2200~2800K,高温高压气体推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构向外输出机械能。随着活塞向下移动,气缸容积增加,气体压力和温度逐渐降低。当到达B点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1200~1500K,在做功冲程中,进气门和排气门关闭,曲轴旋转180°。
在排气冲程期间,排气阀打开,进气阀仍然关闭,活塞从下止点移动到上止点,曲轴旋转180°。当排气阀打开时,燃烧后的废气一方面在气缸内外的压力差下排放到气缸外部,另一方面通过活塞的位移排放到气缸外部。由于排气系统的阻力,排气终点R处的压力略高于大气压,即PR=(1.05~1.20)P0。排气端温度tr=900~1100k,当活塞运动到上止点时,燃烧室中仍有一定量的废气无法排出。这部分废气称为残余废气。