原理

四沖程汽油機

往復活塞式內燃機所用的燃料主要是汽油（gasoline）或柴油(diesel）。由于汽油和柴油具有不同的性質，因而在發動機的工作原理和結構上有差異。

一. 四沖程汽油機工作原理

汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經壓縮點火燃燒而產生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內完成一個工作循環。

⑴ 進氣沖程（intake stroke)

活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統存在阻力，進氣終點 （圖中a 點）汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0 p ，即pa= (0.80～0.90） 0 p。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

⑵ 壓縮沖程（compression stroke)

壓縮沖程時，進、排氣門同時關閉。活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°?；钊弦茣r，工作容積逐漸縮小，缸內混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2 000kPa，溫度達600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。

⑶ 做功沖程（power stroke)

當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3 000～6 000kPa，溫度TZ達2 200～2 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達 b 點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。

⑷ 排氣沖程（exhaust stroke)　　

排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=（1.05～1.20）p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K?；钊\動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。

四沖程柴油機

二. 四沖程柴油機工作原理

四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環也是由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火，也叫壓燃式點火，其工作過程及系統結構與汽油機有所不同.

⑴ 進氣沖程

進入汽缸的工質是純空氣。由于柴油機進氣系統阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.85～0.95）p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。

⑵ 壓縮沖程

由于壓縮的工質是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高（一般為ε=16～22）。壓縮終點的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點的溫度為750～1 000K，大大超過柴油的自燃溫度（約520K）。

⑶ 做功沖程

當壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升，最高達5 000～9 000kPa，最高溫度達1 800～2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發動機。

⑷ 排氣沖程

柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發動機來說，其轉速不均勻，發動機工作不平穩，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉動慣量，這樣又會導致整個發動機質量和尺寸增加。采用多缸發動機可以彌補上述不足。現代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發動機。

分類

按活塞運動方式分類：活塞式內燃機可分為往復活塞式和旋轉活塞式兩種。前者活塞在汽缸內作往復直線運動，后者活塞在汽缸內作旋轉運動。

按照進氣系統分類：內燃機按照進氣系統是否采用增壓方式可以分為自然吸氣（非增壓）式發動機和強制進氣（增壓式）發動機。若進氣是在接近大氣狀態下進行的，則為非增壓內燃機或自然吸氣式內燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內燃機。增壓可以提高內燃機功率。

按照氣缸排列方式分類：內燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式、雙列式和三列式。單列式發動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。雙列式發動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°（一般為90°）稱為V型發動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發動機。三列式把氣缸排成三列，成為W型發動機。

按照氣缸數目分類：內燃機按照氣缸數目不同可以分為單缸發動機和多缸發動機。僅有一個氣缸的發動機稱為單缸發動機；有兩個以上氣缸的發動機稱為多缸發動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸發動機?，F代車用發動機多采用三缸，四缸、六缸、八缸發動機。

按照冷卻方式分類：內燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發動機和風冷發動機。水冷發動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的；而風冷發動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質進行冷卻的。水冷發動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應用于現代車用發動機。

按照行程分類：內燃機按照完成一個工作循環所需的沖程數可分為四沖程內燃機和二沖程內燃機。把曲軸轉兩圈（720°），活塞在氣缸內上下往復運動四個沖程，完成一個工作循環的內燃機稱為四沖程內燃機；而把曲軸轉一圈（360°），活塞在氣缸內上下往復運動兩個沖程，完成一個工作循環的內燃機稱為二沖程內燃機。汽車發動機廣泛使用四沖程內燃機。

按氣門機構種分類：側置氣門（SV）發動機、側置凸輪軸（OHV）發動機、頂置凸輪軸（OHC）發動機、可變氣門（VTEC）發動機 和Desmo氣門機構發動機。

按燃油供應方式分類：化油器發動機和電噴發動機。

按照所用燃料分類：內燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內燃機稱為汽油機；使用柴油為燃料的內燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉速高，質量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經濟性能和排放性能都比汽油機好。

指標

發動機的性能指標用來表征發動機的性能特點，并作為評價各類發動機性能優劣的依據。發動機的性能指標主要有：動力性指標、經濟性指標、環境指標、可靠性指標和耐久性指標。

1. 動力性指標

動力性指標是表征發動機做功能力大小的指標，一般用發動機的有效轉矩、有效功率、發動機轉速等作為評價指標。

⑴ 有效轉矩

發動機對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，

⑵ 有效功率

發動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率，

⑶ 發動機轉速

發動機曲軸每分鐘的回轉數稱為發動機轉速，

2. 經濟性指標

發動機經濟性指標一般用有效燃油消耗率表示。發動機每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量（以g為單位）稱為有效燃油消耗率.

3. 環境指標　　

環境指標主要指發動機排氣品質和噪聲水平。由于它關系到人類的健康及其賴以生存的環境，因此各國政府都制定出嚴格的控制法規，以期削減發動機排氣和噪聲對環境的污染。當前，排放指標和噪聲水平已成為發動機的重要性能指標。

排放指標主要是指從發動機油箱、曲軸箱排出的氣體和從汽缸排出的廢氣中所含的有害排放物的量。對汽油機來說主要是廢氣中的一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC）含量；對柴油機來說主要是廢氣中的氮氧化物（NOx）和顆粒（PM）含量。

噪聲是指對人的健康造成不良影響及對學習、工作和休息等正常活動發生干擾的聲音。由于汽車是城市中的主要噪聲源之一，而發動機又是汽車的主要噪聲源，因此控制發動機的噪聲就顯得十分重要。如中國的噪聲標準（GB/T 18697—2002）中規定，轎車的噪聲不得大于79dB(A）。

4. 可靠性指標和耐久性指標

可靠性指標是表示發動機在規定的使用條件下，在規定的時間內，正常持續工作能力的指標。可靠性有多種評價方法，如首次故障行駛里程、平均故障間隔里程等。耐久性指標是指發動機主要零件磨損到不能繼續正常工作的極限時間。

5. 發動機萬有特性

汽車發動機的工況能在很廣泛的范圍內變化。當發動機的工況（即功率和轉速）發生變化時，其性能（包括動力性、經濟性、排放性和噪聲等）也隨之改變。發動機性能指標隨運行工況而變化的關系稱為發動機萬有特性。