第三節 發動機專業術語與工作原理

一、發動機專業術語

發動機專業術語如圖1-15所示。

上止點：活塞頂離曲軸旋轉中心最遠的位置，即圖中活塞頂達到的最高位置。

下止點：活塞頂離曲軸旋轉中心最近的位置，即圖中活塞頂達到的最低位置。

活塞行程：活塞在上止點與下止點之間所移過的距離。

燃燒室容積：當活塞在上止點時，活塞頂上方的空間容積。

工作容積：活塞從上止點到下止點所讓出的空間容積。

氣缸總容積：當活塞在下止點時，活塞頂上方的整個空間容積，也就是氣缸工作容積與燃燒室容積之和。

發動機排量：多缸發動機各氣缸工作容積的總和，等于氣缸工作容積與缸數的乘積，一般用毫升（mL）來表示。排量是發動機最重要的結構參數之一。

壓縮比：氣缸總容積與燃燒室容積之比。壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內的氣體壓力和溫度就越高。

圖1-15 發動機專業術語

圖1-15 發動機專業術語（續）

工作循環：活塞式發動機的工作循環是由進氣、壓縮、做功和排氣四個工作過程組成的封閉過程。周而復始地進行這些過程，發動機才能持續地做功。

工況：發動機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻發動機輸出的有效功率和曲軸轉速表示。曲軸轉速即為發動機轉速。

二、發動機工作過程

常見的汽車發動機大部分為四沖程汽油發動機。四沖程汽油發動機由進氣、壓縮、做功和排氣四個過程周而復始地循環工作。四沖程汽油發動機的工作原理示意圖如圖1-16所示。

（1）進氣行程 進氣行程是將汽油和空氣混合成的可燃氣體吸入氣缸。進氣行程開始時，進氣門打開，排氣門關閉，曲軸轉動使活塞由上止點向下止點運動，活塞上方容積增大，壓力降低。由汽油和空氣組成的可燃混合氣在壓力差的作用下進入氣缸（圖1-16a）。曲軸轉過半周，活塞行至下止點，進氣門關閉，進氣行程結束。進氣終了時其壓為75～90kPa，混合氣溫度為80～130℃。

（2）壓縮行程 壓縮行程可提高可燃混合氣的壓力和溫度，為其迅速燃燒創造條件。壓縮行程開始時，進、排氣門關閉，曲軸繼續轉動，活塞從下止點向上止點運動，活塞上方容積縮小，壓縮可燃混合氣使其溫度和壓力升高（圖1-16b）。曲軸轉過第二個半周，活塞到達上止點，壓縮行程結束。壓縮行程終了時的壓力為800～1400kPa，混合氣溫度為350～450℃。

壓縮比是壓縮行程的重要指標，壓縮比越大，壓縮終了時混合氣的壓力和溫度就越高，越有利于提高發動機的動力。但壓縮比受汽油抗爆性能的限制，不宜過大，否則會引起發動機爆燃，反而會降低動力，使耗油量增加，加速零件損壞。

（3）做功行程 做功行程使壓縮終了的可燃混合氣燃燒后膨脹做功。做功行程時，進、排氣門仍然關閉，當壓縮接近終了時，火花塞發出電火花，可燃混合氣被點燃迅猛燃燒，使燃燒氣體的壓力和溫度急劇升高，推動活塞由上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉而對外做功。所以做功行程也稱為膨脹行程（圖1-16c）。

做功行程燃氣最高壓力可達2940～3920kPa，溫度可達1800～2000℃。隨著活塞向下運動，活塞上方容積增大，壓力、溫度隨之降低。活塞運動至下止點，曲軸轉過第三個半周，做功行程結束。此時燃氣壓力為300～500kPa，溫度約為1200℃。

（4）排氣行程 排氣行程排除氣缸內膨脹做功后的廢氣。排氣行程開始時，進氣門仍關閉，排氣門開啟，曲軸繼續轉動使活塞由下止點向上止點移動，把膨脹做功后的廢氣擠出氣缸（圖1-16d）。曲軸轉過第四個半周，活塞到達上止點，排氣行程結束。排氣行程終了時壓力為105～120kPa，溫度為600～900℃。

綜上所述：發動機每完成一個工作循環時，曲軸轉動兩周（720°），進、排氣門各開啟一次，活塞完成四個行程，其中進氣、壓縮和排氣行程是消耗動力，只有做功行程產生動力。

圖1-16 四沖程汽油發動機的工作原理示意

三、多缸發動機的工作順序（點火順序）

四沖程發動機工作時，只有一個行程做功，其余三個行程都是消耗功的。因此，單缸發動機既不能平穩工作，又不能發出足夠動力，故現代汽車都采用多缸發動機，其中以四缸和六缸發動機最為普遍。

（1）四沖程四缸發動機的工作順序 四沖程四缸發動機的氣缸一般為直列，曲軸上四個連桿軸頸配置在一個平面內，一、四連桿軸頸在一方，二、三連桿軸頸在另一方，兩個方向互成180°。四缸發動機曲軸轉角如圖1-17所示。

四沖程直列四缸發動機的發火間隔角為720°/4=180°。四個曲拐在同一平面內。曲軸轉動時，第1和第4缸的活塞同時上下，第2和第3缸的活塞同時上下。因此，四缸發動機的工作順序為1-3-4-2或1-2-4-3。工作順序為1-3-4-2發動機各缸的工作順序見表1-2。

圖1-17 四缸發動機曲軸轉角

表1-2 四缸發動機各缸工作順序（工作順序1-3-4-2）

（2）四沖程直列六缸發動機的工作順序 曲軸連桿軸頸多數按如下排列：面對曲軸前端，1、6連桿軸頸在上面，2、5連桿軸頸偏左面，3、4連桿軸頸偏右面，三個方向互成120°。六缸發動機曲軸轉角如圖1-18所示。六缸發動機的工作順序為1-5-3-6-2-4，見表1-3。

圖1-18 六缸發動機曲軸轉角

表1-3 六缸發動機各缸工作順序（工作順序為1-5-3-6-2-4）

圖1-19 V形六缸發動機曲軸轉角

（3）四沖程V形六缸發動機的工作順序 四沖程V形六缸發動機的發火間隔角仍為120°，3個曲拐互成120°。面對發動機的冷卻風扇，右列氣缸用R表示，由前向后氣缸號分別為R1、R2、R3；左列氣缸用L表示，氣缸號分別為L1、L2和L3，V形六缸發動機的工作順序為R1-L3-R3-L2-R2-L1。圖1-19所示為V形六缸發動機曲軸轉角，表1-4為V形六缸發動機工作順序。

表1-4 V形六缸發動機各缸工作順序（工作順序為R1-L3-R3-L2-R2-L1）