汽车的发动机原理

Question

如题所述

Answer 1

汽车发动机的工作原理主要就是把化学能转化为机械能。
之所以发动机拥有充足的动力，是因为通过燃烧气缸内的燃料产生动能，使发动机气缸内的活塞往复运动，这也是一个工作循环的过程。
发动机的动力是因为发动机气缸内的活塞在往复运动的同时，带动活塞上的连杆和连杆相连的曲柄燃烧，曲轴中心一直做往复的圆周运动来输出动力。

Answer 2

　　汽车的发动机原理：
　　汽油发动机的目的在于将汽油转换为运动，以便汽车能够开动。 目前将汽油变成运动的最简单方法是在发动机中燃烧汽油。 因此，汽车发动机是一种“内燃发动机”——燃烧发生在内部。 需要注意两件事情：

　　有多种不同的内燃发动机。 柴油发动机是一种，燃气轮机是另外一种。 参见有关HEMI发动机、转子发动机和二冲程发动机的文章。 每种发动机都有自己的优缺点。

　　还有一种外燃发动机。 老式火车和蒸汽轮船中的蒸汽机是外燃发动机。 在蒸汽机中，燃料(煤、木柴、石油等)在发动机外部燃烧并产生蒸汽，由蒸汽在发动机内部形成运动。 内燃机的效率比外燃机高出许多(每公里消耗的燃料更少)，而且内燃发动机比同等功率的外燃发动机要小巧很多。 福特和通用这些公司之所以不使用蒸汽机，原因也在于此。

　　典型汽车发动机的内部构造 

　　当前几乎所有汽车都使用往­复式内燃发动机，因为这种发动机具有以下优点：

　　相对高效(与外燃发动机相比)

　　相对廉价(与燃气轮机相比)

　　相对来说易于加注燃料(与电动汽车相比)

　　这些优点使得其成为驱动汽车的首选技术。

　　为了了解往复式内燃发动机的工作原理，对“内部燃烧”的工作方式有一个直观的认识十分有帮助。 加农炮是一个很好的例子。 您可能在电影里看到过它们，士兵们向炮中填入火药和炮弹，然后点着它。 这就是我们说的内部燃烧，但是很难想象发动机是如何完成这些过程的。

　　下面是一个更为形象的例子： 假如有一大段塑料的下水道管子，它的直径为8厘米，长度为90厘米，然后在它的一端安上一个盖子。 接着，在管子中喷洒了一点WD-40，或者放了几滴汽油。 然后，在管子里塞进一个土豆。 就像这样：

　　不建议您这样做!但是假如您这样做了，我们现在拥有的这个装置通常称作土豆加农炮。 如果您在其中打出一个火花，那么就可以点着燃料。

　　有意思的是——而且我们讨论这样一个装置的目的就在于——土豆加农炮可以将土豆发射出大约150米远! 几滴汽油就可以产生如此巨大的能量。

　　土豆加农炮的基本原理与所有往复式内燃发动机完全一致： 如果将一点儿高能燃料(例如汽油)放在一个小的密闭空间中并点燃它，它将以气体膨胀的形式释放出巨大能量。 可以使用这些能量将土豆抛出150米远。 在这个例子中，能量被转换为土豆的运动。 也可以使用这些能量完成更有意思的工作。 例如，如果可以建立一个循环，使得在每分钟内可以进行数百次爆炸，然后将能量用于有意义的事情，现在您已经接触到了汽车发动机的核心秘密!
　　目前几乎所有汽车都使用四冲程燃烧循环来将汽油转化为运动。 四冲程方式又称作“奥托循环”，以此纪念1867年发明它的尼克劳斯•奥托 (Nikolaus Otto)。这四个冲程如图1所示。 它们分别是：

　　进气冲程

　　压缩冲程

　　燃烧冲程

　　排气冲程

　　循环过程

　　可以看到称作“活塞”的装置，它取代了土豆加农炮中的土豆。 活塞通过连杆连接到曲轴。 当曲轴旋转时，它的作用相当于“让加农炮复位”。 在发动机的循环过程中会发生如下事情：

　　典型汽车发动机的内部构造

　　1. 活塞开始时位于顶部，排气门打开，然后活塞向下运动，在发动机的气缸中充满空气和汽油的混合物。 这便是吸气冲程。 此时，只需要在空气中混合最少量的汽油即可。

　　2. 然后，活塞向上返回以压缩燃油/空气混合物。 压缩过程使得爆炸更具威力。

　　3. 当活塞到达其冲程的顶部时，火花塞发出一个火花，点燃汽油。 气缸中的汽油爆炸，推动活塞向下运动。

　　4. 在活塞到达其冲程的底部后，排气门开启，废气被排出气缸并进入排气尾管。

　　现在，发动机准备进行下一次循环，再次吸入空气和汽油。 

　　注意，内燃发动机输出的运动是旋转运动，而土豆加农炮产生的运动是线性运动(直线)。 在发动机中，活塞的线性运动转化为曲轴的旋转运动。 而旋转运动非常好，因为我们正好打算通过它让车轮转起来。本回答被提问者和网友采纳

Answer 3

一、基本理论
汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。
有两点需注意：
1．
内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。
2．
同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。
相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。
二、燃烧是关键
汽车的发动机一般都采用4冲程。（马自达的转子发动机在此不讨论，汽车画报曾做过介绍）
4冲程分别是：进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程，发动机完成一个周期(2圈)。
理解4冲程
活塞，它由一个活塞杆和曲轴相联，过程如下：
1．活塞在顶部开始，进气阀打开，活塞往下运动，吸入油气混合气
2．活塞往顶部运动来压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。
3．当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次向下运动。
4．活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。
注意：内燃机最终产生的运动是转动的，活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动，这样才能驱动汽车轮胎。
三、汽缸数
发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有大众集团的W型，实际上是两个V组成）。见下图
直列4缸
V6
水平对置4缸
不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。
四、排量
混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行，活塞往复运动，你可以看到燃烧室容积的变化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（L）或毫升（CC）来度量。汽车的排量一般在1.5L~4.0L之间。每缸排量0.5L，4缸的排量为2.0L，如果V型排列的6汽缸，那就是V6
3.0升。一般来说，排量表示发动机动力的大小。
所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。
五、发动机的其他部分
凸轮轴
控制进气阀和排气阀的开闭
火花塞
火花塞放出火花点燃油气混合气，使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。
阀门
进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和
燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。
活塞环
在气缸壁和活塞中提出密封：
1．防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。
2．防止润滑油进入汽缸内燃烧。
大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧：活塞环不再密封引起的（尾气管冒青烟）
活塞杆
连接活塞环和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动。
润滑油槽
包围着曲轴，里面有相当数量的油.

Answer 4

燃油的化学能转变为曲柄连杆机构的动能