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学科目录/工程与机械/四冲程发动机

四冲程发动机如何工作?

活塞四个冲程、曲轴旋转两周,组成一个重复的循环。

发动机 · 曲柄机构

什么是四冲程发动机?

四冲程发动机通过活塞的进气、压缩、做功和排气四个冲程,完成曲轴两转的工作循环。本图展示由凸轮轴协调气门的单缸火花点火汽油机。

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它如何运作.

连杆将活塞的往复运动与曲轴旋转联系起来。燃烧在做功冲程输入能量,旋转部件则帮助运动延续到其他冲程。凸轮轴以曲轴一半的转速运转,因此气门顺序在曲轴每转两周后重复一次。

  1. 进气

    活塞下行,新鲜充量通过进气通道进入。观察进气门升程以及活塞上方空间的增大。

  2. 压缩

    活塞上行,封闭充量所占空间减小。火花安排在压缩结束附近;本例在上止点前点火。

  3. 做功

    燃烧气体膨胀,推动活塞下行,连杆将作用力传给曲轴。图中的气体颜色表示阶段,并非计算得到的温度。

  4. 排气

    排气通道打开,上行的活塞排出废气。曲轴第二周接近结束时,循环重新转向进气。

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为什么气门动作不严格落在四个阶段的边界?

四个冲程名称描述活塞运动,并不等于气门开关的精确时刻。模型采用特定凸轮轮廓,在阶段边界前后开关气门。对照阶段名称与气门升程,可以看到新冲程开始时,气门仍可能处于动作过程中。

关于这个模型
  • 活塞、曲柄和气门运动来自几何模型;气流、火焰及排气为按阶段生成的示意。
  • 低速用于观察;模型不计算压力、温度、扭矩、效率或油耗。

调节演示速度,在气门动作时暂停,再重置比较四个冲程。

版本 1.0.0

常见问题

为什么一个循环需要720度?

每个冲程对应曲轴约半转,即180度。四个冲程合计两转:4 × 180° = 720°。

这展示的是汽油机还是柴油机?

本例使用火花塞,表示火花点火汽油机。四冲程柴油机同样有四个冲程,但喷油和着火过程不同。

来源与致谢