发动机是将燃料燃烧产生的热能转变成机械能的机器。在每次转 换过程中,必须经过进气、压缩、膨胀作功和排出废气四个行程,完 成了它的一个工作循环.
发动机内部主要运动部件是活塞,它的运动方式有绕自身转动的 ;也有往复运动的。凡活塞运动往复经过上述四个行程完成一个工作 循环的,称之为四行程发动机。经过两个行程完成一个循环的称之为 二行程发动机。燃料为汽油的发动机,凡是先使汽油和空气在化油器 内混合成混合气再送处气缸,经过上述行程而产生动力的称之为化油 器式汽油机;凡将汽油直接喷入气缸或进气管内再与空气混合成混合 气,经过上述各行程的,称之为直接喷射汽油机。燃料为柴油的发动 机,一般是利用喷油泵将柴油直接喷入气缸,经过与压缩空气相混合 后,在高温高压下自动燃烧而产生动力称之为压燃式柴油机。在当今 全世界能源短缺和环保的要求下,还有用其他清洁燃料如天然气、液 化石油气等的发动机。但其工作原理是相似的。
下面让我们具体地谈谈每个行程。
混合气如遇到火星就很容易爆炸。在汽车发动机中正是利用这种 爆炸所产生的力,将气缸内的活塞从最上的位置推到最下。活塞从最 上到最下所走的距离称之为行程。上述的第一个行程收进气行程(见 图2a),活塞被曲轴通过连杆向下拉,混合气通过进气门进入气缸活 塞的顶部。第二个行程叫压缩行程(见图2b),此时进气门和排气门都 关闭。活塞向上行,将吸入的混合气再次被曲轴下拉时为止。第三个 行程叫作功行程(见图2c)。此时两个气门仍被关闭,由分电器供给的 高压电使燃烧室内的火花塞打出火花,点燃混合气,产生爆炸力推动 活塞下行,此时气缸内充满炽热的浓烟。待到活塞再次上行时,排气 门打开。这些浓烟被活塞挤出气缸燃烧室,进入排气管。这就是最后 一个行程称排气地程(见图2d)。之后,发动机又开始了下一个工作循 环的第一个行程,如此循环不已地工作下去。
为了更进一步了解发动机的工作状况,有必要将其各部件的功能 介绍如下:
气缸体和气缸盖
发动机部件中以气缸体(见图3)最重,体积最大 。它是将发动机各机构、各系统组装成一体的基本部件。气缸体内有 几个圆柱形空筒,那是活塞运动的空间,称之为气缸。有几个空筒就 叫有几缸。一般有四个的就叫4缸发动机。当然还有更多的,如6缸、 8缸甚至12缸的。缸数愈多,发动机的劲头愈大。但是,让活塞在气 缸内和缸筒全面接触,它的运动阻力还是不小的。为了减少相互接触 的面积,于是在活塞上套上几道活塞环。让活塞环和缸筒壁接触,这 就大大地减少了活塞运动的阻力。一般的活塞上有不止一道的活塞环 ,其中有气环和油环两类。
由于缸筒表面经常和高温高压的燃烧气相接触,又有活塞在其上 作高速往复运动,因此制造筒的材质必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。 为了满足这些要求,一般采用加入少量镍、钼、铬、磷等合金元素的 优质合金铸铁,并经珩磨加工,获得粗糙度、形状和尺寸精度很高的 工作表面。
然而,如果气缸体全部都采用上述优质材料来制造,未免过于浪 费了。因为除了这些工作表面外,气缸体的其余部分并没有这样高的 要求。所以发动机上都广泛采用活络可拆装的工作表面,即缸套。它 本身可用优质材料制造,气缸体则可用普通铸铁或轻合金铸造。缸套 以和冷却水接触与否而分干套和湿套两类。后者的优点是铸造方便, 拆装容易,冷却效果好。缺点是刚性差,易漏水。
在气缸体上部有一个将缸筒盖住的气缸盖(见图3)。它的主要功 用是封闭气缸体上部,并和活塞顶部及缸筒一起构成燃烧室。一般用 灰铸铁或合金铸铁以及铝合金制成,内含水套。通过螺栓与气缸体拧 在一起。为了密封,在它们之间通常还加一层气缸垫。在气缸盖上每 个气缸都有自己的进气门、排气门、火花塞座孔或喷油器座孔以及气 门导管孔等。缸盖数量大各种发动机上也不尽相同,有整个一块的, 也有分成几个缸一块的。前者优点是能缩短发动机整体长度。缺点是 刚性差、受热受力容易变形,影响密封,损坏后须整体更换。由缸盖 部分构成的燃烧室,它的形状对发动机工作的影响很大。因而对它的 基本要求有:结构紧凑,冷却表面小,让混合气在燃烧前产生涡流。 其目的是为了减少热量损失,缩短火焰扩散的行程,提高燃烧速度, 保证及时和充分地燃烧,以获得最大的动力和减少排出废气内含的有 害物质。一般用水冷却的发动机,在气缸体下部有一个铸成一体的曲 轴箱。它的内部是曲轴运动的空间。曲轴就吊挂在曲轴箱的下边。在 曲轴箱的下部还有一个类似盘子的部件,叫作油底壳(见图4)。主要 用来贮存机油和封闭曲轴箱的。机油泵就设在油底壳内。油底壳还设 有挡板,以防止机油晃动过甚。在底部装有磁性放油塞,以吸收机油 中的金属屑。在油底壳的一侧,还有一把机油尺,用来检验油底壳的 机油量。