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今天我們來說說汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。前文說了，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)分為四沖程汽油機(jī)、四沖程柴油機(jī)、二沖程汽油機(jī)、二沖程柴油機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)這幾大類。在這些發(fā)動(dòng)機(jī)中，最常見的就是四沖程汽油機(jī)和四沖程柴油機(jī)，二沖程汽油機(jī)、二沖程柴油機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)很少見了，而四沖程柴油機(jī)的工作原理與四沖程汽油機(jī)幾乎一致。所以我們今天就以最常見的四沖程汽油機(jī)為例，來說說汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。

如果你在網(wǎng)上搜索汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，會(huì)有無數(shù)條答案。這些答案幾乎都是說發(fā)動(dòng)機(jī)工作分為四個(gè)沖程，進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣，每個(gè)沖程氣缸內(nèi)的溫度、壓力、活塞運(yùn)行狀態(tài)等。這些知識(shí)對(duì)于我們普通車主朋友來說，意義不大。我今天從另一個(gè)角度，用盡可能通俗的語言來給大家說說發(fā)動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的整個(gè)過程是怎樣的。

發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)之前，處于靜止?fàn)顟B(tài)。要想讓它動(dòng)起來，首先必須有一個(gè)外力來驅(qū)動(dòng)它。這個(gè)外力通常是由起動(dòng)機(jī)提供的。當(dāng)然，在早期的發(fā)動(dòng)機(jī)上，沒有起動(dòng)機(jī)，通常使用人力來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，比如搖把、拉繩等。在蓄電池?cái)嚯姇r(shí)，也可以使用推車反推發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方法啟動(dòng)。在某些特別大的柴油機(jī)上，啟動(dòng)力矩特別大，普通的電動(dòng)起動(dòng)機(jī)無法驅(qū)動(dòng)，一般使用輔助啟動(dòng)裝置，就比如氣壓?jiǎn)?dòng)、附加發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等。

現(xiàn)在的汽車大多使用電動(dòng)起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)之前，首先把點(diǎn)火開關(guān)擰到通電位置，汽油泵啟動(dòng)給燃油供給系統(tǒng)提供壓力，點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組通電，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢。隨后把點(diǎn)火開關(guān)擰到啟動(dòng)位置，起動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)就開始工作了。

現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，我們只觀察其中的某一個(gè)氣缸。

起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞從上止點(diǎn)開始下行，密閉的氣缸產(chǎn)生真空吸力，與此同時(shí)進(jìn)氣門打開，外界的空氣或者可燃混合氣在真空吸力的作用下，被吸入氣缸，就像藥水被吸入針管一樣，這就是所謂的進(jìn)氣沖程。當(dāng)活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣沖程結(jié)束。

對(duì)于自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)來說，進(jìn)氣壓力是永遠(yuǎn)也不可能大于外界大氣壓的，所以進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力比大氣壓力略低，一般是0.075~0.09MPa，溫度就是外界大氣溫度；對(duì)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，外界的空氣首先被增壓器壓縮了一次，所以進(jìn)氣壓力可以大于外界大氣壓，進(jìn)氣溫度也會(huì)更高，具體的壓力與溫度，與增壓器的工作狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。

進(jìn)氣沖程結(jié)束，起動(dòng)機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，進(jìn)氣沖程吸入氣缸中的氣體就被封閉在一個(gè)密閉的空間里。此時(shí)活塞上行，這個(gè)空間越來越小，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮，溫度和壓力都越來越高，這就是所謂的壓縮沖程。當(dāng)活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)，壓縮沖程結(jié)束。

在壓縮沖程終了時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力和溫度都是非常高的。一般會(huì)超過1.0MPa，溫度會(huì)超過400°C。柴油機(jī)的壓力和溫度會(huì)更高，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力和溫度會(huì)高于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)壓縮沖程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體就被壓縮在一個(gè)極小的空間內(nèi)，這個(gè)空間就是燃燒室。此時(shí)安裝在燃燒室中的火花塞開始點(diǎn)火，高溫高壓的可燃混合氣遇到了電火花，瞬間被點(diǎn)燃，然后開始劇烈燃燒，溫度急劇升高，體積急劇膨脹，產(chǎn)生極高的壓力。由于氣缸蓋是固定不動(dòng)的，所以這些高溫高壓的氣體只能推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)的活塞就從之前的被動(dòng)變成了主動(dòng)，開始反過來推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)了，這就是所謂的做功沖程。

做功沖程是發(fā)動(dòng)機(jī)唯一產(chǎn)生動(dòng)力的沖程。在做功沖程中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的最高溫度可以高達(dá)2000°C，壓力高達(dá)5MPa。發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音與振動(dòng)都是從這個(gè)沖程中發(fā)出來的。隨著活塞的下行，溫度和壓力都逐漸降低，直到活塞到達(dá)下止點(diǎn)，做功沖程結(jié)束。

當(dāng)做功沖程結(jié)束后，曲軸已經(jīng)獲得了一定的動(dòng)能，并把一部分動(dòng)能儲(chǔ)存在飛輪中，這樣它就可以自主旋轉(zhuǎn)了，不再需要起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)了。

做功沖程結(jié)束后，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的可燃混合氣燃燒殆盡，變成了無用的廢氣。這些廢氣需要排出發(fā)動(dòng)機(jī)體外。此時(shí)活塞在曲軸慣性旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)排氣門開啟，氣缸中的廢氣從這里排出到發(fā)動(dòng)機(jī)體外，這就是所謂的排氣沖程。當(dāng)活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)，排氣沖程結(jié)束。當(dāng)排氣沖程結(jié)束時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力略高于大氣壓，一般在0.105~0.115MPa之間，溫度在800~1000°C之間。

可以看出，四沖程汽油機(jī)經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程，完成一個(gè)工作循環(huán)，這個(gè)過程中活塞上下運(yùn)行兩次，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周。這一輪工作循環(huán)結(jié)束后，發(fā)動(dòng)機(jī)又開始了新一輪的進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣的過程。直到發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能足夠維持曲軸的自主運(yùn)轉(zhuǎn)，不再需要起動(dòng)機(jī)的協(xié)助，整個(gè)啟動(dòng)過程就結(jié)束了。隨后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入自主運(yùn)轉(zhuǎn)階段，做功沖程發(fā)出的能量源源不斷地推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并將這些能量通過飛輪對(duì)外輸出，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理。

當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作中，運(yùn)行過程比這個(gè)要復(fù)雜得多。進(jìn)排氣門的開啟與關(guān)閉，并不是在活塞上下止點(diǎn)位置，而是有一定的提前或者延遲，這就是所謂的配氣相位；還有就是火花塞的點(diǎn)火也并不是在壓縮上止點(diǎn)，而是略有提前，這就是點(diǎn)火提前角。此外還有一些附屬系統(tǒng)的配套動(dòng)作，我們以后再說吧。