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发动机之所以能源源不断的提供动力,得益于气缸内的进气、压缩、做功、排气这四个行程的有条不紊地循环运作。
进气行程,活塞从气缸内上止点移动至下止点时,进气门打开,排气门关闭,新鲜的空气和汽油混合气被吸入气缸内。
压缩行程,进排气门关闭,活塞从下止点移动至上止点,将混合气体压缩至气缸顶部,以提高混合气的温度,为做功行程做准备。
做功行程,火花塞将压缩的气体点燃,混合气体在气缸内发生“爆炸”产生巨大压力,将活塞从上止点推至下止点,通过连杆推动曲轴旋转。
排气行程,活塞从下止点移至上止点,此时进气门关闭,排气门打开,将燃烧后的废气通过排气歧管排出气缸外。
● 发动机动力源于爆炸
发动机能产生动力其实是源于气缸内的“爆炸力”。在密封气缸燃烧室内,火花塞将一定比例汽油和空气的混合气体在合适的时刻里瞬间点燃,就会产生一个巨大的爆炸力,而燃烧室是顶部是固定的,巨大的压力迫使活塞向下运动,通过连杆推动曲轴,在通过一系列机构把动力传到驱动轮上,最终推动汽车。
要想气缸内的“爆炸”威力更大,适时的点火就非常重要了,而气缸内的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其实火花塞点火的原理有点类似雷电,火花塞头部有中心电极和侧电极(相于两朵带相反极性离子的云),两个电极之间有个很小的间隙(称为点火间隙),当通电时能产生高达1万多伏的电火花,可以瞬间“引爆”气缸内的混合气体。
● 进气门要比排气门大
要想气缸内不断的发生“爆炸”,必须不断的输入新的燃料和及时排出废气,进、排气门在这过程中就扮演了重要角色。进、排气门是由凸轮控制的,适时的执行“开门”和“关门”这两个动作。为什么看到的进气门都会比排气门大一些呢?因为一般进气是靠真空吸进去的,排气是挤压将废气推出,所以排气相对比进气容易。为了获得更多的新鲜空气参与燃烧,因而进气门需要弄大点以获得更多的进气。
● 气门数不宜过多
如果发动机有多个气门的话,高转速时进气量大、排气干净,发动机的性能也比较好(类似一个电影院,门口多的话,进进出出就方便多了)。但是多气门设计较复杂,尤其是气门的驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置都需要进行精密的布置,这样生产工艺要求高,制造成本自然也高,后期的维修也困难。所以气门数不宜过多,常见的发动机每个气缸有4个气门(2进2出)。
前面已经了解过发动机的基本构造和动力来源。其实发动机的实际运转速度并不是一成不变的,而是像人跑步一样,时而急促,时而平缓,那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要,下面我们就来了解一下发动机是怎样“呼吸”的。
凸轮轴的作用
简单来说,凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用?它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转,凸轮便不断地下压气门(摇臂或顶杆),从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。
● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思?
在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母,这些字母到底表示的是什么意思?OHV是指顶置气门底置凸轮轴,就是凸轮轴布置在气缸底部,气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴,也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。
如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关,称为单顶置凸轮轴(SOHC)。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关,则称为双顶置凸轮轴(DOHC)。
底置凸轮轴的凸轮与气门摇臂间需要采用一根金属连杆连接,凸轮顶起连杆从而推动摇臂来实现气门的开合。但过高的转速容易导致顶杆折断,因此这种设计多应用于大排量、低转速、追求大扭矩输出的发动机。而凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到气门的传动机构,更适合发动机高速时的动力表现,顶置凸轮轴应用比较广泛。
● 配气机构的作用
配气机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、气门传动组件(气门、推杆、摇臂等),主要的作用是根据发动机的工作情况,适时的开启和关闭各气缸的进、排气门,以使得新鲜混合气体及时充满气缸,废气得以及时排出气缸外。
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