活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,气缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点时,汽缸内气体压力小于大气压力p0 ,即pa= (0.80~0.90)p0。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。
排气冲程(exhaust stroke)
排气冲程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。
配气机构
配气机构的作用是根据发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求,及时地开启和关闭进、排气门,使可燃混合气(汽油发动机)或新鲜空气(柴油发动机)进入气缸,并将废气排入大气。 [3]
四冲程发动机广泛采用气门凸轮式配气机构,它由气门组和气门传动组两部分组成。按其传动方式不同,可分为正时齿轮传动式和链条传动式两种;按凸轮轴的位置不同,可分为下置凸轮轴式、中置凸轮轴式和上置凸轮轴式。下置凸轮轴式配气机构工作时,曲轴通过一对互相啮合的正时齿轮带动凸轮轴旋转,当凸轮的凸尖上升到位置时气门开度。当凸轮的凸尖向下运动时,由于气门弹簧的弹力作用,气门及其传动机件恢复原位,将气道关闭。与下置凸轮轴式配气机构相比,中置和上置凸轮轴式配气机构因曲轴与凸轮轴距离较大,故多为正时链条或正时带传动。中置凸轮轴式省去了推杆;上置凸轮轴式省去了挺杆及推杆。
气门组一般由气门、气门座、气门导管、气门油封、气门弹簧和气门锁片等组成。
气门分为进气门和排气门两种,其作用是分别用来关闭进、排气道。气门由头部和杆部组成,头部制成锥形,与气门座的锥面配合。头部锥角,一般为45°。同一台发动机的进气门头部直径大于排气门头部直径,以提高发动机的充气量。气门杆部为圆柱形,与气门导管内孔配合,杆的端部制有环槽,用来安装气门弹簧座锁片。
气门座用来保证气门密封,并将气门头部的热量传给气缸盖。气门座一般用特种合金制成环状,紧密地镶在气缸盖上。
气门导管用来引导气门作往复直线运动,保证气门与气门座闭合位置正确。为防止气缸盖上润滑油从气门与气门导管之间的间隙进入燃烧室,气门导管上端装有气门油封。
气门弹簧是圆柱形螺旋弹簧,它可使气门迅速关闭,并使气门头部与气门座相互压紧,保证密封。