发动机是将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转换为机械能的发动机，成为热力发动机（简称热机），其中的热能是由燃料燃烧所产生的。内燃机是热力发动机的一种，其特点是液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。另一种热机是外燃机，如蒸汽机、汽轮机等，其特点是燃料在机器外部燃烧以加热水，产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，将所含的热能转变为机械能。

内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、质量小、便于移动、起动性能好等优点，因而广泛应用于飞机、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是内燃机一般要求使用石油燃料，且排出的废气中所含有害气体成分较高。为解决能源与大气污染的问题，目前国内外正致力于排气净化以及其他新能源发动机的研究开发工作。

根据车用内燃机将热能转化为机械能的主要构件形式的不同，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又有可按活塞运动方式不同分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛。汽车发动机（指汽车用活塞式内燃机）可以根据不同的特征分类：

现代汽油发动机的构造，气缸内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜充量和排除废气，设有进、排气系统等。

活塞往复运动时，其顶面从一个方向转为向反方向的转变点位置称为止点。活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，成为上止点（TDC——Top Dead Center）；活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点称为下止点（BDC——Bottom Dead Center）,活塞运动的上、下两个止点之间的距离S成为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离R称为曲柄半径。活塞每走一个行程相应于曲轴旋转180°。对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机，活塞行程S等于曲柄半径R的两倍。

一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积称为气缸工作容积，可用符号V_{s} 表示。一台发动机全部气缸工作容积的总和称为发动机排量，用符号V_{st} （L）表示，即

式中，D为气缸直径（mm）；S为活塞行程（mm）；i为汽缸数。

四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。由于在此期间气缸中气体的压力随气体容积的改变而不断地变化，因此采用气体压力p随气缸容积V变化的示功图来表示。

（1）进气行程 汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中（化油器式）、节气门体处（单点喷射）或进气道内（进气道多点喷射）进行混合，形成可燃混合气后被吸入气缸。

进气行程中，进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，气缸内的压力下降。当压力降低到大气压以下时，即在气缸内形成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸内的气体压力约为0.075~0.09MPa。

流进气缸内的可燃混合气，因为与气缸壁、活塞顶等高温部件表面接触并与前一循环留下的高温残余废气混合，所以温度可升高到370~400K。

在示功图上，进气行程用曲线ra表示。曲线ra的大部分位于大气压力下面，这部分与大气压力线纵坐标之差即表示汽缸内的真空度。

（2）压缩行程 为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而增加发动机输出功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高，故需要有压缩行程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上至点移动一个行程，成为压缩行程。在示功图上，压缩行程用曲线ac表示。活塞到达上止点时压缩行程终了，此时，混合气被压缩到活塞上方很小的空间，即燃烧室中。可燃混合气压力p_{c} 升高到0.6~1.2MPa，温度可达600-700K。

压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比成为压缩比，以\varepsilon 表示。换言之，压缩比\varepsilon 等于气缸总容积V_{a} （活塞在下止点时，活塞顶部以上的气缸容积）与燃烧室容积V_{c} （活塞在上止点时，活塞顶部以上的容积）之比，即

现代汽油发动机的压缩比一般为8~11，如一汽大众宝来轿车1.6L发动机的压缩比为10.3。

压缩比越大，在压缩终了时混合气压力和温度越高，燃烧速度增快，因而发动机输出功率增大，热效率很高，经济性越好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常的燃烧。爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁面时就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热、功率下降、火花塞绝缘体击穿等部件损坏现象。表面点火是由于燃烧室内炽热表面（如排气门头，火花塞电极，积炭）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧现象。表面点火发生时，也伴着强烈的敲击声（较沉闷），产生的高压会使发动机部件承受的机械负荷增加，寿命降低。因此，在提高发动机压缩比的同时，必须注意防止爆燃和表面点火的发生。（3）做功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸体（或气缸盖）上的火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，其压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力p_{z} 约为3~5Mpa，相应温度则为2200~2800K。高温、高压燃气推动活塞上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。它除了用于维持发动机本身继续运转之外，其余用于对外做功。施工图上取现zb表示活塞向下移动时，气缸内容积增加，气体压力和温度都降低，在做功行程终了的b点，压力降至0.3~0.5MPa，温度则降为1300~1600K。

（4）排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从汽缸中排出，以便进行下一个工作循环。

当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。这一行程在示功图上用曲线br表示。在排气行程中，气缸内压力稍高于大气压力，约为0.105~0.115MPa。排期中了时，废气温度约为900~1200K。

由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废气排尽，这一部分留下的废弃称为残余废气。

综上所述，四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。

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摘录自『汽车构造（上册）/陈家瑞主编.——3版.——北京：机械工业出版社，2009.2（2013.6重印）』