图 2.5 发动机工作原理图

我们先对发动机的工作原理进行了解四冲程的汽油机主要是通过燃料在气缸中燃烧，由 热能转化为机械能，通过活塞及曲柄连杆机构将原本的活塞往复运动转为回旋运动，生成转 矩输出。四冲程发动机主要由进气行程，压缩行程，膨胀行程以及排气行程组成[18]，其具体 的工作过程分析如下：文献综述

（1）进气时，活塞被曲轴带动由上止点向下止点行进，这时进气门开启，排气门关闭，燃油 与空气的混合物进入气缸；

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（2）压缩时，活塞由下向上运动，此时，进气门和排气门都是关闭的状态，在可燃混合气燃 烧前进行压缩，这样为了燃烧迅速，产生较大的压力，增大发动机的输出功率；

（3）缸内的燃料在电火花的点燃下迅速燃烧，气缸内的压力和温度都立刻增大，这个燃烧的 过程可以看做缸内气体吸热的过程。高温高压气体推动活塞由上向下运动，此时进气门、排 气门都是关闭的，曲轴强制转动，完成了热能转换为机械能的过程。

（4）之后，可燃的混合气燃烧之后形成废气，此时活塞由下向上运动，进气门保持关闭状态， 排气门打开，废气经过排气门排出气缸。废气在排放走的同时，顺便也带走了热量，这是气 缸内气体的放热过程。

如上述分析，发动机通过缸内的气体经过压缩—吸热—膨胀—放热四部分不断的周而复 始，形成了一个简单的循环，这个循环是一个假想的简化循环，可以代替复杂的发动机实际 循环情况来供我们分析。

2.1.3 发动机理想情况下的奥托循环

在实际的发动机循环过程中所存在的热力过程在某种程度上往往是不可逆的[17]，鉴于发 动机的实际工况的复杂性，很难用数学解析的方法定量的分析发动机性能参数之间的规律， 所以我们采用将发动机实际循环过程的热力学循环简化为理想循环进行热力学分析这种方法 来进行分析。本次课题我们的研究对象是一台缸外点火的汽油发动机，为了分析其内部的热 力循环，我们可以将其近似抽象为奥托循环，该理想循环的特点是工质在定容过程中完成热 量的传递。在下图 2.6 就是 P-V 形式的奥托循环图。

图 2.6 奥托理想循环 P-V 图

结合之前的热力学中最基本的热力过程的了解，我们可以从图像中看出奥托循环主要由 四个过程封闭在一起组成的可逆循环，即 1—2：绝热压缩过程；2—3：定容加热过程；3—4： 绝热膨胀过程；4—1：定容放热过程。下面我们结合热力学知识对发动机四个冲程进行深入来!自~优尔论-文|网www.youerw.com A

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的分析，根据相关热力学经验公式，寻找缸内压力与容积的关系。

阶段 1—2：在之前已经分析，此时活塞推动气体压缩由下止点到到上止点运动，此时气 缸内的热力过程可以近似看成绝热过程，根据热力学相关知识我们可以列出方程：

阶段 2—3：此时可燃气体燃烧，活塞在上止点保持不动，气缸内的容积保持不变，这是 一个定容放热的过程，从图中可以看到缸内压力增大。

阶段 3—4：气体燃烧尽之后，气缸内气体急速膨胀推动活塞由上止点向下止点方向运动， 缸内容积逐渐增大，压力减小，这个过程中缸内和外界没有热量交换，属于绝热过程。

阶段 4—1：在这个过程中活塞已经到达下止点，排气门打开，缸内压力逐渐减小，在图 中我们可以看到压力下降到的值还是略高于大气压力，气缸内剩余的废气从排气门排出。