四冲程发动机,作为往复活塞式内燃机的典型代表,通过四个冲程完成一个工作循环。这四个冲程分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
在吸气冲程中,进气阀打开,活塞向下运动,使得燃油和空气的混合物被吸入气缸。当活塞达到最低点时,进气阀关闭,此时无明显的能量转化。
进入压缩冲程,活塞从下止点向上止点运动,这一过程中机械能被转化为内能。压缩冲程的主要目的是提高混合气的温度和压力,为接下来的燃料燃烧创造条件。
在做功冲程中,内能被转化为机械能。压缩冲程结束时,火花塞产生电火花点燃混合气,产生的高温高压气体推动活塞向下运动,进而带动曲轴旋转对外做功。值得注意的是,在做功冲程中,气体的膨胀作用使得活塞运动并输出动力。
最后的排气冲程中,排气阀打开,活塞向上运动将燃烧后的废气排出气缸。这一阶段是利用废气的自身压力进行自由排气。
四冲程发动机根据所用燃料的不同可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机。其中,汽油机和柴油机的工作原理基本相同,但在进气和压缩过程中存在差异。柴油机在压缩过程中将空气压缩至极高温度后喷入柴油进行自燃。
总的来说,四冲程发动机通过四个冲程的循环工作实现能量的转化和输出。这种内燃机具有结构紧凑、效率高、功率大等优点,被广泛应用于汽车、船舶、发电机等领域。