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单缸发动机是如何工作的

单缸发动机在一个气缸里完成吸气、压缩、燃烧和推送,曲轴每转两圈才完成一次循环。 用下面的按钮看进它内部,跟着一个活塞走完四个冲程。

单缸发动机 · 剖面 进气 → 压缩 → 做功 → 排气 空气 + 燃油进 废气排出 气缸 燃烧室 活塞 连杆 曲轴 飞轮 缸盖 进气门 排气门 火花塞 缸体 1 2 3 4
发生的顺序 进气 → 压缩 → 做功 → 排气 → 带动曲轴
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详细说明

什么是单缸发动机?

单缸发动机是最简单的活塞式发动机:一个气缸、一个活塞、一个曲柄销。它把燃烧的燃料变成旋转。活塞在气缸里上下滑动,下方的曲轴把这条直线运动转换成旋转。

让它成为“四冲程”的,是它不断重复的顺序:活塞下降吸入空气与燃油(进气),上升压缩混合气(压缩),被燃烧的气体猛推向下(做功),再上升把废气推出(排气)。因为只有一个气缸,四个冲程都在同一个地方依次发生。

为什么要看内部?

从外面看,运转中的发动机只是一块嗡嗡作响的金属。所有有用的运动都藏在缸体里,所以让外壳只以很淡的方式呈现,才能看清哪个部件在哪个冲程里运动,以及为什么曲轴要转两圈循环才重复一次。

有两个思路把单缸发动机串在一起。四个冲程里只有一个产生动力,所以沉重的飞轮在这一次推送中储存动量,并在其余三个冲程里还回来。而气门必须在恰到好处的时刻开启,才能让进气与排气与活塞的动作合拍。

部件及其作用

1. 进气——气缸被充满

曲轴把活塞拉向气缸下方。活塞下降时进气门打开,活塞像一支注射器,把新鲜空气与燃油吸进来。到冲程底部,进气门关闭,把一份新鲜混合气封在里面。

2. 压缩——混合气被挤压

接下来曲轴把活塞推回上方。两个气门都关闭,什么也逃不出去,上升的活塞把空气与燃油挤进小小的燃烧室。压缩让混合气燃烧得更快、更充分,也让爆炸更有力。

3. 做功——燃烧把活塞推下去

就在压缩冲程的顶点,火花塞跳火点燃混合气。燃烧的气体变得极热并迅速膨胀,用真正的力量把活塞向下推。对单缸发动机来说,这是唯一驱动整机的冲程,因此这一次推送必须带动其余三个冲程。

4. 排气——废气被排出

当活塞到达底部,排气门打开,曲轴把活塞再往上推一次。上升的活塞把废气清扫出去。气缸重新变空,进气门便准备再次打开,四冲程循环重新开始。

5. 曲轴把推力变成旋转

连杆把活塞的推力交给曲柄销,曲轴再把这条直线运动变成旋转。因为一次循环需要四个冲程,所以每完成一次做功,曲轴都要整整转两圈。

6. 飞轮让运转保持平稳

四个冲程里只有一个产生动力,所以曲轴被推一次之后就要靠惯性滑行。固定在轴上的沉重飞轮在那次推送中储存能量,并在其余三个冲程里还回来。没有它,发动机就会每个循环顿挫一次,而不是平稳运转。

“单缸”是什么意思?

意思是发动机只有一个气缸、一个活塞。整个四冲程循环都在这一个气缸里完成,每完成一次循环,曲轴要转两圈。

为什么每个循环曲轴要转两圈?

每个冲程对应曲轴的半圈,而一共有四个冲程:进气、压缩、做功、排气。四个半圈就是每做一次功、曲轴整整转两圈。

为什么单缸发动机抖动明显?

四个冲程里只有一个产生动力,曲轴被推一下后,其余三个冲程都在惯性滑行。飞轮能把它抹平,但只有一个气缸时,振动仍比多缸发动机更明显。

火花是怎么产生的?

拧进缸盖的火花塞会产生一小段电火花。它每个循环只跳火一次,在压缩冲程末尾点燃气缸内被压缩的空气与燃油混合气,从而开始做功冲程。

气门和活塞必须保持同步吗?

是的。如果气门在不该开的时候打开,发动机就无法压缩混合气,也无法排净废气。气门被驱动成只在进气和排气时开启,与活塞的动作保持一致。

常见误区

火花塞每个冲程都跳火。 活塞每动一次它就点火。
它每个循环只跳火一次。 只在压缩末尾、混合气准备好燃烧时点火。
单缸意味着每个循环曲轴只转一圈。 一个活塞就该对应一圈。
四个冲程要转两圈。 每个冲程是半圈,所以一次完整循环曲轴转两圈。
燃烧的燃料全程都在推动活塞。 每个冲程都由爆炸驱动。
只有做功冲程由燃烧驱动。 其余三次行程靠飞轮储存的动量带动。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。