奥托四冲程发动机

奥托四冲程发动机是一种内燃机，即具有内燃机的热机。 奥托四冲程发动机的特点是压缩燃料和空气的混合物，然后通过火花塞进行外部点火。 带有往复式活塞的奥托四冲程发动机可以作为二冲程发动机或四冲程发动机使用，对于二冲程发动机，一个工作循环需要两个冲程（活塞冲程），即曲轴旋转一圈，四冲程冲程发动机四个活塞冲程，对应于曲轴的两转。 四冲程发动机是更常见的类型。

奥托四冲程发动机提供的扭矩传统上是通过节流阀节流进气混合物来调节的。 以前通常分配给奥托四冲程发动机的化油器或进气歧管喷射的“外部混合气形成”和柴油发动机中的“内部混合气形成”（燃料和空气仅在燃烧室中混合）已经与奥托四冲程发动机自从采用汽油直喷技术以来，在任何情况下都不再是明确的。

所有奥托四冲程发动机都有一个共同的过程，分为四个阶段：

1-2 压缩冲程：活塞在气缸中向上移动，将燃料-空气混合物压缩至其原始体积的 10% 左右，产生约 20 bar 的压力。2-3 点火和燃烧：混合物刚好在燃烧之前被点燃由于火花塞处产生火花而导致的上止点 (TDC)。 火焰锋向外展开并在冷的燃烧室壁上熄灭。 燃烧的气体加热到2000℃以上，气缸内的压力急剧增加，可达80…100 bar。 在点火和达到xxx压力之间经过了一定的时间。 因此，最佳点火正时在更高的发动机转速下更早（在 TDC 之前最多约 40°）。3–4 动力冲程：后退活塞使热气体膨胀。 压力降至 2 bar 左右，温度降至 1000 °C 左右。 由于气体在膨胀过程中比压缩时更热，因此它在膨胀过程中也具有更高的压力并做有用的工作。 中间压缩和工作时的压力差值称为平均工作压力，或简称介质压力。4-1 气体交换（冲洗）：工作循环结束后，将废气从工作空间中排除，并引入新鲜气体.

• 在四冲程发动机中，发动机作为回气泵运行一圈（两个冲程）：受控排气阀在排气冲程开始时打开，向上移动的活塞迫使废气进入排气管。 当活塞到达上止点时，排气门关闭，进气门打开，下降的活塞将新鲜气体吸入气缸。 在进气冲程结束时，进气关闭； 压缩冲程在下死点再次开始。
• 在端口控制的二冲程发动机中，缩回活塞首先释放排气口，然后在下死点前不久释放进气口。 废气逸出，新鲜气体流入。 为了将气体推入气缸，需要一个单独的扫气泵，在最简单的情况下，这是带有活塞下侧的曲轴箱。

除车用汽油外，液化石油气（丙烷和丁烷）、甲烷（天然气、沼气、污水煤气、垃圾填埋气、矿井煤气）、高炉煤气和乙醇/甲醇、氢气和理论上所有其他可燃气体都可以使用作为奥托四冲程发动机的燃料。 点火正时/点火强度、几何压缩比和空气/燃料比等发动机设置必须与燃料相匹配。 可以同时或交替（在一定程度上）进行混合操作，但通常需要进行适当的调整。

液体燃料——通常是汽油——在吸入的新鲜空气中被雾化； 在使用化油器或通过端口喷射进气之前，或者大约在千禧年之后通过汽油直接喷射进气。 在乘用车发动机中，自 20 世纪 80 年代末以来，喷射主要由电子控制。

混合物在上死点前不久被点燃。 在现代发动机中，点火点由发动机电子控制装置根据负载和速度选择。过去，也有手动或通过离心配重和真空室操作的调节机构。

在二冲程发动机中，在做功冲程结束和压缩冲程开始时，燃烧气体同时排出并引入新鲜混合物，主要是通过新鲜混合物置换燃烧气体。 在小型发动机中，例如园艺工具或公路车辆，活塞通常通过在适当位置打开或覆盖气道来控制进气和排气正时。 在化油器发动机或进气歧管喷射中，扫气损失是不可避免的，这会增加消耗并导致剧烈的碳氢化合物排放。 通过直接喷射，可以减少扫气损失。 在有限的速度范围内减少扫气损失的另一种方法是使用共振排气。 当排气口打开时，废气流射入排气管的压力波被反射。 然后，返回的压力波将在扫气过程结束时已经流入排气装置的新鲜混合物部分推回到气缸中。

此外，用于压缩和做功冲程的可用活塞冲程比两个死点之间的总冲程短，因为它仅在传输和排气口关闭时开始，在端口打开时结束。 因此，在二冲程过程中每个工作循环完成的工作较少。 这被相同速度下两倍的做功冲程数部分抵消（每转都是一次做功冲程，而不是每隔一圈）。 与四冲程发动机相比，二冲程发动机可以实现更好的功率重量比，但在单位油耗方面仍然存在劣势。 在简单的小型二冲程发动机中，进气在曲轴箱中进行预压缩，这就是曲轴箱中没有润滑油的原因：此类二冲程发动机充满机油-汽油混合物以润滑发动机。 更大、更复杂的二冲程发动机可以有一个封闭的润滑油回路，但随后需要一个外部扫气泵或风扇来为气缸加注。 在二冲程发动机中，进气道和排气道中气柱的共振对气缸的填充程度具有决定性作用。因此，只有在相对较窄的转速范围内才能实现良好的气缸填充以及由此产生的良好性能和扭矩，进排气系统的共振范围。