本文参考书籍《汽车是怎样跑起来的》
发动机基本原理：四冲程循环解析
发动机作为汽车的"心脏"，其工作原理是每位汽车从业者必须掌握的基础知识。本文将以四冲程汽油发动机为例，系统解析其基本结构和工作过程。
一、发动机基本结构
发动机内有气缸和活塞（图2.1），活塞与连杆相接，连杆连接着活塞和曲轴。活塞在气缸中进行上下往复运动，带动连杆，从而使曲轴转动，这就是发动机的基本结构。曲轴的转动沿着传递路径（将在第3章中进行介绍），最终到达轮胎（车轮）。这样一来，发动机的转动带动轮胎旋转，从而驱动汽车。
发动机的核心运动部件由以下几个部分构成：
基本结构链：气缸 → 活塞 → 连杆 → 曲轴- 气缸：燃烧室所在，引导活塞运动
- 活塞：在气缸内做往复运动
- 连杆：连接活塞和曲轴，传递动力
- 曲轴：将活塞的直线运动转换为旋转运动
这一结构实现了能量形式的转换：燃料的化学能 → 热能 → 活塞的直线机械能 → 曲轴的旋转机械能 → 车轮的转动。
二、四冲程工作过程详解
四冲程发动机的一个完整工作循环包括四个行程，活塞上下往复两次，曲轴旋转两圈（720°）。
简单介绍一下活塞的往复运动。活塞的往复运动包括"进气"、"压缩"、"膨胀"和"排气"四个行程（冲程）（图2.2）。因为有四个冲程，所以我们称这类发动机为四冲程发动机。在这一过程中活塞上下往复，带动曲轴转动。
1. 进气行程
首先是"进气"。在这一阶段，空气与汽油混合后的混合气体被吸入气缸，我们称之为进气行程。此时，气缸中的活塞向下运动。
- 活塞运动：从上止点向下止点移动
- 气门状态：进气门开启，排气门关闭
- 缸内过程：活塞下行产生真空吸力，混合气（空气+汽油）被吸入气缸
- 技术要点：进气门提前开启、延迟关闭以利用气流惯性
2. 压缩行程
接着是"压缩"。此时降至下止点的活塞逐渐上升，压缩气缸中的混合气体，我们称之为压缩行程。
- 活塞运动：从下止点向上止点移动
- 气门状态：进、排气门均关闭
- 缸内过程：混合气被压缩，压力升高至8-15bar，温度升至400-600℃
- 技术意义：提高混合气密度和温度，为高效燃烧创造条件
3. 膨胀行程（做功行程）
然后是"膨胀"。活塞升至上止点时，压缩后的混合气体被点燃，开始迅速燃烧。随后，气体膨胀下压活塞。我们称这一过程为膨胀行程。
- 活塞运动：从上止点向下止点移动
- 关键事件：火花塞在压缩上止点前点火，混合气迅速燃烧
- 能量转换：燃烧气体膨胀，推动活塞下行，通过连杆带动曲轴旋转输出动力
- 峰值状态：缸内压力可达30-50bar，是发动机唯一对外做功的行程
4. 排气行程
最后是"排气"。在这一阶段，混合气体燃烧后残留的煤烟被排出气缸，我们称之为排气行程。此时，在膨胀行程中降至下止点的活塞再次上升，并随其上升向外排出煤烟。排气结束时会返回到最初的进气行程，再次重复压缩、膨胀、排气和进气，带动活塞上下运动。
- 活塞运动：从下止点向上止点移动
- 气门状态：排气门开启，进气门关闭
- 缸内过程：活塞上行将燃烧后的废气排出气缸
- 技术要点 ：排气门提前开启、延迟关闭以减少排气阻力
在四冲程发动机中，直至四个行程全部完成，活塞总共上下往复了两次。活塞在进气时下压，压缩时上升，膨胀时下压，排气时上升。活塞上下往复两次，带动曲轴转动两次。也就是说，四冲程发动机每燃烧一次混合气体，活塞往复两次，曲轴转动两次*1。即燃烧一次转动两次。这就是四冲程发动机。
只有曲轴持续旋转，活塞才能不断进行往复运动。如果曲轴不旋转，就无法吸入混合气体，更不能使活塞上升、压缩混合气体。正是因为有了曲轴的旋转，活塞才能上升、压缩、燃烧，完成四个冲程。
三、启动过程：为何需要通电？
发动机是汽车的心脏，而汽车是燃烧汽油的（照片2.1）。那发动机为什么需要通电呢？实际上是为了在最开始时，让汽油进入发动机内的气缸。用电推动起动机转动，使发动机空转，从而将汽油导入气缸。为了开始进气和压缩这两个行程，必须利用外部力量促使活塞上下运动，开启四冲程。也就是说，启动时需要有一个相反的动作，即先用起动机促使曲轴旋转，再带动活塞上下运动。
逆于常序启动发动机，发动机启动后又以常序驱动汽车。
- 通电点火：钥匙转动接通电路，蓄电池为起动机供电
- 起动机工作：起动机齿轮啮合飞轮，带动曲轴旋转（200-300rpm）
- 初始循环：曲轴带动活塞完成初始的进气和压缩行程
- 点火启动：压缩行程末期火花塞点火，发动机进入自持运转状态
- 系统转换：启动后，交流发电机发电，为蓄电池充电并供给全车用电
关键理解：启动时是"逆向"过程------先由电力驱动曲轴旋转，再带动活塞运动；启动后则是"正向"过程------燃烧推动活塞，活塞带动曲轴。
给蓄电池充电使用的是交流发电机，它是一种依靠发动机动力运转的发电机。启动发动机后，交流发电机持续发电。将其产生的电通入蓄电池，就能保证蓄电池持续放电。
四、工作循环的连续性
四冲程发动机能够持续工作的关键在于：
- 多缸设计：多个气缸按特定顺序交替做功，保证动力连续输出
- 飞轮惯性：飞轮储存动能，在非做功行程维持曲轴旋转
- 循环重复：排气行程结束后立即开始下一个循环的进气行程
四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸只做功一次，但通过多缸协作和飞轮储能，实现了平稳连续的动力输出。理解这一基本原理，是掌握发动机诊断、维修和优化的基础。
注：现代发动机在此基础上增加了诸多先进技术（如涡轮增压、缸内直喷、可变气门等），但四冲程循环仍然是其核心工作原理。
五、废弃处理
负责净化发动机排放出废气的是汽车尾气净化器，其内部被分隔为细小的格子，格子表面涂有白金、钯和铑等贵金属。这些贵金属充当了催化剂的作用
