发动机四行程究竟指哪四个工作步骤？各自作用是什么？

发动机四行程是内燃机最核心的工作原理,也称为奥托循环，由德国工程师尼古拉斯·奥托于1876年发明，奠定了现代汽车发动机的基础，四行程发动机通过进气、压缩、做功、排气四个连续的冲程，将燃料的化学能转化为机械能，驱动车辆行驶，每个行程对应活塞在气缸内的两次往复运动（曲轴旋转一圈），完成一个完整循环需要曲轴旋转两圈（720°），以下从工作原理、系统协同、技术特点等方面详细解析四行程发动机。

四行程发动机的工作原理

四行程发动机的核心是活塞在气缸内的往复运动,通过连杆带动曲轴旋转，同时配气机构控制进排气门的开启与关闭，实现气缸内工质的充入、压缩、燃烧和排出，四个行程的具体工作过程如下：

进气行程

活塞运动：活塞从上止点（Top Dead Center，TDC，活塞距离曲轴旋转中心最远的位置）向下止点（Bottom Dead Center，BDC，活塞距离曲轴旋转中心最近的位置）移动。
气门状态：进气门开启，排气门关闭。
缸内状态：随着活塞下移，气缸容积增大，缸内压力降至70-90kPa（略低于大气压），形成负压；在化油器式发动机或电喷发动机中，空气与汽油（或柴油）按比例混合的混合气（柴油机为纯空气），通过进气门被吸入气缸，由于混合气与高温零件接触，缸内温度略升高至50-80℃。
作用：为燃烧提供充足的燃料和氧气，是做功的前提。

压缩行程

活塞运动：活塞从下止点向上止点移动。
气门状态：进排气门均关闭，气缸密封。
缸内状态：活塞上移时，气缸容积逐渐减小，混合气（或空气）被压缩，压力和温度显著升高，汽油机的压缩比（气缸总容积与燃烧室容积之比）一般为8-12，压缩行程终了时，缸内压力可达0.8-1.5MPa，温度升至300-500℃；柴油机因压燃需要，压缩比更高（16-22），压力可达3-5MPa，温度升至500-700℃，足以使柴油自燃。
作用：提高混合气的密度和温度，为燃烧做功创造条件，同时提升热效率。

做功行程（膨胀行程）

活塞运动：活塞从上止点向下止点移动。
气门状态：进排气门均关闭。
缸内状态：在压缩行程接近上止点时，汽油机通过火花塞点燃混合气，柴油机通过喷油嘴喷入柴油并压燃，燃料迅速燃烧，产生高温高压气体（最高温度可达1800-2200℃，压力3-5MPa），高温高压气体推动活塞下移，通过连杆带动曲轴旋转，对外输出机械能，曲轴旋转的动能一部分通过飞轮储存，用于后续三个行程的消耗，一部分通过传动系统驱动车辆行驶。
作用：将燃料的化学能转化为机械能，是发动机唯一对外做功的行程。

排气行程

活塞运动：活塞从下止点向上止点移动。
气门状态：进气门关闭，排气门开启。
缸内状态：做功行程结束后，缸内废气仍具有较高的压力（105-120kPa）和温度（400-600℃），活塞上移时，废气通过排气门排出气缸，进入排气系统，最终经消音器排入大气，为减少排气阻力，排气门在活塞到达下止点前就会提前开启（提前角），在活塞到达上止点后延迟关闭（延迟角）。
作用：清除气缸内的废气，为下一循环的进气做好准备。

四行程发动机的关键系统协同

四行程的正常工作离不开多个系统的协同配合,主要包括配气机构、燃油供给系统、点火系统（汽油机）、润滑系统和冷却系统。

• 配气机构：由凸轮轴、气门挺杆、摇臂等组成，通过凸轮轴的旋转控制进排气门的开启和关闭时机（配气相位），确保“准时开启、准时关闭”，实现进气充分、排气彻底。
• 燃油供给系统：汽油机通过化油器或电喷系统（EFI）将汽油与空气按比例混合；柴油机则通过高压共轨或直喷系统将柴油以高压喷入气缸。
• 点火系统：汽油机专有，包括点火线圈、火花塞等，在压缩行程上止点前产生电火花，点燃混合气。
• 润滑系统：通过机油泵将机油输至各运动部件（如活塞、曲轴轴承），减少摩擦和磨损，同时带走热量和杂质。
• 冷却系统：通过水冷（散热器、水泵）或风冷（散热片）将发动机工作时的多余热量散发出去，防止过热导致零部件损坏。

四行程发动机的技术特点与对比

四行程发动机与二行程发动机相比,具有以下核心特点：

对比维度	四行程发动机	二行程发动机
工作循环	曲轴旋转两圈（720°）完成一个循环	曲轴旋转一圈（360°）完成一个循环
气门结构	进排气门独立控制，配气机构复杂	无气门或扫气口，结构简单
换气效率	进排气分开，换气充分，残余废气少	进排气重叠，换气不彻底，残余废气多
燃油经济性	热效率高（30%-40%），油耗低	热效率低（20%-30%），油耗高
排放控制	燃烧完全，污染物排放少，易安装三元催化器	燃烧不充分，污染物排放多，难以安装后处理
应用场景	汽车、摩托车、船舶、发电设备等主流领域	小型摩托车、链锯、发电机等小型设备

四行程发动机的缺点在于结构复杂（需配气机构、正时系统等），成本较高，但凭借高效率、低排放、运行平稳的优势，成为当前内燃机的主流技术。

四行程发动机的发展趋势

随着环保法规日益严格和新能源技术的发展,四行程发动机正朝着高效化、清洁化、智能化方向演进：

• 涡轮增压与缸内直喷：通过涡轮增压提升进气密度，缸内直喷优化燃油雾化，提高热效率至40%以上，同时降低油耗。
• 阿特金森循环：通过延长膨胀行程（压缩比小于膨胀比），提升做功效率，广泛应用于混合动力车型。
• 可变气门正时与升程：根据工况动态调整气门开启时间和升程，优化低速扭矩和高速功率。
• hybrid技术融合：与电动机结合，通过发动机启停、能量回收等技术，进一步降低排放和油耗。

相关问答FAQs

Q1：四行程发动机与二行程发动机的核心区别是什么？
A1：核心区别在于工作循环和结构原理，四行程发动机需曲轴旋转两圈（720°）完成进气、压缩、做功、排气四个独立行程，进排气门分开控制，换气充分，热效率高（30%-40%），但结构复杂；二行程发动机曲轴旋转一圈（360°）即完成一个循环，通过扫气口和排气口进行换气，结构简单，但换气不彻底，热效率低（20%-30%），且排放污染严重，四行程发动机广泛应用于汽车等主流领域，二行程发动机多用于小型设备。

Q2：为什么汽油机的压缩比通常低于柴油机？
A2：汽油机和柴油机的燃烧方式不同：汽油机为点燃式，混合气在压缩行程终了时需由火花塞点燃，若压缩比过高（12），混合气在压缩过程中会因温度过高而提前自燃（爆震），导致发动机功率下降、零件损坏；柴油机为压燃式，需通过高压缩比（16-22）使空气温度超过柴油自燃点（约500℃），柴油喷入后即自行燃烧，汽油机压缩比低于柴油机，以避免爆震，柴油机则需高压缩比实现压燃。