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大家好 我是齐鲁工业大学的孔胜利
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今天我们的汽车之旅课程
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将带领大家一起学习
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汽车发动机的相关知识
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汽车是我们生活当中常见的交通工具
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汽车到底是由哪些零部件组成的
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可能有的人会说汽车很简单
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无非是两个轮子和一个壳
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当然这句话说的并没有问题
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但是实际中汽车是由上万个零部件组成的
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是一个非常复杂的结构体
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所以要想系统的搞明白汽车的构造
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需要了解很多的知识
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我们一般根据汽车的零部件和组成的功能结构
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把汽车分为四大部分
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分别为发动机 底盘 车身以及电子电控系统
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今天我们和大家学习的是
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汽车的发动机知识
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这是一个奔驰轿车的发动机
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如果说大家打开它的引擎盖
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就能看到它
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但是因为周围引擎的结构
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还有一些链接件结构的遮挡
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大家可能只能看到
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最上面的一小部分的机构
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而且只是表面的结构
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那么发动机里面到底
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由哪些零部件组成的呢
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这有张剖视图 大家从里面可以看到
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发动机里面的结构是非常复杂的
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虽然说结构很复杂
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但是发动机里面的零部件和组成
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都是有规律的
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如果我们搞清楚它们的规律和位置关系
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那么我们可以完全的
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了解发动机的构造和功能
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接下来我们的内容主要由以下三部分组成
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首先我们介绍一下
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汽车发动机的基础知识
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然后我们会介绍发动机的
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两大机构和五大系
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首先我们来看一下
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汽车发动机的一些基础知识
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首先有个概念是热机
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也就是热力发动机
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它指的是燃料燃烧所产生的热能
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转变为机械能的发动机
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如果对热机做一个简单分类的话
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它可以分为外燃机和内燃机
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这个主要是燃烧的场所和结构有区别
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外燃机大家可能比较熟悉
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就像以前的蒸汽机
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它是用燃料加热水
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然后产生水蒸气
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然后水蒸气再来推动机械运转
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这种是一种典型的外燃机
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而常见的汽车上面都是用的内燃机
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也就是说它的燃烧过程在发动机
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或者说是在密闭的容器的内部进行的
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而这个内燃机
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根据里面主要结构件的形式分为
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燃气轮机和活塞式内燃机
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燃气轮机是一种旋转叶片式的热机
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而活塞式的内燃机是汽车常见的内燃机
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主要构件是活塞
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而活塞式的内燃机根据里面活塞式的
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运动形式
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又可以分为两大类
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一类是这种旋转活塞式的内燃机
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另外一类是往复活塞式的内燃机
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旋转活塞式的内燃机其实在汽车上也有用的
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只是说相对来说比较少比较小众
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像日本的马自达公司的一些轿车上面
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就用的旋转活塞式的内燃机
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咱生活中接触最多的应用最普遍的
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就是这种往复活塞式的内燃机
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所以说在下面的内容当中
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如果没有特别指明的话
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我们说的发动机指的就是这种
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往复活塞式的内燃机
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为了更清楚的了解发动机的一些专业术语
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首先来学习它的发动机的几个基本概念
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上止点 下止点 活塞行程 曲柄半径
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气缸工作容积 内燃机排量 燃烧室容积
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气缸总容积 和压缩比等等
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这些专业的术语有助于理解
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发动机里面定义的一些名词
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这是一个单缸发动机的一个示意图
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我们可以从图上简单来看一下
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这上面标的1是气门一般来说是进气门
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2代表的是气缸 3是活塞
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3活塞是在气缸2中做往复的直线运动
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4是咱说的连杆 5是曲轴的中心
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6是曲柄
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所以说咱从4 5 6 这三个结构件来说
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它是一个典型的曲柄滑块机构
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也就是说图上所示的曲柄6
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做旋转运动
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通过连杆4带动活塞在气缸中做往复运动
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这是它的最基本运动形式
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在这上面咱需要看前面说的几个术语
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第一个是上止点
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上止点指的是活塞运行到你的气缸最上端的这个位置
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同样的有一个下止点
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下止点指的是活塞往下运动所能达到的最低端的位置
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这两个点分别是上止点和下止点
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这两个之间的距离
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咱把它定义为活塞的行程
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活塞行程咱用S表示
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同样的咱们能看到在曲柄6上面
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标了一个R 这代表的是曲柄的半径
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从这个图上大家能很直观的能看出来
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曲柄的半径的两倍
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刚好是咱的活塞的行程S
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下面咱在看一下其他的一些术语
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这个图上也是单独把活塞行程拿出来了
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指的是上止点和下止点之间的距离
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另外一个概念就是气缸的工作容积
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从右边这个图上大家能够看出来
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这个工作容积指的是上止点和下止点之间
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和这个气缸形成的这个圆柱形的体积
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所以说计算的时候也比较简单
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这个气缸的工作容积就是
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你这气缸的横截面的面积
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乘以你的活塞的行程
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这就是气缸的工作容积
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另外一个是大家可能听得比较多的
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是发动机的排量
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发动机的排量其实等于
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你每一个气缸的工作容积乘以你的气缸数
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比如说在这个图上面是四个气缸
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那这样的话你算出
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每一个气缸的工作容积乘以四
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就是指的发动机的排量
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所以说这个发动机一旦要
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要是说制造完成以后
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它的这个排量基本上
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就是固定的一个值了
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还有一个术语是指的是
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燃烧室的容积
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这个图上大家在右面的图上面可以看一下
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燃烧室的容积指的是你的活塞
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达到上止点以后
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你的活塞的顶部和你气缸周围的
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气缸壁形成了这个封闭的空间
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也就是说这个时候是你的气缸
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上面容积最小的时候
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这是你的燃烧室的容器
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还有一个术语是气缸的总容积
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前面如果说搞明白了
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燃烧室的容积和工作容积以后
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那就很容易算出你的气缸
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所供给气缸总容积
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就是等于燃烧室的容积加上你的工作容积这两部分
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还有一个很重要的术语是发动机的压缩比
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这个压缩比指的是你气缸的总容积
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和你燃烧时的容器的一个比值
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也就是说等于是你的活塞
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在下止点的时候形成了这个容积
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和你活塞到上止点的时候
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形成这个容积
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这两个容积的比值就是压缩比
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因为压缩比会影响到后面的
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比如说汽油机的点火
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包括影响到你的这些燃料的牌号的选择等等上面
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咱说发动机相关的一些基本的术语
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一般来说发动机的这个行程有
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这种两行程和四行程这两种类型
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你现在两行程的这种发动机
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一般是早期来说就是在摩托车
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还有这种农用的拖拉机上面
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这类的发动机里面会有两行程的
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但是一般呢现在就是汽车上面
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用的发动机都是这种四行程的发动机
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它这四行程指的是就是说一个发动机
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要完成一个完整的工作循环
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需要经过吸气压缩做功和排气这四个行程
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就是分别对应的这四张图
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可能有的人发现这个图片
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下面怎么会有两张图片呢
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就是对应的做功这个行程的图片
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那是因为这种汽油发动机和柴油发动机
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在做功的时候有比较大的区别
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所以说左边这张图片
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对应的是汽油发动机
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而右边这张对应的柴油发动机机器的时候
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这活塞是从上止点往下止点来运动
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这个时候进气门打开
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而排气门是关闭的
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这样子可以把进气通道
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当中的气体吸入气缸当中
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而压缩行程指的是活塞从下止点
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往上止点运行的这个过程
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在这个过程当中
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进气门和排气门同时是关闭的这样子
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活塞对气缸内的气体进行压缩
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第三个行程是做功行程
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在做功行程的时候
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活塞是从上止点往下止点运行的
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在这个过程当中
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汽油或者柴油在气缸内燃烧释放
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热量向外输出机械能
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第四个排气行程指的是活塞
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从下止点往上止点运动
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在这个循环当中
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排气门是打开的
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而进气门是关闭的
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这样的可以将气缸当中
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剩余的废气快速的排出气缸
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这是一个完整行程的工作流程
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下面大家拿这个四行程汽油机来看一下
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它的施工图分别对应的也是
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吸气 压缩 做功和排气这四个行程
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在具体行程上面
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我们主要来看一下气缸内的
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压力和体积的这个变化关系
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在进气行程当中
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大家可以看一下这个曲线
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他的压力是从小r到I
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小r的时候气缸内的压力
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是高于这个大气压力的
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而到进气行程完成的时候
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大家看到这个小a对应的点
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它的压力是小于这个大气压力的
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所以说在进气行程终了的时候
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气缸里是处于一个负压的这么一个状态
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而在压缩行程上面
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在这个图里面对应的是从I到c这个过程
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大家从这个图上面能看出来
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就是说从I到c旗杆内的压力增加比较明显
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而在做功的行程当中
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在这图上对应的是从C达到顶点Z
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然后再下降到b这个过程
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也就是说在做功行程的过程当中
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气缸的压力首先是急剧增大
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也就说从C到Z这个过程
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然后完了以后气缸的压力逐渐在下降
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直到降为b这个点
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但是b这个点的压力
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还是要大于这个大气压力的
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那就排气行程上面对应的
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是从b到小r这一段
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大家可以看到
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就是说压力是缓慢下降的
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到最终小r压力还是略微
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要大于外界大气压力的
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