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四冲程发动机缸盖是如何工作的

缸盖安装在发动机顶部,掌管着气体进出的一切。用下面的按钮看进它内部, 跟着凸轮轴、气门、火花与冷却液走完一个循环。

四冲程发动机 · 缸盖剖视图 凸轮轴转动 → 气门开启 → 进气 · 火花塞点火 · 排气 凸轮轴 转速为曲轴一半 进气道 新鲜空气与燃油进入 排气道 废气排出 冷却水套 水冷通道 燃烧室 做功之处 气门弹簧 使气门关闭 火花塞 点燃混合气 进气门 引入空气与燃油 排气门 排出废气 缸垫 密封缸盖与缸体 活塞(上止点) 缸盖铸件 铝制本体 · 剖切
发生的顺序 凸轮轴转动 → 气门开启 → 空气与燃油进入 → 火花点火 → 燃气推动活塞 → 废气排出
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详细说明

什么是缸盖?

缸盖是安装在缸体顶部、封住气缸的铝制部件。它把燃烧室、气门、凸轮轴、火花塞以及进气、排气和冷却通道集成在一个铸件里。在四冲程发动机上,每一个冲程都由它来掌控。

因为承担的部件很多,缸盖内部相当拥挤。两根凸轮轴沿顶部布置,其下悬挂着八个甚至更多气门,每个燃烧室中央伸入一只火花塞,而空气、排气与冷却液的通道则绕行其间。

为什么要看内部?

从外面看,缸盖只是一块接满管路和线束的扁平铝盖。剖开之后,才能看清凸轮轴、气门、弹簧与气道是如何挤放在燃烧室周围,以及燃烧室的形状为何如此重要。

有一条主线把它串在一起:凸轮轴与曲轴同步转动,因此气门恰好在四冲程循环的正确时刻开闭。缸盖里的其他一切,都是为了支撑这份正时。

部件及其作用

1. 凸轮轴转动,顶开气门

凸轮轴由曲轴驱动,以曲轴一半的转速旋转,因此凸轮轴转一整圈,正好对应发动机转两圈。凸轮轴旋转时,蛋形的凸角转过来,把进气门连同弹簧一起向下压开。

2. 新鲜空气与燃油流入

进气门开启后,活塞下行使空气与燃油沿进气道被吸入燃烧室。进气道的形状让气流更顺畅地进入,进够混合气后气门便再次关闭。

3. 火花塞点燃混合气

两个气门都关闭后,上行的活塞压缩混合气。在冲程顶端,火花塞跳火,火焰迅速充满燃烧室,压力骤然升高。

4. 高温废气被排出

这份压力在做功冲程中推动活塞下行。随后排气凸轮轴打开排气门,活塞再度上行,把废气经排气道压出,送往排气系统。

5. 弹簧使气门关闭

凸轮只能把气门顶开,却无法把它拉回关闭。这项工作属于气门弹簧:凸角一转过,弹簧立刻把气门压回座面,在下次开启前始终保持气密密封。

6. 冷却液带走热量

持续燃烧让缸盖变得很热,尤其是排气门与火花塞附近。冷却水套是铸在缸盖内的一张通道网;冷却液在其中循环,把热量带到散热器,再由空气散发出去。

7. 缸盖与缸体密封

缸垫位于缸盖与缸体之间。它密封接合面,使高压燃气无法外泄,冷却液与机油既不会渗漏,也不会相互混合——这也是缸垫一旦失效便十分严重的原因。

缸盖是什么?

缸盖是安装在缸体顶部、封住气缸的铝制部件。它把燃烧室、气门、凸轮轴、火花塞以及进气、排气和冷却通道集成在一个铸件里。

为什么缸盖需要两根凸轮轴?

双顶置凸轮轴缸盖把一根凸轮轴放在进气门上方,另一根放在排气门上方。每根凸轮轴负责各自一侧的气门,于是进气和排气可以分别设定正时,发动机在高转速下呼吸更顺畅。

究竟是什么在开闭气门?

是凸轮轴。凸轮轴旋转时,凸角向下压气门,将其抵着气门弹簧顶开。凸角一转过,弹簧就把气门压回座面,重新密封燃烧室。

火花塞起什么作用?

火花塞伸入燃烧室,用电火花点燃被压缩的空气与燃油混合气。这一下火花启动了燃烧,推动活塞下行、带动发动机运转。

缸盖里为什么要有冷却水套?

燃烧会让缸盖变得很热,而气门、火花塞与燃烧室都必须保持在工作温度内。冷却水套是铸在缸盖内的一组通道;冷却液在其中流动,把热量带往散热器散发掉。

缸垫是做什么用的?

缸垫是缸盖与缸体之间的密封件。它阻止燃烧压力、冷却液和机油从接合处外泄,同时防止冷却液与机油相互混合。

常见误区

火花塞在进气门还开着的时候就点火。 点火应该发生在进气冲程里。
它在两个气门都关闭后才点火。 点火发生在压缩冲程末期,此时混合气已被压缩并密封在缸内。
凸轮轴把气门顶开又拉回关闭。 既然凸轮提供运动,就该负责两个方向。
它只负责顶开,关闭靠弹簧。 凸角能把气门压下,但把气门拉回座面的,正是气门弹簧。
冷却水套冷却的是进入发动机的空气。 都跟热量有关,应该是一回事。
它冷却的是缸盖本身。 水套把燃烧室和气门座的热量带走,而冷却进气混合气的是中冷器。
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。