
发动机通过进气、压缩、做功、排气四个冲程完成能量转换,此过程称为奥托循环(汽油机)或狄塞尔循环(柴油机)。进气冲程吸入可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机);压缩冲程压缩气体提升温度;做功冲程通过火花塞点火(汽油机)或喷油嘴压燃(柴油机),推动活塞下行;排气冲程排出燃烧废气。
四冲程发动机曲轴每旋转720度完成一个工作循环,其中仅做功冲程产生动力,其余冲程依赖飞轮惯性维持运转。通过多缸发动机的冲程相位差设计,可使动力输出更平稳,通常四缸发动机的做功间隔为180度曲轴转角。
发动机效率受压缩比、燃烧效率、机械损失等因素影响。压缩比越高,理论热效率越高,但受限于燃料抗爆性;燃烧效率与空燃比、点火时机密切相关,理想空燃比约为14.7:1(汽油机);机械损失包括摩擦损失、泵气损失等,占总能量消耗的10%-20%。
汽油机采用点燃式燃烧,压缩比通常为8-12;柴油机采用压燃式燃烧,压缩比可达16-22。柴油机热效率普遍高于汽油机,约30%-45%,但汽油机转速响应更快。混合动力系统通过电机辅助,可优化发动机工作区间,提升综合效率。