
发动机的动力输出基于四冲程奥托循环,每个工作循环包含四个连续冲程。吸气冲程中,进气门开启,活塞下行,将空气与雾化汽油的混合气吸入气缸;压缩冲程时,进排气门均关闭,活塞上行压缩混合气,压缩比通常为8:1至12:1,混合气温度升至300-400℃;做功冲程是唯一产生动力的环节,火花塞点火使混合气爆燃,产生20-30倍大气压推动活塞下行,通过连杆带动曲轴旋转;排气冲程中,排气门开启,活塞上行将燃烧后的废气排出气缸,完成一个工作循环。
发动机各系统需精准配合才能稳定运行。曲柄连杆机构将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动,曲轴通过飞轮储存动能并输出动力;配气机构由凸轮轴、气门等部件组成,根据发动机转速和负荷控制气门的开启时刻与持续时间,确保进气充分、排气彻底;燃油供给系统通过喷油嘴将汽油雾化后喷入进气歧管或气缸内,喷油时刻和喷油量由发动机控制单元根据传感器信号精准调节;点火系统在做功冲程开始前,由火花塞产生高压电火花点燃混合气,点火提前角需根据发动机工况实时调整。
发动机的能量转换效率受多种因素影响。汽油机的热效率通常为25%-35%,柴油机可达35%-45%,未被利用的能量主要以废气余热、散热损失和机械摩擦损失的形式消耗;动力输出特性与发动机转速密切相关,低速时扭矩较大,高速时功率较高,最大功率通常出现在5000-6000转/分钟,最大扭矩出现在2000-4000转/分钟;多缸发动机通过合理布置气缸工作顺序,使各缸做功冲程均匀分布,减少动力输出的波动,提升运转平顺性。
发动机的稳定运行离不开辅助系统的支持。冷却系统通过冷却液循环带走发动机多余热量,使发动机保持在85-95℃的最佳工作温度,避免过热或过冷导致的性能下降;润滑系统通过机油泵将机油输送到各摩擦表面,形成油膜减少磨损,同时带走金属碎屑和部分热量;进气系统通过空气滤清器过滤空气中的杂质,部分车型配备涡轮增压或机械增压装置,可提高进气量,从而提升发动机动力输出。