現在的汽車上使用的基本都是往復活塞式四衝程發動機，它屬於內燃機的一種，能將燃料的化學能轉化為機械能並對外輸出。這種發動機的歷史已經有一百多年了，雖然技術上不斷進步，性能和效率有了很大的提高，但其基本結構和工作原理並沒有變化。
汽車發動機可以分為汽油機和柴油機兩大類，它們的基本結構是一樣的，都是由兩大機構和五大系統組成，即曲柄連桿機構，配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系。汽油機和柴油機最大的區別是柴油機沒有點火系，而且二者的燃油供給系也有很大的區別。從熱效率方面來說，柴油發動機更高一些，這也是相同排量的情況下柴油發動機更省油的原因。在我國，由於柴油屬於重要的戰略物質，所以在乘用車上的使用受到了限制，更多的用於卡車和農用機械上。
下面我們就來說一說，汽車發動機究竟如何“動”起來的。不論汽油發動機還是柴油發動機，它們的工作原理基本都是一致的，下面我們以四衝程汽油機為例來說說發動機的基本工作原理，與柴油機的區別也會在其中單獨的說明。
首先需要說明的是，發動機不會自己無緣無故的轉動，必須有一個外力來給它提供原始的動力，這個外力就是由發動機的起動系統來提供的。我們將鑰匙轉到啟動檔的時候，起動機通電運轉，轉動發動機的曲軸，帶動其它機構和系統進入工作狀態，發動機才能自行運轉，工作循環才能自動進行下去。如果沒有啟動系統，發動機是不可能工作的，有時候汽車的電瓶沒電了，汽車就無法啟動了，就是這個原因。當發動機正常工作後，起動系統的使命就完成了。
發動機正常工作時，它的工作循環包括四個活塞行程：進氣、壓縮、做功和排氣。下面分別來說說它們的運動過程。
1、進氣行程
在這個行程中，進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上止點向下止點運動。空氣和汽油的混合物被吸入氣缸，在氣缸內進一步混合形成可燃混合氣。 當進氣行程終了時，氣缸內氣體壓力約為0.08～0.09 MPa，溫度達到320～400 K。 對於柴油機來說，它吸入的是純空氣，而不是柴油與空氣的混合氣，並且它的進氣系統中沒有節氣門，進氣阻力小，且殘餘廢氣溫度較低，同汽油機相比，進氣終了時缸內氣體壓力略高而溫度略低。
2、壓縮行程
在這個行程中，進氣門和排氣門都關閉，活塞從下止點向上止點運動; 氣缸容積逐漸變小，氣缸內混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。當壓縮行程終了時，混合氣壓力可達0.8～1.5 MPa，溫度可達600～750 K。採用大壓縮比，可提高壓縮終了時氣缸內的壓力和溫度，從而加快燃燒速度，提高發動機熱效率，但太大容易引起“爆震”和“表面點火”，通常汽油機壓縮比為9~12，柴油機壓縮比為16～22。 由於柴油機的壓縮比更大，壓縮終了時缸內氣體壓力約為3～5 MPa，溫度約為750～1000 K，都比汽油機的高，並且壓縮終了溫度超過柴油的自燃溫度。
3、作功行程
在這個行程中，進排氣門仍然關閉。壓縮行程結束時，火花塞跳火點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，並放出大量熱能；燃燒氣體體積膨脹，壓力、溫度升高；氣體壓力推動活塞從上止點運動到下止點，並通過連桿推動曲軸旋轉作功。燃燒最高壓力可達3～6.5 MPa，最高溫度可達2200～2800 K。作功終了時，氣體壓力降低到0.35～0.5 MPa，氣體溫度降低到1200～1700 K。
汽油機與柴油機最大的區別就在於此。當壓縮行程結束時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，由於此時氣缸內溫度高於柴油自燃溫度，所以柴油自行著火燃燒，並形成多個火焰中心，燃燒的更加劇烈和暴力，燃燒氣體最高壓力6～9 MPa，最高溫度也可高達1800～2500 K，作功終了時，氣體壓力約為0.2～0.5 MPa，溫度約為1000～1200 K。所以，人們說柴油機更有勁的原因就在於此。
4、排氣行程
在這個行程中，進氣門關閉，排氣門開啟；活塞從下止點向上止點運動。膨脹過後的廢氣在其自身剩餘壓力和在活塞的推動下，經排氣門排出氣缸。排氣行程結束後，殘留在燃燒室內的少量廢氣稱為殘餘廢氣。殘餘廢氣壓力約為0.105～0.12 MPa，溫度約為 900～1100 K。這個過程柴油機和汽油機差不多，只是柴油機的殘餘廢氣溫度略低。
這個過程說起來很漫長，但發動機運轉起來的時候，每個行程的時間都是非常短的。如果發動機以800轉/分鐘的怠速運轉，每一個行程的時間大約只有0.035秒；如果發動機以1800轉/分鐘的常用轉速運轉，每一個行程的時間大約只有0.017秒。所以運轉的速度是極快的。
由於發動機做功所需要的空氣和燃料都要在這樣短的時間內進入發動機燃燒室並混合燃燒，因此對發動機的進排氣系統提出了極高的要求，只有讓更多的燃油和空氣進入發動機，發動機的動力才有可能提升。相對而言，讓更多的燃油進入發動機是比較容易的，而讓更多的空氣進入發動機卻是很困難的，所以現代發動機的每一次進步幾乎都是進排氣系統的改進，配氣機構成為了發動機上最複雜、最精密的機構，比如現在普遍採用的可變氣門正時與升程系統，進氣增壓系統等等。
現在應該看明白了吧，發動機在工作時首先由起動系統帶動運轉，然後四個行程反覆循環動作，發動機就進入自動運行狀態，將燃料燃燒釋放的化學能轉化為機械能並源源不斷的對外輸出，通過汽車的傳動系統傳遞到車輪上驅動汽車飛速行駛。應該說汽車是人類最偉大的發明之一，它的出現極大的改變了人類社會的文明進程，近一百年來的社會發展遠遠超過了之前幾千年的發展總和。
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