活塞頂部在曲軸旋轉中心遠的位置叫上死點、近的位置叫下死點、從上死點到下死點的距離叫活塞沖程?;钊胶娇瞻l動機大多是四沖程發動機,即一個氣缸完成一個工作循環,活塞在氣缸內要經過四個沖程,依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。
發動機開始工作時,首先進入“進氣沖程”,氣缸頭上的進氣門打開,排氣門關閉,活塞從上死點向下滑動到下死點為止,氣缸內的容積逐漸增大,氣壓降低——低于外面的大氣壓。于是新鮮的汽油和空氣的混合氣體,通過打開的進氣門被吸入氣缸內?;旌蠚怏w中汽油和空氣的比例,一般是 1比 15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空氣。
進氣沖程完畢后,開始了第二沖程,即“壓縮沖程”。這時曲軸靠慣性作用繼續旋轉,把活塞由下死點向上推動。這時進氣門也同排氣門一樣嚴密關閉。氣缸內容積逐漸減少,混合氣體受到活塞的強烈壓縮。當活塞運動到上死點時,混合氣體被壓縮在上死點和氣缸頭之間的小空間內。這個小空間叫作“燃燒室”。這時混合氣體的壓強加到十個大氣壓。溫度也增加到攝氏4OO度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時產生的熱量,使限制在燃燒室這個小小空間里的混合氣體的壓強大大提高,以便增加它燃燒后的做功能力。
當活塞處于下死點時,氣缸內的容積大,在上死點時容積小(后者也是燃燒室的容積)?;旌蠚怏w被壓縮的程度,可以用這兩個容積的比值來衡量。這個比值叫“壓縮比”。活塞航空發動機的壓縮比大約是5到8,壓縮比越大,氣體被壓縮得越厲害,發動機產生的功率也就越大。
壓縮沖程之后是“工作沖程”,也是第三個沖程。在壓縮沖程快結束,活塞接近上死點時,氣缸頭上的火花塞通過高壓電產生了電火花,將混合氣體點燃,燃燒時間很短,大約0.015秒;但是速度很快,大約達到每秒30米。氣體猛烈膨脹,壓強急劇增高,可達6O到75個大氣壓,燃燒氣體的溫度到攝氏2000到250O度。燃燒時,局部溫度可能達到三、四千度,燃氣加到活塞上的沖擊力可達15噸?;钊谌細獾膹姶髩毫ψ饔孟拢蛳滤傈c迅速運動,推動連桿也門下跑,連桿便帶動曲軸轉起來了。
從進氣沖程吸入新鮮混合氣體起,到排氣沖程排出廢氣止,汽油的熱能通過燃燒轉化為推動活塞運動的機械能,帶動螺旋槳旋轉而作功,這一總的過程叫做一個“循環”。這是一 種周而復始的運動。由于其中包含著熱能到機械能的轉化,所以又叫做“熱循環”。
活塞航空發動機要完成四沖程工作,除了上述氣缸、活塞、聯桿、曲軸等構件外,還需要一些其他必要的裝置和構件。