活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)也叫往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，是利用一個(gè)或多個(gè)活塞將壓力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是一種熱機(jī)，靠汽油運(yùn)行、柴油和其他燃料提供動(dòng)力。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸組成、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。

最常用的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)使用汽油或柴油來產(chǎn)生壓力。通常有一個(gè)以上的活塞，每個(gè)活塞都在氣缸中，燃料－空氣混合物被注入其中，然后點(diǎn)燃。熱氣膨脹，向后推動(dòng)活塞。活塞的直線運(yùn)動(dòng)通過連桿和曲軸轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常被稱為內(nèi)燃機(jī)，盡管內(nèi)燃機(jī)不一定包括活塞。

如今，它并沒有被廣泛使用水蒸氣是另一種叫做蒸汽機(jī)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的能量來源。在這種情況下，活塞由非常高的蒸汽壓力驅(qū)動(dòng)。在蒸汽能量的最大利用上，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被效率更高的渦輪所取代，而且由于對(duì)扭矩的要求更高，活塞在汽車領(lǐng)域得到了更多的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)兩次，每個(gè)氣缸只完成一次進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火和排氣過程發(fā)動(dòng)機(jī)。至于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈有三個(gè)進(jìn)氣口、壓縮、點(diǎn)火與排氣。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與輸出軸的齒輪比為三比一，所以轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)只需要轉(zhuǎn)一次，每個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)氣一次、壓縮、點(diǎn)火和排氣過程相當(dāng)于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行兩周，所以具有排氣量小功率輸出高的優(yōu)點(diǎn)（但相對(duì)而言，在相同排量下，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗要比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)高得多）此外，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向運(yùn)行特性，它可以在沒有精確曲軸平衡的情況下實(shí)現(xiàn)非常高的運(yùn)行速度。

多缸活塞發(fā)動(dòng)機(jī)采用不同的布置形狀，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀圖2顯示了幾個(gè)圓柱體的排列形式。第一種是直列式，氣缸排成一排，活塞上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于汽車上。第二個(gè)V形和第五個(gè)星形在航空上應(yīng)用廣泛。液冷發(fā)動(dòng)機(jī)用v形，氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)用星形。此外，還有一個(gè)X形、h形和其他排列形狀。

活塞頂部在曲軸旋轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)位置稱為上止點(diǎn)、最近的位置稱為下止點(diǎn)、從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離稱為活塞沖程。活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)多為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，即一個(gè)氣缸完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)歷四個(gè)沖程，之后是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。

進(jìn)氣沖程

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)，首先進(jìn)入“進(jìn)氣沖程”氣缸蓋上的進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)下滑，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，氣壓比外面的大氣壓降低——。于是新鮮汽油和空氣的混合氣通過打開的進(jìn)氣門被吸入氣缸。混合氣體中汽油與空氣的比例一般為1比15，即燃燒一公斤汽油需要15公斤空氣。

壓縮沖程

進(jìn)氣沖程完成后，開始第二沖程，即“壓縮沖程”此時(shí)，曲軸因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉得和排氣門一樣緊。氣缸的內(nèi)部容積逐漸減小，混合氣體受到活塞的強(qiáng)烈壓縮。當(dāng)活塞移動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，混合氣在上止點(diǎn)和氣缸蓋之間的小空間內(nèi)被壓縮。這個(gè)小空間叫作“燃燒室”此時(shí)，混合氣體的壓力增加到10個(gè)大氣壓。溫度也上升到了400攝氏度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒產(chǎn)生的熱量，使封閉在燃燒室狹小空間內(nèi)的混合氣壓力大大增加，從而增加其燃燒后的做功能力。

活塞在下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的容積最大，上止點(diǎn)時(shí)容積最小（后者也是燃燒室的容積）混合氣體被壓縮的程度可以用這兩個(gè)體積的比值來衡量。這個(gè)比值叫“壓縮比”活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比約為5比8壓縮比越大，壓縮的氣體越多，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率就越大。

工作沖程

壓縮沖程之后是“工作沖程”，第三筆。在壓縮沖程末期，活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，氣缸蓋上的火花塞通過高壓電產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣，燃燒時(shí)間很短，約為0.015秒；但是速度很快，每秒30米左右。氣體劇烈膨脹，壓力急劇上升，達(dá)到60到75個(gè)大氣壓，燃燒氣體的溫度達(dá)到2000到2500攝氏度。燃燒時(shí)，當(dāng)?shù)販囟瓤赡苓_(dá)到三度、在4000度時(shí)，氣體對(duì)活塞的沖擊力可達(dá)15噸。在氣體的強(qiáng)大壓力下，活塞迅速向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿在也門向下運(yùn)行，連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

這個(gè)沖程是唯一能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作并獲得動(dòng)力的沖程。另外三劃是為這一劃做準(zhǔn)備。

排氣沖程

第四個(gè)沖程是“排氣沖程”工作沖程結(jié)束后，由于慣性，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)進(jìn)氣門仍關(guān)閉，而排氣門則大開，燃燒后的廢氣通過排氣門向外排出。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，大部分廢氣已經(jīng)排出。然后排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟，活塞從上止點(diǎn)下降，開始新的循環(huán)。

從進(jìn)氣沖程吸入新鮮混合氣到排氣沖程排出廢氣，汽油的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)做功這個(gè)一般的過程叫做過程“循環(huán)”這是一種重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗藷崮芟驒C(jī)械能的轉(zhuǎn)化，所以又叫“熱循環(huán)”

活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)要完成四沖程工作，除了上述氣缸、活塞、聯(lián)桿、曲軸等部件，還需要一些其他必要的裝置和部件。

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸組成、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。

氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方。活塞容納在氣缸中，用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸蓋裝有火花塞，用于點(diǎn)燃混合氣（俗稱電嘴），以及進(jìn)、排氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸的溫度很高，所以氣缸外壁上有很多翅片，以擴(kuò)大散熱面積。氣缸位于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)（機(jī)匣）桌子上的排列多為星形或V形。常見的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有五種、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18缸或24缸不一樣。在單缸容積相同的情況下，氣缸越多，發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大。活塞在氣體的壓力下在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)通過連桿轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿用于連接活塞和曲軸。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力的部件。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由減速器帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生拉力。此外，曲軸還帶動(dòng)一些附件（如各種油泵、發(fā)電機(jī)等）氣門機(jī)構(gòu)用于控制進(jìn)氣門、排氣閥有規(guī)律地打開和關(guān)閉。

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是發(fā)動(dòng)機(jī)各種機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件全部安裝在室外，承受各種載荷。因此，車身必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主要由氣缸體組成、汽缸套、氣缸蓋和氣缸墊等。

氣缸體

水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱往往鑄造成一體，稱為氣缸體——曲軸箱，也可稱為缸體。氣缸體通常由灰鑄鐵制成缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下部是支撐曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔是曲軸活動(dòng)的空間。許多加強(qiáng)肋冷卻水套和潤(rùn)滑油通道被鑄造在氣缸體中。

氣缸體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度根據(jù)氣缸體和油底殼安裝平面位置的不同，氣缸體通常分為以下三種形式。

1)一般氣缸體的特點(diǎn)是油底殼的安裝平面和曲軸的旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。這種缸體的優(yōu)點(diǎn)是高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便，曲軸拆裝方便；但是它的缺點(diǎn)是剛性和強(qiáng)度差。

2)其特征在于，油底殼的安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度好，能承受較大的機(jī)械載荷；但其缺點(diǎn)是工藝性差，結(jié)構(gòu)笨重，加工困難。

3)隧道式氣缸體這種氣缸體的曲軸主軸承孔是整體式的，帶有滾動(dòng)軸承主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后面加載。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、剛性和強(qiáng)度好，但缺點(diǎn)是加工精度高，工藝性差，曲軸拆裝不方便。