气缸内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内做往复运动，通过连杆推动曲轴转动，如图1-7所示。为了吸入新鲜气体和排出废气，气缸内设有进、排气系统等。

上止点：活塞顶面离曲轴中心最远处，即活塞运动最远位置。

下止点：活塞顶面离曲轴中心最近处，即活塞运动最近位置。

活塞行程：上、下止点间的距离S。

曲柄半径：曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R。

活塞每走一个行程相应于曲轴转角180°。对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机，活塞行程S等于曲柄半径R的两倍。

活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，可用符号V_s表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量，如图1-8所示，用符号V_L（L）表示，即

图1-7 气缸

图1-8 气缸总容积与燃烧室容积的区分情况

四冲程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力p和相应于活塞不同位置的气缸工作容积V_s之间的变化关系。示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。其中，曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所做的功。

（1）进气行程

如图1-9所示，由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。

图1-9 进气行程示功图

在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，气缸内气体压力略低于大气压，约为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。

ra线与大气压力线的差值表示气缸内的真空度。(www.daowen.com)

（2）压缩行程

曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要由压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。

1）压缩比概念。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比，以ε表示。换言之，压缩比ε等于气缸总容积V_a与燃烧室容积V_c之比，如图1-10所示。

图1-10 压缩行程示功图

现代汽油机的压缩比一般为8～11。柴油机的压缩比一般为16～22。

2）压缩比的物理意义。反映气体被压缩的剧烈程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，热效率越高，经济性越好，发动机功率也越大。但压缩比过高，不仅不能进一步改善功率和经济性，反而会引起爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

3）爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在火焰前锋面到达之前自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。爆燃会使发动机过热、功率下降、汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的。严重爆燃可造成气门烧毁、轴瓦破裂、活塞烧顶、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。

4）表面点火。表面点火是由于燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积炭）点燃混合气产生的一种不正常燃烧现象。表面点火发生时，也伴有强烈的敲击声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件承受的机械负荷增加，寿命降低。

因此，在提高发动机压缩比的同时，必须注意防止爆燃和表面点火的发生。此外，发动机压缩比的提高还受到排气污染法规的限制。

（3）做功行程

做功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程，接近上止点（即点火提前角）位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，做功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K。如图1-11所示。

图1-11 做功行程示功图

（4）排气行程

可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个工作循环。当膨胀接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去。活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。如图1-12所示。

曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。