往复式发动机

概念定义

往复式发动机亦称活塞发动机，在汽车动力领域通常指往复活塞式内燃机。它利用一个或多个活塞承受气体压力，并把活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。“往复”描述活塞在气缸内沿直线来回移动的运动形式，也是这类发动机的基本特征。

往复式发动机经常被通称为内燃机，但两者并非完全相同的概念：往复式发动机强调活塞与曲柄连杆机构的运动方式，而内燃机并不一定采用活塞结构。汽车常用的往复式发动机主要以汽油或柴油作为燃料，通过燃烧产生推动活塞的压力。

以汽油往复式发动机为例，进气门开启后，燃料与空气的混合物进入气缸。活塞向上止点移动并压缩混合物，火花塞随后将其点燃。燃烧形成的高温气体膨胀并推动活塞反向移动，使燃烧压力转化为活塞的直线运动。连杆连接活塞与曲轴，再由曲轴把直线往复运动转换成连续的圆周运动，供车辆传动系统使用。

活塞移动范围由上止点与下止点限定，两者之间的距离称为行程。行程会影响连杆的运动幅度及曲轴销至曲轴中心的距离。较长行程对应较长的曲轴力臂，侧重扭矩输出；较短行程则侧重较高转速与功率表现。

往复式发动机的核心运动部件包括气缸、活塞、连杆和曲轴。气缸容纳并引导活塞运动；活塞承受气体压力；连杆传递活塞产生的作用力；曲轴完成运动形式转换。进气门负责控制混合物进入气缸，汽油机的火花塞用于点燃经过压缩的燃料与空气混合物。

排量与气缸尺寸、活塞行程及气缸数量相关，可按气缸半径平方、圆周率、行程长度与气缸数的乘积计算。排量增大时，气缸能够容纳更多燃料与空气混合物，单次做功可利用的燃烧能量也相应增加。

为适应不同排量、安装空间和动力需求，往复式发动机发展出多种气缸排列形式，包括直列型、V型、W型、水平对卧型、星型、H型、U型、X型、对置活塞型和单气缸结构。不同排列方式会改变气缸的空间分布，但活塞往复运动以及连杆、曲轴转换运动的基本方式相同。

往复活塞式内燃机具有体积较小、质量较轻、功率较大和效率较高等特点，相关技术已经成熟，因此长期广泛用作汽车动力。它也应用于摩托车及非电气化火车等陆路交通工具。

早期飞机使用的星型发动机同样属于往复式发动机，其气缸围绕曲轴呈放射状排列。现代多数飞机已经改用涡轮发动机，往复式发动机在航空领域的应用范围相较早期有所变化。