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发动机是将燃料的化学能转化为机械能的装置。最常见的是内燃机，它通过在气缸内燃烧燃料来推动活塞运动，最终带动曲轴旋转输出动力。内燃机的核心部件包括气缸、活塞、连杆和曲轴。当燃料在气缸内燃烧时，产生的高温高压气体推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴旋转，从而输出动力。
四冲程发动机完成一个工作循环需要四个冲程。第一个是进气冲程，活塞向下移动，进气门打开，将空气和燃料的混合物吸入气缸。第二个是压缩冲程，活塞向上移动，所有气门关闭，将混合气体压缩。第三个是做功冲程，火花塞点燃压缩的混合气体，产生爆炸，高温高压气体推动活塞向下运动，这是发动机产生动力的关键冲程。第四个是排气冲程，活塞再次向上移动，排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。这四个冲程不断循环，持续产生动力。
汽油机和柴油机是两种常见的内燃机类型，它们在工作原理上有几个关键区别。首先是点火方式不同：汽油机使用火花塞产生电火花点燃预先混合的空气和燃料；而柴油机则依靠高压缩产生的高温使喷入的柴油自行燃烧，不需要火花塞。其次是压缩比不同：汽油机的压缩比通常在8到12比1之间；而柴油机的压缩比更高，一般在14到25比1之间，这也是为什么柴油机能够实现自燃。第三是燃料供给方式不同：汽油机在进气阶段就将空气和燃料混合；而柴油机则是先压缩纯空气，然后在压缩末期直接将柴油喷入气缸。这些差异导致柴油机通常效率更高，但汽油机运行更平顺。
发动机由多个关键部件组成，共同工作以产生动力。首先是气缸体和气缸盖，它们形成燃烧室，是燃料燃烧的场所。活塞在气缸内上下运动，通过连杆将力传递给曲轴。曲轴是发动机的核心部件，它将活塞的往复直线运动转换为旋转运动，这种旋转运动最终驱动车轮或其他设备。配气机构包括进气门和排气门，控制着混合气进入气缸和废气排出的时机。燃油系统负责将适量的燃料供给到发动机中，而冷却系统则确保发动机在适当的温度范围内工作，防止过热。这些部件的精密配合使发动机能够高效可靠地运行。
发动机技术在过去一个多世纪中经历了显著的发展。从1885年第一辆内燃机汽车问世，到现代高效环保的发动机系统，技术不断进步。现代发动机采用了多种先进技术来提高效率，如直喷技术可以精确控制燃料喷射，提高燃烧效率；可变气门正时系统能根据发动机工况调整气门开闭时机；涡轮增压技术则利用废气能量提高进气量，增加发动机功率。同时，为了应对日益严格的排放标准，三元催化转化器和废气再循环系统被广泛应用于减少有害排放。随着环保意识的增强和能源结构的转变，混合动力、氢燃料发动机以及纯电动机等新型动力系统正逐渐替代传统内燃机，推动汽车工业向更清洁、更高效的方向发展。