清华大学课件汽车构造I2汽车发动机基本知识演示文稿

造I汽车构造I（2）清华大学汽车工程系赵雨东1主要内容和学时安排汽车发动机基本知识（4学时）发动机机体（2学时）曲柄连杆机构（3学时）气门机构（3学时）进排气、增压系统及排放控制装置（3学时）汽油机燃油供给系统（4学时）柴油机燃油供给系统（4学时）汽油机点火系统（2学时）发动机冷却系统（2学时）发动机润滑系统（2学时）发动机起动系统与电源（1学时）发动机管理系统（2学时）2汽车发动机基本知识汽车及其动力概况汽车总体结构汽车发动机工作原理汽车发动机的分类发动机的总体构造发动机的主要性能指标与特性内燃机产品名称和型号编制规则3按活塞运动方式汽车发动机的分类活塞运动方式往复活塞式（Reciprocating engine)旋转活塞式（Rotary engine/Wankel engine）4MAZDA公司转子发动机用于运动型轿车5按燃料种类汽车发动机的分类燃料汽油机（Gasoline engine）柴油机（Diesel engine)其它燃料发动机（Alternative engine)6类型工作特征备注着火方式混合气形成方法汽油机火花点火化油器供油，缸外混合趋于淘汰进气道汽油喷射，缸外混合当前主流缸内汽油喷射趋向发展柴油机压缩自然缸内柴油喷射其它燃料发动机火花点火缸外混合或缸内喷射在结构上与汽油机不同之处只在于燃料供给系统少量柴油引燃缸外混合或缸内喷射有柴油和气体燃料两套燃料供给系统7汽油机柴油机8氢燃料发动机9BMW汽油、氢双燃料发动机10汽车发动机的分类冲程二冲程（Twostroke)按行（冲）程四冲程（Fourstroke)1112二冲程发动机二冲程发动机按扫气方式分为曲轴箱扫气式，用于小型汽油机扫气泵式，用于大型柴油机曲轴箱扫气式扫气泵式13二冲程汽油机（1）第一冲程活塞由下止点运动到上止点；扫 气：下止点时，进气阀关闭；排气口和扫气口开启；曲轴箱内的可燃混合气经扫气口进入气缸，将废气经排气口扫出；活塞继续向上止点运动，活塞头部将扫气口关闭，停止扫气；但排气口未关闭，废气和部分混合气继续排出；压 缩：活塞将排气口关闭，缸内可燃混合气被压缩，直至上止点。进气：活塞到达上止点之前时，曲轴箱容积随活塞上移增大，形成真空度，进气阀开启，混合气进入曲轴箱。14二冲程汽油机（2）第二冲程活塞由上止点运动到下止点；燃 烧：压缩过程终了时，火花塞点火，可燃混合气燃烧，燃烧气体膨胀作功。此时，进气阀仍开启，混合气继续进入曲轴箱。随着活塞下移，进气阀关闭。此后向下止点运动使曲轴箱容积变小，其中混合气被预压缩。排 气：活塞打开排气口，废气排出，作功过程结束；扫 气：继而活塞又将扫气口开启，可燃混合气经扫气口进入气缸，扫除废气（扫气）。直至下一活塞行程扫气口被关闭。151617二冲程汽油机（3）示功图18二冲程柴油机（1）第一冲程活塞由下止点运动到上止点；扫 气：当活塞还处于下止点时，进气口和排气门均已开启。扫气泵将纯净的空气增压到0.120.14 MPa后，经空气室和进气口送入气缸，扫除其中的废气。废气经气缸顶部的排气门排出。压 缩：当活塞上移将进气口关闭的同时，排气门也关闭，进入气缸内的空气开始被压缩。活塞运动至上止点，压缩过程结束。19二冲程柴油机（2）第二冲程活塞由上止点运动到下止点；作 功：压缩行程结束后，高压柴油经喷油器喷入气缸，并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体推动活塞作功。排气：当活塞下移2/3行程时，排气门开启，废气经排气门排出。扫 气：活塞继续下移，进气口开启，来自扫气泵的空气经进气口进入气缸进行扫气。2021NewSulzerDieselRTA-seriesLow-speedTwo-stroke Diesel Engines1480-48600 kW2000-66120 bhp196-54 rpm22四冲程 vs.二冲程四冲程二冲程工作循环曲轴每转二圈一个工作循环，作功一次。曲轴每转一圈一个工作循环，作功一次。旋转角速度比较均匀换气时间进、排气持续时间长，重叠期小换气质量好。换气时间短（1/3），进、排气过程几乎同时进行，换气质量差结构复杂性有进、排气门，结构复杂无进、排气门，结构简单（曲轴箱扫气式）23汽车发动机的分类着火按着火方式火花点火（Spark Ignition）压缩着火（Compression Ignition）24火花塞25汽车发动机的分类冷却按冷却方式水冷风冷（Air cooling）（Water cooling）26护罩电动风扇散热器齿型带轮缸盖水套缸体水套水泵水套排气管节气门热水管膨胀箱盖膨胀箱膨胀箱管风扇双速热敏开关进水软管排气管出水软管过热蒸气接暖风装置Santana 2000水冷27风冷28汽车发动机的分类进气方式按进气状态非增压/自然吸气（Naturally aspiration）增压（Turbocharging/Supercharging）自然吸气29涡轮增压30汽车发动机的分类气缸排列按气缸排列直列（In-line）V型（V-type）对置（Box engine）W型（W-type）31In-lineDouble piston engineH engineV engineOpposed piston engineW engineRadial engineBoxer engine or180 V engineTriangle engine32直列33V型34W型3536W型37W型38活塞运动方式汽车发动机的分类归纳燃料种类行（冲）程气缸排列气缸数着火方式进气状态冷却方式39汽车发动机的分类主流汽油机火花点火柴油机压缩着火自然吸气增 压水多直V冷缸(3 16)列(3 6)型(6 16)40汽车发动机基本知识汽车及其动力概况汽车总体结构汽车发动机工作原理汽车发动机的分类发动机的总体构造发动机的主要性能指标与特性内燃机产品名称和型号编制规则41发动机的总体构造（1）42个机构统两个五发动机的总体构造（2）机体曲柄连杆机构气门机构供给系统润滑系统冷却系统点火系统起动系统43机体缸盖缸体44活塞连杆曲轴飞轮曲柄连杆机构45气门机构46供给系统47喷油器油轨油管燃油滤清器油压调节器燃油泵油箱汽油机燃油系统48进气歧管节气门组件空气流量计空气滤清器Santana 2000汽油机进气系统49柴油机燃油系统50润滑系统51冷却系统52ECU节气门位置传感器双火花点火线圈带集成驱动级水温传感器曲轴位置和转速传感器点火开关蓄电池氧传感器火花塞点火系统53起动系统54两个个统发动机的总体构造（3）五机体曲柄连杆机构机构气门机构供给系统润滑系统冷却系统点火系统起动系统5556汽车发动机基本知识汽车及其动力概况汽车总体结构汽车发动机工作原理汽车发动机的分类发动机的总体构造发动机的主要性能内燃机产品名称和型号编制规则57发动机的主要性能动力性指标表征发动机作功能力大小燃油经济性指标发动机热效率和燃油消耗率特性速度特性负荷特性环境性能指标指发动机排放品质和噪声水平强化指标指发动机承受热负荷和机械负荷的能力工况负荷58发动机的主要性能动力性指标（1）动力性指标有效转矩 Te指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用Te表示，单位为N m。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。5910 =式中：Te 有效转矩（Nm）n 曲轴转速（r/min）。e eP=T Te n955032n60(kW)发动机的主要性能动力性指标（2）动力性指标有效功率 Pe指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。60发动机的主要性能动力性指标（3）动力性指标平均有效压力 pme单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位MPa。P me 可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所作的功，即每循环所作的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。WeVhpme =61经济性指标有效热效率 e燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率。有效热效率越高，发动机的经济性越好。发动机的主要性能经济性指标（1）62有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge 是最小值。发动机的主要性能经济性指标（2）经济性指标有效燃油消耗率 ge燃油消耗率是指单位时间内单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用g e 表示，单位g/kW h.g e =1000G TPe(g/kW h)GT每小时的燃油消耗量（kg/h）Pe 有效功率（kW）63发动机的主要性能环境性能环境性能指标排放有害气体CO、HC、NOx颗粒物PM二氧化碳CO2噪声世界各国都有法规限制排放和噪声64发动机的主要性能强化指标强化指标升功率 PL发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率，单位kW/L。升功率越大，发动机的作功能力越强，热负荷和机械负荷高。65发动机的主要性能工况和负荷工况发动机在某一时刻的运行状态。以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为发动机转速。负荷率内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。66发动机的主要性能特性（1）发动机的特性发动机的主要性能指标（如有效转矩Te，有效功率Pe，有效耗油率等）随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系称为发动机的特性。速度特性负荷特性67发动机的主要性能特性（2）速度特性性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性。汽油机功率转矩燃油消耗率6869矩燃油消耗率功率发动机的主要性能特性（3）排气温度转柴油机速度特性7071发动机的主要性能特性（4）负荷特性性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性。汽油机燃油消耗量燃油消耗率排气温度72燃油消耗量燃油消耗率发动机的主要性能特性（5）排气温度柴油机负荷特性73发动机的主要性能环境性能指标经济性指标动力性指标强化指标特性速度特性负荷特性工况负荷74汽车发动机基本知识汽车及其动力概况汽车总体结构汽车发动机工作原理汽车发动机的分类发动机的总体构造发动机的主要性能内燃机产品名称和型号编制规则75内燃机产品名称和型号编制规则（1）国家标准(GB72591)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称和型号作了统一规定。EQ12VE230ZCz：第二汽车制造厂，12缸，V型，二冲程，缸径230mm，水冷，增压，船用主机、左机基本型76内燃机产品名称和型号编制规则（2）型号示例：汽油机1E65F：单缸，二冲程，缸径 65mm，风冷，通用型；EQ61001：二汽，六缸，直列，四冲程，缸径100mm，水冷，区分符号 1表示第一种变型产品；BJ492QA：BJ为北京汽车制造厂代号，四缸，直列，四冲程，缸径 92mm，水冷，车用，区分符号 A表示变型产品。柴油机YZ6102Q：YZ为扬州柴油机厂代号，六缸，直列，四冲程，缸径 102mm，水冷，车用；10V120FQ：10缸，V型，四冲程，缸径 120mm，风冷，车用。77复习思考题（1）在结构上怎样描述一个汽车发动机？汽车发动机由哪些部分组成？下列名词的含义是什么？工作循环，二冲程、四冲程发动机的工作循环有何不同?上、下止点活塞行程气缸工作容积、燃烧室容积、发动机排量压缩比，汽油机、柴油机压缩比有何不同，为什么？工况负荷率78复习思考题（2）四冲程汽油机、柴油机的工作原理是什么？有何异同？二冲程汽油机、柴油机的工作原理有何异同？汽油机和柴油机在外观上如何区分？发动机用哪些主要性能指标来评价？其含义各是什么？发动机有哪些特性？有什么意义？79作业1 一般情况下，怎样描述一个汽车发动机？以一款市场上比较畅销的汽车为例，从结构的角度描述其发动机。2 汽油机和柴油机有何不同？怎样从外观上分辩出是哪种发动机？80个人观点供参考，欢迎讨论！