汽车发动机基本知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,造I,汽车构造I,（2,）,清华大学汽车工程系,赵雨东,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）,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,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,）,MAZDA,公司转子发动机,用于运动型轿车,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),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,汽油机,柴油机,氢燃料发动机,BMW汽油、氢双燃料发动机,汽车发动机的分类,冲程,二冲程（Twostroke),按行（冲）程,四冲程（Fourstroke),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,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。,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。,二冲程汽油机（,3,）,示功图,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。,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。,New,Sulzer,Diesel,RTA-series,Low-speed,Two-stroke Diesel Engines,1480-48600 kW,2000-66120 bhp,196-54 rpm,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）,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）,火花塞,汽车发动机的分类冷却,按冷却方式,水冷,风冷,（Air cooling） （Water cooling）,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,风冷,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,涡轮增压,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）,In-line,Double piston engine,H engine,V engine,Opposed piston engine,W engine,Radial engine,Boxer engine or,180,V engine,Triangle engine,直列,V,型,W型,W型,W型,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,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),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,发动机的总体构造（,1,）,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,机体,缸盖,缸体,活塞,连杆,曲轴,飞轮,曲柄连杆机构,气门机构,供给系统,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,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,柴油机燃油系统,润滑系统,冷却系统,ECU,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,起动系统,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,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,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,发动机的主要性能,动力性指标（,1）,动力性指标,有效转矩,T,e,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。,10,=,式中：,T,e,有效转矩,（,N,m,）,n,曲轴转速,（,r/min）。,e e,P,=,T,T,e,n,9550,3,2,n,60,(kW),发动机的主要性能,动力性指标（,2,）,动力性指标,有效功率,P,e,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。,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,p,me,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。,W,e,V,h,p,me,=,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）,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g,e,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,g,e,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,T,P,e,(g / kW,h),G,T,每小时的燃油消耗量,（,kg/h,）,Pe,有效功率,（,kW）,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,CO,2,噪声,世界各国都有法规限制排放和噪声,发动机的主要性能,强化指标,强化指标,升功率,P,L,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。,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。,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,T,e,，有效功率,P,e,，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,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,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,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,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,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,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,内燃机产品名称和型号编制规则（,1,）,国家标准,(GB725,91),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,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。,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,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？,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？,