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汽车发动机的类型2022/9/202022/9/20本讲稿第一页，共三十六页第一章第一章 发动机概述发动机概述发动机是发出动力的机器，发动机是发出动力的机器，是汽车的心脏，是是汽车的心脏，是汽汽车的动力装置，是将一种能量转变为机械能车的动力装置，是将一种能量转变为机械能的装置。的装置。目前的传统发动机都是将燃料的化学能转变为热目前的传统发动机都是将燃料的化学能转变为热能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。传动系和行驶系驱动汽车行驶。2022/9/202022/9/20本讲稿第二页，共三十六页内燃机是热力发动机的一种，其特点是液力或气体燃料与空气混内燃机是热力发动机的一种，其特点是液力或气体燃料与空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。能。内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点，因而广泛应用于飞机、船舰以及汽车、拖拉机、坦克等等优点，因而广泛应用于飞机、船舰以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是，内燃机一般要求使用石油燃料，同时排出的各种车辆上。但是，内燃机一般要求使用石油燃料，同时排出的废气中所含有害气体成分较高。废气中所含有害气体成分较高。内燃机根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式，可内燃机根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。2022/9/202022/9/20本讲稿第三页，共三十六页汽车用活塞式内燃机可以根据不同的特征分类。汽车用活塞式内燃机可以根据不同的特征分类。按所用的燃料分类：按所用的燃料分类：可分为液体燃料发动机（汽油机、柴油机等）和气可分为液体燃料发动机（汽油机、柴油机等）和气体燃料发动机（如天然气发动机、液化石油气发动机等）。体燃料发动机（如天然气发动机、液化石油气发动机等）。按发火方式分类：按发火方式分类：可分为压燃式发动机与点燃式发动机。可分为压燃式发动机与点燃式发动机。柴油的特性是在同样的条件下其自燃点比汽油的自燃点低，因此采柴油的特性是在同样的条件下其自燃点比汽油的自燃点低，因此采用压燃式（自燃式）发火。一般可通过喷油泵和喷油器将柴油直接用压燃式（自燃式）发火。一般可通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷入发动机的气缸内，在气缸内与压缩空气均匀混合后，在高温下喷入发动机的气缸内，在气缸内与压缩空气均匀混合后，在高温下得以自燃，这种发动机称为压燃式发动机。得以自燃，这种发动机称为压燃式发动机。汽油的特性是其自燃的温度比柴油的要高，因此常采用点燃式发火。利汽油的特性是其自燃的温度比柴油的要高，因此常采用点燃式发火。利用火花塞发出的电火花强制点燃汽油，使其发火燃烧，这种发动机称用火花塞发出的电火花强制点燃汽油，使其发火燃烧，这种发动机称为点燃式发动机。为点燃式发动机。第一节第一节 汽车发动机的类型汽车发动机的类型2022/9/202022/9/20本讲稿第四页，共三十六页按工作循环的冲程数分类：按工作循环的冲程数分类：凡活塞往复四个单程完成一个工凡活塞往复四个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机，活塞往复两个单程即完成作循环的称为四冲程发动机，活塞往复两个单程即完成一个工作循环的称为二冲程发动机。一个工作循环的称为二冲程发动机。按气缸数及其排列方式分类：按气缸数及其排列方式分类：仅有一个气缸的称为单缸仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机。单缸有发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机。单缸有立式与卧式，多缸有直列、立式与卧式，多缸有直列、V V型与对置式。型与对置式。按冷却方式分类：按冷却方式分类：根据冷却方式不同，发动机可以分为水冷根据冷却方式不同，发动机可以分为水冷式和风冷式两种。式和风冷式两种。2022/9/202022/9/20本讲稿第五页，共三十六页此外，发动机还可按进气方式分类。当发动机不装增压此外，发动机还可按进气方式分类。当发动机不装增压器，空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内的发动机，器，空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内的发动机，称为非增压式发动机（或自然吸入式发动机）；发动称为非增压式发动机（或自然吸入式发动机）；发动机上装有增压器，空气通过增压器可以提高进气压力机上装有增压器，空气通过增压器可以提高进气压力的发动机，称为增压式发动机。的发动机，称为增压式发动机。近年来还有按每气缸中的气门数来分类的，当每气缸中近年来还有按每气缸中的气门数来分类的，当每气缸中设有一个进气门和一个排气门的发动机，称为二气门设有一个进气门和一个排气门的发动机，称为二气门发动机；每缸中设有两个进气门和两个排气门的，称发动机；每缸中设有两个进气门和两个排气门的，称为四气门发动机；或者每个气缸中设有三个进气门和为四气门发动机；或者每个气缸中设有三个进气门和两个排气门的，称为五气门发动机。两个排气门的，称为五气门发动机。2022/9/202022/9/20本讲稿第六页，共三十六页第二节第二节 发动机常用术语发动机常用术语上止点：上止点：活塞顶离曲轴中心线最远活塞顶离曲轴中心线最远的位置的位置下止点：下止点：活塞顶离曲轴中心线最近活塞顶离曲轴中心线最近的位置的位置活塞行程（活塞行程（S）：）：上下止点间的距离上下止点间的距离 S=2RS2R上止点上止点下止点下止点2022/9/202022/9/20本讲稿第七页，共三十六页上止点上止点下止点下止点工工作作容容积积气缸工作容积（气缸工作容积（Vs）：）：活塞由上止点到下止点运活塞由上止点到下止点运动扫过的容积。动扫过的容积。发动机工作容积（排量发动机工作容积（排量VL）：）：发动机全部气缸工作容积发动机全部气缸工作容积之和。之和。2022/9/202022/9/20本讲稿第八页，共三十六页燃烧室容积（燃烧室容积（Vc）：）：活塞在上止点时其上方活塞在上止点时其上方的容积的容积气缸总容积（气缸总容积（Va）：）：活塞在下止点时其上方活塞在下止点时其上方的全部容积的全部容积 Va=Vc+Vs压缩比：压缩比：气缸总容积与燃烧室容气缸总容积与燃烧室容积之比积之比 =Va/Vc2022/9/202022/9/20本讲稿第九页，共三十六页第三节第三节 发动机的工作原理发动机的工作原理四四行行程程汽汽油油机机工工作作原原理理2022/9/202022/9/20本讲稿第十页，共三十六页 进气过程进气过程作用：作用：吸入新鲜混合气吸入新鲜混合气活塞运动活塞运动:从上止点向下止点从上止点向下止点曲轴转角曲轴转角:0o180 o气门状态气门状态:进气门打开排气门关闭进气门打开排气门关闭终了压力终了压力:7590 kPa终了温度终了温度:80130 oC2022/9/202022/9/20本讲稿第十一页，共三十六页 压缩过程压缩过程作用：作用：压缩混合气，为燃烧创造条件压缩混合气，为燃烧创造条件活塞运动活塞运动:从下止点向上止点从下止点向上止点曲轴转角曲轴转角:180o360 o气门状态气门状态:进、排气门均关闭进、排气门均关闭终了压力终了压力:8001400 kPa终了温度终了温度:350400 oC2022/9/202022/9/20本讲稿第十二页，共三十六页 做功过程做功过程作用：作用：燃烧高温高压气体膨胀做功燃烧高温高压气体膨胀做功活塞运动活塞运动:从上止点向下止点从上止点向下止点曲轴转角曲轴转角:360o540 o气门状态气门状态:进气门、排气门均关闭进气门、排气门均关闭最高压力最高压力:2490 3520 kPa终了压力终了压力:300500 kPa终了温度终了温度:1200 oC2022/9/202022/9/20本讲稿第十三页，共三十六页排气过程排气过程作用：作用：排出膨胀做功后的废气排出膨胀做功后的废气活塞运动活塞运动:从下止点向上止点从下止点向上止点曲轴转角曲轴转角:540o720 o气门状态气门状态:进气门关闭、排气门打开进气门关闭、排气门打开终了压力终了压力:105120 kPa终了温度终了温度:600900 oC2022/9/202022/9/20本讲稿第十四页，共三十六页综上所述：综上所述：发动机每完成发动机每完成一个工作循环一个工作循环时，曲轴转动时，曲轴转动二周二周（720720），进、排气门各，进、排气门各开启一次开启一次，活塞完成，活塞完成四个行程四个行程，其中进气、压缩和排气行程是消耗动力，只有作功行程产其中进气、压缩和排气行程是消耗动力，只有作功行程产生动力。生动力。发动机一个工作循环：发动机一个工作循环：每完成一次进气、压缩、作功、排气的过程，称为一每完成一次进气、压缩、作功、排气的过程，称为一个工作循环。个工作循环。四行程发动机特点四行程发动机特点 ：发动机曲轴转二周，活塞往复四个行程完成一个工作循环。发动机曲轴转二周，活塞往复四个行程完成一个工作循环。四行程汽油机工作原理四行程汽油机工作原理2022/9/202022/9/20本讲稿第十五页，共三十六页四行程柴油机工作原理概略表四行程柴油机工作原理概略表2022/9/202022/9/20本讲稿第十六页，共三十六页汽油机与柴油机比较汽油机与柴油机比较2022/9/202022/9/20本讲稿第十七页，共三十六页二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理1.1.进气孔进气孔2.2.排气孔排气孔3.3.换气孔换气孔2022/9/202022/9/20本讲稿第十八页，共三十六页第一个行程第一个行程活塞运动活塞运动:从下止点向上止点从下止点向上止点曲轴转角曲轴转角:0o180o作用作用:活塞上方压缩活塞上方压缩 活塞下方进气活塞下方进气3.换气孔换气孔2.排气孔排气孔1.进气孔进气孔2022/9/202022/9/20本讲稿第十九页，共三十六页第二个行程第二个行程活塞运动活塞运动:从上止点向下止点从上止点向下止点曲轴转角曲轴转角:18 0o360o作用作用:活塞上方做功排气活塞上方做功排气 活塞下方预压活塞下方预压2022/9/202022/9/20本讲稿第二十页，共三十六页二二行行程程柴柴油油机机工工作作原原理理2022/9/202022/9/20本讲稿第二十一页，共三十六页二行程柴油机工作原理概略表二行程柴油机工作原理概略表2022/9/202022/9/20本讲稿第二十二页，共三十六页二行程发动机的特点二行程发动机的特点功率提高，当功率提高，当n、Va、相同时，理论上其功率是四相同时，理论上其功率是四行程的二倍，实际提高行程的二倍，实际提高1.51.6倍倍作功次数多，运转平稳；作功次数多，运转平稳；结构简单，维修方便；结构简单，维修方便；换气不完善，经济性差。换气不完善，经济性差。2022/9/202022/9/20本讲稿第二十三页，共三十六页第四节第四节 发动机总体构造发动机总体构造两个机构：两个机构：曲柄连杆机构曲柄连杆机构 配气机构配气机构五个系统：五个系统：供给系供给系 润滑系润滑系 冷却系冷却系 点火系（汽油机）点火系（汽油机）起动系起动系2022/9/202022/9/20本讲稿第二十四页，共三十六页2022/9/202022/9/20本讲稿第二十五页，共三十六页第五节第五节 发动机的编号发动机的编号8E430Z 492Q 6135C-1 6100Q-1 8120F前前 部部中中 部部尾尾部部缸数符号缸数符号行程符号行程符号缸径符号缸径符号机器特征符号机器特征符号变形符号变形符号2022/9/202022/9/20本讲稿第二十六页，共三十六页缸数符号：缸数符号：用数字表示汽缸数用数字表示汽缸数行程符号：行程符号：用用E表示二冲程，不用此符号表示四冲表示二冲程，不用此符号表示四冲程程缸径符号：缸径符号：用气缸直径的毫米数表示，但不列出小数点用气缸直径的毫米数表示，但不列出小数点后的数字后的数字2022/9/202022/9/20本讲稿第二十七页，共三十六页机器特征符号机器特征符号2022/9/202022/9/20本讲稿第二十八页，共三十六页变形符号变形符号用数字表示顺序，与前面的符号用一短横隔开，该数字用数字表示顺序，与前面的符号用一短横隔开，该数字序号由系列产品的主导厂按产品出现的顺序统一编号序号由系列产品的主导厂按产品出现的顺序统一编号2022/9/202022/9/20本讲稿第二十九页，共三十六页发动机的主要性能指标有动力性指标发动机的主要性能指标有动力性指标(有效转矩、有效转矩、有效功率、转速等有效功率、转速等)，经济性指标（燃油消耗，经济性指标（燃油消耗率），运转性能指标（排气品质、噪声和起率），运转性能指标（排气品质、噪声和起动性能等）。动性能等）。一、动力性指标一、动力性指标1.1.有效转矩有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以T Te e表示，单位为表示，单位为NmNm。有效转矩与外界施加于发。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。动机曲轴上的阻力矩相平衡。第六节第六节 发动机的性能指标发动机的性能指标2022/9/202022/9/20本讲稿第三十页，共三十六页2.2.有效功率有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。用发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。用P Pe e表示，单表示，单位为位为KWKW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后运用公式计算发动机的有效功效转矩和曲轴角速度，然后运用公式计算发动机的有效功率。率。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速，称为额定功率发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速，称为额定功率和额定转速。按照发动机可靠试验方法的规定，汽车发和额定转速。按照发动机可靠试验方法的规定，汽车发动机应能在额定工况下连续运行动机应能在额定工况下连续运行3003001000h1000h。2022/9/202022/9/20本讲稿第三十一页，共三十六页二、经济性指标二、经济性指标发动机每发出发动机每发出1KW有效功率，在有效功率，在1h内所消耗的燃油内所消耗的燃油质量（以质量（以g为单位）为单位）,称为燃油消耗率，用称为燃油消耗率，用be表示。表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机特性。为发动机特性。2022/9/202022/9/20本讲稿第三十二页，共三十六页三、发动机的运转性能指标三、发动机的运转性能指标发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性等。发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性等。1.排气品质排气品质发动机的排气中含有对人体有害的物质，它对大气的污染已形成公发动机的排气中含有对人体有害的物质，它对大气的污染已形成公害。发动机排出的有害排放物，主要有氮氧化合物（害。发动机排出的有害排放物，主要有氮氧化合物（NOx）、碳氢）、碳氢化合物（化合物（HC）和一氧化碳（）和一氧化碳（CO）等以及排气颗粒。美国联邦）等以及排气颗粒。美国联邦汽车排放法规汽车排放法规 FTP 是目前世界上最严的标准，是目前世界上最严的标准，1994年后规定年后规定轿车排放必须满足下列限制：轿车排放必须满足下列限制：2022/9/202022/9/20本讲稿第三十三页，共三十六页COHCNOx排气颗粒单位3.40.250.40.08g/mile(2.11)(0.25)(0.16)(0.05)(g/km)2022/9/202022/9/20本讲稿第三十四页，共三十六页2.噪声噪声 噪声会刺激神经，使人心情烦躁，反映迟钝，甚至耳聋，噪声会刺激神经，使人心情烦躁，反映迟钝，甚至耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要的噪声源诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给与控制。之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给与控制。如我国的噪声标准中规定，轿车的噪声不得大于如我国的噪声标准中规定，轿车的噪声不得大于82dB（A）。）。3.起动性能起动性能 起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动、起动迅速，起起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动、起动迅速，起动消耗的功率小，起动磨损少。发动机起动性能的好坏除与动消耗的功率小，起动磨损少。发动机起动性能的好坏除与发动机结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影发动机结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影响汽车机动性、操作者的安全和劳动强度。我国标准规定，响汽车机动性、操作者的安全和劳动强度。我国标准规定，不得采用特殊的低温起动措施，汽油机在不得采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机在、柴油机在-5以下的气温条件下起动发动机，以下的气温条件下起动发动机，15s以内发动机要能自行以内发动机要能自行运转。运转。2022/9/202022/9/20本讲稿第三十五页，共三十六页本章课后思考题：本章课后思考题：1.1.什么叫上止点、下止点、汽缸工作容积、燃烧室容积、什么叫上止点、下止点、汽缸工作容积、燃烧室容积、压缩比、发动机排量？压缩比、发动机排量？2.2.内燃机运行中，如果连杆弯曲，压缩比会如何变化内燃机运行中，如果连杆弯曲，压缩比会如何变化?3.3.什么叫发动机循环、四行程发动机、二行程发动什么叫发动机循环、四行程发动机、二行程发动机？二行程发动机有何特点？机？二行程发动机有何特点？4.4.举例说明内燃机的编号规则。举例说明内燃机的编号规则。2022/9/202022/9/20本讲稿第三十六页，共三十六页