清华大学_课件_汽车构造I(2)_汽车发动机基本知识

气门机构 机构
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
工况 动力性指标
表征发动机作功 能力大小
特性
速度特性
负荷特性
负荷
环境性能指标
指发动机排放品 质和噪声水平
燃油经济性 指标
汽车构造I 造I
（2）
赵雨东
清华大学汽车工程系
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）
换气 时间
结构 复杂性
有进、排气门， 结构复杂
四冲程
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
二冲程
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
火花点火 （Spark Ignition） 按着火方式
压缩着火 （Com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。
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
燃料种类
活塞运动方式 行（冲）程
着火方式
进气状态
冷却方式 气缸数 气缸排列
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
冷
缸(3 ‾16)
直
V
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
汽油机
1E65F：单缸，二冲程，缸径 65mm，风冷，通用型； EQ6100－1： 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。
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。
转 矩
汽油机
燃 油 消 耗 率
功 率
发动机的主要性能——特性（3）
排 气 温 度 转 矩
柴油机
速度特性
燃 油 消 耗 率
功 率
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。
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
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。
发动机的主要性能——工况和负荷
发动机的总体构造（1）
发动机的总体构造（2）
机 体 供给系统 润滑系统 冷却系统 点火系统 起动系统
五 个
曲柄连杆机构
两个 机构
气门机构
统
缸体
缸盖
机体
活塞
连杆
飞轮
曲轴
曲柄连杆机构
气门机构
供给系统
油管 油压调节器 燃油 滤清器 油轨
喷油器
燃油泵 油箱
汽油机燃油系统
节气门组件
进气歧管
空气流量计 空气滤清器
We pme = Vh
发动机的主要性能——经济性指标（1）
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（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.
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
汽车发动机的分类——活塞运动方式
按活塞运动方式 往复活塞式 （Reciprocating engine)
旋转活塞式 （Rotary engine/Wankel engine ）
2n Te n 3 Pe = Te ×10 = (kW) 9550 60
式中： Te － 有效转矩（ N·m） n－ 曲轴转速（ r/min）。
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。
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：
1000G T ge = Pe (g / kW h) GT－每小时的燃油消耗量（kg/h） Pe － 有效功率（kW）
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——环境性能
环境性能指标
排放
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。
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。
发动机热效率和 燃油消耗率
强化指标
指发动机承受热 负荷和机械负荷 的能力
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。
In-line
V engine
Radial engine
Double piston engine
Opposed piston engine
Boxer engine or 180° V engine
H engine
W engine
Triangle engine
直列
V型
W型
W型
W型
汽车发动机的分类－归纳
汽油机
排 气 温 度
燃 油 消 耗 率
燃 油 消 耗 量
发动机的主要性能——特性（5）
排 气 温 度
柴油机
负荷特性
燃 油 消 耗 率
燃 油 消 耗 量
发动机的主要性能
工况 负荷 动力性指标
特性
速度特性 负荷特性
环境性能指标
强化指标
经济性指标
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
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。