汽車發(fā)動機及機構
1汽車發(fā)動機的工作原理及總體構造n第一節(jié) 內(nèi)燃機基本結構n第二節(jié) 內(nèi)燃機基本術語n第三節(jié) 四沖程內(nèi)燃機工作原理n第四節(jié) 二沖程內(nèi)燃機工作原理n第五節(jié) 發(fā)動機的總體構造n第六節(jié) 發(fā)動機的性能指標2第一節(jié) 內(nèi)燃機基本結構3返回45第二節(jié) 內(nèi)燃機的基本術語n工作循環(huán)(working cycle)n上、下止點(TDC,BDC)n活塞行程(stroke)n氣缸工作容積n內(nèi)燃機排量n燃燒室容積n氣缸總容積n壓縮比n工況及負荷率返回6上、下止點n活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點(TDC)；n活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點(BDC)n在上、下止點處，活塞的運動速度為零返回7活塞行程(stroke)n上、下止點間的距離 S 稱為活塞行程n曲軸的回轉半徑R 稱為曲柄半徑n曲軸每回轉一周，活塞移動兩個活塞行程n對于氣缸中心線通過曲軸回轉中心的內(nèi)燃機:S2R返回8氣缸工作容積(swept volume)n定義：上、下止點間所包容的氣缸容積式中：D-氣缸直徑mm S-活塞行程mm返回9內(nèi)燃機排量(displacement)n定義：內(nèi)燃機所有氣缸工作容積的總和式中：i-氣缸數(shù) VS-氣缸工作容積，L10n多段式排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，D-C公司特有技術，05款大切諾基：5.7升V8 HEMI發(fā)動機nMDS系統(tǒng)使發(fā)動機工作汽缸在V8-V6-V4 之間切換，提高了發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性 MDS（Multi Displacement system）11nVCM可變汽缸系統(tǒng) n雅閣3.5L VCM發(fā)動機，采取“六缸/四缸/三缸”等不同的運轉模式，達到兼顧動力輸出或節(jié)能的不同需求。
返回12燃燒室容積(clearance)n活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，符號：VC返回13氣缸總容積(all)n活塞位于下止點時，活塞頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總容積，符號：Van氣缸總容積等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和返回14壓縮比(compression ratio)n定義：氣缸總容積與燃燒室容積之比(氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比)n壓縮比表示氣體的壓縮程度，是發(fā)動機中一個非常重要的概念n通常汽油機:710，柴油機:1622n紳寶（紳寶（Saab）的）的SVC發(fā)動機：缸體與缸蓋之間安裝楔型發(fā)動機：缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運動，使得燃燒室與活塞滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發(fā)生變化，改變?nèi)紵业娜莘e頂面的相對位置發(fā)生變化，改變?nèi)紵业娜莘e其壓縮其壓縮比范圍可從比范圍可從8至至14之間變化小負荷時用高壓縮比以節(jié)之間變化小負荷時用高壓縮比以節(jié)約燃油；大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以約燃油；大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。
實現(xiàn)大功率和高扭矩輸出返回15工況及負荷率n工況：內(nèi)燃機在某一時刻的運行狀況以該時刻內(nèi)燃機輸出的有效功率和曲軸轉速表示曲軸轉速即為發(fā)動機轉速n負荷率：發(fā)動機在某一轉速下發(fā)出的有效功率與相同轉速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數(shù)表示負荷率通常簡稱負荷返回16第三節(jié) 四沖程內(nèi)燃機工作原理n進氣沖程n壓縮沖程n作功沖程n排氣沖程n工作原理n工作過程n柴油機返回n四沖程往復活塞式內(nèi)燃機在四個活塞行程內(nèi)完成進行、壓縮、作功（燃燒和膨脹）和排氣等四個過程n每一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程17進氣行程(Intake)n排氣門關，進氣門開；n活塞:TDC-BDC；n活塞移動過程中，Va增大，氣缸內(nèi)形成一定的真空度油氣混合物被吸入氣缸，進一步混合形成可燃混合氣n終了時，內(nèi)壓力約0.080.09 MPa，溫度達320380 K返回18壓縮行程(Compression)n進、排氣門關，氣缸封閉；n活塞:BDC-TDC；n混合氣壓縮，壓力溫度不斷升高n終了時，壓力達0.81.5 MPa，溫度達600750 Kn采用大壓縮比，可提高壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度，從而加快燃燒速度，提高發(fā)動機熱效率但太大容易引起“爆震”。
返回19作功行程(Power/Expansion)n壓縮行程結束時，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，并放出大量熱能；n燃燒氣體體積膨脹，氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，推動活塞從上止點運行到下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉作功此時，進排氣門仍然關閉n燃燒最高壓力可達36.5 MPa，最高溫度可達22002800 Kn終了時，氣體壓力降低到0.350.5 MPa，氣體溫度降低到12001500K返回20排氣行程(exhaust)n進氣門關，排氣門開；n活塞：BDC-TDC；n廢氣靠自身的殘余壓力和活塞推動，經(jīng)排氣門排出氣缸n排氣行程結束后，殘留在燃燒室內(nèi)的少量廢氣稱為殘余廢氣殘余廢氣壓力約為0.1050.12 MPa，溫度約為9001100 K返回21四沖程汽油機工作原理22示功圖(indicator diagram)n氣缸內(nèi)氣體壓力隨氣缸容積或曲軸轉角的變化關系稱作示功圖n 圖n 圖n示功圖是研究內(nèi)燃機工作過程的重要試驗數(shù)據(jù)將它與所積累的試驗數(shù)據(jù)進行分析比較，可以對整個工作過程或工作過程的不同階段進展的完善程度作出正確的判斷n示功圖上曲線圍成的面積表示氣體在單個氣缸內(nèi)所作的功232425四沖程汽油機的工作原理小結（1）n四沖程汽油機在四個活塞行程內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣等過程，即在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程。
n一個工作循環(huán)內(nèi)發(fā)動機曲軸轉兩周，即每一個行程有180度的曲軸轉角n在一個循環(huán)中，只有一個行程作功將燃料的化學能轉化為曲軸的動能26四沖程汽油機的工作原理小結（2）n實際進氣過程中，進氣門、排氣門早開晚關n為增加進入氣缸內(nèi)的混合氣量和減少進氣過程所消耗的功，進氣門在上止點之前開啟，在下止點之后關閉；n為減少氣缸內(nèi)的殘余廢氣量和排氣過程所消耗的功，排氣門在下止點之前開啟，在上止點之后關閉n進、排氣過程所占曲軸轉角都超過180CA返回27汽油機工作過程演示返回28四沖程柴油機(compression ignition engine)工作原理n四行程柴油機的工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程n進氣行程：被吸入氣缸的是純空氣n壓縮行程：柴油機壓縮比較大n作功行程：壓縮終了時噴油器將柴油噴入燃燒室，柴油自行燃燒n排氣行程：與汽油機相同返回29四沖程柴油機工作循環(huán)-工作原理30四沖程柴油機工作原理3132汽油機柴油機相同點工作行程每個工作循環(huán)均包含進氣、壓縮、燃燒做功和排氣四個行程特點四個活塞行程中都只有一個做功行程，其余均為耗功行程機構運動在各個活塞行程中進、排氣門的開閉，曲柄連桿機構的運動相同。
不同點混合氣的形成方式缸外混合，在壓縮行程進一步混合，壓縮行程終了時形成，時間較長缸內(nèi)混合，在壓縮行程終了時燃油直接噴射進入氣缸進行霧化混合，時間短著火方式電火花點火自燃（壓燃）供油方式化油器（供可燃混合氣）/直噴噴油器（油、氣單獨供）工作狀態(tài)柔和平穩(wěn)較為粗暴進氣阻力大小壓縮比?。?-10高：16-22動力性低高返回33第四節(jié) 二沖程內(nèi)燃機工作原理 n第一行程n第二行程n工作過程返回34第一行程：第一行程：活塞上行活塞上行，上方壓縮 下方-吸氣 35第二行程：第二行程：活塞下行活塞下行(上半程上半程):上方作功 下方-預壓 36第二行程：第二行程：活塞下行活塞下行(下半程下半程):上方換氣 下方-預壓 3738二沖程柴油機工作原理 返回帶掃氣泵的氣門-氣孔式直流掃氣二沖程柴油機39四沖程二沖程相同點工作過程都包含進氣、壓縮、燃燒作功排氣過程作功情況每個工作循環(huán)作功一次不同點工作循環(huán)每個工作循環(huán)曲軸旋轉兩周，且角速度不均勻每個工作循環(huán)曲軸旋轉一周，且角速度較為均勻進排氣系統(tǒng)有專門的進排氣門設有進氣孔、排氣孔和掃氣孔排氣過程利用廢氣自身剩余壓力和活塞的推動排氣利用廢氣自身剩余壓力和新氣掃除，活塞推動排氣，分成先期排氣、掃氣和額外排氣壓縮過程在壓縮行程中一次壓縮完成分為預壓縮和再次壓縮振動較大較小平穩(wěn)性較差較好經(jīng)濟性較好較差40附:轉子發(fā)動機工作原理n現(xiàn)代汪克爾轉子發(fā)動機缸體內(nèi)部空間總是被分成三個工作室，轉子轉動這些工作室也在運動，依次在擺線型缸體內(nèi)的不同位置完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程。
n轉子自轉速度與公轉速度之比為1:34142434445轉子發(fā)動機工作原理46轉子發(fā)動機工作原理47第五節(jié) 發(fā)動機的總體構造 返回484950515253機體組54機體組n作用：發(fā)動機的骨架，是曲柄連桿機構、配氣機構和發(fā)動機各系統(tǒng)主要零部件的裝配基體55曲柄連桿機構n功用：將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力轉變?yōu)榍S對外輸出的轉矩，以驅動汽車車輪轉動動畫56配氣機構n組成：氣門組、氣門傳動組n功用：按工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開、閉進、排氣門，使新氣進入氣缸，廢氣從氣缸排出動畫57進排氣系統(tǒng)n進氣系統(tǒng)n功用：盡可能多、盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純空氣 n組成：空氣濾清器、進氣歧管n排氣系統(tǒng)n功用：盡可能多的把燃燒后的廢氣排出氣缸n組成：排氣歧管、消聲器等58進排氣系統(tǒng)返回59燃油供給系統(tǒng)n功用：根據(jù)發(fā)動機運轉工況的需要，向發(fā)動機供給一定數(shù)量的、清潔的、霧化良好的燃油，以便與一定數(shù)量的空氣混合形成可燃混合氣；儲存相當數(shù)量的燃油，以保證汽車有相當遠的續(xù)駛里程60化油器式汽油機燃油供給61電子控制汽油噴射系統(tǒng)62柴油機燃油供給n柴油箱8輸油泵5柴油濾清器3噴油泵6噴油器12高壓油管13低壓油管回油管1063冷卻系統(tǒng)n功用：使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)64潤滑系統(tǒng)n功用：連續(xù)不斷把數(shù)量足夠、溫度適當?shù)臐崈魴C油輸送到傳動件的摩擦表面，形成油膜，從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損。
656667點火系統(tǒng)n功用：在發(fā)動機各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時、準確、可靠地產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣，使發(fā)動機作功68起動系統(tǒng)n功用：在正常使用條件下，通過起動機將蓄電池儲存的電能轉變?yōu)闄C械能，帶動發(fā)動機以足夠高的轉速運轉，以順利起運發(fā)動機n組成：蓄電池、起動機69演示70發(fā)動機的裝配過程返回71第六節(jié) 發(fā)動機的性能指標 性能指標動力性指標經(jīng)濟性指標 其他指標有效轉矩有效功率發(fā)動機轉速平均有效壓力有效熱效率有效燃油消耗率返回72有效轉矩(efficient Torque)n定義：發(fā)動機對外輸出的轉矩n符號：Ten單位：N.mn有效功：有效轉矩與曲軸角位移的乘積即為發(fā)動機對外輸出的有效功返回73有效功率(efficient Power)n定義：發(fā)動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率n符號：Pen單位：kWn大?。河行мD矩與曲軸角速度的乘積n公式：-標定功率74標定功率n定義：發(fā)動機出廠時產(chǎn)品標牌上標明的有效功率n分類:n15分鐘功率：發(fā)動機允許連續(xù)運轉15分鐘的最大有效功率汽車爬坡功率和軍用車輛及快艇的追擊功率n1小時功率：發(fā)動機允許連續(xù)運轉1小時的最大有效功率船用主機，工程機械和機動車的最大使用功率。
n12小時功率：發(fā)動機允許連續(xù)運轉12小時的最大有效功率可作為工程機械，機車和拖拉機正常使用功率n持續(xù)功率：發(fā)動機允許長期運轉的最大有效功率可作為長期連續(xù)運轉的遠洋船舶，發(fā)電站，和農(nóng)林排灌內(nèi)燃機的持續(xù)使用功率返回75發(fā)動機轉速n發(fā)動機轉速：發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉數(shù)稱為發(fā)動機轉速n表示符號：nn單位：r/minn標定轉速：發(fā)動機產(chǎn)品標牌上標明的轉速稱為標定轉速7677返回78平均有效壓力（brake mean efficient pressure）n平均有效壓力：單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功稱為平均有效壓力單位：MPan公式：n可以看作是假想的大小不變的壓力，使活塞移動一個行程所作的功，等于每循環(huán)所作的有效功返回79有效熱效率n有效熱效率：燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉化為有效功的百分數(shù)稱為有效熱效率n符號：en評價方法：為了獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動機的經(jīng)濟性越好返回80有效燃油消耗率n有效燃油消耗率：發(fā)動機每輸出1kW.h的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率n表示符號：be n單位：g/(kW.h)n公式：B發(fā)動機在單位時間內(nèi)的耗油量Pe發(fā)動機的有效功率返回81其它性能指標（1）n強化指標：發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標:*升功率：標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效功率稱為升功率:*強化系數(shù)：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù).下一頁82其它性能指標（2）n緊湊性指標：表征發(fā)動機總體結構緊湊程度的指標 *比容積：發(fā)動機外廓體積與其標定功率的比值 *比質(zhì)量：發(fā)動機的干質(zhì)量與其標定功率的比值 *單位體積功率下一頁83其它性能指標（3）n環(huán)境指標：發(fā)動機排氣品質(zhì)和噪聲水平n可靠性指標：發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標n耐久性指標：發(fā)動機主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間n工藝性指標：評價發(fā)動機制造工藝性和維修工藝性好壞的指標下一頁84其它性能指標（4）n發(fā)動機特性：指發(fā)動機性能指標隨調(diào)整狀況及運行工況而變化的關系。
n速度特性:是指發(fā)動機在油量調(diào)節(jié)機構保持不變的情況下，主要性能指標（功率、轉矩、燃油消耗率、排溫、煙度等）隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律n負荷特性：是指當轉速不變時，發(fā)動機的性能指標隨負荷而變化的關系返回85返回86n發(fā)動機外特性：油量控制機構在標定位置時，測得的速度特性為外特性，也稱全負荷速度特性或總功率特性87n工況 a 負荷為零(空轉工況)；n工況 b 負荷20/4510044.4；n工況 c 負荷32/45 10071.1；n工況 d 負荷45/45100100(全負荷)88負荷特性：橫坐標：有效功率、有效轉矩、平均有效壓力之一縱坐標：燃油消耗率、燃油消耗量、排溫、煙度、機械效率等891NZ-FE/2NZ-FE EnginenEngine OverallnEngine SpecificationEngine1NZ-FE2NZ-FENo.of Cylinders and Arrangement4-cylinder,In-lineValve Mechanism16-valve,DOHC,Chain DriveDisplacement cm31497 1299Bore x Stroke mm 75.0 x 84.775.0 x 73.5Compression Ratio10.5:1Maximum Output kW/rpm80/6,00063/6,000Maximum Torque Nm/rpm142/4,200122/4,400Valve TimingIntakeOpen-7 33 BTDCClose52 12 ABDCExhaustOpen42 BBDC34 BBDCClose2 ATDCResearch Octane Number(RON)-R:92 or more,-T,-M:91 or moreOil Viscosity5W-30 Oil GradeAPI SL-EC or ILSAC GF-390思考題n四沖程往復活塞式發(fā)動機通常有哪些機構和系統(tǒng)組成？n四沖程汽油機和柴油機在基本工作原理上有何異同？二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機在工作原理上有何異同？n發(fā)動機的性能指標有哪些？nCA488汽油機，活塞行程92mm，壓縮比為8，試計算其氣缸工作容積、燃燒室容積和發(fā)動機排量。
