清华大学课件汽车构造I2汽车发动机基本知识.ppt

,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),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 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。,10 =,式中： Te 有效转矩（ Nm） n 曲轴转速（ r/min）。,e e,P = T ,Te 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 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。,We Vh,pme =,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 T Pe,(g / kW h) GT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,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,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