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汽车发动机知识 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 发动机是汽车的心脏 为汽车的行走提供动力 汽车发动机大多是热能动力装置 简称热力机 热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能 影响汽车的动力性 经济性 环保性 发动机概述 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 1876年 德国人奥托在大气压力式发动机基础上发明往复活塞式四冲程汽油机并投入使用 1892年 德国工程师狄塞尔 RudolfDiesel 发明了压燃式发动机 即柴油机 实现了内燃机历史上的第二次重大突破 1956年 德国人汪克尔 F ankel 发明了转子式发动机 使发动机转速有较大幅度的提高 1964年 德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上 1926年 瑞士人布希 A Buchi 提出了废气涡轮增压理论 利用发动机排出的废气能量来驱动压气机 给发动机增压 50年代后 废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用 使发动机性能有很大提高 成为内燃机发展史上的第三次重大突破 发动机历史 基础发展时期 1967年 德国博世 Bosch 公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统 ElectronicFuelInjection EFI 开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史 由于电控技术的应用 发动机的污染物排放 噪声和燃油消耗大幅度降低 改善了动力性能 成为内燃机发展史上第四次重大突破 1971年 第一台热气发动机 斯特林机 Strling 的公共汽车已开始运行 1972年 日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克 Civic 牌轿车 打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮 1995年 现在 各种汽车新技术涌现 从气门控制 喷油控制到增压技术等让汽车的性能得到了更好的改善 纯电动车等逐步推广 技术革新时期 1977年 在美国芝加哥召开了第一次国际电动汽车会议 会议期间 展出了各种电动汽车一百多辆 1978年 日本研究成功复合动力汽车 即内燃机 电力汽车 1979 1994年 利用酒精 液态氢 锌氯电池 太阳能 电石气 乙炔 铝电池 风能 盐水 椰子油等各种新能源车相继被研发出来 还有制造出陶瓷发动机 全塑料发动机等新型发动机 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 发动机分类 按活塞运动方式分类 往复活塞式和旋转活塞式两种 按照进气系统分类 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气 非增压 式发动机和强制进气 增压式 发动机 按照气缸排列方式分类 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式 双列式 V型发动机 对置式发动机 和三列式 W型发动机 按照气缸数目分类 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机 按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机 按照行程分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机 按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机 直列4缸 水平对置 V型 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油 gasoline 或柴油 diesel 由于汽油和柴油具有不同的性质 因而在发动机的工作原理和结构上有差异 但是其四冲程发动机工作过程类似 只是在做功冲程中汽油机靠火花塞点火 柴油机是压燃式点火 如右图 发动机原理 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点 并作为评价各类发动机性能优劣的依据 发动机的性能指标主要有 动力性指标动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标 一般用发动机的有效转矩 有效功率 发动机转速等作为评价指标 经济性指标发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示 发动机每输出1kW h的有效功所消耗的燃油量 以g为单位 称为有效燃油消耗率 发动机指标 环境指标环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平 排放指标主要是指从发动机油箱 曲轴箱排出的气体和从汽缸排出的废气中所含的有害排放物的量 我国的噪声标准 GB T18697 2002 中规定 轿车的噪声不得大于79dB A 可靠性指标和耐久性指标可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下 在规定的时间内 正常持续工作能力的指标 可靠性有多种评价方法 如首次故障行驶里程 平均故障间隔里程等 耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间 发动机万有特性发动机性能指标随运行工况而变化的关系称为发动机万有特性 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 曲柄连杆机构配气机构燃料供给系统点火系统冷却系统润滑系统起动系统 发动机系统组成 汽油机由两大机构和五大系统组成 柴油机由两大机构和四大系统组成 因为柴油机为压燃式点火 不需要点火系统 组成 由汽缸体 汽缸盖 活塞 连杆曲轴和飞轮等机件组成 功能 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环 完成能量转换的主要运动零件 它由机体组 活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成 在作功行程中 活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动 通过连杆转换成曲轴的旋转运动 并从曲轴对外输出动力 而在进气 压缩和排气行程中 飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动 曲柄连杆机构 组成 由气门 气门弹簧 凸轮轴 挺杆 凸轮轴传动机构等组件等组成 功能 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程 定时开启和关闭进气门和排气门 使可燃混合气或空气进入气缸 并使废气从气缸内排出 实现换气过程 配气机构 组成 化油器式由汽油箱 汽油泵 汽油滤清器等组成 电控燃油喷射式由空气供给系统 燃油供给系统和电子控制系统组成 功能 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求 配制出一定数量和浓度的混合气 供入气缸 并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去 柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸 在燃烧室内形成混合气并燃烧 最后将燃烧后的废气排出 燃料供给系统 组成 传统式由蓄电池 发电机 点火线圈 断电器 火花塞等组成 普通式和传统式点火系统类似 只是用电子元件取代了断电器 电子点火式全部是全电子点火系统 完全取消了机械装置 由电子系统控制点火时刻 包括蓄电池 发电机 点火线圈 火花塞和电子控制系统等 功能 在汽油机中 气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的 为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞 火花塞头部伸入燃烧室内 能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系 点火系统 组成 水冷式由水套 水泵 散热器 风扇 节温器等组成 风冷式由风扇和散热片等组成 功能 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去 保证发动机在最适宜的温度状态下工作 冷却系统 组成 由机油泵 集滤器 限压阀 油道 机油滤清器等组成 功能 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油 以实现液体摩擦 减小摩擦阻力 减轻机件的磨损 并对零件表面进行清洗和冷却 润滑系统 组成 由起动机及其附属装置组成 功能 要使发动机由静止状态过渡到工作状态 必须先用外力转动发动机的曲轴 使活塞作往复运动 气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功 推动活塞向下运动使曲轴旋转 发动机才能自行运转 工作循环才能自动进行 因此 曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程 称为发动机的起动 完成起动过程所需的装置 称为发动机的起动系 起动系统 发动机整体结构 发动机概述 发动机历史 发动机分类 发动机原理 发动机指标 发动机系统组成 汽车发动机新技术及使用情况 目录 汽车动力主要技术及使用情况 可变气门正时系统 增压技术 FSI燃油缸内直喷分层燃烧 TSI涡轮增压 缸内直喷 混合动力 纯电动 VS CVVTVVTVVT I 到底有什么区别 DVVTDVVT I 可变气门正时系统 CVVTVVTVVT IVVT 即CVVT 技术原理 由于发动机在不同时间需要的功率是不同的 CVVT技术就通过调节吸 排气的时间差 从而调节进气量 使发动机在不同转速下有一个较为理想的工况 延迟进气门打开时间 减小气门重叠角 在怠速时稳定燃烧状态 在中等工况时 中速匀速行驶 减少燃油消耗 降低污染排放 在高速提高发动机工作效率 进气门打开时间提前 增大气门重叠角 则可以在低速大负荷运转时 起步 加速 爬坡 时获得更大的扭矩 特点 降低进排气重叠 可以确保燃烧稳定 降低油耗 有效改善碳氢化合物和氮氧化合物的排放 同时扩大体积效率 改善燃烧性能 VVT i i 为进气 该系统可连续调节气门正时 但不能调节气门升程 装配车型 BMW在之前的一代发动机中早已采用该技术 目前如本田的VTEC i VTEC 丰田的VVT i 日产的CVVT 三菱的MIVEC 铃木的VVT 现代的VVT 起亚的CVVT 时捷Variocam等 总的说来其实就是一种技术 名字不同 VVT DVVT DVVT IDVVT 双可变气门正时 发动机采用的原理虽与VVT发动机类似 但VVT发动机只能对进气门进行调节 而DVVT发动机可实现对进排气门同时调节 DVVT 双可变气门正时 DVVT发动机 通过DVVT 电脑对应发动机转数 加速器的开合实现气门正时的最优化处理 双可变正时气门 DVVT i 大幅提高了发动机的性能并减少了燃油的消耗 装配车型 荣威550 宝马325DVVT等高端车 奥迪AVS AudiValveliftSystem 可变气门升程系统 类似本田VTEC 区别在于负责改变升程的螺旋沟槽套筒设计不同 特点 在AVS系统的辅助下 汽缸的进气流量控制程度较以往更为精准 一般发动机仅由节气门来控制进气流量 在低负载的情况下 节气门不完全开启所形成的空气阻力 往往会造成不必要的泵损 而应用AVS系统后 即便在低负载的情况下 节气门也能维持全开 由AVS系统精确控制进气流量 主流可变气门正时技术之一 保时捷Variocam之二 本田VTEC之三 宝马Valvetronic本田VTEC分级可变气门升程分级可变配气正时i VTEC分级可变气门升程连续可变配气正时丰田vvt i连续可变配气正时dualvvti连续可变配气正时 进排气门分别独立控制 vvtl i分级可变气门升程连续可变配气正时BMWValvetronic连续可变气门升程DoubleVANOS连续可变配气正时 进排气门分别独立控制 大众VariableValveTiming连续可变配气正时 进气门 三菱MIVEC分级可变气门升程连续可变配气正时马自达s vt分级可变气门升程连续可变配气正时日产CVTC连续可变配气正时 增压技术 增压技术有涡轮增压 机械增压1 涡轮增压 Turbo 涡轮增压简称Turbo 如果在轿车尾部看到Turbo或者T 即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机 通过压缩空气来增加进气量 它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮 涡轮又带动同轴的叶轮 叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气 使之增压进入气缸 当发动机转速增快 废气排出速度与祸轮转速也同步增快 叶轮就压缩更多的空气进入气缸 空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料 相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率 涡轮增压器的最大优点 能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力 一般而言 加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20 30 涡轮增压器的缺点 滞后 即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓 使发动机延迟增加或减少输出功率 这对于要突然加速或超车的汽车而言 瞬间会有点提不上劲的感觉 2 机械增压上世纪60年代涡轮增压技术出现以前 机械增压是当时发动机的主流增压技术 早在20年代的赛车上就使用了该项技术来提高动力输出 机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动 优点 响应性好 完全没有迟滞 缺点 它本身需要消耗一部分能量 因此机械增压不能产生特别强大的动力 尤其是在高转速时 因为它会产生大量的摩擦 损失能量 从而影响到发动机转速的提高 传统的机械增压器在中低转速时 对发动机的动力输出有明显改善 但峰值功率出现较早 发动机最高转速较低 这种发动机可以在任何时候 都能输出源源不断的扭力 大大减小换档频率 机械增压应用 机械增压非常适合匹配在又大又重的豪华房车上 而讲求高速性能的跑车就很不适合采用它了 在摩擦的作用下 机械增压容易产生一种特有的噪音 追求舒适的豪华房车要想采用它 就必须采用各种手段来减少这种噪音 奔驰在它的C200K上采用了机械增压 它能发挥出V6发动机的动力水平 主要使用车型 阿斯顿马丁DB73 2六缸和Vantage5 3V8通用3 8V6捷豹4 0V8奔驰2 0和2 3四缸马自达MillerCycleV6斯巴鲁Pleo0 66four FSI燃油缸内直喷分层燃烧 FuelStratifiedInjection 意思是燃油分层喷射 FSI将燃油直接喷入燃烧室 由于喷雾的气化冷却作用 它优化了充气效率 由于实现了汽油机的质调节 不再需要节气门 大大降低了进气损失 分层燃烧减少了发动机的传热损失 从而增大了满负荷的输出功率并降低了部分符合的燃油消耗 燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种 什么叫稀燃 顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低 汽油与空气之比可达1 25以上 FSI技术采用了两种不同的注油模式 分层注油和均匀注油模式 1 分层注油方式可充分提高发动机的经济性 因为在转速较低 负荷较小时除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外 燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可 而FSI使其与理想状态非常接近 2 当节气门完全开启 发动机高速运转时 大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合 从而促进燃油充分燃烧 提高发动机的动力输出 3 电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式 始终保持最适宜的供油方式 燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放 FSI特点 能够降低泵吸损失 在低负荷时确保低油耗 非常适合目前油价容易上涨的市场需要 但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体 TSI是TurboFSI的缩写 T即涡轮增压 S指分层 I代表直喷 简单来说 TSI是带涡轮增压的FSI 此款是大众汽车在FSI汽油发动机的基础上 研发的一款技术领先 节能环保发动机 两者缸内直喷的工作原理相同 由于加入了增压技术 TSI具有更低的油耗及排放 属于大功率 低转速大扭矩的发动机 同时比FSI汽油直喷发动机拥有更紧凑的结构 TSI涡轮增压 缸内直喷 将燃油直接喷射入气缸的TSI发动机相比将燃油喷射至进气歧管的传统发动机 其优势在于 发动机控制策略采用基于扭矩控制 增压器在发动机停止后有独立冷却系统 具有电子超速回流控制 防止增压器 连续可变进气配气相位 曲轴转角60 令油耗降低 提高功率 链条传动 寿命长 终身免换 可靠性远远高于以前的齿带传动 TSI燃油直喷技术是当今汽车工业发动机技术中最为成熟 最先进的燃油直喷技术 并引领了汽油发动机的发展趋势 混合动力 通常所说的混合动力一般是指油电混合动力 即燃料 汽油 柴油等 和电能的混合 特点 混合动力汽车的燃油经济性能高 而且行驶性能优越 混合动力汽车的发动机要使用燃油 而且在起步 加速时 由于有电动马达的辅助 所以可以降低油耗 简单地说 就是与同样大小的汽车相比 燃油费用更低 而且 辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力 因此 车主可以享受更强劲的起步 加速 同时 还能实现较高水平的燃油经济性 以发动机为主动力 电动马达作为辅助动力的 并联方式 ParallelHybrid 以发动机驱动行驶 利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征 在汽车起步 加速等发动机燃油消耗较大时 用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗 这种方式的结构比较简单 只需要在汽车上增加电动马达和电瓶 混合动力汽车的种类目前主要有3种 在低速时只靠电动马达驱动行驶 速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的 串联 并联方式 FuelCell 启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶 当速度提高时 由发动机和电动马达共同高效地分担动力 这种方式需要动力分担装置和发电机等 因此结构复杂 只用电动马达驱动行驶的电动汽车 串联方式 SeriesHybrid 发动机只作为动力源 汽车只靠电动马达驱动行驶 驱动系统只是电动马达 但因为同样需要安装燃料发动机 所以也是混合动力汽车的一种 从对电能的依赖程度 混合动力可分为弱混合动力MILDHYBRID 也称轻度混合动力 软混合动力 微混合动力等 中度混合动力 重度混合动力FULLHYBRID 也称全混合动力 强混合动力等 插电混合动力PLUGINHYBRID弱混常用BSG皮带传送启动 发电技术 例如奇瑞A5的BSG款 电机10KW 通常节油10 以下 电机不直接参与驱动 主要用于启动和回收制动能量 中混常用ISG内置安装曲轴启动 发电技术 例如别克君越EcoHybrid 电机15KW 通常节油20 左右 强混合动力代表产品为TOYOTAPRIUS 电机50KW 可节油40 插电混合动力 将提供更好的节油比例 但将消耗一定的电能 例如大众高尔夫TwinDrive 电机130KW 的测试数据 每百公里8度电和2 5的油耗 混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统 驱动系统 辅助动力系统和电池组等部分构成 以串联混合动力电动汽车为例 介绍一下混合动力电动汽车的工作原理 在车辆行驶之初 蓄电池处于电量饱满状态 其能量输出可以满足车辆要求 辅助动力系统不需要工作 电池电量低于60 时 辅助动力系统起动 当车辆能量需求较大时 辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量 当车辆能量需求较小时 辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时 还给蓄电池组进行充电 由于蓄电池组的存在 使发动机工作在一个相对稳定的