汽车发动机功率与气缸数关系研究

任务书设计题目：汽车发动机功率与气缸数关系研究1设计的主要任务及目标通过本次毕业设计使学生了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对汽车正向开发的学习，了解汽车动力参数设计的一般步骤，根据某车辆的性能要求，对车辆的发动机缸体进行设计，完成相关参数的确定。2设计的基本要求和内容（1）了解汽车动力性能参数及其之间的关系。（2）了解发动机参数与功率之间的关系。（3）根据某车辆的性能要求，对车辆发动机的关键参数进行设计。（4）完善相关设计图纸。3主要参考文献1王建昕，帅石金.汽车发动机原理M.北京：清华大学出版社，2011.2张西振，吴良胜.发动机原理与汽车理论M.北京：人民交通出版社，2004.3刘仁鑫，蔡兴旺.汽车构造与原理M.北京：机械工业出版社，2013.4刘惟信.汽车设计M.北京：清华大学出版社,2001.4进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1寻找和阅读汽车原理和汽车发动机的相关论文、资料及书籍。2014.3月2014.4月2研读国内外汽车正向开发的过程以及成果。2014.3月2014.4月3根据汽车理论及发动机方面的相关知识，分析总结发动机功率与车速、缸径的关系。2014.4月2014.5月4完成及完善相关设计图纸。2014.5月2014.6月5完成论文的书写及修改。2014.5月末2014.6月中旬汽车发动机功率与气缸数关系研究摘要：半个多世纪以来，我国的汽车工业有了长足的进步，自主品牌汽车设计水平不断提高，与合资车甚至是进口车的差距不断减小。但是，在汽车设计思想方面仍和世界主流的设计思想存在不小的差距。汽车的正向设计开发是最为科学合理的设计方法。在选择和评价一款汽车时，发动机的相关参数是很重要的评价指标，本设计对其中的排量、功率和气缸数的关系进行了研究和讨论。目前小排量发动机使用增压技术逐渐成为趋势，其在满足动力性要求的同时，减小了排量，降低了油耗，符合可持续发展的要求。研究结果也对于小排量发动机增压方式的选择有参考意义。关键词：正向设计，发动机，参数，增压技术ResearchontherelationshipbetweentheenginepowerandthecylindernumberAbstract:Morethanhalfacentury,theautoindustryofourcountryhasmadegreatprogress,theindependentbrandautomobiledesignhasimprovedcontinuously,andthecarofthejointventureandevenimportcargapdecreases.However,intheautomotivedesignideaanddesignideaofthemainstreamoftheworldstillhavenotlittledifference.Forwarddesigndevelopmentvehicleisthemostscientificandrationaldesignmethods.Acarintheselectionandevaluation,parametersevaluationisveryimportant,therelationshipbetweenthedesignoftheengine,powerandnumberofcylindersareinvestigatedanddiscussed.Atpresent,smallenginewithturbochargertechnologyhasgraduallybecomethetrend,whilemeetingthepowerrequirements,toreduceemissions,reducefuelconsumption,andmeettherequirementsofsustainabledevelopment.Usefulresultsforsmallenginesuperchargingwaychoice.Keywords:Top-downdesign,Engine,Parameters,Turbochargertechnology目录1绪论.11.1课题研究背景.11.2国内外汽车设计现状.21.2.1当今国外汽车主流设计思想.21.2.2当今国内汽车主流设计思想.31.3本文研究问题的提出及分析.41.3.1研究问题的提出.41.3.2课题的分析思路.42.汽车动力性评价指标及发动机参数概述.52.1汽车动力性概述.52.2表征汽车动力性的参数.62.2.1评价汽车动力性指标.62.3汽车发动机参数概述及其评价指标.72.3.1部分重要参数简述.72.4内燃机性能评价指标.102.4.1内燃机有效性能指标.113.增压技术概述及衡量指标.133.1增压器的分类.133.2增压的衡量指标.153.3小排量增压发动机.163.3.1小排量发动机增压技术的比较.163.3.2小排量发动机增压技术的选择.174.大众EA211型1.4L直列4缸涡轮增压发动机概述及参数推算.194.1大众EA211型1.4L直列4缸涡轮增压发动机概述.194.2大众EA211型1.4L直列4缸涡轮增压发动机参数推算.205.以EA211型1.4L直列4缸发动机参数为基础研究功率与气缸数关系.225.1三缸下发动机参数的变化.225.2五缸下发动机参数的变化.255.3缸数对排量、曲轴转速的影响.285.4多缸机的点火顺序.28结论.31参考文献.33致谢.34附录.3501绪论1.1课题研究背景打开世界汽车百年史，不难发现凡是工业现代化列强、超级军事大国，也都是汽车大国。如美国、日本、德国、法国等。因为汽车工业关联效益大，它一方面创造了巨额的产值，另一方面对相关产业带动作用也是其它行业所不可替代的。汽车工业产生一百多年以来，一直被当成工业发达国家的经济指标，在国家实力成长中发挥着极为重要的作用。众所周知，汽车工业是综合性工业，反映了一个国家的综合工业水平。从历史上看，从工业化中期到最后完成工业化和现代化，没有一个大国强国不是靠汽车工业的高速发展来完成这一过程与历史使命的。汽车工业在国家经济成长和社会进步中的重要作用，可以从创造巨大国民生产总值、带动交通运输、军事等相关产业发展、促进新技术发展、创造出口和外汇储备、增加就业和财政收入等多方面体现。然而，从发展汽车工业的目的来看，发展汽车工业并不在于汽车工业本身，而是不断改善人类的生活水平和推动社会进步，更重要的是只有建立一个强大的汽车工业体系，一个国家才能成为大国强国。目前，中国正在从汽车生产大国迈向产业强国中国的汽车工业已经融入到世界汽车工业里面，已经越来越成为世界汽车工业的重要组成部分。中国汽车以现代产业形式迅速发展，成为了国家经济的主体，也成了国际间不可忽视的力量。但不能否认的是我国的汽车工业任然面临着许多问题，包括从设计到生产制造。而从设计来说，国产自主品牌汽车大多是以拆解，测绘，仿制，再生产制造为主要的开发模式。其优点是能够快速产品上市上量，规避市场风险，实现利润获取，缺点则是“知其然，却不知所以然”。然而其中汽车发动机的设计是非常重要的一环，发动机是汽车的心脏，其性能的高低直接影响整车的动力性能。汽车发动机是属于内燃机，其经历了一个多世纪的发展，已经成为技术成熟、性能优良的热能动力机械，被广泛应用于国民经济的各个领域。然而，越来越严重的石油资源短缺，人类生存环境的不断恶化以及新型动力机械（如燃料电池）的竞争，对内燃机各个方面的性能（包括动力性、经济性、排放性、噪声水平及操纵性等）提出了更高的要求。一台高性能的内燃机，必须具备比质量小、比功率大、燃1油消耗率低、排放污染小、工作可靠、使用寿命长和操纵方便等特性。对内燃机工作过程的研究可知，提高内燃机功率主要有以下途径：（1）改变结构参数：增大气缸直径、增大活塞行程、增加气缸数等。（2）改变运行参数：提高发动机转速等。（3）优化工作过程：提高充气效率、优化空燃比、改善燃烧过程、提高热效率等。（4）提高机械效率：减少摩擦损失、合理设计风扇、水泵、机油泵等。汽车发动机的基本参数包括发动机缸数、气缸的排列形式、气门、排量、最高输出功率、最大扭矩等。这些参数的研究对于发动机的设计至关重要，会影响到发动机的动力性、经济性和排放品质，是整台发动机重要的评价指标。如今增压技术又已在汽油机上得到广泛的应用，这使得小排量发动机在增压器介入时，可以达到原来要增大排量的自然吸气发动机才能达到的动力性能。减小排量有助于减少油耗，提高经济性，减少尾气排放量，有助于环境保护，符合可持续发展的要求。1.2国内外汽车设计现状汽车的设计是一款车型从无到有的第一步，其设计思想体现在选择的设计方法上，通过阅读相关文献可知国内外汽车设计的差异大体上分为逆向开发和正向设计开发两种，国内自主品牌大多采用前者，国外品牌企业基本用正向设计，在设计文化上也存在差异。正向设计才是我们需要学习的先进的标准化设计思想。这种思想也为汽车发动机功率与气缸数关系研究打下坚实的理论基础。1.2.1当今国外汽车主流设计思想国外汽车的研发基本采用正向设计思想，研发流程包括管理、设计、组织等方方面面的辅助流程，汽车研发中的核心流程，也就是专业的汽车设计开发流程，这一流程的起点为项目立项，终点为量产启动，主要包括5个阶段：方案策划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、样车试验阶段、投产启动阶段。国外研发流程中的重点包括：项目预研、项目管理与流程控制、设计标准、设计方法的贯彻、丰富经验的工程团队、设计过程中的成本控制。国外汽车设计公司众多，已经形成了一个行业，且汽车设计公司之间的分工明确、项目合作甚多。对造型的认定过程和评价2方式上，在国外，一个新项目的确定往往是通过广泛的市场调研后对上市时间段的目标市场存在明确的车型定位。开发与造型完全针对这个目标市场喜好。在造型前期，也同样通过不同区域的目标人群抽样，让他们评价经过一定伪装的方案图来初步选择造型的方向，随后才在内部对这些造型方案进一步完善和细化成最终造型方案。对新材料及新工艺的使用方面，在国外环保的生产工艺被大量运用，而不环保的生产工艺很快被淘汰；车身轻量化设计已经成为重要的发展方向，这其中包括：1.可以有效降低对能源使用的需求；2.节约钢材的使用；3.使用可回收材料（铝合金、镁合金）；4.复合材料开始被大量使用；5.新概念的塑料零件设计（节约时间及材料）等；CAE技术被充分运用到汽车设计的所有环节。在对生命价值的认识上，在国外都有车身耐撞结构及乘员伤害研究；行人保护的措施设计；多乘员车辆及商用车辆的法规环境严酷；不同级别车辆互撞研究；乘员舒适性研究。某型汽车的造型设计正向开发流程图见图1.1所示。图1.1某型汽车造型设计正向开发流程图1.2.2当今国内汽车主流设计思想国内汽车研发基本以拆解，测绘，仿制，再生产制造为主要的开发模式。其优点是能够快速产品上市上量，规避市场风险，实现利润获取，缺点则是“知其然，却不知所以然”。国内研发流程中的重点在于丰富经验的工程团队、项目管理、合理的车型定位。国内汽车设计公司之间尚无明确分工，都在往学科门类齐全的方向发展，其间的技术合作与交流几乎没有。对造型的认定过程和评价方式上，在国内，作前期市场分析调研的很少，项目的确定及目标的选择往往是针对当时量产热销车3型的目标市场。造型过程几乎全部在内部保密的环境下完成，与未来目标人群的沟通也几乎为零。1.3本文研究问题的提出及分析1.3.1研究问题的提出在汽车发动机的设计中包括众多参数的确定，其中发动机的功率和缸数是两个重要的参数，这两项参数直接关系到整台发动机的动力性能。因此发动机功率与气缸数关系的研究是非常有意义的一环。1.3.2课题的分析思路通过阅读汽车发动机原理和发动机设计的相关文献，确定了课题的设计思路：首先了解汽车动力性能参数及其关系；其次，重点把握发动机参数与其功率之间的关系，这里考虑最大有效功率；然后，选择具体的一款发动机，通过官方给出的参数，利用发动机参数之间的函数关系推出其他某几项参数，再与设计手册给出的参数一般取值或范围进行比对来验证推导的正确性；之后，以此次课题要求，在保持此款发动机有效功率和排量不变的情况下，当缸数减少或者增加后，推出其他几项参数的变化规律，由此分析其动力性能的变化。最后总结发动机功率与缸数之间的大致关系。42.汽车动力性评价指标及发动机参数概述汽车动力性是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。动力性代表了汽车行驶可发挥的极限能力。2.1汽车动力性概述汽车动力性是汽车最基本的使用性能，汽车无论是用作生产工具还是用作生活用具，其运行效率均取决于是否拉得动、跑得快，即取决于运行速度。在运行条件(地理、道路、气候条件及运输组织条件等)一定时，汽车的平均运行技术速度主要取决于汽车的动力性。显然汽车动力性越好，汽车运行的平均技术速度就越高，汽车运行效率也就越高。因此汽车工程界，用车的、购车的、爱车的都很看重汽车的动力性。汽车具有什么样的动力性算好如何评定，观点不同，评价的依据也就不同，目前尚无统一公认的评价指标，更无标准。汽车工程界基于具有最高的平均行驶技术速度的观点，以汽车的最高行驶速度、加速能力和最大爬坡度为量标，评定，比较汽车动力性的优劣。对于新车的动力性，人们基本上认同这三个指标。对于在用汽车动力性的评价量标就各不一样了。在用汽车的动力性在新车定型时便已确立，在使用时，再与其他车型横向比较动力性的高低就毫无意义了。就是在同型汽车间相互比较动力性，除了表明具体汽车间动力性存在差异外，也不能据此揭示该型汽车结构、性能的优劣。由于使用条件的差异，在用汽车间不具有横向比较的条件，缺乏可比性。在用汽车固有动力性在使用过程不是恒定不变的，是随着运行过程中部件、零件的磨损、老化等逐渐衰退变差，直至跑不动，丧失工作能力。这样动力性衰退便是汽车技术状况变差的征兆。汽车运行过程，零部件磨损，老化等的进程受运行环境条件的影响有快有慢，即便是运行环境条件相同、累计行程一样的同型汽车，由于使用水平的差异，其零部件磨损，老化的进程也不一样，汽车动力性衰退变差的进程也因此千差万别，而比较汽车在使用过程的动力性与固有动力性，即可判别在用汽车的技术状况。52.2表征汽车动力性的参数2.2.1评价汽车动力性指标所谓汽车的动力性，比较专业的说法是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的最高平均行驶速度；而我们平时所能观察到的、比较直观地衡量汽车动力性的指标主要有三方面：汽车的最高车速、汽车的加速时间和最大爬坡度（汽车的上坡能力）。（1）最高车速汽车的最高车速：顾名思义，汽车的最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上，汽车所能达到的最高行驶车速。（2）加速能力汽车的加速性能主要分为原地起步加速性能和超车加速性能。汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。但因加速度的数值不易测量，一般常用加速时间来表明汽车的加速能力。汽车的加速时间：即汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大的影响。对于轿车来说，汽车的加速能力尤为重要。通常用汽车原地起步加速时间和汽车超车加速时间来表示汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车从静止由第一档或第二档起步，并以最大的加速强度（包括选择适当的换档时机）逐步地换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。平时经常能够接触到的汽车0-100km/h的加速时间就属于汽车原地起步加速时间。超车加速时间是指汽车用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。关于汽车的超车加速能力，目前并没有一致的规定，通常我们用汽车在最高档或次高档由30km/h或40km/h全力加速至某一高速所需的时间来表示汽车的超车加速能力。（3）最大爬坡度6最大爬坡能力是汽车满载时在良好的路面上所能达到的最大爬坡来表示。显然，这个爬坡度是一档的最大爬坡度。一档的牵引力是最大的。因为经过变速箱和减速器的减速作用，所谓减速增矩。2.3汽车发动机参数概述及其评价指标发动机参数是指表述发动机基本构造的参数，如气缸数目、气缸排列方式、气缸直径、活塞行程、压缩比、发动机排量以及规定的发火次序、配气相位等。这些参数，决定了发动机的基本尺寸，而且和发动机的基本性能有着直接的关系。因此，在汽车或发动机的设计中，必须关注这些参数。对于汽车和发动机的使用者来说，了解这些参数，就可以对不同的发动机进行比较。2.3.1部分重要参数简述（1）缸数汽车发动机常用缸数有3、4、5、6、8、10、12缸。排量1升以下的发动机常用3缸，12.5升一般为4缸发动机，3升左右的发动机一般为6缸，4升左右为8缸，5.5升以上用12缸发动机。一般来说，在同等缸径下，缸数越多，排量越大，功率越高；在同等排量下，缸数越多，缸径越小，转速可以提高，从而获得较大的提升功率。（2）气缸排列形式一般5缸以下的发动机的气缸多采用直列方式排列（如图2.1直列4缸发动机），少数6缸发动机也有直列方式的（如图2.2直列6缸发动机），过去也有过直列8缸发动机。直列发动机的气缸体成一字排开，缸体、缸盖和曲轴结构简单，制造成本低，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛，缺点是功率较低。一般1升以下的汽油机多采用3缸直列，12.5升汽油机多采用直列4缸，有的四轮驱动汽车采用直列6缸，因为其宽度小，可以在旁边布置增压器等设施。直列6缸的动平衡较好，振动相对较小，所以也为一些中、高级轿车采用，如老上海轿车。7612缸发动机一般采用V形排列（如图2.3V8发动机），其中V10发动机主要装在赛车上。V形发动机长度和高度尺寸小，布置起来非常方便，而且一般认为V形发动机是比较高级的发动机，也成为轿车级别的标志之一。V8发动机结构非常复杂，制造成本很高，所以使用的较少，V12发动机过大过重，只有极个别的高级轿车采用。大众公司近来开发出W型发动机，有W8和W12两种，即气缸分四列错开角度布置，形体紧凑。图2.1直列4缸发动机8图2.2直列6缸发动机图2.3V8发动机（3）排量活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量。如果发动机有若干个气缸，所有气缸工作容积之和称为发动机排量。一般用来表示，用升作单位。LV9，其中是气缸数，是活塞工作容积。SLViiSV（4）最大功率最大输出功率一般用马力(PS)或千瓦(KW)来表示。发动机的输出功率同转速关系很大，随着转速的增加，发动机的功率也相应提高，但是到了一定的转速以后，功率反而呈下降趋势。一般在汽车使用说明书中最高输出功率同时用每分钟转速来表示(r/min)，如100PS/5000r/min，即在每分钟5000转时最高输出功率100马力。（5）最大扭矩发动机从曲轴端输出的力矩，扭矩越大，曲轴转速的变化也越快，汽车的爬坡能力、起步速度和加速性也越好。但是扭矩随发动机转速的变化而不同，转速太高或太低，扭矩都不是最大，只在某个转速时或某个转速区间内才有最大扭矩，这个区间就是在标出最大扭矩时给出的转速或转速区间。最大扭矩一般出现在发动机的中、低转速的范围，随着转速的提高，扭矩反而会下降。当气缸数为，气缸工作容i积为，平均有效压力为时，冲程发动机的输出扭矩，有)(LVS)(Mpame)(mN（2-1）iVTSmetq3.18即发动机扭矩取决于平均有效压力和排量。tqTeSi（6）压缩比压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示。（2-2）CSCSAVV1其中是气缸总容积，是燃烧室容积，是活塞工作容积。通常汽油机的压AVCS缩比为610，柴油机的压缩比较高，一般为1622。（7）程径比S/D程径比，全称行程缸径比，是发动机气缸的行程与直径的比值。一般把比值大于1的发动机称为长行程发动机，比值等于1的称为等行程发动机，比值小于1的10称为短行程发动机。一般来说，长行程发动机一般适合那些对转矩或牵引力要求较高而对车速要求不是很高的车辆，如拖拉机、载货车、越野车、SUV等。长行程发动机的扭矩特性一般比较好，起步性能较佳，因此现在许多普通轿车上也采用长行程发动机。一般情况下，短行程发动机的特性与长行程发动机相反。它的气缸长度较短，但口径较粗，它运转的速度较快，可以使发动机达到较高的转速，从而使汽车实现更高的最高车速。这样的发动机适合强调速度的车辆，如运动型轿车或跑车等。如果缸径和行程是一样大小，称之为等行程发动机。它的特性介于长行程和短行程发动机之间，也有一些轿车采用的这种结构的发动机。2.4内燃机性能评价指标汽车发动机属于往复式内燃机，内燃机性能评价指标也适用于汽车发动机。其性能评价指标有两大类：以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功能力的有效指标。本课题的研究是以更有使用价值的有效指标为基础进行。2.4.1内燃机有效性能指标常用内燃机有效性能指标来衡量发动机热功转换对外界的影响。其中以曲轴对外输出的功率为基础，评价发动机的动力性和经济性，以通过排气管的废气成分及排气量为基础，评价这种热功转换过程对环境的污染程度。所以车用发动机的实际性能，主要从动力性、经济性和排放性三个方面的性能指标进行评价。（1）动力性指标动力性指标是评价内燃机对外做功的能力。主要有平均有效压力、有效功率和升功率等。有效功率eP有效功率是指指示功率克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇、机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功率。发动机实际工作时，通11过试验手段直接测量曲轴的有效转矩（Nm）和发动机转速n（r/min），则有效功tqT率：（2-3）)(9501602KWnPtqtqe而鉴于理论分析计算则有效功率：（2-4）)(36iVpSme其中为平均有效压力；为气缸工作容积，单位为升；为气缸数；为冲程数，mepSi四冲程。4平均有效压力mep平均有效压力是指单位气缸工作容积输出的有效功，是衡量发动机动力性的重要参数之一。对于结构一定的发动机，其平均有效压力直接反映发动机输出转矩的大小。（2-)(30MpaniVPpSeme5）升功率LP升功率是指单位气缸工作容积所输出的额定功率，即：（2-6）30npiVPmeSeL值越大，气缸工作容积的利用效率越好，发动机强化程度越高，输出一定有效功LP率的发动机尺寸就越小。其中将称为发动机强化程度指标。一直以来人们不断npme提高和的水平，以获得更强化、更轻巧和更紧凑的发动机。但的提高受到活mepnn塞平均速度的限制。令活塞行程为时，活塞的平均速度为：cS（2-7）30cm由此可知，的提高，可增加发动机单位时间内做功的次数，提高有效功率。neP但同时活塞的平均速度也增加，使活塞的负荷及惯性力增加、磨损加剧、寿命减小。所以为了限制，可以适当减小活塞行程，以减小行程与缸径比S/D，当mcS12S/D1属于长行程发动机。.580现反求平均有效压力有：，KpaMpaniVPpSem7.1857.15043.10ax查阅汽车设计手册，增压比与平均有效压力的一般规律见表4.2：表4.2增压比与平均有效压力的一般对应规律增压效果增压比的范围平均有效压力的范围低增压.1k中增压.高增压根据上表可知，求出的平均有效压力的值大于1500KPa，所以这款1.4LTSImep发动机属于高增压的涡轮增压发动机。该系列发动机还能让转速在1250rpm-4000rpm，扭矩输出在25-100Nm这个范围内时，ACT气缸钝化被激活。在气缸钝化功能启动后，发动机能够通过凸轮轴的移动，让中间两个气缸处于不工作状态（进气门时刻处于关闭状态），降低了低速时的燃油消耗，让燃油消耗最高能够降低20%左右。EA211系列还通过采用铝合金缸体进一步降低发动机重量，来降低车辆的燃油损耗。对比上一代EA111系列发动机，它采用齿形链条作为正时链，与正时皮带来相比，拥有更低的噪音以及更长的寿命。而EA211采用正时皮带的这一举措无疑是达21到降低成本的目的，使得整车成本进一步降低。除此以外，EA211发动机具备进排气双可变气门正时技术，达到福特EcoBoostGTDi发动机同级标准。直喷系统在采用5孔喷嘴的同时，喷射的压力提高到20Mpa。5.以EA211型1.4L直列4缸发动机参数为基础研究功率与气缸数关系以下将采用的研究方法为：保持发动机的功率和排量参数不变，改变气缸数，进而观察其他参数的变化情况。5.1三缸下发动机参数的变化根据：，其中，6103niVpPSmeSDVS243iScnm04，。Kapme7.185We22带入数据后则有：6262105.48104307.1850mmcDScD化简后得：，29.mc由此可以推出行程和活塞平均速度的关系式，有：，264310.DS24109.cm而程径比为S/D，压缩比为，。SACV11.2A根据以上关系，设置缸径D为变量，当缸径D从74.5mm到100mm变化时，观察活塞平均速度、行程、程径比、压缩比的变化，经过计算列出表5.1：表5.1缸数为3时，行程、活塞平均速度、程径比、压缩比随缸径的变化关系缸径Dmm行程Smm活塞平均速度Cmm/s程径比S/D压缩比70121.2620.201.739.3371117.8719.641.669.3372114.6219.101.599.3373111.5018.581.539.3374.5107.0517.841.449.3375105.6317.601.419.3376102.8717.141.359.3377100.2216.701.309.337897.6616.271.259.337995.2115.861.219.338092.8415.471.169.338190.5615.091.129.338288.3714.721.089.338386.2514.371.049.338484.2114.031.009.338582.2413.700.979.338680.0413.390.939.338778.5013.080.909.338876.7312.780.879.338975.0112.500.849.339073.3612.220.829.339171.7511.960.799.33239270.2011.700.769.339368.7011.450.749.339467.2511.200.729.339565.8410.970.699.339664.4710.740.679.339763.1510.520.659.339861.8710.310.639.339960.6210.100.619.3310059.429.900.599.33由于活塞平均速度一般为10-24m/s，所以取缸径70mmD99mm的参数作分析。根据表5.1，绘制出图5.1，图5.2，图5.3：图5.1缸径D与行程S的变化关系图5.2缸径D与活塞平均速度Cm的变化关系2442109.5mcD图5.3缸径D与程径比的变化关系由上表和关系图可总结出以下三点：（1）若保持缸径D与4缸时的参数不变，则缸数为3时，行程S、活塞平均速度、S/D都增加。（2）若保持行程S与4缸时的参数不变，则缸数为3时，缸径D增大、活塞平均速度略有增加、S/D减小至小于1，此时成为短行程发动机。（3）在同为3缸且保持功率和排量与4缸的值不变时，则随着缸径D的不断增加，行程S、活塞平均速度、S/D都不断减小，压缩比为9.33不变，但是小于4缸时的10.5。5.2五缸下发动机参数的变化同理根据：6103niVpPSme其中，带入数VS245iScm4KPapme7.185We10据后则有：，6262.033057.810mcD化简后得：25由此可以推出行程和活塞平均速度的关系式，有：，264510.DS24109.5cm而程径比为S/D，压缩比为，。SACV11.2A根据以上关系，设置缸径D为变量，当缸径D从66.75mm到80mm变化时，观察活塞平均速度、行程、程径比、压缩比的变化，经过计算列出表5.2：表5.2缸数为5时，行程、活塞平均速度、程径比、压缩比随缸径的变化关系缸径Dmm行程Smm活塞平均速度Cmm/s程径比S/D压缩比66.758013.331.209.336779.4213.231.199.336877.1012.851.139.336974.8812.481.099.337072.7612.121.049.337170.7211.781.009.337268.7711.460.969.337366.9011.150.929.3374.564.2310.700.869.337563.3810.560.859.337661.7210.280.819.337760.1310.020.789.337858.609.760.759.337957.129.520.729.338055.709.280.709.33根据表5.2，绘制出图5.4，图5.5，图5.6：26图5.4缸径D与行程S的变化关系图5.5缸径D与活塞平均速度Cm的变化关系图5.6缸径D与程径比S/D的变化关系由上表和关系图可总结出以下三点：27（1）若保持缸径D与4缸时的参数不变，则缸数增为5时，行程S、活塞平均速度、S/D都减小，且S/D减小至小于1，此时成为短行程发动机。（2）若保持行程S与4缸时的参数不变，则缸数增为5时，缸径D减小、S/D值增大且大于4缸时的值。（3）在同为5缸且保持功率和排量与4缸的值不变时，则随着缸径D的不断增加，行程S、活塞平均速度、S/D都不断减小，压缩比为9.33不变，但是小于4缸时的10.5。5.3缸数对排量、曲轴转速的影响如果发动机的缸数不同，但冲程数和额定功率工况的、都相同，行ePmpc程缸径比S/D也相同，则由onstiDpniSpniVpPmemeSme2230可得：，costiD2，21i21iS，23iSV21iVS而，。1niPSeL以上关系说明，当、和一定而缸数增多时，发动机的单缸ePmpcDS/i排量和总排量都减小，曲轴转速和升功率则加大。这时发动机长度增加，SVSinL但宽度和高度都减小，发动机的重量和体积都减小。因此同功率同一强化程度的发动机中缸数多的比较轻巧（由于扭矩均匀性改善而飞轮尺寸较小也有助于轻巧）。如果都是单列式四冲程发动机，则缸数增多时平衡性也变好。此外，缸数增多而缸径减小会使燃烧室的面积容积比变大（设燃烧室形式相同，尺寸与缸径之比也相同，面容比正比于，也即正比于），散热损32DD128失相对增大，但却有利于进一步强化。增多缸数的主要缺点是每台发动机的零件总数增多了，结构复杂化，制造和维护成本都较高。5.4多缸机的点火顺序汽车发动机都是多缸发动机，多缸发动机由若干个相同的气缸排列在一个机体上共用一根曲轴。四冲程发动机一个工作循环曲轴转两圈，即720度。为了保持工作平衡，各缸点火间隔角要求都相等，四缸各缸点火间隔角为180度，六缸为120度。多缸发动机各缸作功都有一个顺序，称为发动机的点火顺序。点火顺序取决于发动机的结构、曲轴的设计和曲轴负荷等因素。这里有两处提及曲轴，实际上发动机的平稳性很大程度决定于曲轴，曲轴旋转质量的不均匀而产的离心的惯性力，会使发动机振动。所以，曲轴曲拐（轴颈及它两端的曲柄）要尽可能对称均匀，连续作功的两缸相隔尽量远些，V型发动机左右两排气缸尽量交替作功等。因此，发动机就必须要有一个能够平衡曲轴运转的点火顺序。直列式3缸发动机的点火顺序是：132；直列式4缸发动机的点火顺序是：1243（表5.7）或1342（表5.8）；直列式5缸发劫机的点火顺序是：12453；直列式6缸发动机的点火顺序是：153624或142635。表5.74缸机工作循环（点火顺序1-2-4-3）曲轴转角（度）第一缸第二缸第三缸第四缸1800做功压缩排气进气180360排气做功进气压缩360540进气排气压缩做功540720压缩进气做功排气表5.84缸机工作循环（点火顺序1-3-4-2）曲轴转角（度）第一缸第二缸第三缸第四缸1800做功排气压缩进气180360排气进气做功压缩29360540进气压缩排气做功540720压缩做功进气排气轿车发动机气缸排列常见有直列式和V型排列。直列式发动机各缸排列成一排，各气缸呈直立状，排列在一个机体上共用一根曲轴和一个缸盖。直列式发动机结构相对简单，易于制造和维修。但由于气缸直立使汽车前部比较高，影响轿车的空气动力学设计，因而直列式发动机多用于四缸等小型发动机，防止尺寸过大。V型发动机的气缸分两排排列，两排气缸夹角60度至90度，呈现V型而得名。两排气缸排列在一个机体上共用一根曲轴，各用一个缸盖（即有两个缸盖）。V型发动机的优点是高度比直列式小，汽车前部可以做得低一些，改善轿车的空气动力学性质，同时缩短了发动机的长度，缩短了曲轴长度，不但减少了发动机的占用空间，使得发动机紧凑化，还可以减少发动机的扭转振动，令发动机运转更加平稳。当然构造相对复杂，零件增加，成本增大。现在V型发动机主要用于六缸及六缸以上发动机。本章小结：根据以上的分析计算可以发现，在保持发动机有效功率和排量不变的基础上（动力性能不改变）可以减少气缸数，从而减少发动机零件总数，减小发动机的长度尺寸和汽车总重，有利于提高车速。再者，根据第三章所述的涡轮增压技术应用于小排量车的趋势，在保持有效功率、平均有效压力、活塞平均速度和S/D都不变的情况下，增加发动机缸数，则排量会减小，发动机的宽度和高度都减小，重量和体积也都减小，搭载增压器则更有助于提高汽车动力性能和燃油经济性。30结论在环境问题日益受到重视的今天，可持续发展是贯穿生产与生活的主题。在汽车发动机动力性能满足的条件下，可以通过减少气缸数或者减小排量来减重降耗。通过对大众EA211型1.4L直列4缸增压发动机的推算，在保持其最大有效功率和排量不变的前提下对气缸数进行改变后进行理论上的计算分析总结出以下结论。（1）当缸数减为3缸时，若保持缸径D与4缸时的值不变，则行程S、活塞平均速度、S/D都增加。（2）当缸数减为3缸时，若保持行程S与4缸时的值不变，则缸径D增大、活塞平均速度略有增加、S/D减小至小于1，此时成为短行程发动机，使得它运转的速度较快，可以使发动机达到较高的转速，从而使汽车实现更高的最高车速。（3）在同为3缸且保持功率和排量与4缸的值不变时，则随着缸径D的不断增加，