不同发动机对比.docx

汽车学院09 级 4 班姓名： 于书祥学号： 092140不同发动机对比一柴油机与汽油机的对比二自然吸气发动机与增压发动机的对比三两冲程发动机与四冲程发动机以及转子发动机的对比一 柴油机与汽油机的对比说到柴油机，就不得不提到远在地球另一端的欧洲，特别是汽车工业大国德国。在德国这个柴油汽车普及率最高的国家，柴油汽车的比例占到了接近50%，占据了半壁江山，而在中国，这个比例不到30%。暂且不谈柴油在德国怎么用不完在中国怎么不够用，德国柴油机的大量使用，确实减少了汽车的污染物排放、增加了汽车燃油经济性。在现今，地球已经被污染的灰头土脸的世代，“排放”二字成为了所有人不得不关注的焦点。著名的奥迪TDI柴油发动机1.汽油与柴油的不同汽油是有石油提炼而成的密度小又易于挥发的的液体燃料，有多种碳氢化合物（Hydrocarbons）组成，是多种烃的混合物，含有约85%左右的碳，15%左右的氢和极少量其他元素。将石油加热，在4050至175210的温度范围内蒸发出来的轻馏分蒸汽冷凝后即为直馏汽油。而石油在炼制过程中，其温度为200350时的蒸馏馏分为柴油，根据所含重馏分的多少可分为轻柴油和重柴油（车用柴油机均使用轻柴油）上述分馏温度的不同直接造成了汽柴油的性质差别：与柴油相比，汽油挥发性强，因而可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，因而控制混合气的数量，便能调节汽油机的功率。而柴油挥发性差，但粘性比较好，不可能在低温下形成油气混合气，但适宜用油泵油嘴向汽缸内部喷油，靠调节供油量来调节负荷，而吸入的空气量基本上是不变的。汽油与柴油的性能差异同时会引起着火与燃烧上的不同。汽油自燃温度较高，但汽油蒸气在外部引火条件下的温度较低，因而不宜压燃但适宜外源点火；为促使有规律的燃烧，应防止其自燃（压缩比不能高）；而且由于混合气均匀，着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合器展开。对于柴油，则利用其化学安定性差，易自燃的优点，采用压缩自燃的方式；为促进自燃，压缩比不宜过低，柴油的喷射及与空气的混合，既短暂有不均匀，常有随喷随烧的现象，因而使燃烧时间延长。2汽油机与柴油机发动机结构的对比汽油机：有用来点燃混合气的火花塞，在气缸压缩接近终了时火花塞利用高压点产生火花将混合气点燃。因强度不用太高，发动机整体较为轻小，可增压自然吸气。柴油机：柴油机没有火花塞，即没有点火系统，通过活塞压缩使缸内气体升温点燃。发动机比较重，以满足刚度强度的需要，大部分有增压器。对于柴油机而言，燃油供给系统至关重要，因为柴油喷入气缸时的雾化效果好坏直接关系到燃烧输出功的大小。所以柴油机供油泵是柴油机的“心脏”。3.汽油机与柴油机性能的对比前面提到汽油机通过火花塞点燃混合气燃烧膨胀对外做功，燃烧速度高，所以汽油机的性能特点是启动容易、运转平稳、转速高。因为普通车用汽油机转速能达到6000转左右，所以就使得有效功率很高。而柴油机由于是压燃式，且燃油与空气混合不是均匀，所以火焰传播较慢，使得柴油机的转速较低，普通车用柴油机最高转速在4000转左右。所以柴油机的特点是启动相对困难、扭矩大、振动噪音较大、转速低，有效功率也低。3.汽油机与柴油机燃油经济性的对比汽油机因为受到爆震的影响，所以压缩比一般控制在811之间，这就造成了燃烧温度低，热效率低，即燃油经济性较差。由于柴油发动机低转速，也给了柴油充分燃烧的时间，雾化充分的柴油和气缸内与空气充分混合、燃烧。使得柴油的燃烧效率要高于汽油，柴油能在燃烧室内充分的放热，将热能尽可能多的转化为推动活塞的动力。4.汽油机与柴油机排放以及净化的对比普通汽油机的排放物一般包括：CO2、H2O、CO、HC和NOX等。采用缸内直喷技术的汽油机会产生微粒。排放物中，CO、HC和NOX是有毒有害气体，要加以净化。汽油机CO的产生量较大，因为汽油机在燃烧过程中，有时混合气较浓，未完全燃烧。汽油机使用三元催化转换器将NOX还原为N2和O2同时CO和HC被氧化为CO2和H2O。柴油机的排放物一般包括：CO2、H2O、CO、HC、NOX和微粒。由于柴油机燃烧温度高、压力大，所以产生的NOX量相对很大，而且柴油里有一些大分子，所以产生的微粒也比较多，这就使柴油的排气净化与控制系统更加严格。柴油机采用四级净化方法。第一级为氧化催化器，主要将CO和HC氧化为CO2和H2O，部分NO被氧化成NO2；第二级为连续再生捕集器（CRT），完成对颗粒的捕集和过滤体再生；第三级为选择性催化还原(SCR)转化器，将还原氨或尿素喷入废气流，使NOx还原为N2；第四级为二级氧化催化器，去除废气中夹带的氧。随着世界能源危机和、环境污染的日益严重,节约能源 ,保护生态环境、减少污染已是当今世界各国的共识。大量研究结果表明,柴油机是日益产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能、有害废气排放量较少的一种机型。在相同路况下,柴油机与同等排量汽油车的油耗比例为710。柴油机不但有优良的燃油经常性,还具有很大的改进潜力。而现在最先进的柴油机技术CDRI(高压共轨柴油直喷技术)可使发动机更节能、排放更环保。电动汽车、燃料电池汽车在现金还是由于电池的技术难关和过高的成本难以大量生产推行。目前的混合动力汽车大多数也是基于汽油机而来，排放并不能达到很低。而柴油机的技术现在已经很成熟了，用更低的成本达到同样的效果，何乐而不为呢。况且欧洲汽车品牌也积极推进柴油机车型在中国市场的投入，柴油汽车在中国还有很大的市场潜力，希望在不久的将来，柴油机车型会在中国得到更好地发展。二 自然吸气发动机与增压发动机的对比自然吸气发动机与增压发动机的不同主要在于进气系统。进气系统包括进气导流管、空气滤清器、近期总管、节气门体和进气歧管。自然吸气发动机是靠活塞下行时气缸中产生的真空将外界空气吸入，这就使得自然吸气发动机的进气效率小于1。进气效率的限制又使发动机的有效功率难以提高。增压利用空气压缩机将空气压缩，密度增大，使更多的空气可以进入气缸，大大提高了进气效率，燃油供给系统也可以增加喷油量，使发动机排量不变的情况下功率提高。方式有增压两种：机械增压和废气涡轮增压。机械增压又分为两种：螺旋式增压器和离心式增压器，现在大部分汽车使用的是螺旋式增压器。螺旋式机械增压罗茨式压气机使用离心式机械增压器的肌肉车涡轮增压器机械增压器采用皮带与发动机曲轴皮带轮连接，带动机械增压器的叶片，使进气获得增压。1机械增压的特点:机械增压器叶片与发动机转速完全同步，各类发动机的皮带轮尺寸差异不大，切受限于安装空间，机械增压在发动机转速很高时效果不好，因为转速越高，增压机就需要更大的功率来带动，对发动机的影响很大。相反的，在低转速区间，机械增压就有相应灵敏的特点。现在常用的压气机为罗茨式压气机，由转子（二叶或三叶）、转子轴、传动轮、壳体和电磁离合器组成。废气涡轮增压由涡轮机和压气机等部分组成，涡轮机进气口与排气歧管相连，涡轮的排气口接在排气管上。废气涡轮增压分单涡轮增压和双涡轮增压。单涡轮增压是由一台涡轮机和一台压气机组成，双涡轮增压有两个涡轮，涡轮并联或串联，分别带动压气机进行增压。2.废气涡轮增压特点：利用废气排出时的能量驱动压气机压缩空气，具有结构紧凑、质量小，增压压力大，在较宽的流量范围内具有较高的效率，涡轮叶片常在900高温的排气冲击下工作，并承受巨大的离心力作用，对材料和加工精度都有很高的要求。增压技术在柴油机上的应用相对较早，汽油机由于受到爆震等因素的制约，增压技术的应用相对要困难些。但随着汽油机电控等先进技术的应用，越来越多的汽油机采用了增压技术，如德国大众公司TFSI发动机、梅赛德斯-奔驰CGI发动机等。增压发动机特别是汽油增压发动机最近几年发展迅猛，几乎所有品牌的汽车公司都有装备增压发动机的车型。增压风动机由于排量小，质量相应小，性能能和更大排量的自然吸气发动机相媲美，油耗却比同样性能自然吸气发动机低，所以应用越来越多。而且通过应用抗震性好的汽油和电控，使得爆震的影响越来越小。然而，增压发动机仍然有一些限制因素，比如成本比自然吸气发动机高一些，对汽油油品要求比较严格。发动机对润滑和冷却要求很高。发动机在恶劣环境中工作稳定性差，维修和保养的成本也比自然吸气发动机高很多。涡轮增压发动机在低转速有增压延迟，使得其工作线性差，平顺性不够。但是随着技术的进步，这些弊端会不断被解决。三 二冲程发动机与四冲程发动机以及转子发动机的对比1. 二冲程发动机二冲程发动机属于往复式活塞发动机。二冲程发动机曲轴旋转一周就是一个工作循环，曲轴箱是密闭的，发动机压缩时，排气孔和进气孔都关闭，压缩到一定位置时，排气孔才打开，此时在压缩的同时进气。压缩接近终了时，火花塞点火，混合气燃烧做功，活塞下行。当活塞下行到一定位置时，扫气孔和排气孔打开，新鲜混合气进入汽缸，废弃被扫出。此时，一个工作循环完成。二冲程发动机优点：没有缸盖和配气机构，结构简单，质量轻，制造和维护的成本低廉，比功率大，运转相对平稳等由于二冲程发动机的优点，被广泛用于摩托车和发电机。二冲程发动机的缺点：油耗大，排放污染大。曲轴箱的润滑是通过在汽油中加入机油来润滑的，而机油会在燃烧室烧掉，增加了污染物排放。所以二冲程发动机逐渐被四冲程发动机取代，但是有些二冲程发动机采用电控直接喷射技术，一定程度上降低了油耗和污染物排放。2. 四冲程发动机四冲程发动机是现今应用最广泛的发动机。四冲程发动机也属于往复式活塞发动机。四冲程发动机曲轴旋转两周是一个工作循环。每个工作循环分为四个步骤：进气、压缩、做功、排气。进气行程时，活塞下行，进气门打开，新鲜空气或者混合气进入汽缸；压缩行程时，进气门关闭，活塞上行，空气或者混合气被压缩，至上止点附近，如果是柴油机，喷油嘴喷油并开始燃烧推动活塞下行进入做功行程，如果是汽油机，火花塞将混合气点燃，推动活塞下行进入做功行程，排气行程时，排气门打开，活塞上行，将废气排出，一个工作循环结束。四冲程发动机优点：有专门的配气机构，并且现代电控四冲程发动机装备有气门升程、配气相位可调节等技术，使得发动机的性能优良且排放很低、燃油消耗也不断降低。有专门的机油泵对发动机进行压力润滑，与飞溅润滑相结合，润滑效果好，发动机使用寿命长。四冲程发动机排气压力小，所以排气噪声比二冲程发动机小很多，大大改善车辆的乘坐舒适性。四冲程发动机缺点：因为四冲程发动机是通过气门的开关来进行进排气，所以需要缸盖和配气机构，质量有所增加，而且零件非常多，需要更好地保养和维修。3. 三角转子发动机（汪克尔发动机）三角转子发动机是在1950年代初期由德国工程师菲力斯汪克尔（Felix Wankel）发明，后来日本马自达公司将此技术买断。并通过60多年的潜心研究，生产出了世界闻名的RX-7、RX-8等高性能汽车。汪克尔发动机三角转子发动机由转子、壳体、输出轴组成。转子：三角转子发动机的核心是三角形的转子活塞，转子有三个凸面，每个凸面相当于一个活塞。 转子的每个凸面都有一个凹陷，用于增加发动机的排气量，容纳更多空气、燃油混合气。每个凸面的顶点是一个金属刀片，它形成对燃烧室的外部密封。 转子的每侧有金属环，用于密封燃烧室的两侧。 转子有一组内部轮齿，位于其中一个侧面的中心。 它们与固定到壳体的齿轮相啮合。 这种啮合决定了转子在壳体内运动的路径和方向。壳体：壳体大致呈椭圆形之所以设计成这样，目的在于使转子各顶点能够始终与室壁接触，从而形成三个独立的密封气室。壳体的每一部分都专用于燃烧过程的一部分。 燃烧过程的四部分包括：进气、压缩、燃烧、排气。进、排气口位于壳体中，它们没有气门。 排气口直接连接到排气装置，进气口直接连接到节气门。 输出轴：输出轴有一些离心式圆形凸轴，也就是说，它们偏离了轴的中心线。 一个转子与一个凸轴相合。 这些凸轴的作用类似于活塞式发动机中的曲轴。 当转子沿其路径在壳体内转动时，会推动这些凸轴。 由于凸轴是以离心方式安装在输出轴上的，因此转子施加给凸轴的力在输出轴中产生力矩，从而使输出轴旋转。三角转子发动机的优点：1. 运动零件更少 与四冲程活塞式发动机相比，转子发动机的运动零件要少得多。 双转子发动机主要有三个运动零件： 两个转子和一个输出轴。 即使最简单的四缸活塞式发动机也至少有40个运动零件，包括活塞、连杆、凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、正时皮带、正时齿轮和曲轴等。 运动零件的减少意味着转子发动机的可靠性更高。 这就是为什么某些飞机制造商（包括空中客车在内）倾向于使用转子发动机而非活塞式发动机的原因。 2. 更顺畅 转子发动机中所有零件均沿一个方向持续旋转，不需要像传统发动机中的活塞那样剧烈地变换方向。通过利用定向旋转配重物来消除震动，转子发动机实现了内部平衡。 转子发动机中的动力输出也非常顺畅。 因为每次燃烧可使转子旋转90度，并且转子每旋转一周，输出轴将旋转三周，所以每次燃烧可使输出轴旋转2