学习任务2 汽车发动机基本知识

1、主讲人：徐立友更新日期：2013-08-10学习任务学习任务2 汽车发动机基本知识汽车发动机基本知识汽车发动机基本知识汽车发动机基本知识任务任务目标目标任务任务描述描述1.了解：发动机产品名称和型号编制规则。2.熟悉：发动机的类型。3.掌握：发动机的总体构造、主要性能指标和特性。4.学会：四冲程发动机的工作原理。发动机是汽车的动力装置，它的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力，汽车用发动机常为活塞式内燃机。本任务主要讨论四冲程发动机的工作原理、总体构造及主要的性能指标。学习学习任任务务 2 22学习任务2 汽车发动机基本知识33Syllabus Do one thing at a time,

2、and do it well本章内容合作交流创新项目2.1 汽车发动机的分类及工作原理项目 2.2 发动机的总体构造和主要性能指标与特性学习任务2 汽车发动机基本知识项目2.1 汽车发动机的分类及工作原理58%4学习任务2 汽车发动机基本知识 发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽车的动力来自发动机。将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置被称为热力发动机(简称热机)。热机又分为内燃机和外燃机。内燃机的特点是将液体或气体燃料与空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点。外燃机的特点是燃料在机器外部的锅

3、炉内燃烧，将锅炉内的水加热而产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。2.1.1 2.1.1 发动机的定义发动机的定义58%5学习任务2 汽车发动机基本知识 根据发动机将热能转变机械能的主要构件形式，汽车用发动机可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转式活塞式两种。往复活塞式发动机在汽车上的应最为广泛。 汽车用发动机，专指往复活塞式内燃机。按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型。按所用燃料分，可分为汽油发动机和柴油发动机；按冷却方式可分为水冷式发动机和风冷式发动机；按活塞运动的行程数可分为四冲程发动机和二冲程发动机；按进气

4、状态可分为增压发动机和非增压发动机；按气缸数分，可分为单缸发动机和多缸发动机；按气缸排列方式可分为直列式发动机、斜置式发动机和对置式发动机。2.1.2 2.1.2 汽车用内燃机分类汽车用内燃机分类58%6学习任务2 汽车发动机基本知识 下面介绍四冲程发动机的结构及工作原理。 1.1.发动机基本结构发动机基本结构 图2.1所示为单缸汽油发动机的基本结构。在内表面呈圆柱形的气缸10内作往复运动的活塞8通过活塞销与连杆7的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴3相连。当活塞8在气缸10内作往复运动时，连杆7便推动曲轴3旋转。同时，气缸与活塞顶包围的容积也在不断地由最小变到最大，再由最大变到最小，如此不断循环

5、。气缸的顶端用气缸盖11封闭。在气缸盖上装有进气门25和排气门15，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸盖上。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴16控制。凸轮轴由曲轴通过同步带5或齿轮或链条驱动。2.1.3 2.1.3 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理 1-油底壳；2-机油；3-曲轴；4-曲轴同步带轮；5-同步带；6-曲轴箱；7-连杆；8-活塞；9-水套；10-气缸；11-气缸盖；12-排气管；13-凸轮轴同步带轮；14-摇臂；15-排气门；16-凸轮轴；17-高压线；18-分电器19-空气滤清器；20-化油器；21-进气管；22-点火开关；

6、23-点火线圈；24-火花塞；25-进气门；26-蓄电池；27-飞轮；28-起动机 图图2.1 2.1 发动机的基本结构发动机的基本结构 学习任务2 汽车发动机基本知识58%8学习任务2 汽车发动机基本知识 2.2.四冲程发动机的基本术语四冲程发动机的基本术语图图2.2 发动机的基本术语发动机的基本术语(a) 活塞位于上止点； (b) 活塞位于下止点 工作循环：包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环。即发动机完成进气、压缩、膨胀和排气四个过程叫做一个工作循环。 上止点：如图2.2(a)所示，活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，通常指活塞的最高位置。 下止点：如图2.2(b)所示，活塞顶

7、面离曲轴中心线最近时的止点，通常指活塞的最低位置。 活塞行程(S)：活塞运行的上、下两个止点之间的距离。 曲柄半径(R)：从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离。 气缸工作容积(V h )：一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积。即活塞面积与行程的乘积。 式中：D为气缸直径，mm；S为活塞行程，mm。 发动机排量(VL)：一台发动机全部气缸工作容积的总和。 2610 (L)4hD SV学习任务2 汽车发动机基本知识 VL= Vh i 式中：i为气缸数。 燃烧室容积(Vc )：活塞在上止点时的气缸和气缸盖所包围的容积。活塞顶上面空间叫做燃烧室，其容积叫做燃烧室总容积。它是气缸的最小容积。

8、气缸总容积(Va )：活塞在下止点时气缸和燃烧室的容积。它是气缸工作容积和燃烧室总容积之和。 Va Vh Vc 压缩比()：气缸最大容积和燃烧室总容积的比值。 Va / Vc1 Vh / Vc 压缩比表示活塞由下止点移动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比愈大，则压缩终了时气缸内的压力和温度就愈高。 目前一般汽车用汽油机的压缩比为610，也有高达10以上的。柴油机的压缩比为1522。学习任务2 汽车发动机基本知识58%11学习任务2 汽车发动机基本知识 3. 3.四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机的工作循环包括进气、压缩、作功、排气四个行程。 (1)进气行程活塞由

9、曲轴带动由上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启，如图 2.3(a)所示。由于活塞下移，气缸内容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经燃料供给系形成的可燃混合气，通过进气门被吸入气缸。活塞到达下止点时，进气门关闭，进气停止。进气行程结束时，由于进气过程中燃料供给系、进气管、进气门等处都存在进气阻力，此时气缸内压力略低于大气压，约为7590kPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环残留高温废气的加热，气体温度约为370440K。 (2)压缩行程如图2.3(b)所示，进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。在压缩行程中，气缸内容积逐渐减小，由于进、排气门均关闭，可燃混合气被

10、压缩，活塞到达上止点时，压缩结束。在压缩过程中，气体压力和温度同时升高，并进一步均匀混合，压缩终了时，气缸内压力约为6001500kPa，温度约为600800K，远高于汽油的点燃温度(约263K)，因而很易被点燃。(a) 进气行程 (b) 压缩行程 (c) 做功行程 (d) 排气行程图图2.32.3 四冲程汽油机的工作原理示意图四冲程汽油机的工作原理示意图1-排气门；2-排气管；3-火花塞；4-进气门；5-气缸；6-活塞；7-连杆；8-曲轴学习任务2 汽车发动机基本知识 (3)作功行程 如图2.3(c)所示，在压缩行程末，进气门和排气门均关闭，火花塞产生电火花点燃混合气，并迅速燃烧，使气体温度

11、、压力迅速升高并膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动作功，活塞到达下止点时作功结束。在作功过程中，初始阶段气缸内气体压力和温度急剧上升，瞬时压力可达35MPa，瞬时温度可达22002800K。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为300500kPa，温度约为15001700K。 (4)排气行程 在作功行程结束后，排气门打开，进气门关闭，如图2.3(d)所示，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，排出气缸。活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气体压力因排

12、气门和排气管的阻力而略高于大气压，此时压力约为105125kPa，温度约为9001200K。排出废气是为了下一个工作循环再吸入新鲜空气。排气行程结束时，排气门关闭，同时进气门开启，又开始了下一个工作循环。排气过程和进气过程又合称为换气过程。 学习任务2 汽车发动机基本知识 4. 4.四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理 如图2.4所示，四行程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油和汽油的性质不同，使可燃混合气的形成、着火方式等，与汽油机有很大区别。 (1)进气行程 它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力比汽油

13、机小，上一行程残留的废气温度比较低等原因，进气终了时的压力和温度与汽油机略有不同，压力约为8095kPa，温度约为320350K。 (2)压缩行程 不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比较大，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，压力可达35MPa，温度可达8001000K。学习任务2 汽车发动机基本知识 (a) 进气行程 (b) 压缩行程 (c) 做功行程 (d) 排气行程图图2.4 四冲程柴油机工作原理示意图四冲程柴油机工作原理示意图学习任务2 汽车发动机基本知识 (3)作功行程 此行程与汽油机有很大不同，压缩行程结束前，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速

14、汽化并与空气形成混合气，因为此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右)，柴油立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷射边混合边燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。瞬时压力可达510MPa，瞬时温度可达18002200K。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为200400kPa ，温度约为12001500K。 (4)排气行程与汽油机排气行程基本相同，排气终了时气缸内压力约为105125kPa ，温度约为8001000K。四冲程柴油机和汽油机相比，其优点是：因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低30% 左右，故燃油经济性较好；且柴油价格较低。其缺点是转速较汽油

15、机低、质量大、制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求较高)。一般载质量在7t以上的载货汽车多用柴油机。目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服，国外有的轿车也采用柴油机，其最高转速可达5000r/min。 学习任务2 汽车发动机基本知识 汽油机具有转速高(目前轿车用汽油机最高转速达50006000r/min，载货汽车可达4000r/min左右)，质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等优点，故在轿车和中、小型载货汽车上及军用越野车上得到广泛的应用。汽油机的缺点是燃油经济性差。 四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功的辅助行程。显然，

16、在作功行程中，曲轴的转速比其他3个行程转速要高，所以它的转速就不均匀，因而发动机运转就不平稳，振动大。这可采用多缸发动机予以改善。在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行；但各个气缸的作功行程并不同时发生，气缸数越多，发动机的工作就越平稳。但当发动机缸数增加时，一般将使结构复杂，尺寸及质量增加。学习任务2 汽车发动机基本知识Agenda18学习任务2 汽车发动机基本知识项目项目 小节小节2项目2.2 发动机的总体构造和主要性能指标与特性58%19学习任务2 汽车发动机基本知识1.通常，汽油机由两大机构五大系统组成，如表2.1。如表如表2.1 2.1 汽车的组成

17、汽车的组成 2.2.1 发动机的总体构造学习任务2 汽车发动机基本知识学习任务2 汽车发动机基本知识2.2.柴油机由两大机构四大系统组成。常见轿车四缸发动机的结构如图柴油机由两大机构四大系统组成。常见轿车四缸发动机的结构如图2.52.5所示。所示。 图图2.5 一汽奥迪一汽奥迪100型轿车发动机型轿车发动机 1-气缸垫；2-气缸盖；3-火花塞；4-活塞销；5-曲轴后端油封挡板；6-飞轮齿圈；7-油底壳；8-活塞；9-油标尺；10-连杆总成；11-机油集滤器；12-中间轴轴承；13-放油螺塞；14-曲轴主轴承；15-曲轴；16-曲轴轴承盖；17-曲轴前端油封挡板；18-曲轴正时齿轮；19-空气压

18、缩机平带；20-调整垫片；21-正时齿轮拧紧螺栓；22-压紧盖；23-空气压缩机带轮；24-水泵、发电机曲轴带轮；25-正时齿轮下罩盖；26-空气压缩机支架；27-中间轴正时齿轮；28-中间轴；29-正时传动带；30-偏心轮张紧机构；31-气缸体；32-正时齿轮上罩盖；33-凸轮轴正时齿轮；34-凸轮轴前端油封；35-凸轮轴罩盖；36-机油加油口盖；37-凸轮轴机油挡油板；38-凸轮轴轴承盖；39-排气门；40-气门弹簧；41-进气门；42-液力挺杆总成；43-凸轮轴 学习任务2 汽车发动机基本知识58%23学习任务2 汽车发动机基本知识 发动机的主要性能指标有动力性(有效转矩、有效功率、转速

19、等)、燃油经济性(燃油消耗率)等。 1 1 动力性指标动力性指标 （1 1）有效转矩）有效转矩 发动机通过飞轮输出的转矩称为有效转矩，以Te 表示，单位为Nm。 （2 2）有效功率）有效功率 发动机飞轮输出的功率称为有效功率，用 Pe 表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴转速速的的乘积。发动机的有效功率可用台架试验测定。在测功器上测定有效转矩和曲轴转速，然后利用下面的公式算出发动机的有效功率： 式中：n为曲轴转速，r/min。2.2.2 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性 9550106023nTnTPeee 发动机铭牌上标明的功率及相应的转速称为标定功率和标定转速。按内燃机台

20、架试验国家标准规定，发动机的标定功率分为15min功率、1h功率、12h功率和持续功率。汽车发动机经常在部分负荷下工作，仅在克服上坡阻力和加速等情况下才短时间地使用最大功率，为了保证发动机有较小的结构尺寸和质量，汽车发动机经常用15min功率作为标定功率。 2 2 燃油经济性指标燃油经济性指标 发动机在l h内每发出l kW有效功率所消耗的燃油质量，称为燃油消耗率，用be表示。很明显，燃油消耗率越低，发动机燃油经济性越好。 燃油消耗率表达式为 式中：B为发动机在单位时间内的耗油量，kg/h，可由试验测定。310eePBb学习任务2 汽车发动机基本知识 3 3 发动机速度特性发动机速度特性 发动

21、机速度特性：发动机的速度特性指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律，可以通过发动机在试验台上进行试验求得。 发动机外特性如图2.6所示，如果改变节气门开度可得到不同组特性，当节气门到最大时所得到的发动机的速度特性。 发动机外特性代表了发动机所具有的最高动力性。外特性曲线上标出的发动机最大功率和最大转矩及其相应的转速是发动机特性的重要指标。当分析发动机外特性是否符合使用要求时，要联系汽车使用条件，诸如最高车速、所要克服的阻力值、道路条件等。路条件等。 图图2.6 2.6 汽油发动机的外特性曲线汽油发动机的外特性曲线 学习任务2 汽车发动机基本知识 4 发动机工况与负荷发动机工况

22、与负荷 发动机工况一般是用其功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表征。 发动机在某一转速下的负荷就是当发动动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。 图2.7为汽油机的一组特性曲线。表示相应于节气门全开时的外特性曲线，、分别表示节气门开度依次减小所得到的部分特性曲线。 由图2.7可知，当n=3500r/min时，在该转速下对应的发动机最大功率为45kW取四个不同节气门开度及其对应的发动机功率。根据对负荷的定义，可求出a、b、c、d这四个工况的负荷值。 工况a：负荷为零。 工况b：负荷20/45=44.4%。 工况c：负荷32/45=71.7%。 工况d：负荷1

23、00%。图图2.7 2.7 发动机的负荷特性发动机的负荷特性 学习任务2 汽车发动机基本知识 因此，外特性曲线上各点都表示在各转速下的全负荷工况，但在同一条部分特性曲线上各点的负荷值却不相同。在同一转速下，节气门开度越大表示负荷越大，但二者并不成比例。 注意，负荷和功率的概念不要混淆。如某一转速时全负荷(如d点)，并不意味着是发动机的最大功率。发动机的最大功率应当时工况e的功率。又如在工况f下，虽然功率比工况c小，但却是全负荷。也就是说，功率大小并不代表负荷的大小。 GB/T1883.1的规定，内燃机名称按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。 如图2.8所示，内燃机型号由首部、中部、后部、尾部四个部分组成。首部表示产品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。 后部是结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部是区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。 2.2.3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 学习任务2 汽车发动机基本知识图图2.8 2.8 内燃机型号内容组成内燃机型号内容组成学习任务2 汽车发动机基本知识型号编制示例如下：(1) 汽油机1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型。4100