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1、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
2、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) 类型工作特征备注 着火方式混合气形成方法 汽油机火花点火化油器供油，缸外混合趋于淘汰 进气道汽油喷射，缸外混合当前主流 缸内汽油喷射趋向发展 柴油机压缩自然缸内柴油喷射 其它燃 料发动 机 火花点火缸外混合或缸内喷射在结
3、构上与汽油 机不同之处只在 于燃料供给系统 少量柴油引 燃 缸外混合或缸内喷射有柴油和气体燃 料两套燃料供给 系统 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，
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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 1
9、80 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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、 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
