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1、发动机介机介绍发动机定义及应用发动机定义及应用发动机是燃料经燃烧将化学能转化为机械能的机器应用:1.陆地,内河和海上交通运输2.农业机械,3.工程机械4.发电发动机简史发动机简史1860年Lenoir发明点燃式煤气机（5%热效率）1867年Otto-Langen发动机（11%热效率, 90RPM Max.）1876年Otto四冲程点燃式发动机（14%热效率, 160RPM Max.）1880年代Benz等人发明现代两冲程发动机1892年Diesel(德)发明四冲程压燃柴油机1902年Renault(法) 增压技术的应用1953年Bendix公司 (美国) 电子控制汽油喷射（系统 动力性 瞬间反
2、应）1957年Wankel发明转子发动机1967年Bosch(德)D-Jetronic 经济性排放性卡尔 本茨鲁道夫 狄塞尔尼古拉斯 奧托早期内燃机转子发动机中国发动机简史中国发动机简史发动机工业创建阶段(19081959年)1908 年广州 均和安机器厂第一台煤气机发动机工业体系建设阶段(19581978年)上海柴油机厂洛阳拖拉机厂发动机工业体系形成与发展阶段(1979 )车用汽油机厂, 各柴油机厂, 摩托车发动机等发动机分类发动机分类-燃料-着火方式-冲程数-活塞运动方式-冷却方式-气缸数-增压-气缸排列-进排气门凸轮轴设计和布置-用途发动机按气缸排列分类发动机按气缸排列分类发动机的核心部
3、件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有W型，实际上是两个V组成）。不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。C14, S200, L34, L850, Gen-III保时捷，斯巴鲁LZC，LZD发动机原理发动机原理-工作过程工作过程吸气吸气压缩压缩燃烧燃烧排气排气发动机工作指标发动机工作指标-动力性能指标功率=扭矩X转速-经济性能指标燃料与润滑油消耗-运转性能指标冷起动性能,噪音和排气品质-耐久性性能指标长时间运
4、行无故障6570758085909510010511011512012513013510001400180022002600300034003800420046005000540058006200Speed(rpm )Torque(N m )020406080100120140160180Pow er(kw )VG I S C l osed(Long R unner)VG I S O pen(Short R unner)Target : 131N m / 72kW扭矩扭矩功率功率转速转速基本参数介绍基本参数介绍-排量V=Cr2nS 排量越大,功率越大-压缩比=在下止点时活塞上方容积/在上止点时
5、活塞上方容积额定功率额定最大扭矩燃油耗:单位有效功的耗油量g/Kw.h汽车百公里油耗:取决于: 发动机,传动系统和行驶阻力(滚动,空气,加速,爬坡,制动) 汽油辛烷值:评价燃料抗爆性.异辛烷为本100,正庚烷为0.我国有90#,93#,97#机油5W30: 5W黏度等级(-18度条件下符合SAE5W黏度标准),该值越大,机油越黏W winter, 30(100度时符合SAE30黏度标准)冷却液: 水+乙二醇+添加剂)(sin2cos12.距离dtdtBgamAcgfmbBrduee发动机构造发动机构造-发动机(300个base 零件号,50个dress零件号)缸体曲柄连杆机构缸盖配气机构燃料供
6、给系润滑系冷却系电子控制系统起动系Toyota Aygo(1.0L), Al Sintered bearing capToyota 1SZ-FE(1.2L), GG Sintered bearing capOpel Fam 0(1.4L), GG Al bedplateOpel Fam III(1.6L), GG Long skirtSuzuki K10A(1.0L) Al, short skirt, Al bedplate发动机缸体的分类发动机缸体的分类: 根据发动机所需求的重量、刚度、噪声振动、根据发动机所需求的重量、刚度、噪声振动、结构属性、布置要求、制造投资、单价成本结构属性、布置要求
7、、制造投资、单价成本等不同的要求，可以使用不同类型的缸体等不同的要求，可以使用不同类型的缸体结构设计。结构设计。B/C14 DOHCL850 2.4L, Al Short skirt, Al bedplate发动机缸体总成发动机缸体总成- Cylinder Block Asm曲柄旋转往复机构曲柄旋转往复机构-Crank Rotating/Reciprocating曲柄旋转往复机构概述曲柄旋转往复机构概述: 曲柄连杆结构主要包含活塞连杆组和曲轴飞轮组两大部分曲柄连杆结构主要包含活塞连杆组和曲轴飞轮组两大部分 曲柄连杆机构的主要作用是把活塞的直线往复运动转变为旋转运动曲柄连杆机构的主要作用是把活塞
8、的直线往复运动转变为旋转运动并输出动力并输出动力Cylinder head Oil Drain HolePCV WindowIntake PortExhaustPortWater Jacket footSparkPlug holeCam BoreTappet HoleHead Structures:气门正时气门正时Lubrication System LayoutFunction: 1. lubrication 2. cooling 3. cleaning 4. sealing 5. power冷却系统介绍Z Flow冷却液流入机体进水口进气侧通汽孔排气侧冷却水孔冷却液流入缸盖冷却液流出缸盖冷
9、却系统介绍发动机发动机水泵水泵暖通加热暖通加热器器节温器节温器散热器散热器带压力膨带压力膨胀液壶胀液壶节气门体节气门体通气管通气管有压力盖的膨胀液壶冷却系统ECMBATTERYCAM SENSORCRANK SENSORKNOCKSENSORCRANKSHAFTTIMING WHEELCOMBUSTIONCHAMBERSPARK PLUGDRIVERCOILHIGH VOLTAGEDISTRIBUTIONIgnition Subsystem点火控制系统起动系组成及工作原理发动机能量利用发动机能量利用燃料-指示功率-有效功率有效功率指示功率机械损失功率有效功率：曲轴输出功率-发动机热效率:评定工
10、作循环进行的好坏四冲程汽油机0.250.40四冲程柴油机0.410.5-发动机机械效率:四冲程汽油机0.800.90四冲程柴油机0.780.85机械损失：活塞和活塞环的摩擦损失4565%,曲柄连杆机构摩擦损失515%,气门机构的驱动损失，附属机构的驱动损失1020%,泵气损失1020%.-发动机有效热效率:四冲程汽油机0.250.30四冲程柴油机0.300.46要求分解要求分解进气管进气管排气岐管排气岐管进气岐管进气岐管缸盖缸盖气门系气门系活塞活塞排气管排气管燃烧和气体运动燃烧和气体运动点火系统点火系统燃油系统燃油系统EMS*EMS - Engine Manaegment System燃烧要求
11、燃烧要求发动机机械摩擦分配发动机机械摩擦分配Distribution of Friction Losses : Variation in Engine SpeedEngine : B12D Pre Proto, Oil&Coolant Temp. : 900%20%40%60%80%100%120%140%80010001500200025003000350040004500500055006000Engine Speed (RPM)FMEP(%)P/S PumpAlternatorWater PumpOil PumpValve TrainPiston Group & Con-rod bear
12、ingCrankshaft发动机开发关键技术发动机开发关键技术-充气效率与滚流比充气效率与滚流比/涡流涡流尽可能小的阻力下有足够的涡流/滚流强度-各缸及各循环均匀性各缸及各循环均匀性(混合气运动混合气运动,成份成份(空燃比空燃比)燃烧循环变动是点燃式发动机一大特征,在低负荷低转速运行时,循环变动会加剧,使发动机转速和输出扭矩产生波动,燃烧快的循环限制压缩比的提高,燃烧慢的循环,影响HC排放和油耗.-热效率与结构强度热效率与结构强度,机械效率机械效率,爆燃爆燃,排放排放提高压缩比和压力升高比可以提高热效率但发动机负荷水平振动和噪音会大大增加.最高压力增加会使活塞与缸体等之间的摩擦损失增加,压缩比
13、过高会导致爆燃压缩比过高NOx会增加-瞬间完成喷油瞬间完成喷油,混合混合,点火点火,燃烧燃烧(滞燃期滞燃期,急燃期急燃期,后燃期后燃期)燃料在发动机中不可能完全燃烧,汽油不可能完全汽化,混合不可能完全均匀,燃料的氧化反应不可能完全.-低速扭矩与最大功率间矛盾低速扭矩与最大功率间矛盾低速时要求小的气门叠开角,小的气门升程,细长进气管,才能获得较大的低速扭矩和燃油耗.高速时则相反.-燃油耗与排放燃油耗与排放推迟点火可以使最高燃烧温度降低,NOx减少,但使发动机排气温度升高,发动机燃油经济性和动力性降低.-功率与排放功率与排放汽油机全负荷运转时为保证大功率输出,混合气加浓,CO排放剧增.发动机加速时
14、,为保证加速圆滑,在短时间内也需要加浓.怠速工况CO,HC排放随怠速转速提高而下降,但燃油消耗量却提高.-排放排放CO,HC ,NOx之间的矛盾之间的矛盾EGR率增加可以有效降低NOx,但增加EGR会使CO,HC排放增加,同时使燃油经济性和动力性变差.-噪音与功率噪音与功率Sp(dBA)=57+10lgnbPb+50lgn/nb-机油耗与功率损失机油耗与功率损失活塞环密封效果与摩擦力矛盾-重量与强度重量与强度-发动机尺寸与功率发动机尺寸与功率-冷态与热态冷态与热态-日益严格的法规日益严格的法规Turbo introduction1.4T=2.0自然吸气VVTDirect InjectionDirect InjectionVariable compression ratioControled auto ignitionNo spark plugBackup
