清华大学课件汽车构造I2汽车发动机基本知识.ppt

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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,按活塞运动方式,汽车发动机的分类活塞运动方式往复活

2、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),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,

3、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，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

4、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

5、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,SulzerDiesel,RTA-seriesLow-speed,Two-stroke Diesel Engines1480-48600 kW2000-66120 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

6、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

7、水软管排气管出水软管,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-lineDouble piston engineH engine,V engineOpposed piston engineW engine,Radial engineBoxer engi

8、ne or180 V engineTriangle 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,供给系统润滑系统,冷却系统

9、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统,汽车发动机基本知识,汽车及其动力概况汽车总体结构,

10、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

11、转速（r/min）。,e e,P=T,Te n9550,3,2 n60,(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

12、的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。,WeVh,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=,

13、1000G TPe,(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

14、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

15、,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(GB72591)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，船用主机、左机基本型,内燃机产品名称和型号编制规则（2）,型号示例：,汽油机,1E

16、65F：单缸，二冲程，缸径 65mm，风冷，通用型；,EQ61001：二汽，六缸，直列，四冲程，缸径100mm，水冷，区分符号 1表示,第一种变型产品；,BJ492QA：BJ为北京汽车制造厂代号，四缸，直列，四冲程，缸径 92mm，水冷，,车用，区分符号 A表示变型产品。,柴油机,YZ6102Q：YZ为扬州柴油机厂代号，六缸，直列，四冲程，缸径 102mm，水冷，,车用；,10V120FQ：10缸，V型，四冲程，缸径 120mm，风冷，车用。,复习思考题（1）,在结构上怎样描述一个汽车发动机？汽车发动机由哪些部分组成？下列名词的含义是什么？,工作循环，二冲程、四冲程发动机的工作循环有何不同?,上、下止点活塞行程,气缸工作容积、燃烧室容积、发动机排量,压缩比，汽油机、柴油机压缩比有何不同，为什么？工况,负荷率,复习思考题（2）,四冲程汽油机、柴油机的工作原理是什么？有何异同？二冲程汽油机、柴油机的工作原理有何异同？汽油机和柴油机在外观上如何区分？,发动机用哪些主要性能指标来评价？其含义各是什么？发动机有哪些特性？有什么意义？,作业,1 一般情况下，怎样描述一个汽车发动机？以一款市场,上比较畅销的汽车为例，从结构的角度描述其发动机。,2 汽油机和柴油机有何不同？怎样从外观上分辩出是哪,种发动机？,