發(fā)動機基礎(chǔ)知識課件

發(fā)動機技術(shù)中心

平臺五主要內(nèi)容一、1發(fā)動機的概述；2發(fā)動機對變速器的影響；

二、發(fā)動機的類型三、發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)和工作原理四、詳述發(fā)動機對變速器的影響平臺五平臺五一、1發(fā)動機概述（1）發(fā)動機是汽車的動力源；（2）（3）熱能動力裝置簡稱熱機；（4）在熱機中借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。

（工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機械能互相轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)）汽車電動汽車熱能動力汽車平臺五2發(fā)動機對變速器的影響（1）發(fā)動機輸出扭矩即變速器的輸入扭矩（最大扭矩帶來動力的強勁和提速的快慢）（2）發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速（即變速器的輸入轉(zhuǎn)速）與氣缸的關(guān)系（N=P×VH×n/450tP-壓力VH-排量n-轉(zhuǎn)速

t-行程系數(shù)，四行程t=2，二行程t=1）（最大功率（N）決定最大速度）（3）噪音（發(fā)動機對空檔異響和驅(qū)動異響的影響方式）

平臺五二、發(fā)動機的類型1按活塞運動方式：（1）往復(fù)活塞式優(yōu)點：這種內(nèi)燃機熱具有效率高、體積小、質(zhì)量輕和功率大等一系列優(yōu)點，現(xiàn)在技術(shù)比較成熟。缺點：該種內(nèi)燃機機構(gòu)復(fù)雜，尤其是一套復(fù)雜的氣門控制機構(gòu)。且由于活塞組的往復(fù)運動造成曲柄連桿機構(gòu)的往復(fù)慣性力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即隨轉(zhuǎn)速的提高，軸承上的慣性負(fù)荷顯著增加，并由于慣性力的不平衡而產(chǎn)生強烈的振動。（2）旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理：燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿踊钊D(zhuǎn)以產(chǎn)生動力的內(nèi)燃機。優(yōu)點：功率高、振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單輕小。缺點：燃料經(jīng)濟性差低速性能不佳，排氣性能差。平臺五2按所用燃料的種類分根據(jù)所用燃料種類，活塞式內(nèi)燃機主要分為汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機三類。（1）以汽油和柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機分別稱作汽油機和柴油機。（2）使用天然氣、液化石油氣和他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機稱作氣體燃料發(fā)動機。3按冷卻方式不同分（1）水冷式1）同時利用閉式循環(huán)系統(tǒng)使冷卻液保持在最佳溫度范圍內(nèi)（液冷發(fā)動機的最佳溫度為85℃~95℃），這種液冷卻系統(tǒng)可充分利用發(fā)動機的熱量進行工作，使發(fā)動機的熱量損失減少到最小范圍。平臺五2）優(yōu)點：因氣缸蓋、氣缸體周圍鑄有水套，它可以吸收運動摩擦副一部分噪聲，使發(fā)動機的聲音更加柔和；

缺點：液冷卻系統(tǒng)需要增加的零件和附件較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造成本高，且冷卻液具有一定的腐蝕作用，須定時更換和定期保養(yǎng)整個冷卻系統(tǒng)。（2）風(fēng)冷式1）自然風(fēng)冷；2）強制風(fēng)冷知識補充：由內(nèi)燃機原理可知，內(nèi)燃發(fā)動機燃燒所產(chǎn)生的熱量只有25%~35%能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功及有效功率，其余65%~75%的熱量是“多余”的，需要散發(fā)出去。其中，發(fā)動機排出的高溫廢氣帶走了大量的熱能，這一部分損失的熱能稱為排氣損失，約占發(fā)動機總熱量的30%。剩下的約30%的熱量，其中一部分由潤滑油在發(fā)動機內(nèi)部先行降溫后，通過箱體機件慢慢散發(fā)。當(dāng)然，這里面的少部分熱量還包括發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中為克服自身摩擦阻力時產(chǎn)生的，它同樣需要在冷卻時將這部分熱量吸收散發(fā)。據(jù)有關(guān)資料介紹，四沖程發(fā)動機正常的冷卻損失約為燃放熱量的22%~25%；而二沖程發(fā)動機由于溫差較大，熱損失較多，高達30%以上。平臺五4按行程數(shù)分（1）四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機：在一個工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個行程的內(nèi)燃機（2）二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。活塞往復(fù)兩個行程便完成一個工作循環(huán)5按氣缸數(shù)目分（1）單缸發(fā)動機：僅有一個氣缸的發(fā)動機（2）多缸發(fā)動機：有兩個以上氣缸的發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。例如：平臺五雙缸:菲亞特500系列三缸：奧拓1.0L0.9L八缸（4.0L）、十二缸（6.3L）：奧迪A8北方工業(yè)的MBT-3000主戰(zhàn)坦克平臺五6按氣缸排列方式不同分（1）單列式

單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。（2）雙列式

雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。平臺五7按進氣狀態(tài)分（1）非增壓發(fā)動機若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機。（2）增壓發(fā)動機若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。（3）非增壓與增壓發(fā)動機的區(qū)別：1）技術(shù)可靠性自然吸氣：技術(shù)成熟，穩(wěn)定性較高增壓：動力遲滯硬傷2）經(jīng)濟省油性a.一般1.8T渦輪增壓動力油耗相當(dāng)于普通自然吸氣2.0-2.4升車型油耗b.當(dāng)轉(zhuǎn)速低于渦輪接入轉(zhuǎn)速時，可以省油，但動力性也相應(yīng)不足C.當(dāng)轉(zhuǎn)速不低于渦輪接入轉(zhuǎn)速時，渦輪增壓系統(tǒng)工作得多，油耗就高

平臺五3）排放控制

在排放控制上，我們得說渦輪增壓發(fā)動機的優(yōu)點：提高燃油經(jīng)濟性，降低尾氣排放，尤其是單位二氧化碳的排放量。這正是為什么歐洲車廠都紛紛加大力度研發(fā)渦輪增壓發(fā)動機的原因。4）壽命耐久性a.由于渦輪工作時會給發(fā)動機帶來更高的燃燒溫度，所以理論上它的壽命不如自然吸氣發(fā)動機更長久；b.渦輪發(fā)動機在使用要求上最大的不同，就是要做到“延時熄火”。5）加速性能a.加速表現(xiàn)：渦輪發(fā)動機加速表現(xiàn)更好。

原因：這是因為渦輪發(fā)動機有著更大的肺活量，肺活量大的人運動起來當(dāng)然更有勁。渦輪增壓發(fā)動機動力普遍能達到相當(dāng)于其排量1.3～1.5倍左右的自然吸氣發(fā)動機的水平。但這只是籠統(tǒng)程度，實際表現(xiàn)上，渦輪發(fā)動機在3000轉(zhuǎn)后的“后勁”會比自然吸氣發(fā)動機強。b.加速反應(yīng)平臺五渦輪增壓的缺點：比起自然吸氣反應(yīng)滯后、噪音大

原因：由于轉(zhuǎn)子的慣性作用，葉輪對油門的驟時變化反應(yīng)還是遲緩。從踩油門希望立即提速，到葉輪高速轉(zhuǎn)動將更多空氣壓進發(fā)動機之間，存在一個時間差，而且這個時間還不短。一般經(jīng)過改良的渦輪也要至少2秒左右來增加或者減少進氣的壓力。如果你要突然加速的話，瞬間會有提不上速度的感覺。6）駕駛樂趣a.渦輪跑高速比較好，馬力大

一方面，渦輪增壓發(fā)動機相比普通自然吸氣發(fā)動機可以在排量較小的情況下提供更大的功率和扭矩。渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。b.怠速的安靜平順性、冷車發(fā)動時的噪音和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)度等方面，自然吸氣發(fā)動機普遍會做得更好

平臺五

自然吸氣發(fā)動機的動力收放更容易掌控。主要表現(xiàn)在細(xì)微操控油門時力度的輸出上，例如你一直保持油門在某一個開度不變，自然吸氣的車子加速會比較暢順、加速度相對比較平均;渦輪發(fā)動機的車子則會呈一種漸入高峰的變化性輸出。不過這種差異有縮小的傾向，有些自然吸氣發(fā)動機也會有較大的力量波幅，而有些渦輪發(fā)動機的輸出已經(jīng)調(diào)校得非常平均。但某些時候還是能見到它們的先天特性，例如在一個較斜的坡道上倒車時，開自然吸氣的車，你很容易找到一個讓車子穩(wěn)定、精細(xì)地發(fā)力的油門位置，而渦輪的車子，這個油門位置就比較難掌握，往往要踩一下、放一下，即是說渦輪車子的極低速度下的線性度是明顯不及自然吸氣的。7）實用保養(yǎng)a.從平時用車角度而言，自然吸氣發(fā)動機好保養(yǎng)好維護，結(jié)構(gòu)簡單、維護簡單、油品要求低，而渦輪增壓車輛對保養(yǎng)也有特殊的要求，如品質(zhì)更高的機油、更加潔凈的使用環(huán)境、要求使用更高標(biāo)號的油品等等。b.自然吸氣發(fā)動機的后期保養(yǎng)費用較渦輪增壓發(fā)動機低。一般說來，渦輪輪增壓部件有使用壽命周期，比如早期的帕薩特和寶來就是6萬公里必須更換。平臺五三、發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖平臺五平臺五1發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)

曲柄連桿機構(gòu)：進行熱功轉(zhuǎn)換

配氣機構(gòu)：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間

五大系統(tǒng)

汽油機：由化油器向氣缸供給汽油和空氣混合的混合器

柴油機：由噴油泵提供霧狀柴油，由噴油泵噴入氣缸

點火系：（汽油機獨有）在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極間產(chǎn)生電火花以點燃混合氣冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動機保持正常的工作溫度潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損起動系：用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件

兩大結(jié)構(gòu)燃料供給系平臺五（1）

曲柄連桿機構(gòu)：進行熱工轉(zhuǎn)換（2）

配氣機構(gòu)：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間平臺五汽油機：由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣柴油機：由噴油泵提供霧狀柴油，通過噴油器噴入氣缸（3）燃料供給系1）化油器工作原理示意圖平臺五2）噴油器工作原理示意圖（4）點火系：（汽油機獨有）在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極間產(chǎn)生電火花以點燃混合氣平臺五（5）冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動機保持正常的工作溫度平臺五（6）潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損平臺五（7）啟動系：用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件平臺五平臺五2四沖程汽油機、柴油機的工作原理平臺五（1）發(fā)動機的基本術(shù)語1）工作循環(huán)活塞式內(nèi)燃機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。周而復(fù)始地進行這些過程，內(nèi)燃機才能持續(xù)地做功。2）上、下止點

上止點：活塞頂離曲軸中心線最遠的位置。

下止點：活塞頂離曲軸中心線最近的位置。

活塞行程（S）：上下止點間的距離S=2R。2R上止點下止點平臺五3）氣缸工作容積（Vs）活塞由上止點到下止點運動掃過的容積4）發(fā)動機排量（

VL）

發(fā)動機全部氣缸工作容積之和平臺五5）燃燒室容積（

Vc

）

活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。6）氣缸總?cè)莘e（Va）活塞在下止點時其上方的全部容積Va=Vc+Vs平臺五7）壓縮比（ε）氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。8）工況內(nèi)燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內(nèi)燃機輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速。9）負(fù)荷率內(nèi)燃機在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡稱負(fù)荷。平臺五（2）進氣行程：

柴油機：新鮮空氣汽油機：汽油與空氣的混合物

活塞被曲軸帶動由上止點向下止點移動，此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉。柴油機：新鮮空氣活塞由上下汽油機：汽油與空氣的混合物終了壓力：“汽”0.75—0.90溫度：100—130oC（個大氣壓）“柴”0.80—0.9560—80oC由于進氣有阻力，進氣終了的壓力略小于大氣壓力。由于上一循環(huán)留在氣缸中的高溫殘余廢氣與新鮮氣體混合，所以進氣終了氣體溫度↑。進入氣缸的氣體進開排開V↑，P↓氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度平臺五（3）壓縮行程為使混合氣體能迅速燃燒，產(chǎn)生較大的壓力，使發(fā)動機發(fā)出較大的功率，必須在燃燒前對可燃混合氣進行壓縮，使之V↓，T↑。

“汽”壓縮接近終了，可燃混合氣體由火花

塞電極發(fā)出的電火花點燃?；钊上律稀安瘛眽嚎s接近終了，由噴油泵把柴油提高

至上百個大氣壓以上使之霧化，再送至噴油器，由噴油器把霧狀柴油噴入氣缸，使與壓縮后的高溫空氣混合，達自然溫度時，便自行發(fā)燃燒。

終了P、T：“汽”6—12；300—400oC

“柴”35—45；500—700oC

壓縮比ε：ε=Va/Vc=1+Vh/Vc

是發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

ε越大，壓縮終了的P、T越高，燃燒越快，膨脹作功愈充分。從而使發(fā)進關(guān)排關(guān)V↓P↑，T↑平臺五動機的動力性、經(jīng)濟性提高。但ε過高，對汽油機來說，會引起T過高而造成兩種不正常燃燒即：爆燃：由于ε過大P、T過高，遠離火焰中心的可燃混合氣在火焰尚未到達就自行發(fā)火燃燒的一種不正常燃燒。爆燃時，火焰以1500—2000m/s的速度向外傳播，P、T極劇增加，形成壓力波，撞擊燃燒室壁，發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時，引起發(fā)動機過熱功率↓，氣門、火花塞等部件被燃壞。

表面點火：由于ε過大P、T過高，在電火花之前可燃混合氣就被燃燒室熾熱的表面點燃的另一種不正常燃燒。表面點火發(fā)生時，伴有沉悶的敲缸聲，產(chǎn)生的高壓使發(fā)動機負(fù)荷↑，壽命↓。

①現(xiàn)代汽油機的壓縮比一般為ε=6—9（個別轎車可達9—11）。

②柴油機靠壓縮自燃，所以壓縮比設(shè)計等較高ε=16—22。具有較好的經(jīng)濟性。但高的壓縮比帶來高的壓縮壓力、燃燒壓力，使柴油機各部件要承受高的機械負(fù)荷，因而需要增加強度及剛度。故柴油機的尺寸、重量指標(biāo)差。平臺五（4）作功行程

壓縮終了，氣缸容積很小，迅速燃燒的混合氣使缸內(nèi)P、T急劇升高。

最高壓力：“汽”30—50溫度：1900---2500oC

“柴”60---901700---2200oC高溫高壓氣體推動活塞由上下熱能機械能

終了壓力：“汽”3---5溫度：1000---1300oC

“柴”2---4800---1000oC（5）排氣過程

可燃混合氣燃燒后變成廢氣，為了進行下一循環(huán)，必須把廢氣排氣過程活塞由下上廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸終了壓力：“汽”1.05---1.25溫度：600---900oC

“柴”1.05---1.25500---700oC

進關(guān)排關(guān)曲軸強制旋轉(zhuǎn)作功進關(guān)排開平臺五進氣終了P:“汽”0.75—0.90

（個大氣壓）

“柴”0.80—0.95壓縮終了：“汽”6—12（個大氣壓）“柴”35—45燃燒時的最高P：“汽”30-50（個大氣壓）“柴”60-90作功終了P：：“汽”30-50（個大氣壓）“柴”60-90排氣終了P：“汽”1.05-1.25（個大氣壓）“柴”1.05-1.25P0P0P0P0（6）示功圖：表示發(fā)動機在工作過程中，其P、V的變化情況，曲線包圍的面積即為發(fā)動機的指示功。平臺五3

四沖程汽油機和柴油機的優(yōu)缺點比較汽油機：（優(yōu)點）ε較小，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速較高，動力性好。制造維修成本低，噪聲小，起動容易。主要用于轎車、微型車（客車、貨車）、軍用越野車。

（缺點）燃料經(jīng)濟差，排污大（HC、N0x、CO）柴油機：（優(yōu)點）ε較大，燃料燃燒完全，經(jīng)濟性好。

（缺點）由于ε較大，導(dǎo)致P、T較高，所以體積大、重量大，轉(zhuǎn)

速較低，制造維修成本高（噴油泵、噴油器加工精度要求高）。常用于中、重型貨車。（對經(jīng)濟性要求高，動力

性要求較低）。平臺五四、詳述發(fā)動機對變速器的影響（1）發(fā)動機輸出扭矩即變速器的輸入扭矩（最大扭矩帶來動力的強勁和提速的快慢）1)由最大爬坡度要求的變速器Ⅰ檔傳動比

式中m——汽車總質(zhì)量；

g

——重力加速度；

ψmax——道路最大阻力系數(shù)；

rr——驅(qū)動輪的滾動半徑；

Temax——發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩；

i0——主減速比；

η——汽車傳動系的傳動效