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1、第第 1 1 章章汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识主讲教师：主讲教师：第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.1 概述概述1.1.1 1.1.1 发动机的发展发动机的发展 18761876年德国人奥托年德国人奥托(Nicolaus A.Otto)(Nicolaus A.Otto)往复活塞式四冲程汽油机往复活塞式四冲程汽油机;1892 1892年德国工程师狄塞尔年德国工程师狄塞尔(Rudolf Diesel)(Rudolf Diesel)发明了压燃式发动机即柴油机发明了压燃式发动机即柴油机;1926 1926年，瑞士人布希年，瑞士人布希(A.BuchiA.Buchi)
2、提出了废气涡轮增压理论，使发动机性能有很提出了废气涡轮增压理论，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破;1967 1967年德国博世（年德国博世（BoschBosch）公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，）公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史;我国在我国在2020世纪世纪5050年代中期，有了自己成批制造的汽车发动机年代中期，有了自己成批制造的汽车发动机CA10CA10型六缸型六缸5.56L5.56L汽油机，用于解放牌汽油机，用于解放牌CA1
3、0CA10型中型货车上；型中型货车上；改革开放以后，我国先后从发达改革开放以后，我国先后从发达国家引进生产了一批较为先进的汽车发动机国家引进生产了一批较为先进的汽车发动机,对原有一些产品改进和更新；同时我对原有一些产品改进和更新；同时我国自主开发和研制了一批具有较先进水平的车用发动机。国自主开发和研制了一批具有较先进水平的车用发动机。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.1.2 1.1.2 发动机的分类发动机的分类 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机分内燃机和外燃机两种。
4、直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为力机分内燃机和外燃机两种。直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，反之则为外燃机。内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。内燃机，反之则为外燃机。内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。活塞式内燃机按不同的特征分类：活塞式内燃机按不同的特征分类：（1 1）按活塞运动方式的不同，分为往复活塞式和旋转活塞式两种。）按活塞运动方式的不同，分为往复活塞式和旋转活塞式两种。（2 2）根据所用燃料种类的不同，分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。）根据所用燃料种类的不同，分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。（3 3）按冷却方式的不同，分为水冷式和风冷式两种
5、。）按冷却方式的不同，分为水冷式和风冷式两种。（4 4）按在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数，分为四冲程和二冲程发）按在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数，分为四冲程和二冲程发 动机。动机。（5 5）按进气状态不同，分为增压和非增压两类。）按进气状态不同，分为增压和非增压两类。（6 6）根据气缸布置形式的不同，分为）根据气缸布置形式的不同，分为L L型（直列式）发动机、型（直列式）发动机、V V型发动机、型发动机、W W型型 发动机、斜置式发动机和对置式发动机等发动机、斜置式发动机和对置式发动机等 第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.1.3 1.1.3 发动机基本
6、结构与术语发动机基本结构与术语1发动机的基本结构 如图所示为单缸发动机的基本结如图所示为单缸发动机的基本结构，它由气缸构，它由气缸1010、活塞、活塞8 8、连杆、连杆7 7、曲、曲轴轴3 3、气缸盖、气缸盖1111、机体、凸轮轴、机体、凸轮轴1616、进、进气门气门2525、排气门、排气门1515、气门弹簧、曲轴、气门弹簧、曲轴齿形带轮等组成。齿形带轮等组成。1-1-油油底底壳壳 2-2-机机油油 3-3-曲曲轴轴 4-4-曲曲轴轴同同步步带带轮轮 5-5-同同步步带带 6-6-曲曲轴轴箱箱 7-7-连连杆杆8-8-活活塞塞 9-9-水水套套 10-10-气气缸缸 11-11-气气缸缸盖盖
7、12-12-排排气气管管 13-13-凸凸轮轮轴轴同同步步带带轮轮 14-14-摇摇臂臂 15-15-排排气气门门 16-16-凸凸轮轮轴轴17-17-高高压压线线18-18-分分电电器器 19-19-空空气气滤滤清清器器 20-20-化化油油器器 21-21-进进气气管管 22-22-点点火火开开关关 23-23-点点火火线线圈圈 24-24-火火花花塞塞 25-25-进进气气门门 26-26-蓄电池蓄电池 27-27-飞轮飞轮 28-28-起动机起动机第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识 2发动机的基本术语发动机的基本术语（1 1）工作循环）工作循环（2 2）上、下止点
8、）上、下止点 （3 3）活塞行程）活塞行程 （4 4）气缸工作容积）气缸工作容积（5 5）发动机排量）发动机排量 （6 6）燃烧室容积）燃烧室容积 （7 7）气缸总容积）气缸总容积 （8 8）压缩比）压缩比 （9 9）工况）工况 （1010）负荷率）负荷率 第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.2 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理 1.2.1 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理 汽油机是将空气与汽油以一定汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，混合气经压缩气行程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃
9、烧而产生热能，高温高压的点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循行程和排气行程内完成一个工作循环。环。1.1.进气行程进气行程(r-a(r-a曲线曲线)2.2.压缩行程压缩行程(a-c(a-c曲线曲线)3.3.做功行程做功行程(-Z-b-Z-b曲线曲线)4.4.排气行程排气行程(b-rb-r曲线曲线)第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽
10、车发动机的基本知识1.2.2 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 a)a)进气行程；进气行程；b)b)压缩行程；压缩行程；c)c)做功行程；做功行程；d)d)排气行程排气行程 四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同系统结构与汽油机有所不同。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.2.3 汽油机和柴油机的比较汽油机和柴油机的
11、比较汽油和柴油在蒸发性和流动性上的差别使得两种发动机的混合气形成方式不汽油和柴油在蒸发性和流动性上的差别使得两种发动机的混合气形成方式不同。除了缸内汽油直接喷射的汽油机外，目前绝大部分汽油机的可燃混合气同。除了缸内汽油直接喷射的汽油机外，目前绝大部分汽油机的可燃混合气是在气缸外部准备好的；而柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的。是在气缸外部准备好的；而柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的。两种发动机在可燃混合气着火方式上不同。汽油机的可燃混合气由电火花强两种发动机在可燃混合气着火方式上不同。汽油机的可燃混合气由电火花强制点火燃烧制点火燃烧(点燃点燃)，而柴油机的可燃混合气则在高温高压环境下自行
12、着火燃，而柴油机的可燃混合气则在高温高压环境下自行着火燃烧烧(压燃压燃)。汽油机的压缩比受到汽油爆燃的限制，而柴油机压缩的是空气，压缩比比汽汽油机的压缩比受到汽油爆燃的限制，而柴油机压缩的是空气，压缩比比汽油机高，热量利用率高，柴油机燃油消耗率低。汽油机具有质量轻、体积小、油机高，热量利用率高，柴油机燃油消耗率低。汽油机具有质量轻、体积小、升功率高、噪音小、起动性能好、制造和维修成本低等特点，在汽车上、特升功率高、噪音小、起动性能好、制造和维修成本低等特点，在汽车上、特别在轿车上得到广泛应用。自别在轿车上得到广泛应用。自2020世纪世纪7070年代以来，人们对环境污染和能源问年代以来，人们对环
13、境污染和能源问题的日益重视，低油耗、低排放题的日益重视，低油耗、低排放(主要指主要指COCO、HCHC和和CO2)CO2)的柴油机在各种货车和的柴油机在各种货车和中型以上客车上得到愈来愈多的应用，并且在轿车上也有应用。中型以上客车上得到愈来愈多的应用，并且在轿车上也有应用。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.3 发动机的总体构造与产品型号编制规则发动机的总体构造与产品型号编制规则l-l-火火花花塞塞2-2-凸凸轮轮轴轴正正时时齿齿轮轮3-3-气气缸缸盖盖4-4-气气缸缸垫垫5-5-正正时时传传动动带带6-6-张张紧紧机机构构7-7-正正时时齿齿轮轮罩罩盖盖8-8-水水泵
14、泵、发发电电机机曲曲轴轴带带轮轮9-9-活活塞塞lOlO-连连杆杆总总成成11-11-曲曲轴轴前前端端封封油油挡挡板板12-12-油油底底壳壳13-13-曲曲轴轴轴轴承承盖盖 14-14-曲曲轴轴15-15-油油标标尺尺16-16-机机油油加加油油口口17-17-气气缸缸体体18-18-凸凸轮轮轴轴19-19-凸凸轮轮轴轴轴轴承承盖盖20-20-凸轮轴罩盖凸轮轴罩盖1.3.1 发动机的总体构造发动机的总体构造 发发动动机机是是一一部部由由许许多多机机构构和和系系统统组组成成的的复复杂杂机机器器。发发动动机机的的类类型型各各不不相相同同，但但其其基基本本构构造造相相似似。通通常常，汽汽油油机机由
15、由两两大大机机构构五五大大系系统统组组成成，柴柴油油机机由由两两大大机机构构四四大大系系统统组组成成(无无点点火火系系)。如如图图所所示示为为四四冲冲程程汽汽油油机机的的一一般般构构造造 。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.机体组机体组 包括气缸盖包括气缸盖3、气缸盖罩盖、气缸垫、气缸盖罩盖、气缸垫4、气缸体、气缸体17及油底壳及油底壳12等。等。2.曲柄连杆机构曲柄连杆机构 包括活塞包括活塞9，连杆总成，连杆总成1O，曲轴，曲轴14和飞轮等。和飞轮等。3配气机构配气机构 包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴18、凸轮轴正时
16、齿轮、凸轮轴正时齿轮2、曲轴正时齿轮、正、曲轴正时齿轮、正时传动带时传动带5。4.燃料供给系统燃料供给系统 包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、喷油器（或化油器）、进气歧管、包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、喷油器（或化油器）、进气歧管、排气歧管、排气消声器等。排气歧管、排气消声器等。5.点火系统点火系统 包括电源包括电源(蓄电池和发电机蓄电池和发电机)、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞等。、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞等。6.冷却系统冷却系统 包括水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体包括水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体17和气缸盖和气
17、缸盖3里铸出的水套等。里铸出的水套等。7.润滑系统润滑系统 包括油底壳包括油底壳12、机油集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、油、机油集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、油温和油压表、油标尺温和油压表、油标尺15等。等。8.起动系统起动系统 包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.3.2 内燃机名称及型号编制规则内燃机名称及型号编制规则 为了便于内燃机的生产管理为了便于内燃机的生产管理和使用，我国于和使用，我国于19911991年对内燃机年对内燃机的名称和
18、型号编制方法重新审定的名称和型号编制方法重新审定颁布了国家标准颁布了国家标准(GB72591)(GB72591)。内燃机符号的排列顺序及符内燃机符号的排列顺序及符号所代表的意义如图所示。号所代表的意义如图所示。举例举例:1E65F 1E65F表示单缸，表示单缸，L L型（气型（气缸布置形式，即直列）缸布置形式，即直列）,二冲程，二冲程，缸径缸径65mm65mm，风冷，通用型汽油机。，风冷，通用型汽油机。CA6102CA6102表示第一汽车制造表示第一汽车制造厂制造，六缸，厂制造，六缸，L L型，四冲程，型，四冲程，缸径缸径102mm102mm，水冷，汽车用。，水冷，汽车用。第第1 1章章 汽车
19、发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.4 发动机的性能指标与特性发动机的性能指标与特性 发发动动机机的的性性能能指指标标用用来来表表征征发发动动机机的的性性能能特特点点，并并作作为为评评价价各各类类发发动动机机性性能能优优劣劣的的依依据据。发发动动机机的的性性能能指指标标主主要要有有：动动力力性性指指标标、经经济济性性指指标标、环环境境指指标标、可可靠性指标和耐久性指标。靠性指标和耐久性指标。1.4.1 动力性指标动力性指标1.1.有效转矩有效转矩 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作TeTe，单位为，单位为NmNm。2.2.有效功率有效功率 发动机在
20、单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作PePe，单位为，单位为kWkW。式中式中：TeTe有效转矩，有效转矩，NmNm；nn曲轴转速，曲轴转速，r rminmin。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.4.2 经济性指标经济性指标 发发动动机机经经济济性性指指标标一一般般用用有有效效燃燃油油消消耗耗率率表表示示。发发动动机机每每输输出出lkWhlkWh的的有有效效功功所所消消耗耗的的燃燃油油量量（以以g g为为单单位位）称称为为有有效效燃燃油油消消耗耗率率，记记作作bebe，单单位位为为g g(kWh)(kWh)。be
21、be可按下式计算：可按下式计算：式中：式中：BB发动机在单位时间内的耗油量，发动机在单位时间内的耗油量，kgkgh h，可由试验测定；，可由试验测定；PePe发动机的有效功率，发动机的有效功率，kWkW。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.4.3 环境指标环境指标 环环境境指指标标主主要要指指发发动动机机排排气气品品质质和和噪噪声声水水平平。由由于于它它关关系系到到人人类类的的健健康康及及其其赖赖以以生生存存的的环环境境，因因此此各各国国政政府府都都制制定定出出严严格格的的控控制制法法规规，以以期期削削减减发发动动机机排排气气和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平
22、已成为发动机的重要性能指标。和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。噪噪声声是是指指对对人人的的健健康康造造成成不不良良影影响响及及对对学学习习、工工作作和和休休息息等等正正常常活活动动发发生生干干扰扰的的声声音音。由由于于汽汽车车是是城城市市中中的的主主要要噪噪声声源源之之一一，而而发发动动机机又又是是汽汽车车的的主主要要噪噪声声源源，因因此此控控制制发发动动机机的的噪噪声声就就显显得得十十分分重重要要。如如我我国国的的噪噪声声标标准准（GB/T GB/T 186971869720022002）中规定，轿车的噪声不得大于）中规定，轿车的噪声不得大于79dB(A
23、)79dB(A)。排排放放指指标标主主要要是是指指从从发发动动机机油油箱箱、曲曲轴轴箱箱排排出出的的气气体体和和从从气气缸缸排排出出的的废废气气中中所所含含的的有有害害排排放放物物的的量量。对对汽汽油油机机来来说说主主要要是是废废气气中中的的一一氧氧化化碳碳(CO)(CO)和和碳碳氢氢化化合合物物(HC)(HC)含含量量；对对柴柴油油机机来来说说主主要要是是废废气气中中的的氮氮氧氧化化物物(NOxNOx)和和颗颗粒粒含含量量。通通过过发发动机台架试验，采用专门的测试设备，按有关标准制订的测试方法测得这些含量。动机台架试验，采用专门的测试设备，按有关标准制订的测试方法测得这些含量。第第1 1章章
24、 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识1.4.4 可靠性和耐久性指标可靠性和耐久性指标 可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内，可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内，正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首次故障行驶正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首次故障行驶里程、平均故障间隔里程等。里程、平均故障间隔里程等。耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。通常用发动机的大修里程，即发动机从出厂到第一次大修之间时间。通常用发动机的大修里程，即发动机从出厂到第
25、一次大修之间汽车行驶的里程数来衡量。汽车行驶的里程数来衡量。1.4.5 发动机速度特性发动机速度特性 汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即即功率和转速功率和转速)发生变化时，其性能发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪包括动力性、经济性、排放性和噪声等声等)也随之改变。发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关也随之改变。发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关系称为发动机特性。利用特性曲线可以简单而又方便地评价发动机性系称为发动机特性。利用特性曲线可以简单而又方便地评价发动机性能。能。第第1 1章章
26、 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识 发动机的有效功率发动机的有效功率PePe、有效、有效转矩转矩TeTe和有效燃油消耗率和有效燃油消耗率bebe随发随发动机转速动机转速n n的变化关系称为发动机的变化关系称为发动机速度特性速度特性(图图1.7)1.7)。发动机速度特。发动机速度特性通过实验测得，节气门全开时性通过实验测得，节气门全开时测得的速度特性称为外特性，节测得的速度特性称为外特性，节气门部分开启时测得的速度特性气门部分开启时测得的速度特性称为部分速度特性。称为部分速度特性。如图所示，如图所示，1 1表示外特性，表示外特性，2 2、3 3、4 4分别表示节气门开度为分别表示节气门开
27、度为7575、5050、2525的部分速度特性。的部分速度特性。外特性曲线上的每一点都代外特性曲线上的每一点都代表在此转速下的最大功率及最大表在此转速下的最大功率及最大转矩，所以外特性是最重要的速转矩，所以外特性是最重要的速度特性。发动机的额定功率、额度特性。发动机的额定功率、额定转矩的标定就是以外特性为依定转矩的标定就是以外特性为依据的。据的。第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识 发动机的工况通常以发动机功率与转速发动机的工况通常以发动机功率与转速或发动机负荷与转速来表示。或发动机负荷与转速来表示。在在n=3500n=3500r rminmin时，若节气门全开，可时，若节
28、气门全开，可得到该转速下可能发出的最大功率为得到该转速下可能发出的最大功率为4545kWkW。如果节气门开到如果节气门开到和和的位置，在同样转速的位置，在同样转速下只能发出下只能发出32kW32kW和和20kW20kW的功率。的功率。a a、b b、c c和和d d四个工况下的负荷值：四个工况下的负荷值：工况工况a a 负荷为零负荷为零(称为发动机空转工况称为发动机空转工况)；工况工况b b 负荷负荷 工况工况c c 负荷负荷 工况工况d d 负荷负荷 第第1 1章章 汽车发动机的基本知识汽车发动机的基本知识 应当注意的是，不要把负荷和功率的概念相混淆。如某一转速时应当注意的是，不要把负荷和功
29、率的概念相混淆。如某一转速时全负荷全负荷(如如d d点点)，并不意味着此时发动机的功率是最大。发动机的最大，并不意味着此时发动机的功率是最大。发动机的最大功率，应当是工况功率，应当是工况e e的功率。又如，在工况的功率。又如，在工况f f下，虽然功率比工况下，虽然功率比工况c c小，小，但却是全负荷。就是说，功率的大小并不代表负荷的大小。但却是全负荷。就是说，功率的大小并不代表负荷的大小。本章的教学要求：本章的教学要求：1.了解发动机的发展历程；了解发动机的发展历程；2.掌握发动机的分类和基本术语；掌握发动机的分类和基本术语；3.重点掌握四冲程发动机的工作原理；重点掌握四冲程发动机的工作原理；4.了解发动机的总体构造和国产发动机编号规则；了解发动机的总体构造和国产发动机编号规则；5.熟悉发动机的主要性能指标。熟悉发动机的主要性能指标。