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1、1课程内容概述课程内容概述第一章发动机原理基础知识第一章发动机原理基础知识第二章第二章发动机的换气过程发动机的换气过程第三章汽油机的燃料与燃烧第三章汽油机的燃料与燃烧第四章柴油机的燃料与燃烧第四章柴油机的燃料与燃烧第五章燃气发动机的燃料与燃烧第五章燃气发动机的燃料与燃烧第六章发动机的特性第六章发动机的特性第七章汽车的动力性第七章汽车的动力性第八章汽车的制动性第八章汽车的制动性第九章汽车的使用经济性第九章汽车的使用经济性第十章汽车的操纵稳定性第十章汽车的操纵稳定性第十一章汽车的舒适性第十一章汽车的舒适性第十二章汽车的通过性第十二章汽车的通过性第十三章汽车性能的合理使用第十三章汽车性能的合理使用2
2、第二章第二章 发动机的换气过程发动机的换气过程第一节第一节 四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程第二节第二节 影响换气过程的因素影响换气过程的因素第三节第三节 换气过程对发动机性能的影响换气过程对发动机性能的影响第四节第四节 改善换气过程的措施改善换气过程的措施第五节第五节 发动机的进气控制发动机的进气控制第六节第六节 发动机的进气增压发动机的进气增压3第三节第三节 换气过程对发动机性能影响换气过程对发动机性能影响充气效率、指示热效率、机械效率三者并称为发动充气效率、指示热效率、机械效率三者并称为发动机的三大效率。机的三大效率。一、一、理论空气量和过量空气系数理论空气量和过量空气系数二
3、、二、三大效率与发动机功率和转矩的关系三大效率与发动机功率和转矩的关系4理论空气量和过量空气系数理论空气量和过量空气系数1 1理论空气量：指理论空气量：指1kg1kg的燃料完全燃烧时所需的最低空气的燃料完全燃烧时所需的最低空气量。量。(汽油：汽油：14.714.7；柴油；柴油:14.5):14.5)2 2过量空气系数：指燃烧过量空气系数：指燃烧1kg1kg燃料实际供给的空气量燃料实际供给的空气量L与理与理论空气量论空气量L0的比值。的比值。at1 1 稀混合气；稀混合气；at1 1 浓混合气；浓混合气；at=1 1 理论（标准）混合气。理论（标准）混合气。5三大效率与发动机功率和转矩的关系三大
4、效率与发动机功率和转矩的关系式中：式中：K1、K2对一定的发动机为比例常数对一定的发动机为比例常数。且。且K2=9550 K1。u影响发动机动力性指标（影响发动机动力性指标（P Pe e和和M Me e）的参数主要有：过量空气系数、的参数主要有：过量空气系数、充气效率、指示热效率和机械效率。充气效率、指示热效率和机械效率。提高充气效率是提高发动机提高充气效率是提高发动机动力性的重要措施之一。动力性的重要措施之一。6第四节第四节 改善换气过程的措施改善换气过程的措施一、一、减小进气阻力减小进气阻力二、二、减小排气阻力减小排气阻力三、三、降低进气温度降低进气温度四、四、合理选择配气相位合理选择配气
5、相位7一、减小进气阻力一、减小进气阻力1 1减小进气门处的阻力系数：减小进气门处的阻力系数：u加大进气门直径加大进气门直径:u采用多气门结构采用多气门结构:u适当增加进气门升程适当增加进气门升程:改进配气凸轮线型；改进配气凸轮线型；u适当降低活塞运行速度适当降低活塞运行速度:减小活塞行程。减小活塞行程。2 2减小空气滤清器的阻力系数：减小空气滤清器的阻力系数：定期维护、适时更换。定期维护、适时更换。3 3减小进气管道的阻力系数：减小进气管道的阻力系数：尽可能采用圆形截面、尽可能采用圆形截面、增大进气道尺寸、减小弯道和流通截面变化、采用进增大进气道尺寸、减小弯道和流通截面变化、采用进气控制系统。
6、气控制系统。8二、减小排气阻力二、减小排气阻力1.减小排气门处的阻力：减小排气门处的阻力：采用加大排气门升程或多排气采用加大排气门升程或多排气门结构门结构。2.减小排气管道的阻力：减小排气管道的阻力：应采用渐扩型，保证排出的气应采用渐扩型，保证排出的气体充分膨胀体充分膨胀，降低汽缸与排气管内的压力差，使汽缸降低汽缸与排气管内的压力差，使汽缸压力迅速下降。压力迅速下降。9三、降低进气温度三、降低进气温度1.在结构布置上，减小进气管受热；在结构布置上，减小进气管受热；2.加强对冷却系统的维护，防止发动机过热；加强对冷却系统的维护，防止发动机过热；3.热空气供给装置。热空气供给装置。10四、合理选择
7、配气相位四、合理选择配气相位1.1.对配气相位角度的要求对配气相位角度的要求(1)(1)进气迟后角一定，在某一转速下充气效率最高。进气迟后角一定，在某一转速下充气效率最高。11（2）发动机转速变化时，在较低的转速范）发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。得较高的充气效率和有效功率。（3）改变进气门迟后关闭角度，可改变）改变进气门迟后关闭角度，可改变v和和Pe随转速的变化关系，从而改变发动机的随转速的变化关系，从而改变发动机的速度特性速度特性。122可变配气相位控制系统可变配气相位控制系统（1）本田
8、公司）本田公司VTEC。a)低速小负荷时；b)高速大负荷时1-主凸轮；2-次凸轮；3-次摇臂；4-复位弹簧；5-阻挡活塞；6-同步活塞B；7-同步活塞A；8-正时活塞；9-主摇臂；10-中间摇臂；11-油液13（2）大众公司可变进气相位控制系统。）大众公司可变进气相位控制系统。1-正时电磁阀；2-液压缸；3-排气凸轮轴；4-进气凸轮轴；5-正时调节器14（3）宝马公司）宝马公司VCC系统。系统。1-凸轮；2-气门摇臂；3-挺杆；4-气门；5-气门弹簧；6-齿扇；7-偏心轴；8-中置摇臂轴；9-中置摇臂15（4）丰田公司）丰田公司VVTL-i控制系统。控制系统。丰田公司VVTL-i控制机构16丰
9、田公司进气门升程控制机构1-进气门；2-摇臂；3-滚轮；4-低速凸轮；5-高速凸轮；6-油道；7-滑销；8-滑块17第五节第五节 发动机的进气控制发动机的进气控制一、汽油机的进气控制一、汽油机的进气控制二、柴油机的进气控制二、柴油机的进气控制18一、汽油机的进气控制一、汽油机的进气控制 汽油机的进气控制通常采用动力阀式，动力阀式进气汽油机的进气控制通常采用动力阀式，动力阀式进气控制系统通过控制发动机进气道的空气流通截面大小，控制系统通过控制发动机进气道的空气流通截面大小，来适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改来适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。善发动机的
10、动力性。动力阀式进气控制系统的工作原理如下图：动力阀式进气控制系统的工作原理如下图：19二、柴油机的进气控制二、柴油机的进气控制1进气节流控制进气节流控制（1）直流电动机型进气节流控制系统）直流电动机型进气节流控制系统(图图2-14)。（2）电控气动型进气节流控制系统）电控气动型进气节流控制系统(图图2-15)。202进气涡流控制进气涡流控制（1）喷气式进气涡流控制）喷气式进气涡流控制(图图2-16)。（2）双气道式进气涡流控制）双气道式进气涡流控制(图图2-17)。（3）气道分隔式进气涡流控制）气道分隔式进气涡流控制(图图2-18)。（4）导气屏式进气涡流控制）导气屏式进气涡流控制(图图2-
11、19)。（5）旁通气道式进气涡流控制）旁通气道式进气涡流控制(图图2-20)。（6）气道转换式进气涡流控制装置）气道转换式进气涡流控制装置(图图2-21)。21222324252627一、进气增压的目的及其评价一、进气增压的目的及其评价二、进气增压系统的类型二、进气增压系统的类型三、进气增压对发动机的影响三、进气增压对发动机的影响四、进气增压控制四、进气增压控制第六节第六节 发动机的进气控制发动机的进气控制28一、进气增压的目的及其评定一、进气增压的目的及其评定1.1.增压的目的增压的目的1)1)降低发动机的质量、体积和制造成本。降低发动机的质量、体积和制造成本。2)2)提高热效率，降低油耗率
12、。提高热效率，降低油耗率。3)3)降低排放污染和噪声。降低排放污染和噪声。4)4)可补偿高原功率损失。可补偿高原功率损失。5)5)提高整机使用经济性。提高整机使用经济性。6)6)改善发动机的特性。改善发动机的特性。292.2.进气增压的评定指标进气增压的评定指标u增压度：增压后功率的提高量与增压前功率之比。增压度：增压后功率的提高量与增压前功率之比。u增压比：增压后的气体压力与增压前的气体压力之比。增压比：增压后的气体压力与增压前的气体压力之比。30二、进气增压系统的类型二、进气增压系统的类型u按增压比的不同，增压发动机可分为：按增压比的不同，增压发动机可分为：1）低增压）低增压:b1.6（p
13、me=7001000kPa）；）；2）中增压）中增压:1.6b2.5（pme=1000 1500kPa）；）；3）高增压）高增压:b 2.5（pme=1500kPa以上）。以上）。u按增压器装置的结构原理不同，增压发动机可分为：按增压器装置的结构原理不同，增压发动机可分为：1）机械增压系统机械增压系统；2）废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统；3）气波增压系统气波增压系统；4）谐波进气增压系统谐波进气增压系统；5）复合增压系统复合增压系统。31机械增压系统机械增压系统u结构特征结构特征：压气机的动力直接来源于：压气机的动力直接来源于发动机曲轴。发动机曲轴。u特点特点：对排气系统没有干扰，可用于：对
14、排气系统没有干扰，可用于高排气背压的特殊场合（如水下）；驱高排气背压的特殊场合（如水下）；驱动压气机会消耗发动机功率，使机械效动压气机会消耗发动机功率，使机械效率下降和油耗增加；转速变化直接导致率下降和油耗增加；转速变化直接导致压气机流量变化，加速响应性较好。压气机流量变化，加速响应性较好。32废气涡轮增压废气涡轮增压u结构特征：涡轮和压气机叶轮结构特征：涡轮和压气机叶轮同轴，构成涡轮增压器，增压器同轴，构成涡轮增压器，增压器和发动机之间没有任何机械联系。和发动机之间没有任何机械联系。废气驱动涡轮，带动叶轮，实现废气驱动涡轮，带动叶轮，实现进气增压。进气增压。u特点：利用排气能量，不消耗特点：
15、利用排气能量，不消耗发动机功率；高速性能优越，低发动机功率；高速性能优越，低速性能不佳；结构紧凑，工作可速性能不佳；结构紧凑，工作可靠；废气在涡轮中可以充分膨胀，靠；废气在涡轮中可以充分膨胀，排气噪声低；由于气体流动回路排气噪声低；由于气体流动回路长，加速响应性能差。长，加速响应性能差。33汽车发动机上一般装用的是汽车发动机上一般装用的是径流式废气涡轮增压器。径径流式废气涡轮增压器。径流式废气涡轮增压器的结构流式废气涡轮增压器的结构如图如图2-24所示，其组成可分为所示，其组成可分为五部分：涡轮机、压气机、五部分：涡轮机、压气机、支承装置、密封装置、润滑支承装置、密封装置、润滑与冷却装置。与冷
16、却装置。废气涡轮增压废气涡轮增压34废气涡轮增压器的废气涡轮增压器的涡轮机主要由进气涡轮机主要由进气涡壳、喷嘴环、涡涡壳、喷嘴环、涡轮等组成，其工作轮等组成，其工作原理如图原理如图2-25所示。所示。废气涡轮增压废气涡轮增压35废气涡轮增压器废气涡轮增压器的压气机主要由的压气机主要由进气道、叶轮、进气道、叶轮、扩压器和出气涡扩压器和出气涡壳组成，如图壳组成，如图2-26所示。所示。废气涡轮增压废气涡轮增压36废气涡轮增压器的支承废气涡轮增压器的支承装置包括轴承、护板、装置包括轴承、护板、止推盘等，其作用是使止推盘等，其作用是使转子轴可靠地定位在中转子轴可靠地定位在中间壳上，并限制转子轴间壳上，
17、并限制转子轴工作时的轴向和径向活工作时的轴向和径向活动范围。增压器中采用动范围。增压器中采用的支承轴承一般为浮动的支承轴承一般为浮动轴承，如图轴承，如图2-27所示。所示。废气涡轮增压废气涡轮增压37废气涡轮增压主要特点如下：废气涡轮增压主要特点如下：（1）利用废气能量进行增压，有利于改善整机的动力性和）利用废气能量进行增压，有利于改善整机的动力性和经济性。经济性。（2）废气涡轮增压器的出口压力一般为）废气涡轮增压器的出口压力一般为180200kPa，最高，最高可达可达300kPa。（3）废气涡轮增压系统的结构简单，工作可靠，增压效果）废气涡轮增压系统的结构简单，工作可靠，增压效果好，增压度可
18、达好，增压度可达0.30.5，所以废气涡轮增压应用较广泛。，所以废气涡轮增压应用较广泛。（4）在非增压发动机上采用废气涡轮增压不需作很大的改）在非增压发动机上采用废气涡轮增压不需作很大的改装，废气涡轮增压器也适合专业厂家大批量生产，有利于保装，废气涡轮增压器也适合专业厂家大批量生产，有利于保证较高的质量和较低的成本，对废气涡轮增压的广泛应用也证较高的质量和较低的成本，对废气涡轮增压的广泛应用也提供了有利条件。提供了有利条件。（5）采用废气涡轮增压后，会使发动机的起动性和加速性）采用废气涡轮增压后，会使发动机的起动性和加速性变差，机械负荷和热负荷增加。变差，机械负荷和热负荷增加。废气涡轮增压废气
19、涡轮增压381-汽缸；2-中冷器；3-进气管；4-曲轴；5-液力偶合器；6-传动齿轮；7-低压动力涡轮；8-废气涡轮；9-压气机；10-排气管废气涡轮增压废气涡轮增压39气波增压系统气波增压系统u结构特征：曲轴通过传动带结构特征：曲轴通过传动带驱动转子旋转，利用高压废气驱动转子旋转，利用高压废气的脉冲气波，使低压空气被压的脉冲气波，使低压空气被压缩、加速，变成高压空气后被缩、加速，变成高压空气后被压入汽缸。压入汽缸。u特点特点：驱动转子消耗的功率驱动转子消耗的功率小（小（1%）；结构简单，加工）；结构简单，加工方便；起到方便；起到EGR作用，降低排作用，降低排放；但质量、尺寸大。放；但质量、尺
20、寸大。40谐波进气增压系统谐波进气增压系统谐波增压是利用进气管内气流惯性产生的压力波谐波增压是利用进气管内气流惯性产生的压力波动来实现进气增压。由于增压强度较小，所以应动来实现进气增压。由于增压强度较小，所以应用在汽油机上。用在汽油机上。41组合式增压系统组合式增压系统u一种机械增压和废气涡轮增压一种机械增压和废气涡轮增压组合使用。综合了两者的优点，组合使用。综合了两者的优点，高速时利用涡轮增压，起动时采高速时利用涡轮增压，起动时采用机械增压，部分负荷时机械增用机械增压，部分负荷时机械增压贡献大。压贡献大。u另一种在废气涡轮增压基础上，另一种在废气涡轮增压基础上，加装一套加装一套低压动力涡轮系
21、统。低压动力涡轮系统。42三、进气增压对发动机的影响三、进气增压对发动机的影响1 1进气增压对柴油机的影响进气增压对柴油机的影响2 2进气增压对汽油机的影响进气增压对汽油机的影响431进气增压对柴油机的影响进气增压对柴油机的影响u对柴油机的不利影响表现在：对柴油机的不利影响表现在：1 1）机械负荷和热负荷加大：）机械负荷和热负荷加大：燃烧最高压力和温度提高燃烧最高压力和温度提高2 2）低速和加速时排气管冒烟：）低速和加速时排气管冒烟：低速时，由于增压效果较差，供气量不足；加速时，低速时，由于增压效果较差，供气量不足；加速时，气流惯性作用，压气机供气滞后，都使混合气过浓，气流惯性作用，压气机供气
22、滞后，都使混合气过浓，排气管冒烟。排气管冒烟。441进气增压对柴油机的影响进气增压对柴油机的影响u结构上必须采取以下措施：结构上必须采取以下措施：1 1）适当调整和改进燃料供给系统）适当调整和改进燃料供给系统：保证喷油持续时间不保证喷油持续时间不变（如加大喷油泵柱塞直径、加大喷油器喷孔直径、提变（如加大喷油泵柱塞直径、加大喷油器喷孔直径、提高喷油压力等）；同时适当减小喷油提前角（抑制燃烧高喷油压力等）；同时适当减小喷油提前角（抑制燃烧最高压力和温度，降低机械负荷和热负荷）。最高压力和温度，降低机械负荷和热负荷）。2 2）适当调整配气相位：）适当调整配气相位：适当增加气门叠开角，降低发动适当增加
23、气门叠开角，降低发动机热负荷。试验表明：气门叠开角每增加机热负荷。试验表明：气门叠开角每增加1010，活塞的平，活塞的平均温度下降均温度下降44。3 3）适当减小压缩比）适当减小压缩比：压缩比减小，降低燃烧最高压力和温度。压缩比减小过压缩比减小，降低燃烧最高压力和温度。压缩比减小过多，冷起动困难，经济性变差。一般减小多，冷起动困难，经济性变差。一般减小1 12 2个单位。个单位。454 4）对增压空气冷却：）对增压空气冷却：采用中冷器对增压后的空气进行冷采用中冷器对增压后的空气进行冷却。一方面提高进气密度，使发动机功率提高；另一方却。一方面提高进气密度，使发动机功率提高；另一方面降低进气终了的
24、温度和循环的平均温度，从而降低排面降低进气终了的温度和循环的平均温度，从而降低排气终了温度、热负荷及气终了温度、热负荷及NOX排量。排量。5）强化冷却系统：）强化冷却系统：增大机油散热器面积；调整水泵容量、增大机油散热器面积；调整水泵容量、提高水泵转速；增大散热水箱面积，降低机械负荷和热提高水泵转速；增大散热水箱面积，降低机械负荷和热负荷。负荷。462进气增压对汽油机的影响进气增压对汽油机的影响u对汽油机的不利影响表现在：对汽油机的不利影响表现在：（1 1）爆燃倾向加大：）爆燃倾向加大：汽油机增压后，由于压缩始点压力汽油机增压后，由于压缩始点压力和温度升高，促使爆燃发生，必须采取降低压缩比、推
25、和温度升高，促使爆燃发生，必须采取降低压缩比、推迟点火时刻等技术措施。负面影响：热效率下降、排温迟点火时刻等技术措施。负面影响：热效率下降、排温过高等。过高等。（2 2）热负荷加大：）热负荷加大：汽油机的过量空气系数小，其燃烧温汽油机的过量空气系数小，其燃烧温度高，排气温度比柴油机高（度高，排气温度比柴油机高（300300），增压后汽油机的），增压后汽油机的整体温度更高；同时，汽油机气门叠开角不大，扫气作整体温度更高；同时，汽油机气门叠开角不大，扫气作用不明显，所以增压后的汽油机在排气门、活塞等处的用不明显，所以增压后的汽油机在排气门、活塞等处的热负荷均高于柴油机。热负荷均高于柴油机。471增
26、压压力控制系统增压压力控制系统（1）旁通阀式增压压力控制（图）旁通阀式增压压力控制（图2-32和图和图2-33）。）。（2）节流阀式增压压力控制（图）节流阀式增压压力控制（图2-34）。）。（3）可调叶片式增压压力控制（图）可调叶片式增压压力控制（图2-35和图和图2-36）。）。2增压空气供给量控制增压空气供给量控制四、进气增压控制四、进气增压控制481增压压力控制系统增压压力控制系统（1）旁通阀式增压压力控制。）旁通阀式增压压力控制。491增压压力控制系统增压压力控制系统（2）节流阀式增压压力控制。）节流阀式增压压力控制。501增压压力控制系统增压压力控制系统（3）可调叶片式增压压力控制。）可调叶片式增压压力控制。512增压空气供给量控制增压空气供给量控制52本章作业本章作业根据充气效率公式根据充气效率公式(如下如下)，分析进气终了压力和温度、排气终了，分析进气终了压力和温度、排气终了压力和温度、大气压力和温度和配气相位对充气效率的影响。压力和温度、大气压力和温度和配气相位对充气效率的影响。53