发动机基础知识课件

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平台五主要内容一、1发动机的概述；2发动机对变速器的影响；

二、发动机的类型三、发动机基本结构和工作原理四、详述发动机对变速器的影响平台五平台五一、1发动机概述（1）发动机是汽车的动力源；（2）（3）热能动力装置简称热机；（4）在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。

（工质：实现热能和机械能互相转化的媒介物质）汽车电动汽车热能动力汽车平台五2发动机对变速器的影响（1）发动机输出扭矩即变速器的输入扭矩（最大扭矩带来动力的强劲和提速的快慢）（2）发动机输出转速（即变速器的输入转速）与气缸的关系（N=P×VH×n/450tP-压力VH-排量n-转速

t-行程系数，四行程t=2，二行程t=1）（最大功率（N）决定最大速度）（3）噪音（发动机对空档异响和驱动异响的影响方式）

平台五二、发动机的类型1按活塞运动方式：（1）往复活塞式优点：这种内燃机热具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点，现在技术比较成熟。缺点：该种内燃机机构复杂，尤其是一套复杂的气门控制机构。且由于活塞组的往复运动造成曲柄连杆机构的往复惯性力与转速的平方成正比，即随转速的提高，轴承上的惯性负荷显著增加，并由于惯性力的不平衡而产生强烈的振动。（2）旋转活塞式工作原理：燃烧室内产生的高温高压燃气推动活塞旋转以产生动力的内燃机。优点：功率高、振动小、运转平稳、结构简单轻小。缺点：燃料经济性差低速性能不佳，排气性能差。平台五2按所用燃料的种类分根据所用燃料种类，活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。（1）以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称作汽油机和柴油机。（2）使用天然气、液化石油气和他气体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机。3按冷却方式不同分（1）水冷式1）同时利用闭式循环系统使冷却液保持在最佳温度范围内（液冷发动机的最佳温度为85℃~95℃），这种液冷却系统可充分利用发动机的热量进行工作，使发动机的热量损失减少到最小范围。平台五2）优点：因气缸盖、气缸体周围铸有水套，它可以吸收运动摩擦副一部分噪声，使发动机的声音更加柔和；

缺点：液冷却系统需要增加的零件和附件较多，结构相对复杂，制造成本高，且冷却液具有一定的腐蚀作用，须定时更换和定期保养整个冷却系统。（2）风冷式1）自然风冷；2）强制风冷知识补充：由内燃机原理可知，内燃发动机燃烧所产生的热量只有25%~35%能转变为机械功及有效功率，其余65%~75%的热量是“多余”的，需要散发出去。其中，发动机排出的高温废气带走了大量的热能，这一部分损失的热能称为排气损失，约占发动机总热量的30%。剩下的约30%的热量，其中一部分由润滑油在发动机内部先行降温后，通过箱体机件慢慢散发。当然，这里面的少部分热量还包括发动机运转过程中为克服自身摩擦阻力时产生的，它同样需要在冷却时将这部分热量吸收散发。据有关资料介绍，四冲程发动机正常的冷却损失约为燃放热量的22%~25%；而二冲程发动机由于温差较大，热损失较多，高达30%以上。平台五4按行程数分（1）四冲程往复活塞式内燃机：在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机（2）二冲程往复活塞式内燃机。活塞往复两个行程便完成一个工作循环5按气缸数目分（1）单缸发动机：仅有一个气缸的发动机（2）多缸发动机：有两个以上气缸的发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。例如：平台五双缸:菲亚特500系列三缸：奥拓1.0L0.9L八缸（4.0L）、十二缸（6.3L）：奥迪A8北方工业的MBT-3000主战坦克平台五6按气缸排列方式不同分（1）单列式

单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。（2）双列式

双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。平台五7按进气状态分（1）非增压发动机若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机。（2）增压发动机若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。增压可以提高内燃机功率。（3）非增压与增压发动机的区别：1）技术可靠性自然吸气：技术成熟，稳定性较高增压：动力迟滞硬伤2）经济省油性a.一般1.8T涡轮增压动力油耗相当于普通自然吸气2.0-2.4升车型油耗b.当转速低于涡轮接入转速时，可以省油，但动力性也相应不足C.当转速不低于涡轮接入转速时，涡轮增压系统工作得多，油耗就高

平台五3）排放控制

在排放控制上，我们得说涡轮增压发动机的优点：提高燃油经济性，降低尾气排放，尤其是单位二氧化碳的排放量。这正是为什么欧洲车厂都纷纷加大力度研发涡轮增压发动机的原因。4）寿命耐久性a.由于涡轮工作时会给发动机带来更高的燃烧温度，所以理论上它的寿命不如自然吸气发动机更长久；b.涡轮发动机在使用要求上最大的不同，就是要做到“延时熄火”。5）加速性能a.加速表现：涡轮发动机加速表现更好。

原因：这是因为涡轮发动机有着更大的肺活量，肺活量大的人运动起来当然更有劲。涡轮增压发动机动力普遍能达到相当于其排量1.3～1.5倍左右的自然吸气发动机的水平。但这只是笼统程度，实际表现上，涡轮发动机在3000转后的“后劲”会比自然吸气发动机强。b.加速反应平台五涡轮增压的缺点：比起自然吸气反应滞后、噪音大

原因：由于转子的惯性作用，叶轮对油门的骤时变化反应还是迟缓。从踩油门希望立即提速，到叶轮高速转动将更多空气压进发动机之间，存在一个时间差，而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮也要至少2秒左右来增加或者减少进气的压力。如果你要突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。6）驾驶乐趣a.涡轮跑高速比较好，马力大

一方面，涡轮增压发动机相比普通自然吸气发动机可以在排量较小的情况下提供更大的功率和扭矩。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。b.怠速的安静平顺性、冷车发动时的噪音和运转平稳度等方面，自然吸气发动机普遍会做得更好

平台五

自然吸气发动机的动力收放更容易掌控。主要表现在细微操控油门时力度的输出上，例如你一直保持油门在某一个开度不变，自然吸气的车子加速会比较畅顺、加速度相对比较平均;涡轮发动机的车子则会呈一种渐入高峰的变化性输出。不过这种差异有缩小的倾向，有些自然吸气发动机也会有较大的力量波幅，而有些涡轮发动机的输出已经调校得非常平均。但某些时候还是能见到它们的先天特性，例如在一个较斜的坡道上倒车时，开自然吸气的车，你很容易找到一个让车子稳定、精细地发力的油门位置，而涡轮的车子，这个油门位置就比较难掌握，往往要踩一下、放一下，即是说涡轮车子的极低速度下的线性度是明显不及自然吸气的。7）实用保养a.从平时用车角度而言，自然吸气发动机好保养好维护，结构简单、维护简单、油品要求低，而涡轮增压车辆对保养也有特殊的要求，如品质更高的机油、更加洁净的使用环境、要求使用更高标号的油品等等。b.自然吸气发动机的后期保养费用较涡轮增压发动机低。一般说来，涡轮轮增压部件有使用寿命周期，比如早期的帕萨特和宝来就是6万公里必须更换。平台五三、发动机的基本结构及工作原理发动机结构示意图平台五平台五1发动机的基本结构

曲柄连杆机构：进行热功转换

配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间

五大系统

汽油机：由化油器向气缸供给汽油和空气混合的混合器

柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，由喷油泵喷入气缸

点火系：（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极间产生电火花以点燃混合气冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件

两大结构燃料供给系平台五（1）

曲柄连杆机构：进行热工转换（2）

配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间平台五汽油机：由化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸（3）燃料供给系1）化油器工作原理示意图平台五2）喷油器工作原理示意图（4）点火系：（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极间产生电火花以点燃混合气平台五（5）冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度平台五（6）润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损平台五（7）启动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件平台五平台五2四冲程汽油机、柴油机的工作原理平台五（1）发动机的基本术语1）工作循环活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地做功。2）上、下止点

上止点：活塞顶离曲轴中心线最远的位置。

下止点：活塞顶离曲轴中心线最近的位置。

活塞行程（S）：上下止点间的距离S=2R。2R上止点下止点平台五3）气缸工作容积（Vs）活塞由上止点到下止点运动扫过的容积4）发动机排量（

VL）

发动机全部气缸工作容积之和平台五5）燃烧室容积（

Vc

）

活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。6）气缸总容积（Va）活塞在下止点时其上方的全部容积Va=Vc+Vs平台五7）压缩比（ε）气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。8）工况内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。9）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发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。平台五（2）进气行程：

柴油机：新鲜空气汽油机：汽油与空气的混合物

活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。柴油机：新鲜空气活塞由上下汽油机：汽油与空气的混合物终了压力：“汽”0.75—0.90温度：100—130ºC（个大气压）“柴”0.80—0.9560—80ºC由于进气有阻力，进气终了的压力略小于大气压力。由于上一循环留在气缸中的高温残余废气与新鲜气体混合，所以进气终了气体温度↑。进入气缸的气体进开排开V↑，P↓气缸内产生真空度平台五（3）压缩行程为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出较大的功率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V↓，T↑。

“汽”压缩接近终了，可燃混合气体由火花

塞电极发出的电火花点燃。活塞由下上“柴”压缩接近终了，由喷油泵把柴油提高

至上百个大气压以上使之雾化，再送至喷油器，由喷油器把雾状柴油喷入气缸，使与压缩后的高温空气混合，达自然温度时，便自行发燃烧。

终了P、T：“汽”6—12；300—400ºC

“柴”35—45；500—700ºC

压缩比ε：ε=Va/Vc=1+Vh/Vc

是发动机重要的结构参数。

ε越大，压缩终了的P、T越高，燃烧越快，膨胀作功愈充分。从而使发进关排关V↓P↑，T↑平台五动机的动力性、经济性提高。但ε过高，对汽油机来说，会引起T过高而造成两种不正常燃烧即：爆燃：由于ε过大P、T过高，远离火焰中心的可燃混合气在火焰尚未到达就自行发火燃烧的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以1500—2000m/s的速度向外传播，P、T极剧增加，形成压力波，撞击燃烧室壁，发出尖锐的敲缸声。同时，引起发动机过热功率↓，气门、火花塞等部件被燃坏。

表面点火：由于ε过大P、T过高，在电火花之前可燃混合气就被燃烧室炽热的表面点燃的另一种不正常燃烧。表面点火发生时，伴有沉闷的敲缸声，产生的高压使发动机负荷↑，寿命↓。

①现代汽油机的压缩比一般为ε=6—9（个别轿车可达9—11）。

②柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高ε=16—22。具有较好的经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故柴油机的尺寸、重量指标差。平台五（4）作功行程

压缩终了，气缸容积很小，迅速燃烧的混合气使缸内P、T急剧升高。

最高压力：“汽”30—50温度：1900---2500ºC

“柴”60---901700---2200ºC高温高压气体推动活塞由上下热能机械能

终了压力：“汽”3---5温度：1000---1300ºC

“柴”2---4800---1000ºC（5）排气过程

可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环，必须把废气排气过程活塞由下上废气经排气门排出气缸终了压力：“汽”1.05---1.25温度：600---900ºC

“柴”1.05---1.25500---700ºC

进关排关曲轴强制旋转作功进关排开平台五进气终了P:“汽”0.75—0.90

（个大气压）

“柴”0.80—0.95压缩终了：“汽”6—12（个大气压）“柴”35—45燃烧时的最高P：“汽”30-50（个大气压）“柴”60-90作功终了P：：“汽”30-50（个大气压）“柴”60-90排气终了P：“汽”1.05-1.25（个大气压）“柴”1.05-1.25P0P0P0P0（6）示功图：表示发动机在工作过程中，其P、V的变化情况，曲线包围的面积即为发动机的指示功。平台五3

四冲程汽油机和柴油机的优缺点比较汽油机：（优点）ε较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型车（客车、货车）、军用越野车。

（缺点）燃料经济差，排污大（HC、N0x、CO）柴油机：（优点）ε较大，燃料燃烧完全，经济性好。

（缺点）由于ε较大，导致P、T较高，所以体积大、重量大，转

速较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力

性要求较低）。平台五四、详述发动机对变速器的影响（1）发动机输出扭矩即变速器的输入扭矩（最大扭矩带来动力的强劲和提速的快慢）1)由最大爬坡度要求的变速器Ⅰ档传动比

式中m——汽车总质量；

g

——重力加速度；

ψmax——道路最大阻力系数；

rr——驱动轮的滚动半径；

Temax——发动机最大转矩；

i0——主减速比；

η——汽车传动系的传动效