汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與原理

1、第 1 篇 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與原理第 1 章 發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理內(nèi)容提要1. 四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理2. 四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理3. 二沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理4. 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類5. 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。內(nèi)燃機(jī) ：將燃料在氣缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。有活塞式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。本書所提汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，如無特殊說明，都是指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)： 單機(jī)功率范圍大（ 0.6-16860kW ）、熱效率高（汽油機(jī)略高于柴油機(jī)達(dá) 0.4 左右）、體積小、質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)和起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、工程

2、機(jī)械、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)、船舶、坦克、排灌機(jī)械和眾多其它機(jī)械的動(dòng)力。1.1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理1. 四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)（圖 1-2）2. 四沖程汽油機(jī)基本工作原理（圖 1-2 ）發(fā)動(dòng)機(jī)：將其0.3，圖 1-2四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表 1-1四沖程汽油機(jī)工作過1- 氣缸2- 活塞3- 連桿 4-曲軸5- 氣缸蓋6- 進(jìn)氣程門 7-進(jìn)氣道 8-電控噴油器9-火花塞 10-排氣門22行程名稱曲軸轉(zhuǎn)角活塞行向進(jìn)氣門排氣門進(jìn)氣0o 180o開關(guān)壓縮180o 360o關(guān)關(guān)作功360o 540o關(guān)關(guān)排氣540o 720o關(guān)開3. 工作過程分析（ 1 ）四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活

3、塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)四個(gè)行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周），完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)就稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。四個(gè)行程中，只有一個(gè)行程作功，造成曲軸轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動(dòng)大。所以在曲軸后端安裝了一個(gè)質(zhì)量較大的飛輪，作功時(shí)飛輪吸收儲(chǔ)存能量，其余三個(gè)行程則依靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動(dòng)。（ 2）沖程與活塞行程：沖程： 指發(fā)動(dòng)機(jī)的類型；行程 S：指活塞在上、下兩個(gè)止點(diǎn)之間距離；氣缸工作容積Vs：一個(gè)活塞在一個(gè)行程中所掃過的容積。D2V s6 S410式中Vs工作容積（m3）；D 氣缸直徑（mm ）；S活塞行程（mm）。發(fā)動(dòng)機(jī)的排量Vst：一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和。V st V s i式中Vs

4、t 發(fā)動(dòng)機(jī)的排量（L ）；i 氣缸數(shù)。（ 3）壓縮行程的作用一是提高進(jìn)入氣缸內(nèi)混合氣的壓力和溫度（壓縮終了的氣缸內(nèi)氣體壓力可達(dá)0.61.2MPa ，溫度達(dá)600K700K ），為混合氣迅速著火燃燒創(chuàng)造條件；二是可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒熱效率。由熱力學(xué)第一定律T21T1當(dāng)混合氣被壓縮程度提高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣燃燒所達(dá)到的最高溫度（1）升高，T而排氣的溫度（T ）降低，導(dǎo)致熱效率提高。21860 年，法國人 Lenoir （勒努瓦） 研制成功的世界第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)，沒有壓縮行程，熱效率僅4.5% ；1876 年，德國人奧托（Otto ）制造出第一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)，采用壓縮23行程， 雖然壓縮比只有2.5

5、，但熱效率卻提高到12%，有力地證明了科學(xué)是第一生產(chǎn)力這個(gè)真理。壓縮比 ：氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。VaVc式中Va氣缸總?cè)莘e（活塞處于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的氣缸容積）；Vc氣缸燃燒室容積（活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積）?，F(xiàn)代汽油機(jī)壓縮比一般為7 11，如廣州本田雅閣2.4 i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比為9.7 ，而 3.0V6-VTEC 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比則為10。發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比也不能過高，否則會(huì)導(dǎo)致壓縮終了溫度和壓力升高，汽油機(jī)產(chǎn)生爆震燃燒（參見 4.4 ），熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷、噪音和振動(dòng)加大，起動(dòng)困難。可變壓縮比 (SVC) 發(fā)動(dòng)機(jī) ：能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作負(fù)荷變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮比。負(fù)荷減少時(shí)，使壓

6、縮比提高；全負(fù)荷時(shí)，使壓縮比降低?？捎行н_(dá)到防止爆震燃燒，增加功率、降低油耗、減少排放的目的。當(dāng)氣缸、活塞等磨損，氣門不密封時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮氣體外泄，熱效率和功率下降。4. 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)問題：功率小，轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動(dòng)大，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，用得最多的是4 缸、 6 缸、 8 缸發(fā)動(dòng)機(jī)。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的氣缸組成，它們共用一個(gè)機(jī)體，一根曲軸。曲軸的曲柄布置應(yīng)該使各缸作功行程均勻分布在7200 曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。如4 缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸（圖 1-3）相鄰工作缸的曲柄夾角為1800，曲軸每轉(zhuǎn) 1800 便有一個(gè)氣缸作功。圖 1-34 缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸5. 示功圖將

7、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)里氣缸內(nèi)氣體壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系以座標(biāo)圖表示，得到圖1-4 所示的發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖。由示功圖可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)里工作狀態(tài)的變化，檢查判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)劣。發(fā)動(dòng)機(jī)特征點(diǎn)參數(shù)隨機(jī)型、結(jié)構(gòu)等有所不同，一般范圍如表1-2 所示。24圖 1-4四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖表 1-2發(fā)動(dòng)機(jī)特征點(diǎn)參數(shù)aczbrP0.075 0.090.6 1.23 50.3 0.50.105 0.115汽油機(jī)370 400600 7002200 28001300 1600900 1200TP0.08 0.093.5 4.56 90.2 0.40.105 0.125柴油機(jī)300 37075

8、0 10002000 25001200 1500800 1000T注： P- 氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)（MPa）； T-氣缸內(nèi)氣體溫度（K）1.1.2四沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 沒有火花塞，噴油器直接安裝在氣缸頂向氣缸內(nèi)噴油（圖1-5 ）。工作原理： 進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是純空氣，而不是可燃混合氣；在壓縮行程末，噴油器向氣缸噴入高壓柴油，由于氣缸的高溫高壓作用，柴油迅速著火燃燒，使氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞作功。其著火方式屬于壓燃式，而不是汽油機(jī)的點(diǎn)燃式。燃料 ：柴油，粘度高，不易揮發(fā)，自燃點(diǎn)低，不會(huì)產(chǎn)生爆燃。為了使柴油可靠著火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒熱效率，柴油機(jī)的壓縮比汽油機(jī)高得多，一般為16 22

9、，所以其最高燃燒壓力也比汽油機(jī)高，工作也比汽油機(jī)粗暴。圖 1-5四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖柴油機(jī)與汽油機(jī)比較（表1-3）：表 1-3 柴油機(jī)與汽油機(jī)比較性能汽 油 機(jī)柴 油 機(jī)著火方式點(diǎn)燃?jí)喝既加拖母叩蜔嵝?0%左右40%左右工作平穩(wěn)性柔和粗暴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高（ 4000 6000 r/min）低（ 2500 3000r/min）升功率大小起動(dòng)性易難制造維修成本低高比質(zhì)量小大25使用壽命短長(zhǎng)排放CO 、 HC大， NOX、黑煙少CO 、 HC小， NOX、黑煙多柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也在不斷提高，奔馳V230轎車柴油機(jī)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min 。1.2二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：

10、指活塞在上、 下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)兩個(gè)行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)3600 ），完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。1.2.1二沖程汽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ( 圖 1-6)沒有進(jìn)、排氣門，代之以進(jìn)、排氣孔7和 8，由活塞圓柱面控制其開閉。另外還有掃氣孔2，掃氣時(shí)曲軸箱和氣缸連通。2. 二沖程汽油機(jī)工作原理（ 1）第一行程（換氣-壓縮行程）：活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，到活塞圓柱面將排氣孔8 和掃氣孔 2 都關(guān)閉時(shí)，開始?jí)嚎s上一循環(huán)吸入氣缸內(nèi)的汽油與空氣混合氣，同時(shí)在活塞下面的曲軸箱內(nèi)形成真空度 （曲軸箱是密封的） 。當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)， 進(jìn)氣孔 7 打開，新的汽油與空氣可燃混合氣經(jīng)

11、進(jìn)氣孔7 被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。圖 1-6二沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)1- 氣缸2-掃氣孔3-活塞 4-（ 2）第二行程（作功 -換氣行程）：活塞接近上連桿 5- 曲軸箱 6- 曲軸 7-進(jìn)止點(diǎn)時(shí)， 火花塞點(diǎn)火， 點(diǎn)燃被壓縮的混合氣， 高溫、氣孔8- 排氣孔 9-火花塞高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功。當(dāng)活塞下行關(guān)閉進(jìn)氣孔7 到露出排氣孔8 時(shí)，氣缸開始排氣，同時(shí)壓縮活塞下方的可燃混合氣；活塞繼續(xù)下行到露出掃氣孔2 時(shí)，受到預(yù)壓的新鮮混合氣自掃氣孔流入缸內(nèi)，并掃除廢氣。為了防止新鮮混合氣大量與廢氣混合并排出氣缸而造成浪費(fèi)，活塞頂做成特殊形狀，使新鮮混合氣的氣流被引向上部，還可以利用新鮮

12、混合氣來掃除廢氣，使排氣更干凈。二沖程與四沖程汽油機(jī)比較(見表1-4) ：表 1-4二沖程與四沖程汽油機(jī)比較性能二沖程汽油機(jī)四沖程汽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜比質(zhì)量小大燃油消耗高低升功率大小制造維修成本低高比質(zhì)量小大26起動(dòng)性好差使用壽命短長(zhǎng)排放大小理論上二沖程比四沖程汽油機(jī)升功率大一倍，但實(shí)際上由于排氣、換氣占去了 1/3 行程，使作功行程縮短，導(dǎo)致實(shí)際單位氣缸工作容積的功率只比四沖程汽油機(jī)大50% 60%。由于排氣行程短，廢氣排不盡，部分新鮮可燃混合氣在掃氣時(shí)隨廢氣外流，造成燃油消耗率高，經(jīng)濟(jì)性差，HC排放增加。同時(shí)，由于作功頻繁，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷大，潤滑困難，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)壽命短。因此，二沖程汽油機(jī)在

13、現(xiàn)代汽車上較少采用，而被廣泛應(yīng)用于摩托車和微型汽車。二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖 1-7二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1-7 所示為美國 GM公司生產(chǎn)的1- 活塞2- 進(jìn)氣孔 3-排氣門4- 泵-噴嘴5- 傳710G3B型二沖程柴油機(jī)。 在氣缸蓋上安動(dòng)輪（由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)）6- 單向離合器7-廢氣排裝有排氣門 3 和泵 - 噴嘴 4，當(dāng)排氣門打出口 8-排氣渦輪葉輪9- 離心式風(fēng)機(jī)10- 排水8開時(shí)，排出的廢氣沖擊排氣渦輪葉輪口 11-增壓空氣冷卻器12-進(jìn)水口13-集流箱使其旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)9 旋轉(zhuǎn)，將空氣加壓， 增壓空氣經(jīng)冷卻器11，進(jìn)入集流箱13，再從缸套上的空氣進(jìn)氣孔2 進(jìn)入

14、氣缸。2. 二沖程柴油機(jī)工作原理（圖1-7 ）（ 1）第一行程：活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，行程開始時(shí)，進(jìn)氣孔2 和排氣門 3均開啟，利用從離心式風(fēng)機(jī)9 壓來的空氣使氣缸換氣?；钊^續(xù)向上移動(dòng)，進(jìn)氣孔被遮蓋，排氣門也關(guān)閉，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮，壓力和溫度上升。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，高壓燃油從泵 - 噴嘴 4噴入氣缸并著火燃燒，使氣缸內(nèi)壓力急劇升高。（ 2 ）第二沖程：高溫高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功?；钊咏轮裹c(diǎn)時(shí)，排氣門開啟，排出的廢氣沖擊渦輪葉輪8 使其旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī) 9 旋轉(zhuǎn)， 將空氣加壓， 增壓空氣經(jīng)冷卻器11 冷卻后， 再從缸套上的空氣進(jìn)氣孔 2 進(jìn)

15、入氣缸，進(jìn)行換氣。二沖程柴油機(jī)的工作過程與二沖程汽油機(jī)工作過程不同的是：進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的是純空氣，而不是可燃混合氣，而且空氣進(jìn)入氣缸前先經(jīng)過增壓，所以二沖程柴油機(jī)比二沖程汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好。日本雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)公司于1999年 3 月開發(fā)出 100km 只燃用 3 升柴油的車用二沖程SD型柴油機(jī)。美國 GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機(jī)功27率達(dá) 3060kW，燃油消耗率僅 196.4g/kW ?h。二沖程柴油機(jī)主要應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)車、低速船用柴油機(jī)上。1.3內(nèi)燃機(jī)分類及型號(hào)1.3.1內(nèi)燃機(jī)的分類內(nèi)燃機(jī)種類繁多，根據(jù)不同特點(diǎn)有不同分類（表1-5）。表 1-5 內(nèi)燃機(jī)的分類分類方法類 別含義按沖程數(shù)

16、二沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)分四沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)按著火方點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點(diǎn)火燃燒的內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫，引起燃料著火式分壓燃式內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)按使用燃液體燃料內(nèi)燃機(jī)燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類等）的內(nèi)燃機(jī)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的內(nèi)燃機(jī)料種類分多種燃料內(nèi)燃機(jī)能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的內(nèi)燃機(jī)非增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機(jī)。對(duì)于四按進(jìn)氣狀沖程內(nèi)燃機(jī)亦稱自吸式內(nèi)燃機(jī)態(tài)分增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過壓氣機(jī)壓

17、縮藉以增大充量密度的內(nèi)燃機(jī)按冷卻方水冷式內(nèi)燃機(jī)用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī)式分風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)只有一個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上氣缸的內(nèi)燃機(jī)。立式內(nèi)燃機(jī)氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機(jī)。臥式內(nèi)燃機(jī)氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機(jī)。按氣缸數(shù)直列式內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機(jī)。及布置分V 形內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩列氣缸，其中心線夾角呈V 形，并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機(jī)（圖1-8a ）對(duì)置氣缸式內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800 夾角的內(nèi)燃機(jī)（見圖 1-8b）斜置式內(nèi)燃機(jī)氣缸中

18、心線與水平面呈一定角度( 不是直角 ) 的內(nèi)燃機(jī)按用途分有汽車用、機(jī)車用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程類機(jī)械用等內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)型號(hào)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB725-91 規(guī)定，我國內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由以下四個(gè)部分組成：28首部中部后部系列符號(hào)缸數(shù)符號(hào)缸徑（以直徑 mm整數(shù)表示）換代標(biāo)志沖程符號(hào)（ E 表示二沖程，四沖地方、企業(yè)代號(hào)程不標(biāo)）結(jié)構(gòu)特征符號(hào)氣缸布置形式符號(hào)含義符號(hào)含義無符號(hào)水冷多缸直列F風(fēng)冷無符號(hào)N凝氣冷卻及單缸VV 型S十字頭式PZ增壓平臥形ZL增壓中冷DZ可倒轉(zhuǎn)尾部區(qū)分符號(hào)用途特征符號(hào)符號(hào)含義無符號(hào)通用型T 拖拉機(jī)用M 摩托車用G 工程機(jī)械Q 車用J 鐵路機(jī)車D 發(fā)電機(jī)組船

19、用主機(jī)，C右機(jī)基本型船用主機(jī)，CZ左機(jī)基本型Y 農(nóng)用運(yùn)輸車L 林業(yè)機(jī)械型號(hào)示例4100Q 四缸、直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車用。1E65F 單缸、二沖程、缸徑65mm 、風(fēng)冷、通用型。12V135ZG 12 缸、 V 型、四沖程、缸徑135mm 、水冷、增壓、工程機(jī)械用。1.4發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)好壞，需要有一批性能指標(biāo)來衡量。常見的性能指標(biāo)有動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性、耐久性能指標(biāo)等。動(dòng)力性能指標(biāo)1. 有效轉(zhuǎn)矩發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，以 Te 表示，單位為 N?m。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡，可以用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法

20、測(cè)得。2. 平均有效壓力指單位氣缸工作容積所輸出的有效功，以Pme 表示，單位為 kPa。平均有效壓力越大，動(dòng)力性能越好。3. 有效功率發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的功率稱為有效功率，用 Pe 表示。 它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度29的乘積。Pe Te2 n10 3Ten（ kW ）609550式中Te有效轉(zhuǎn)距（N?m）；n曲軸轉(zhuǎn)速（r/min ）。有效功率也可以由下式計(jì)算：PePmeV s ni（ kW ）30式中 Pme平均有效壓力（kPa）；Vs氣缸工作容積（m3）；n曲軸轉(zhuǎn)速（r/min ）；i 氣缸數(shù)； 沖程系數(shù)，二沖程 1，四沖程 2。發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠按國家規(guī)定標(biāo)定的有效功率，稱為標(biāo)定功率 。標(biāo)定功率

21、時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱標(biāo)定轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)名稱牌上標(biāo)明的功率就是標(biāo)定功率。標(biāo)定功率是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途、使用特點(diǎn)以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來確定的，各個(gè)國家有所不同，我國內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定分以下四級(jí)（表1-6）：表 1-6 我國內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定分 級(jí)含義應(yīng)用15min 功率在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)15min 時(shí)的最大有汽車等效功率1h 功率在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1h 時(shí)的最大有效工程機(jī)械、拖拉功率機(jī)等12h 功率在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)12h 時(shí)的最大有效部分拖拉機(jī)和電功率站等持續(xù)功率在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功鐵路機(jī)車、船舶率和發(fā)電機(jī)組等發(fā)動(dòng)機(jī)還常用升

22、功率 Pc 比較不同發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能， 它是指發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。升功率越大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能越好。Pe(kw / l )Pc V si經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)1. 燃油消耗率發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW 有效功率， 在 1h 內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以 g 為單位），稱為燃30油消耗率，用be 表示?？砂聪率接?jì)算beB103g/（ kW ?h）Pe式中B發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量（kg/h ）；Pe發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率（kW ）。2. 有效熱效率燃料中所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ谋壤Q為有效熱效率，用e 表示。WeeQ1式中We發(fā)動(dòng)機(jī)有效功（kJ）；Q1 燃料中所含的熱量（kJ ）。當(dāng)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)有

23、效功率Pe 和每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量B 時(shí)，則3.610 3 Pee BHu或3.6106ebe Hu式中Hu 燃料低熱值（ kJ/kg ）?，F(xiàn)代汽車汽油機(jī)e 值一般 0.30 左右，柴油機(jī)0.40 左右。運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)主要指排放指標(biāo)、噪聲、起動(dòng)性能等。1. 排放指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中含有多種對(duì)人體有害的物質(zhì)，主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮?HC ）、氮氧化物（ NO x）、二氧化硫（ SO2 ）、醛類和微粒（含碳煙）等。其主要危害見表 1-7 。表 1-7發(fā)動(dòng)機(jī)主要有害排放及危害有害排放有害物特征危害CO無色、無臭、有毒氣體使人出現(xiàn)惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀，嚴(yán)重時(shí)窒息死亡

24、NO2赤褐色帶刺激性的氣體傷害心、肝、腎。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等HC刺激性的氣體破壞造血機(jī)能，造成貧血、神經(jīng)衰弱，降低肺對(duì)傳染病的抵抗力。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等光化學(xué)煙霧HC 與 NOx 在陽光作用下所形降低大氣可見度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長(zhǎng)31成的煙霧，有刺激性醛類較強(qiáng)的刺激性臭味傷害眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng)微粒碳煙等傷害肺組織SO2無色、刺激性氣體刺激鼻喉，引起咳嗽、胸悶，支氣管炎等1955 年 9 月中的幾天里，美國洛杉磯的光化學(xué)煙霧非常濃烈，兩天之內(nèi)就有400 多名 65 歲以上的老年人死亡，比平時(shí)高出幾倍。此外，還有幾千人受到不同程度的傷害，地里的蔬菜變質(zhì)，四分之一的森

25、林干枯而死，那一幕幕慘狀至今令人難忘。目前世界汽車保有量6.6億輛 , 每年排向大氣中的有害物質(zhì)高達(dá)7 億多噸，嚴(yán)重污染了大氣，已形成公害。為此，各國都制定了相應(yīng)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，如美國加州汽車排放法規(guī)， 它是目前世界上最嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定2004 年后生產(chǎn)的汽油轎車排放必須滿足表 1-8 的低排放要求：表 1-8 美國加州汽車排放法規(guī)（2004 年實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)）排放物NMOGCONOx甲醛g/mile0.0753.40.050.0145要求（0.047 ）（2.11）（ 0.03 ）（ 0.009 ）（ g/km ）注：用“非甲烷有機(jī)氣體”NMOG替代了傳統(tǒng)的碳?xì)浠衔颒C，因?yàn)榕艢庵械慕M合物會(huì)隨燃

26、料的改變而改變，而NMOG的不同組成物對(duì)環(huán)境的影響不同，給予不同的加權(quán)后再疊加。表中指標(biāo)測(cè)試耐久性要求為50000mile 。我國排放標(biāo)準(zhǔn)參照歐洲法規(guī)體系，2000 年開始執(zhí)行EU 標(biāo)準(zhǔn)， 2003 年開始執(zhí)行EU 標(biāo)準(zhǔn)。2. 噪聲噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的一種聲強(qiáng)和頻率無一定規(guī)律的聲音，主要有燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。它不僅損害人的聽覺器官，還傷害神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，容易使人性情煩躁，反應(yīng)遲鈍，甚至耳聾，誘發(fā)高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。汽車是城市主要噪聲源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車的主要噪聲源，應(yīng)該給予控制。我國的噪聲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，小型水冷汽油機(jī)噪聲不大于110dB（ A），轎車的噪聲不

27、大于82dB（ A）。3. 起動(dòng)性能起動(dòng)性能是表征發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)難易的指標(biāo)。 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好， 便于汽車起步行駛，同時(shí)減少了起動(dòng)時(shí)的功率消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。起動(dòng)性能一般以一定條件下的起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短來衡量。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不采用特殊的低溫起動(dòng)措施，汽油機(jī)在 -10、柴油機(jī)在 -5 以下的氣溫條件下起動(dòng)，能在 15s 以內(nèi)達(dá)到自行運(yùn)轉(zhuǎn)。可靠性與耐久性能指標(biāo)可靠性與耐久性也是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用中的兩個(gè)重要指標(biāo)。1. 可靠性可靠性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作，不至因?yàn)楣收隙绊懻?2常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。一般以保證期內(nèi)的不停車故障數(shù)、停車故障數(shù)、更換主要零件和重要零件數(shù)等具體指標(biāo)來衡量。按照汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可靠

28、性試驗(yàn)方法的規(guī)定，我國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能在標(biāo)定工況下連續(xù)運(yùn)行3001000h 。2. 耐久性耐久性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，長(zhǎng)期工作而不大修的性能。一般以發(fā)動(dòng)機(jī)從開始使用到第一次大修前累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間表示。上述發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性、耐久性等指標(biāo)，對(duì)不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)要求是不同的。各項(xiàng)指標(biāo)之間既相互聯(lián)系又相互制約，往往為了降低排氣污染，而不得不犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。1.5汽車發(fā)動(dòng)機(jī)總體組成在一個(gè)機(jī)體上安裝一個(gè)機(jī)構(gòu)（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）和六大系統(tǒng)（換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)） ，如表 1-9 和圖 1-9 所示。柴油機(jī)則為五大

29、系統(tǒng)，沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。表 1-9 發(fā)動(dòng)機(jī)總體組成名稱功用主要部件機(jī)體組件發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架， 支承著發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、氣缸、氣缸蓋、氣缸墊等的所有零部件曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞頂?shù)娜細(xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榛钊⑦B桿、曲軸、飛輪等曲軸的轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械能按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)開閉空氣濾清器、進(jìn)排氣管系、配氣機(jī)構(gòu)（氣門換氣系統(tǒng)進(jìn)、排氣門， 吸入干凈空氣，組件、凸輪軸、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)） 、排氣消音器等排除廢氣汽油機(jī)：汽油箱、輸油泵、濾清器、壓力調(diào)按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求， 定時(shí)、定量節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、電控單元燃料供給系統(tǒng)等；（舊汽油機(jī)采用化油器）供給所需要的燃料柴油機(jī)：柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等點(diǎn)火系統(tǒng)按規(guī)定的時(shí)

30、刻， 準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)燃汽油蓄電池、 點(diǎn)火開關(guān)、 點(diǎn)火線圈組件、 傳感器、機(jī)氣缸內(nèi)的可燃混合氣電控裝置、火花塞等潤滑系統(tǒng)潤滑、減摩、延長(zhǎng)壽命、 密封、油底殼、 機(jī)油泵、 機(jī)油濾清器、 機(jī)油壓力表、清潔、冷卻、防銹蝕機(jī)油道等冷卻系統(tǒng)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水工作道等起動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池、起動(dòng)開關(guān)、起動(dòng)馬達(dá)等331-凸輪軸2-搖臂3-排氣門 4-火花塞5-電控噴油器 6- 燃油濾清器 7- 電動(dòng)燃油泵 8- 燃油箱 9- 點(diǎn)火線圈組件 10- 燃油壓力調(diào)節(jié)閥 11- 進(jìn)氣門 12- 水溫傳感器 13- 爆振傳感器14- 進(jìn)氣管15-進(jìn)氣溫度傳感器16-節(jié)氣門17-節(jié)氣門傳感器18-空氣濾清器19- 空氣質(zhì)量計(jì)20-控制單元（ ECU） 21-冷卻水套22- 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器23-點(diǎn)火開關(guān)24-蓄電池25-起動(dòng)馬達(dá)26-飛輪27-油底殼28-機(jī)油29-曲軸30- 連桿 31-曲軸皮帶輪32- 傳動(dòng)皮帶33- 氣缸34- 排氣三元催化轉(zhuǎn)化器本章小結(jié)36- 活塞3