不同發(fā)動機(jī)對比

1、汽車學(xué)院09 級 4 班姓名： 于書祥學(xué)號： 092140不同發(fā)動機(jī)對比一柴油機(jī)與汽油機(jī)的對比二自然吸氣發(fā)動機(jī)與增壓發(fā)動機(jī)的對比三兩沖程發(fā)動機(jī)與四沖程發(fā)動機(jī)以及轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的對比一 柴油機(jī)與汽油機(jī)的對比說到柴油機(jī)，就不得不提到遠(yuǎn)在地球另一端的歐洲，特別是汽車工業(yè)大國德國。在德國這個柴油汽車普及率最高的國家，柴油汽車的比例占到了接近50%，占據(jù)了半壁江山，而在中國，這個比例不到30%。暫且不談柴油在德國怎么用不完在中國怎么不夠用，德國柴油機(jī)的大量使用，確實減少了汽車的污染物排放、增加了汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。在現(xiàn)今，地球已經(jīng)被污染的灰頭土臉的世代，“排放”二字成為了所有人不得不關(guān)注的焦點(diǎn)。著名的奧迪TDI

2、柴油發(fā)動機(jī)1.汽油與柴油的不同汽油是有石油提煉而成的密度小又易于揮發(fā)的的液體燃料，有多種碳?xì)浠衔铮℉ydrocarbons）組成，是多種烴的混合物，含有約85%左右的碳，15%左右的氫和極少量其他元素。將石油加熱，在4050至175210的溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)出來的輕餾分蒸汽冷凝后即為直餾汽油。而石油在煉制過程中，其溫度為200350時的蒸餾餾分為柴油，根據(jù)所含重餾分的多少可分為輕柴油和重柴油（車用柴油機(jī)均使用輕柴油）上述分餾溫度的不同直接造成了汽柴油的性質(zhì)差別：與柴油相比，汽油揮發(fā)性強(qiáng)，因而可能在較低溫度下以較充裕的時間在氣缸外部進(jìn)氣管中形成均勻的混合氣，因而控制混合氣的數(shù)量，便能調(diào)節(jié)汽油機(jī)的功

3、率。而柴油揮發(fā)性差，但粘性比較好，不可能在低溫下形成油氣混合氣，但適宜用油泵油嘴向汽缸內(nèi)部噴油，靠調(diào)節(jié)供油量來調(diào)節(jié)負(fù)荷，而吸入的空氣量基本上是不變的。汽油與柴油的性能差異同時會引起著火與燃燒上的不同。汽油自燃溫度較高，但汽油蒸氣在外部引火條件下的溫度較低，因而不宜壓燃但適宜外源點(diǎn)火；為促使有規(guī)律的燃燒，應(yīng)防止其自燃（壓縮比不能高）；而且由于混合氣均勻，著火后，以火焰?zhèn)鞑サ姆绞较蚓鶆虻幕旌掀髡归_。對于柴油，則利用其化學(xué)安定性差，易自燃的優(yōu)點(diǎn)，采用壓縮自燃的方式；為促進(jìn)自燃，壓縮比不宜過低，柴油的噴射及與空氣的混合，既短暫有不均勻，常有隨噴隨燒的現(xiàn)象，因而使燃燒時間延長。2汽油機(jī)與柴油機(jī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)

4、的對比汽油機(jī)：有用來點(diǎn)燃混合氣的火花塞，在氣缸壓縮接近終了時火花塞利用高壓點(diǎn)產(chǎn)生火花將混合氣點(diǎn)燃。因強(qiáng)度不用太高，發(fā)動機(jī)整體較為輕小，可增壓自然吸氣。柴油機(jī)：柴油機(jī)沒有火花塞，即沒有點(diǎn)火系統(tǒng)，通過活塞壓縮使缸內(nèi)氣體升溫點(diǎn)燃。發(fā)動機(jī)比較重，以滿足剛度強(qiáng)度的需要，大部分有增壓器。對于柴油機(jī)而言，燃油供給系統(tǒng)至關(guān)重要，因為柴油噴入氣缸時的霧化效果好壞直接關(guān)系到燃燒輸出功的大小。所以柴油機(jī)供油泵是柴油機(jī)的“心臟”。3.汽油機(jī)與柴油機(jī)性能的對比前面提到汽油機(jī)通過火花塞點(diǎn)燃混合氣燃燒膨脹對外做功，燃燒速度高，所以汽油機(jī)的性能特點(diǎn)是啟動容易、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速高。因為普通車用汽油機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到6000轉(zhuǎn)左右，所以

5、就使得有效功率很高。而柴油機(jī)由于是壓燃式，且燃油與空氣混合不是均勻，所以火焰?zhèn)鞑ポ^慢，使得柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，普通車用柴油機(jī)最高轉(zhuǎn)速在4000轉(zhuǎn)左右。所以柴油機(jī)的特點(diǎn)是啟動相對困難、扭矩大、振動噪音較大、轉(zhuǎn)速低，有效功率也低。3.汽油機(jī)與柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的對比汽油機(jī)因為受到爆震的影響，所以壓縮比一般控制在811之間，這就造成了燃燒溫度低，熱效率低，即燃油經(jīng)濟(jì)性較差。由于柴油發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速，也給了柴油充分燃燒的時間，霧化充分的柴油和氣缸內(nèi)與空氣充分混合、燃燒。使得柴油的燃燒效率要高于汽油，柴油能在燃燒室內(nèi)充分的放熱，將熱能盡可能多的轉(zhuǎn)化為推動活塞的動力。4.汽油機(jī)與柴油機(jī)排放以及凈化的對比普通汽油機(jī)

6、的排放物一般包括：CO2、H2O、CO、HC和NOX等。采用缸內(nèi)直噴技術(shù)的汽油機(jī)會產(chǎn)生微粒。排放物中，CO、HC和NOX是有毒有害氣體，要加以凈化。汽油機(jī)CO的產(chǎn)生量較大，因為汽油機(jī)在燃燒過程中，有時混合氣較濃，未完全燃燒。汽油機(jī)使用三元催化轉(zhuǎn)換器將NOX還原為N2和O2同時CO和HC被氧化為CO2和H2O。柴油機(jī)的排放物一般包括：CO2、H2O、CO、HC、NOX和微粒。由于柴油機(jī)燃燒溫度高、壓力大，所以產(chǎn)生的NOX量相對很大，而且柴油里有一些大分子，所以產(chǎn)生的微粒也比較多，這就使柴油的排氣凈化與控制系統(tǒng)更加嚴(yán)格。柴油機(jī)采用四級凈化方法。第一級為氧化催化器，主要將CO和HC氧化為CO2和H2

7、O，部分NO被氧化成NO2；第二級為連續(xù)再生捕集器（CRT），完成對顆粒的捕集和過濾體再生；第三級為選擇性催化還原(SCR)轉(zhuǎn)化器，將還原氨或尿素噴入廢氣流，使NOx還原為N2；第四級為二級氧化催化器，去除廢氣中夾帶的氧。隨著世界能源危機(jī)和、環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,節(jié)約能源 ,保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減少污染已是當(dāng)今世界各國的共識。大量研究結(jié)果表明,柴油機(jī)是日益產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各種動力機(jī)械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能、有害廢氣排放量較少的一種機(jī)型。在相同路況下,柴油機(jī)與同等排量汽油車的油耗比例為710。柴油機(jī)不但有優(yōu)良的燃油經(jīng)常性,還具有很大的改進(jìn)潛力。而現(xiàn)在最先進(jìn)的柴油機(jī)技術(shù)CDRI(高壓共軌柴油直噴

8、技術(shù))可使發(fā)動機(jī)更節(jié)能、排放更環(huán)保。電動汽車、燃料電池汽車在現(xiàn)金還是由于電池的技術(shù)難關(guān)和過高的成本難以大量生產(chǎn)推行。目前的混合動力汽車大多數(shù)也是基于汽油機(jī)而來，排放并不能達(dá)到很低。而柴油機(jī)的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)很成熟了，用更低的成本達(dá)到同樣的效果，何樂而不為呢。況且歐洲汽車品牌也積極推進(jìn)柴油機(jī)車型在中國市場的投入，柴油汽車在中國還有很大的市場潛力，希望在不久的將來，柴油機(jī)車型會在中國得到更好地發(fā)展。二 自然吸氣發(fā)動機(jī)與增壓發(fā)動機(jī)的對比自然吸氣發(fā)動機(jī)與增壓發(fā)動機(jī)的不同主要在于進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器、近期總管、節(jié)氣門體和進(jìn)氣歧管。自然吸氣發(fā)動機(jī)是靠活塞下行時氣缸中產(chǎn)生的真空將外界空氣

9、吸入，這就使得自然吸氣發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣效率小于1。進(jìn)氣效率的限制又使發(fā)動機(jī)的有效功率難以提高。增壓利用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，密度增大，使更多的空氣可以進(jìn)入氣缸，大大提高了進(jìn)氣效率，燃油供給系統(tǒng)也可以增加噴油量，使發(fā)動機(jī)排量不變的情況下功率提高。方式有增壓兩種：機(jī)械增壓和廢氣渦輪增壓。機(jī)械增壓又分為兩種：螺旋式增壓器和離心式增壓器，現(xiàn)在大部分汽車使用的是螺旋式增壓器。螺旋式機(jī)械增壓羅茨式壓氣機(jī)使用離心式機(jī)械增壓器的肌肉車渦輪增壓器機(jī)械增壓器采用皮帶與發(fā)動機(jī)曲軸皮帶輪連接，帶動機(jī)械增壓器的葉片，使進(jìn)氣獲得增壓。1機(jī)械增壓的特點(diǎn):機(jī)械增壓器葉片與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速完全同步，各類發(fā)動機(jī)的皮帶輪尺寸差異不大，切受限

10、于安裝空間，機(jī)械增壓在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速很高時效果不好，因為轉(zhuǎn)速越高，增壓機(jī)就需要更大的功率來帶動，對發(fā)動機(jī)的影響很大。相反的，在低轉(zhuǎn)速區(qū)間，機(jī)械增壓就有相應(yīng)靈敏的特點(diǎn)?，F(xiàn)在常用的壓氣機(jī)為羅茨式壓氣機(jī)，由轉(zhuǎn)子（二葉或三葉）、轉(zhuǎn)子軸、傳動輪、殼體和電磁離合器組成。廢氣渦輪增壓由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)等部分組成，渦輪機(jī)進(jìn)氣口與排氣歧管相連，渦輪的排氣口接在排氣管上。廢氣渦輪增壓分單渦輪增壓和雙渦輪增壓。單渦輪增壓是由一臺渦輪機(jī)和一臺壓氣機(jī)組成，雙渦輪增壓有兩個渦輪，渦輪并聯(lián)或串聯(lián)，分別帶動壓氣機(jī)進(jìn)行增壓。2.廢氣渦輪增壓特點(diǎn)：利用廢氣排出時的能量驅(qū)動壓氣機(jī)壓縮空氣，具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小，增壓壓力大，在較寬的流量范

11、圍內(nèi)具有較高的效率，渦輪葉片常在900高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力作用，對材料和加工精度都有很高的要求。增壓技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用相對較早，汽油機(jī)由于受到爆震等因素的制約，增壓技術(shù)的應(yīng)用相對要困難些。但隨著汽油機(jī)電控等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的汽油機(jī)采用了增壓技術(shù)，如德國大眾公司TFSI發(fā)動機(jī)、梅賽德斯-奔馳CGI發(fā)動機(jī)等。增壓發(fā)動機(jī)特別是汽油增壓發(fā)動機(jī)最近幾年發(fā)展迅猛，幾乎所有品牌的汽車公司都有裝備增壓發(fā)動機(jī)的車型。增壓風(fēng)動機(jī)由于排量小，質(zhì)量相應(yīng)小，性能能和更大排量的自然吸氣發(fā)動機(jī)相媲美，油耗卻比同樣性能自然吸氣發(fā)動機(jī)低，所以應(yīng)用越來越多。而且通過應(yīng)用抗震性好的汽油和電控，使得爆震

12、的影響越來越小。然而，增壓發(fā)動機(jī)仍然有一些限制因素，比如成本比自然吸氣發(fā)動機(jī)高一些，對汽油油品要求比較嚴(yán)格。發(fā)動機(jī)對潤滑和冷卻要求很高。發(fā)動機(jī)在惡劣環(huán)境中工作穩(wěn)定性差，維修和保養(yǎng)的成本也比自然吸氣發(fā)動機(jī)高很多。渦輪增壓發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速有增壓延遲，使得其工作線性差，平順性不夠。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些弊端會不斷被解決。三 二沖程發(fā)動機(jī)與四沖程發(fā)動機(jī)以及轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的對比1. 二沖程發(fā)動機(jī)二沖程發(fā)動機(jī)屬于往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)。二沖程發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一周就是一個工作循環(huán)，曲軸箱是密閉的，發(fā)動機(jī)壓縮時，排氣孔和進(jìn)氣孔都關(guān)閉，壓縮到一定位置時，排氣孔才打開，此時在壓縮的同時進(jìn)氣。壓縮接近終了時，火花塞點(diǎn)火，混合氣

13、燃燒做功，活塞下行。當(dāng)活塞下行到一定位置時，掃氣孔和排氣孔打開，新鮮混合氣進(jìn)入汽缸，廢棄被掃出。此時，一個工作循環(huán)完成。二沖程發(fā)動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：沒有缸蓋和配氣機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，制造和維護(hù)的成本低廉，比功率大，運(yùn)轉(zhuǎn)相對平穩(wěn)等由于二沖程發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于摩托車和發(fā)電機(jī)。二沖程發(fā)動機(jī)的缺點(diǎn)：油耗大，排放污染大。曲軸箱的潤滑是通過在汽油中加入機(jī)油來潤滑的，而機(jī)油會在燃燒室燒掉，增加了污染物排放。所以二沖程發(fā)動機(jī)逐漸被四沖程發(fā)動機(jī)取代，但是有些二沖程發(fā)動機(jī)采用電控直接噴射技術(shù)，一定程度上降低了油耗和污染物排放。2. 四沖程發(fā)動機(jī)四沖程發(fā)動機(jī)是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的發(fā)動機(jī)。四沖程發(fā)動機(jī)也屬于往復(fù)式活塞發(fā)動

14、機(jī)。四沖程發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周是一個工作循環(huán)。每個工作循環(huán)分為四個步驟：進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣。進(jìn)氣行程時，活塞下行，進(jìn)氣門打開，新鮮空氣或者混合氣進(jìn)入汽缸；壓縮行程時，進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞上行，空氣或者混合氣被壓縮，至上止點(diǎn)附近，如果是柴油機(jī)，噴油嘴噴油并開始燃燒推動活塞下行進(jìn)入做功行程，如果是汽油機(jī)，火花塞將混合氣點(diǎn)燃，推動活塞下行進(jìn)入做功行程，排氣行程時，排氣門打開，活塞上行，將廢氣排出，一個工作循環(huán)結(jié)束。四沖程發(fā)動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：有專門的配氣機(jī)構(gòu)，并且現(xiàn)代電控四沖程發(fā)動機(jī)裝備有氣門升程、配氣相位可調(diào)節(jié)等技術(shù)，使得發(fā)動機(jī)的性能優(yōu)良且排放很低、燃油消耗也不斷降低。有專門的機(jī)油泵對發(fā)動機(jī)進(jìn)行壓力潤滑，與飛

15、濺潤滑相結(jié)合，潤滑效果好，發(fā)動機(jī)使用壽命長。四沖程發(fā)動機(jī)排氣壓力小，所以排氣噪聲比二沖程發(fā)動機(jī)小很多，大大改善車輛的乘坐舒適性。四沖程發(fā)動機(jī)缺點(diǎn)：因為四沖程發(fā)動機(jī)是通過氣門的開關(guān)來進(jìn)行進(jìn)排氣，所以需要缸蓋和配氣機(jī)構(gòu)，質(zhì)量有所增加，而且零件非常多，需要更好地保養(yǎng)和維修。3. 三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)（汪克爾發(fā)動機(jī)）三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)是在1950年代初期由德國工程師菲力斯汪克爾（Felix Wankel）發(fā)明，后來日本馬自達(dá)公司將此技術(shù)買斷。并通過60多年的潛心研究，生產(chǎn)出了世界聞名的RX-7、RX-8等高性能汽車。汪克爾發(fā)動機(jī)三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)由轉(zhuǎn)子、殼體、輸出軸組成。轉(zhuǎn)子：三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的核心是三角形的轉(zhuǎn)子活塞

16、，轉(zhuǎn)子有三個凸面，每個凸面相當(dāng)于一個活塞。 轉(zhuǎn)子的每個凸面都有一個凹陷，用于增加發(fā)動機(jī)的排氣量，容納更多空氣、燃油混合氣。每個凸面的頂點(diǎn)是一個金屬刀片，它形成對燃燒室的外部密封。 轉(zhuǎn)子的每側(cè)有金屬環(huán)，用于密封燃燒室的兩側(cè)。 轉(zhuǎn)子有一組內(nèi)部輪齒，位于其中一個側(cè)面的中心。 它們與固定到殼體的齒輪相嚙合。 這種嚙合決定了轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)運(yùn)動的路徑和方向。殼體：殼體大致呈橢圓形之所以設(shè)計成這樣，目的在于使轉(zhuǎn)子各頂點(diǎn)能夠始終與室壁接觸，從而形成三個獨(dú)立的密封氣室。殼體的每一部分都專用于燃燒過程的一部分。 燃燒過程的四部分包括：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。進(jìn)、排氣口位于殼體中，它們沒有氣門。 排氣口直接連接到排氣

17、裝置，進(jìn)氣口直接連接到節(jié)氣門。 輸出軸：輸出軸有一些離心式圓形凸軸，也就是說，它們偏離了軸的中心線。 一個轉(zhuǎn)子與一個凸軸相合。 這些凸軸的作用類似于活塞式發(fā)動機(jī)中的曲軸。 當(dāng)轉(zhuǎn)子沿其路徑在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，會推動這些凸軸。 由于凸軸是以離心方式安裝在輸出軸上的，因此轉(zhuǎn)子施加給凸軸的力在輸出軸中產(chǎn)生力矩，從而使輸出軸旋轉(zhuǎn)。三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1. 運(yùn)動零件更少 與四沖程活塞式發(fā)動機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的運(yùn)動零件要少得多。 雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)主要有三個運(yùn)動零件： 兩個轉(zhuǎn)子和一個輸出軸。 即使最簡單的四缸活塞式發(fā)動機(jī)也至少有40個運(yùn)動零件，包括活塞、連桿、凸輪軸、氣門、氣門彈簧、搖臂、正時皮帶、正時齒輪和曲軸等。 運(yùn)動零件的減少意味著轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的可靠性更高。 這就是為什么某些飛機(jī)制造商（包括空中客車在內(nèi)）傾向于使用轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)而非活塞式發(fā)動機(jī)的原因。 2. 更順暢 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)中所有零件均沿一個方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)，不需要像傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)中的活塞那樣劇烈地變換方向。通過利用定向旋轉(zhuǎn)配重物來消除震動，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)實現(xiàn)了內(nèi)部平衡。 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)中的動力輸出也非常順暢。 因為每次燃燒可使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90度，并且轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，輸出軸將旋轉(zhuǎn)三周，所以每次燃燒可使輸出軸旋轉(zhuǎn)2