汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與原理

1、第1篇汽車(chē)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(lèi)5. 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)：將其它形式的能量轉(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(lèi)。本書(shū)所提汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，如無(wú)特殊說(shuō)明，都是指往復(fù)活 塞式內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)：?jiǎn)螜C(jī)功率范圍大（0.6-16860kW ）、熱效率高（汽油機(jī)略高于 0.3， 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(chē)、火

2、車(chē)、工程機(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91C1T原理1.1.1四沖程汽油機(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 ）II*1上止點(diǎn)下止點(diǎn)圖1-2四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-氣缸2-活塞3-連桿4-曲軸5-氣缸蓋6-進(jìn)氣門(mén)7-進(jìn)氣道8-電控噴油器 9-火花塞10-排氣門(mén)表1-1四沖程汽油機(jī)工作過(guò)程行程名稱(chēng)曲軸轉(zhuǎn)角活塞行向進(jìn)氣門(mén)排氣門(mén)進(jìn)氣0o 180oJ開(kāi)關(guān)壓縮180o 360oT關(guān)關(guān)作功360o 540oJ關(guān)關(guān)排氣540o 720oT關(guān)開(kāi)3.工作過(guò)程分析（1）四沖程發(fā)

3、動(dòng)機(jī)：活塞在上、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(chēng)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(lèi)型；行程S:指活塞在上、下兩個(gè)止點(diǎn)之間距離；2_D_S6 S4 10氣缸工作容積 Vs： 個(gè)活塞在一個(gè)行程中所掃過(guò)的容積。V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： 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和。Vst V

4、si式中 Vst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n。由熱力學(xué)第一定律T2T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（Ti）升高，而排氣的溫度（Ta）降低，導(dǎo)致熱效率提高。i860年，法國(guó)人Lenoir （勒努瓦）研制成功的世界第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)，沒(méi)有壓縮 行程，熱效率僅4.5%； 1876年，德國(guó)人奧托（Otto）制造出第一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)， 采用壓縮行程，雖然壓縮比只有 2.5，但

5、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。Vc式中 M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）現(xiàn)代汽油機(jī)壓縮比一般為711，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(guò)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(jiàn) 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?？勺儔嚎s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)，使壓縮比提高

6、；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(mén)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(wèn)題：功率小，轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動(dòng)大，現(xiàn)代汽車(chē)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 ）相鄰工作缸的曲圖1-34缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸柄夾角為1800,曲軸每轉(zhuǎn)1800便有一個(gè)氣 缸作功。5.示功圖將四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)

7、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。圖1-4 四沖程發(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。表1-2發(fā)動(dòng)機(jī)特征點(diǎn)參數(shù)aczbr汽油機(jī)P0.075 0.090.6 1.2350.3 0.50.105 0.115T370400600 70022002800130016009001200柴油機(jī)P0.08 0.093.5 4.56 90.2 0.40.105 0.125T3003707501000200025001200

8：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(méi)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。圖1-5四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖燃料：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，般為1622,所以其最

9、高燃燒壓力也比汽油機(jī)高，工作也比汽油機(jī)粗暴。 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)量小大使用壽命短長(zhǎng)排放CO、HC大，NQ、黑煙少CO、HC小，NQ、黑煙多柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也在不斷提高，奔馳V230轎車(chē)柴油機(jī)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min1.2 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)：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)

10、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(méi)有進(jìn)、排氣門(mén)，代之以進(jìn)、排氣孔7和8，由活塞圓柱面控制其開(kāi)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(kāi)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(kāi)，新的汽油與空氣可燃混合氣經(jīng)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-

11、連桿5-曲軸箱6-曲軸7-進(jìn) 氣孔8-排氣孔9-火花塞（2）第二行程（作功-換氣行程）：活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)火，點(diǎn)燃被壓縮的混合氣，高溫、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(kāi)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，還可以利用新鮮混合氣來(lái)掃除廢氣， 使排氣更干凈。二沖程與四沖程汽油機(jī)比較（見(jiàn)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

12、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(rùn) 滑困難，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)壽命短。因此，二 沖程汽油機(jī)在現(xiàn)代汽車(chē)上較少采用，而 被廣泛應(yīng)用于摩托車(chē)和微型汽車(chē)。1.2.3二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理12圖1-7 二沖

13、程柴油機(jī)結(jié)構(gòu) 1-活塞2-進(jìn)氣孔3- 動(dòng)輪（由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)） 岀口 8-排氣渦輪葉輪 口 11-增壓空氣冷卻器排氣門(mén)4-泵-噴嘴5-傳6-單向離合器 7-廢氣排9-離心式風(fēng)機(jī) 10-排水12-進(jìn)水口 13-集流箱1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖1-7所示為美國(guó)GMI公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機(jī)。在氣缸蓋上安裝 有排氣門(mén)3和泵-噴嘴4,當(dāng)排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，排出的廢氣沖擊排氣渦輪葉輪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,進(jìn)入集流箱13，再?gòu)母滋咨系目諝膺M(jìn)氣孔2進(jìn)入氣缸。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(kāi)始時(shí)，進(jìn)氣孔2和排氣門(mén)

14、3均開(kāi)啟，利用從離心式風(fēng)機(jī)9壓來(lái)的空氣使氣缸換氣。活塞繼續(xù)向上移動(dòng)，進(jìn)氣孔被遮蓋，排氣門(mén)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(mén)開(kāi)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?gòu)?缸套上的空氣進(jìn)氣孔 2進(jìn)入氣缸，進(jìn)行換氣。二沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程與二沖程汽油機(jī)工作過(guò)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(guò)

15、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(kāi)發(fā)出100km只燃用3升柴油的車(chē)用二沖程SD型柴油機(jī)。美國(guó)GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機(jī)功率達(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(chē)、低速船用柴油機(jī)上。1.3 內(nèi)燃機(jī)分類(lèi)及型號(hào)1.3.1內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)內(nèi)燃機(jī)種類(lèi)繁多，根據(jù)不同特點(diǎn)有不同分類(lèi)（表1-5 ）。表1-5 內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)分類(lèi)方法類(lèi)另U含義按沖程數(shù)分二沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過(guò)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)四沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過(guò)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)按著火方式分點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用

16、外源點(diǎn)火燃燒的內(nèi)燃機(jī)壓燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫，引起燃料著火的內(nèi)燃機(jī)按使用燃料種類(lèi)分液體燃料內(nèi)燃機(jī)燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類(lèi)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)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)按進(jìn)氣狀態(tài)分非增壓內(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 沖程內(nèi)燃機(jī)亦稱(chēng)自吸式內(nèi)燃機(jī)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(guò)壓氣機(jī)壓縮藉以增大充量密度的內(nèi)燃機(jī)按冷卻方式分水冷式內(nèi)燃機(jī)用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī)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)按氣缸數(shù)及布置分單缸內(nèi)燃

17、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)。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)。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，并共用一根曲軸輸岀功率的內(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(jiàn)圖1-8b ）斜置式內(nèi)燃機(jī)氣缸中心線與水平面呈一定角度（不是直角）的內(nèi)燃機(jī)按用途分類(lèi)有汽車(chē)用、機(jī)車(chē)用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車(chē)用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程 機(jī)械用等內(nèi)燃機(jī)。1.3.2 內(nèi)燃機(jī)型號(hào)

18、根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB725-91規(guī)定，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由以下四個(gè)部分組成:n區(qū)分符號(hào)符號(hào)含義無(wú)符號(hào)多缸直列及單缸VV型P平臥形氣缸布置形式符號(hào)含義無(wú)符號(hào)水冷F風(fēng)冷N(xiāo)凝氣冷卻S十字頭式Z增壓Zl增壓中冷Dz可倒轉(zhuǎn)符號(hào)含義無(wú)符號(hào)通用型T拖拉機(jī)用M摩托車(chē)用G工程機(jī)械Q車(chē)用J鐵路機(jī)車(chē)D發(fā)電機(jī)組C船用主機(jī)，右機(jī)基本型G船用主機(jī)，左機(jī)基本型Y農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)L林業(yè)機(jī)械用途特征符號(hào)型號(hào)示例4100Q 四缸、直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車(chē)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)

19、機(jī)好壞，需要有一批性能指標(biāo)來(lái)衡量。常見(jiàn)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。1.4.1 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(chēng)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(chēng)為有效功率，用Pe表示。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。PeTen9550(kW)式中 Te有效轉(zhuǎn)距（N?m）；n 曲軸轉(zhuǎn)速（r/min ）。 有效功

20、率也可以由下式計(jì)算：PmeVs ni30(kW)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)；t沖程系數(shù)，二沖程 t = 1，四沖程t = 2。發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠按國(guó)家規(guī)定標(biāo)定的有效功率，稱(chēng)為標(biāo)定功率。標(biāo)定功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱(chēng)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)名稱(chēng)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(lái)確定的，各個(gè)國(guó)家有所不同，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定分以下四級(jí)（表1-6）:表1-6 我國(guó)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)的最大有效功率汽車(chē)等1h功率在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)

21、能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1h時(shí)的最大有效功率工程機(jī)械、拖拉機(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)的最大有效功率部分拖拉機(jī)和電站等持續(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)的最大有鐵路機(jī)車(chē)、船舶效功率和發(fā)電機(jī)組等發(fā)動(dòng)機(jī)還常用升功率 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。（kw/丨）PeV142 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(chēng) 為燃油消耗率，用 be表示?？砂聪率接?jì)算be P 103g/（kW?h）式中B 發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量

22、（kg/h）；Pe發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率（kW ）。n e表示。2.有效熱效率燃料中所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ谋壤Q(chēng)為有效熱效率，用Wee Q?式中We發(fā)動(dòng)機(jī)有效功（kJ）；Qi燃料中所含的熱量（kJ）。當(dāng)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率R和每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量B時(shí)，則33.6 10 PeBHu3.6 106beHU式中Hu 燃料低熱值（kJ/kg ）?，F(xiàn)代汽車(chē)汽油機(jī) n e值一般0.30左右，柴油機(jī) 0.40左右。 1.4.3 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℉C）、氮氧化物（NOx）、二氧化

23、硫（SO2）、醛類(lèi)和微粒（含碳煙）等。 其主要危害見(jiàn)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(wú)色、無(wú)臭、有毒氣體使人岀現(xiàn)惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀，嚴(yán)重時(shí)窒息死亡NQ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NO在陽(yáng)光作用下所 形成的煙霧，有刺激性降低大氣可見(jiàn)度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長(zhǎng)醛類(lèi)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SO無(wú)色、刺激性氣體朿0激鼻喉，引起咳嗽、胸悶，支氣管炎等1955年9月

24、中的幾天里，美國(guó)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)，四分之一的森林干枯而死，那一幕幕慘狀至今令人難忘。目前世界汽車(chē)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(guó)都制定了相應(yīng)的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)，如美 國(guó)加州汽車(chē)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(chē)排放必須滿足表 1-8的低排放要求：表1-8 美國(guó)加州汽車(chē)排放法規(guī)（2004年實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)）排放物NMOGCONQ甲醛要求g/mile0.0753.40.050.0145(g/

25、km)(0.047 )(2.11 )(0.03 )(0.009 )注：用“非甲烷有機(jī)氣體”NMO（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)隨燃料的改變而改變，而 NMOG勺不同組成物對(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(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)參照歐洲法規(guī)體系，2000年開(kāi)始執(zhí)行EU I標(biāo)準(zhǔn)，2003年開(kāi)始執(zhí)行eu n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(wú)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(tīng)覺(jué)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

26、疾病。汽車(chē)是城市主要噪聲源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車(chē)的主要噪聲源， 應(yīng)該給予控制。 我國(guó)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(chē)的噪聲不大于 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(chē)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(lái)衡量。我國(guó)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 C、柴油機(jī)在-5 C以下的氣溫條件下起動(dòng)，能在15s以?xún)?nèi)達(dá)到自行運(yùn)轉(zhuǎn)。144 可靠性與耐久性能指標(biāo)可靠性與耐久性也是汽車(chē)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

27、運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作，不至因?yàn)楣收隙?響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。一般以保證期內(nèi)的不停車(chē)故障數(shù)、停車(chē)故障數(shù)、更換主要零 件和重要零件數(shù)等具體指標(biāo)來(lái)衡量。按照汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定，我 國(guó)汽車(chē)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(kāi)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總

28、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(rùn)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)則為五大系統(tǒng)，沒(méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)。表1-9發(fā)動(dòng)機(jī)總體組成名稱(chēng)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)體、氣缸、氣缸蓋、氣缸墊等機(jī)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)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸岀機(jī)械能活塞、連桿、曲軸、飛輪等換氣系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)開(kāi)閉 進(jìn)、排氣門(mén)， 吸入干凈空 氣，排除廢氣空氣濾清器、進(jìn)排氣管系、配氣機(jī)構(gòu)（氣 門(mén)組件、凸輪軸、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、排氣消音 器等燃料供給系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)、定 量供給所需要的燃料汽油機(jī)：汽

29、油箱、輸油泵、濾清器、壓 力調(diào)節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、 電控單元等；（舊汽油機(jī)采用化油器） 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)刻，準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)燃汽油機(jī)氣缸內(nèi)的可燃混合氣蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑、減摩、延長(zhǎng)壽命、 密封、清潔、冷卻、防銹蝕油底殼、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油壓力表、機(jī)油道等冷卻系統(tǒng)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下工作冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等起動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池、起動(dòng)開(kāi)關(guān)、起動(dòng)馬達(dá)等1-凸輪軸2-搖臂3 -排氣 門(mén)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(mén)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(mén)17-節(jié)氣門(mén)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(kāi)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3