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第1章發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理收藏

第1章 發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

內(nèi)容提要

1.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

3.二沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

4.發(fā)動機的分類

5.發(fā)動機的主要性能指標

發(fā)動機：將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能的機器。

內(nèi)燃機：將燃料在氣缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機械能的動力機械。有活塞式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。本書所提汽車發(fā)動機，如無特殊說明，都是指往復活塞式內(nèi)燃機。

內(nèi)燃機特點：單機功率范圍大（0.6-16860kW）、熱效率高（汽油機略高于0.3，柴油機達0.4左右）、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單，便于移動和起動性能好等優(yōu)點。被廣泛應用于汽車、火車、工程機械、拖拉機、發(fā)電機、船舶、坦克、排灌機械和眾多其它機械的動力。

圖1-2 四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)簡圖

1-氣缸 2-活塞 3-連桿 4-曲軸 5-氣缸蓋 6-進氣門 7-進氣道 8-電控噴油器 9-火花塞 10-排氣門 11-排氣道

1.1 四沖程發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1.1 四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)（圖1-2）

2.四沖程汽油機基本工作原理（圖1-2）

表1-1 四沖程汽油機工作過程

行程名稱	曲軸轉(zhuǎn)角	活塞行向	進氣門	排氣門
進氣	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)動機：活塞在上、下止點間往復移動四個行程（相當于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機就稱為四沖程發(fā)動機。

四個行程中，只有一個行程作功，造成曲軸轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動大。所以在曲軸后端安裝了一個質(zhì)量較大的飛輪，作功時飛輪吸收儲存能量，其余三個行程則依靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動。

（2）沖程與活塞行程：

沖程：指發(fā)動機的類型；

行程S：指活塞在上、下兩個止點之間距離；

氣缸工作容積V_s：一個活塞在一個行程中所掃過的容積。

式中 V_s——工作容積（m³）；

D——氣缸直徑（mm）；

S——活塞行程（mm）。

發(fā)動機的排量V_st：一臺發(fā)動機所有氣缸工作容積之和。

式中 V_st——發(fā)動機的排量（L）；

i——氣缸數(shù)。

（3）壓縮行程的作用

一是提高進入氣缸內(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0.6~1.2MPa，溫度達600K~700K），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)動機的燃燒熱效率η。由熱力學第一定律

當混合氣被壓縮程度提高時，發(fā)動機混合氣燃燒所達到的**高溫度（T₁）升高，而排氣的溫度（T₂）降低，導致熱效率提高。

1860年，法國人Lenoir（勒努瓦）研制成功的世界第**臺內(nèi)燃機，沒有壓縮行程，熱效率僅4.5%；1876年，德國人奧托（Otto）制造出第**臺四沖程內(nèi)燃機，采用壓縮行程，雖然壓縮比只有2.5，但熱效率卻提高到12%，有力地證明了科學是第一生產(chǎn)力這個真理。

壓縮比ε：氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。

式中 V_a——氣缸總?cè)莘e（活塞處于下止點時，活塞頂部以上的氣缸容積）；

V_c——氣缸燃燒室容積（活塞處于上止點時，活塞頂部以上的容積）。

現(xiàn)代汽油機壓縮比一般為7～11，如廣州本田雅閣2.4 i-VTEC發(fā)動機壓縮比為9.7，而3.0V6-VTEC發(fā)動機壓縮比則為10。

發(fā)動機壓縮比也不能過高，否則會導致壓縮終了溫度和壓力升高，汽油機產(chǎn)生爆震燃燒（參見4.4），熱負荷、機械負荷、噪音和振動加大，起動困難。

可變壓縮比(SVC)發(fā)動機：能根據(jù)發(fā)動機工作負荷變化，自動調(diào)節(jié)壓縮比。負荷減少時，使壓縮比提高；全負荷時，使壓縮比降低。可有效達到防止爆震燃燒，增加功率、降低油耗、減少排放的目的。

當氣缸、活塞等磨損，氣門不密封時，將導致發(fā)動機壓縮氣體外泄，熱效率和功率下降。

4.多缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點

單缸發(fā)動機問題：功率小，轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動大，現(xiàn)代汽車發(fā)動機都是多缸發(fā)動機，用得**多的是4缸、6缸、8缸發(fā)動機。

圖1-3 4缸發(fā)動機曲軸

多缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點：由多個結(jié)構(gòu)相同的氣缸組成，它們共用一個機體，一根曲軸。曲軸的曲柄布置應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)動機曲軸（圖1-3）相鄰工作缸的曲柄夾角為180⁰，曲軸每轉(zhuǎn)180⁰便有一個氣缸作功。

圖1-4 四沖程發(fā)動機示功圖

5.示功圖

將四沖程發(fā)動機在一個工作循環(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)系以座標圖表示，得到圖1-4所示的發(fā)動機示功圖。

由示功圖可以看到發(fā)動機一個工作循環(huán)里工作狀態(tài)的變化，檢查判斷發(fā)動機性能優(yōu)劣。發(fā)動機特征點參數(shù)隨機型、結(jié)構(gòu)等有所不同，一般范圍如表1-2所示。

表1-2 發(fā)動機特征點參數(shù)

	a	c	z	b	r
汽油機	P	0.075～0.09	0.6～1.2	3～5	0.3～0.5	0.105～0.115
T	370～400	600～700	2200～2800	1300～1600	900～1200
柴油機	P	0.08～0.09	3.5～4.5	6～9	0.2～0.4	0.105～0.125
T	300～370	750～1000	2000～2500	1200～1500	800～1000

注：P-氣缸內(nèi)氣體壓強（MPa）；T-氣缸內(nèi)氣體溫度（K）

圖1-5 四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)簡圖

1.1.2 四沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理

結(jié)構(gòu)特點：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：進氣行程進入氣缸的是純空氣，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，推動活塞作功。其著火方式屬于壓燃式，而不是汽油機的點燃式。

燃料：柴油，粘度高，不易揮發(fā)，自燃點低，不會產(chǎn)生爆燃。為了使柴油可靠著火，提高發(fā)動機燃燒熱效率，柴油機的壓縮比汽油機高得多，一般為16～22，所以其**高燃燒壓力也比汽油機高，工作也比汽油機粗暴。

柴油機與汽油機比較（表1-3）：

表1-3 柴油機與汽油機比較

性能	汽油機	柴油機
著火方式	點燃	壓燃
燃油消耗	高	低
熱效率	30%左右	40%左右
工作平穩(wěn)性	柔和	粗暴
發(fā)動機轉(zhuǎn)速	高（4000～6000 r/min）	低（2500～3000r/min）
升功率	大	小
起動性	易	難
制造維修成本	低	高
比質(zhì)量	小	大
使用壽命	短	長
排放	CO 、HC大，NO_X、黑煙少	CO 、HC小，NO_X、黑煙多

柴油機的轉(zhuǎn)速也在不斷提高，奔馳V230轎車柴油機，**高轉(zhuǎn)速可達6000r/min。

1.2 二沖程發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點及工作原理

二沖程發(fā)動機：指活塞在上、下止點間往復移動兩個行程（相當于曲軸旋轉(zhuǎn)360⁰），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。

圖1-6 二沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)

1-氣缸 2-掃氣孔 3-活塞 4-連桿 5-曲軸箱 6-曲軸 7-進氣孔 8-排氣孔 9-火花塞

1.2.1 二沖程汽油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理

1.結(jié)構(gòu)特點(圖1-6)

沒有進、排氣門，代之以進、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，掃氣時曲軸箱和氣缸連通。

2.二沖程汽油機工作原理

（1）第一行程（換氣-壓縮行程）：活塞自下止點向上止點移動，到活塞圓柱面將排氣孔8和掃氣孔2都關(guān)閉時，開始壓縮上一循環(huán)吸入氣缸內(nèi)的汽油與空氣混合氣，同時在活塞下面的曲軸箱內(nèi)形成真空度（曲軸箱是密封的）。當活塞繼續(xù)上行時，進氣孔7打開，新的汽油與空氣可燃混合氣經(jīng)進氣孔7被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。

（2）第二行程（作功-換氣行程）：活塞接近上止點時，火花塞點火，點燃被壓縮的混合氣，高溫、高壓氣體急劇膨脹，推動活塞向下運動，對外作功。當活塞下行關(guān)閉進氣孔7到露出排氣孔8時，氣缸開始排氣，同時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，受到預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，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掃除廢氣，使排氣更干凈。

二沖程與四沖程汽油機比較(見表1-4)：

表1-4 二沖程與四沖程汽油機比較

性能	二沖程汽油機	四沖程汽油機
結(jié)構(gòu)	簡單	復雜
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
起動性	好	差
使用壽命	短	長
排放	大	小

圖1-7 二沖程柴油機結(jié)構(gòu)

1-活塞 2-進氣孔 3-排氣門 4-泵-噴嘴 5-傳動輪（由柴油機驅(qū)動） 6-單向離合器 7-廢氣排出口 8-排氣渦輪葉輪 9-離心式風機 10-排水口 11-增壓空氣冷卻器 12-進水口 13-集流箱

理論上二沖程比四沖程汽油機升功率大一倍，但實際上由于排氣、換氣占去了1/3行程，使作功行程縮短，導致實際單位氣缸工作容積的功率只比四沖程汽油機大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隨廢氣外流，造成燃油消耗率高，經(jīng)濟性差，HC排放增加。同時，由于作功頻繁，機械負荷和熱負荷大，潤滑困難，導致發(fā)動機壽命短。因此，二沖程汽油機在現(xiàn)代汽車上較少采用，而被廣泛應用于摩托車和微型汽車。

1.2.3 二沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理

1.結(jié)構(gòu)特點

圖1-7所示為美國GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機。在氣缸蓋上安裝有排氣門3和泵-噴嘴4，當排氣門打開時，排出的廢氣沖擊排氣渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn)，并帶動離心式風機9旋轉(zhuǎn)，將空氣加壓，增壓空氣經(jīng)冷卻器11，進入集流箱13，再從缸套上的空氣進氣孔2進入氣缸。

2.二沖程柴油機工作原理（圖1-7）

（1）第一行程：活塞自下止點向上止點運動，行程開始時，進氣孔2和排氣門3均開啟，利用從離心式風機9壓來的空氣使氣缸換氣?；钊^續(xù)向上移動，進氣孔被遮蓋，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。當活塞接近上止點時，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，推動活塞從上止點向下止點運動，對外作功?；钊咏轮裹c時，排氣門開啟，排出的廢氣沖擊渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn)，并帶動離心式風機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氣孔2進入氣缸，進行換氣。

二沖程柴油機的工作過程與二沖程汽油機工作過程不同的是：進入柴油機氣缸的是純空氣，而不是可燃混合氣，而且空氣進入氣缸前先經(jīng)過增壓，所以二沖程柴油機比二沖程汽油機的經(jīng)濟性好。日本雅馬哈發(fā)動機公司于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。美國GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機功率達3060kW，燃油消耗率僅196.4g/kW?h。二沖程柴油機主要應用于內(nèi)燃機車、低速船用柴油機上。

1.3 內(nèi)燃機分類及型號

1.3.1 內(nèi)燃機的分類

內(nèi)燃機種類繁多，根據(jù)不同特點有不同分類（表1-5）。

表1-5 內(nèi)燃機的分類

分類方法	類別	含義
按沖程數(shù)分	二沖程內(nèi)燃機	活塞經(jīng)過兩個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機
四沖程內(nèi)燃機	活塞經(jīng)過四個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機
按著火方式分	點燃式內(nèi)燃機	壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點火燃燒的內(nèi)燃機
壓燃式內(nèi)燃機	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
按使用燃料種類分	液體燃料內(nèi)燃機	燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類等）的內(nèi)燃機
氣體燃料內(nèi)燃機	燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的內(nèi)燃機
多種燃料內(nèi)燃機	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
按進氣狀態(tài)分	非增壓內(nèi)燃機	進入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機。對于四沖程內(nèi)燃機亦稱自吸式內(nèi)燃機
增壓內(nèi)燃機	進入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過壓氣機壓縮．藉以增大充量密度的內(nèi)燃機
按冷卻方式分	水冷式內(nèi)燃機	用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機
風冷式內(nèi)燃機	用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機
按氣缸數(shù)及布置分	單缸內(nèi)燃機	只有一個氣缸的內(nèi)燃機
多缸內(nèi)燃機	具有兩個或兩個以上氣缸的內(nèi)燃機。
立式內(nèi)燃機	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。
臥式內(nèi)燃機	氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機。
直列式內(nèi)燃機	具有兩個或兩個以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機。
V形內(nèi)燃機	具有兩個或兩列氣缸，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（圖1-8a）
對置氣缸式內(nèi)燃機	兩個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（見圖1-8b）
斜置式內(nèi)燃機	氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機
按用途分類	有汽車用、機車用、拖拉機用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機械用等內(nèi)燃機。

1.3.2 內(nèi)燃機型號

根據(jù)國家標準GB725-91規(guī)定，我國內(nèi)燃機型號由以下四個部分組成：

地方、企業(yè)代號

系列符號

換代標志

首部

結(jié)構(gòu)特征符號

用途特征符號

區(qū)分符號

后部

尾部

沖程符號（E表示二沖程，四沖程不標）

缸徑（以直徑mm整數(shù)表示）

氣缸布置形式

缸數(shù)符號

中部

符號	含義
無符號	多缸直列及單缸
V	V型
P	平臥形

符號	含義
無符號	水冷
F	風冷
N	凝氣冷卻
S	十字頭式
Z	增壓
Z_L	增壓中冷
D_Z	可倒轉(zhuǎn)

符號	含義
無符號	通用型
T	拖拉機用
M	摩托車用
G	工程機械
Q	車用
J	鐵路機車
D	發(fā)電機組
C	船用主機，右機基本型
C_Z	船用主機，左機基本型
Y	農(nóng)用運輸車
L	林業(yè)機械

型號示例

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、風冷、通用型。

12V135ZG——12缸、V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機械用。

1.4 發(fā)動機性能指標

評價一臺發(fā)動機好壞，需要有一批性能指標來衡量。常見的性能指標有動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性、耐久性能指標等。

1.4.1 動力性能指標

1.有效轉(zhuǎn)矩

發(fā)動機曲軸輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，以T_e表示，單位為N?m。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動機曲軸上的阻力矩相平衡，可以用發(fā)動機臺架試驗方法測得。

2. 平均有效壓力

指單位氣缸工作容積所輸出的有效功，以P_me表示，單位為kP_a。平均有效壓力越大，動力性能越好。

3.有效功率

發(fā)動機曲軸輸出的功率稱為有效功率，用P_e表示。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。

（kW）

式中 T_e——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算：

（kW）

式中 P_me——平均有效壓力（kP_a）；

V_s——氣缸工作容積（m³）；

n——曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）；

i——氣缸數(shù)；

τ——沖程系數(shù)，二沖程τ＝1，四沖程τ＝2。

發(fā)動機制造廠按國家規(guī)定標定的有效功率，稱為標定功率。標定功率時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速稱標定轉(zhuǎn)速，發(fā)動機名稱牌上標明的功率就是標定功率。

標定功率是根據(jù)發(fā)動機用途、使用特點以及連續(xù)運轉(zhuǎn)時間來確定的，各個國家有所不同，我國內(nèi)燃機功率標定分以下四級（表1-6）：

表1-6 我國內(nèi)燃機功率標定

分級	含義	應用
15min功率	在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)15min時的**大有效功率	汽車等
1h功率	在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)1h時的**大有效功率	工程機械、拖拉機等
12h功率	在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)12h時的**大有效功率	部分拖拉機和電站等
持續(xù)功率	在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機能長期連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的**大有效功率	鐵路機車、船舶和發(fā)電機組等

發(fā)動機還常用升功率P_c比較不同發(fā)動機動力性能，它是指發(fā)動機在標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)動機動力性能越好。

1.4.2 經(jīng)濟性能指標

1.燃油消耗率

發(fā)動機每發(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），稱為燃油消耗率，用b_e表示?？砂聪率接嬎?/div>

g/（kW?h）

式中 B——發(fā)動機每小時消耗的燃油質(zhì)量（kg/h）；

P_e——發(fā)動機的有效功率（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 η_e表示。

式中 W_e——發(fā)動機有效功（kJ）；

Q₁——燃料中所含的熱量（kJ）。

當測得發(fā)動機有效功率P_e和每小時消耗的燃油質(zhì)量B時，則

或

式中 Hu——燃料低熱值（kJ/kg）。

現(xiàn)代汽車汽油機η_e值一般0.30左右，柴油機0.40左右。

1.4.3 運轉(zhuǎn)性能指標

發(fā)動機的運轉(zhuǎn)性能指標主要指排放指標、噪聲、起動性能等。

1.排放指標

發(fā)動機的排氣中含有多種對人體有害的物質(zhì)，主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（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)動機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，嚴重時窒息死亡
NO₂	赤褐色帶刺激性的氣體	傷害心、肝、腎。與光化學反應形成臭氧和醛等
HC	刺激性的氣體	破壞造血機能，造成貧血、神經(jīng)衰弱，降低肺對傳染病的抵抗力。與光化學反應形成臭氧和醛等
光化學煙霧	HC 與NO_x在陽光作用下所形成的煙霧，有刺激性	降低大氣可見度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長
醛類	較強的刺激性臭味	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。

目前世界汽車保有量6.6億輛,每年排向大氣中的有害物質(zhì)高達7億多噸，嚴重污染了大氣，已形成公害。為此，各國都制定了相應的汽車排放標準，如美國加州汽車排放法規(guī)，它是目前世界上**嚴的標準，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年實施的標準）

排放物	NMOG	CO	NO_x	甲醛
要求	g/mile （g/km）	0.075 （0.047）	3.4 （2.11）	0.05 （0.03）	0.0145 （0.009）

注：①用“非甲烷有機氣體”NMOG替代了傳統(tǒng)的碳氫化合物HC，因為排氣中的組合物會隨燃料的改變而改變，而NMOG的不同組成物對環(huán)境的影響不同，給予不同的加權(quán)后再疊加。

②表中指標測試耐久性要求為50000mile。

我國排放標準參照歐洲法規(guī)體系，2000年開始執(zhí)行EUⅠ標準，2003年開始執(zhí)行EUⅡ標準。

2.噪聲

噪聲是發(fā)動機工作時發(fā)出的一種聲強和頻率無一定規(guī)律的聲音，主要有燃燒噪聲和機械噪聲。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)動機又是汽車的主要噪聲源，應該給予控制。我國的噪聲標準中規(guī)定，小型水冷汽油機噪聲不大于110dB（A），轎車的噪聲不大于82dB（A）。

3.起動性能

起動性能是表征發(fā)動機起動難易的指標。發(fā)動機起動性能好，便于汽車起步行駛，同時減少了起動時的功率消耗和發(fā)動機的磨損。

起動性能一般以一定條件下的起動時間長短來衡量。我國標準規(guī)定，不采用特殊的低溫起動措施，汽油機在-10℃、柴油機在-5℃以下的氣溫條件下起動，能在15s以內(nèi)達到自行運轉(zhuǎn)。

1.4.4 可靠性與耐久性能指標

可靠性與耐久性也是汽車發(fā)動機使用中的兩個重要指標。

1.可靠性

可靠性是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作，不至因為故障而影響正常運轉(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)等具體指標來衡量。按照汽車發(fā)動機可靠性試驗方法的規(guī)定，我國汽車發(fā)動機應能在標定工況下連續(xù)運行300~1000h。

2.耐久性

耐久性是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，長期工作而不大修的性能。一般以發(fā)動機從開始使用到第一次大修前累計運轉(zhuǎn)的時間表示。

上述發(fā)動機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性、耐久性等指標，對不同用途的發(fā)動機要求是不同的。各項指標之間既相互聯(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)動機的動力和經(jīng)濟性能指標。

1.5 汽車發(fā)動機總體組成

在一個機體上安裝一個機構(gòu)（曲柄連桿機構(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)、點火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)），如表1-9和圖1-9所示。柴油機則為五大系統(tǒng)，沒有點火系統(tǒng)。

表1-9 發(fā)動機總體組成

名稱	功用	主要部件
機體組件	發(fā)動機的骨架，支承著發(fā)動機的所有零部件	機體、氣缸、氣缸蓋、氣缸墊等
曲柄連桿機構(gòu)	將活塞頂?shù)娜細鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機械能	活塞、連桿、曲軸、飛輪等
換氣系統(tǒng)	按照發(fā)動機要求，定時開閉進、排氣門，吸入干凈空氣，排除廢氣	空氣濾清器、進排氣管系、配氣機構(gòu)（氣門組件、凸輪軸、驅(qū)動機構(gòu)）、排氣消音器等
燃料供給系統(tǒng)	按照發(fā)動機要求，定時、定量供給所需要的燃料	汽油機：汽油箱、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；（舊汽油機采用化油器）柴油機：柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等
點火系統(tǒng)	按規(guī)定的時刻，準時點燃汽油機氣缸內(nèi)的可燃混合氣	蓄電池、點火開關(guān)、點火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等
潤滑系統(tǒng)	潤滑、減摩、延長壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕	油底殼、機油泵、機油濾清器、機油壓力表、機油道等
冷卻系統(tǒng)	保持發(fā)動機在適宜的溫度下工作	冷卻水泵、風扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等
起動系統(tǒng)	起動發(fā)動機	蓄電池、起動開關(guān)、起動馬達等

1-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-電動燃油泵 8-燃油箱 9-點火線圈組件 10-燃油壓力調(diào)節(jié)閥 11-進氣門 12-水溫傳感器 13-爆振傳感器 14-進氣管 15-進氣溫度傳感器 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 20-控制單元（ECU） 21-冷卻水套 22-發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 23-點火開關(guān) 24-蓄電池 25-起動馬達 26-飛輪 27-油底殼 28-機油 29-曲軸 30-連桿 31-曲軸皮帶輪 32-傳動皮帶 33-氣缸 34-排氣三元催化轉(zhuǎn)化器 35-氧傳感器 36-活塞 37-凸輪軸皮帶輪

本章小結(jié)

1.現(xiàn)代汽車發(fā)動機基本都采用內(nèi)燃機。內(nèi)燃機是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的機器，它具有熱效率高、體積小、質(zhì)量輕、便于移動和起動性好等優(yōu)點。

2.四沖程發(fā)動機是活塞在氣缸內(nèi)上、下止點間往復移動四個行程，完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。按著火方式分為點燃式和壓燃式。汽油機采用點燃式，柴油機采用壓燃式。

3.衡量汽車發(fā)動機性能的主要指標有動力性能指標（有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、平均有效壓力）、經(jīng)濟性能指標（燃油消耗率、有效熱效率）、運轉(zhuǎn)性能指標（排放指標、噪聲、起動性能）和可靠性、耐久性能等。發(fā)動機銘牌上標明的功率及相應的轉(zhuǎn)速，即為標定功率和標定轉(zhuǎn)速。我國分四級進行功率標定。

4.汽車發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)由機體組件、曲柄連桿機構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)（汽油機）和起動系統(tǒng)所組成。

【復習思考題】

1.名詞解釋：發(fā)動機、內(nèi)燃機、汽油機、柴油機、二沖程內(nèi)燃機、四沖程內(nèi)燃機、點燃式內(nèi)燃機、壓燃式內(nèi)燃機、非增壓內(nèi)燃機、增壓內(nèi)燃機、直列式內(nèi)燃機、V形內(nèi)燃機、斜置式內(nèi)燃機、上止點、下止點、活塞行程、工作容積、燃燒室容積、氣缸總?cè)莘e、發(fā)動機排量、壓縮比、示功圖、發(fā)動機有效轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機平均有效壓力、有效功率、發(fā)動機標定功率、發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速、升功率、15min功率、1h功率、12 h功率、持續(xù)功率、燃油消耗率、有效熱效率。

2.畫出四沖程汽油機的結(jié)構(gòu)簡圖，并說明其工作原理。

3.畫出四沖程柴油機的結(jié)構(gòu)簡圖，并比較其結(jié)構(gòu)和工作原理與四沖程汽油機的異同點。

4.四沖程內(nèi)燃機的壓縮行程有什么作用？柴油機與汽油機壓縮比為什么有較大不同？

5.內(nèi)燃機功率根據(jù)什么原則標定？我國內(nèi)燃機功率標定分哪四級？

6.發(fā)動機排氣中的CO、HC、NO_x、SO₂、醛類和微粒（含碳煙）對人體各會產(chǎn)生什么危害？

7.汽車發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)由哪幾大部分組成？

8.某汽油機有4個氣缸，氣缸直徑87.5mm，活塞行程92mm，壓縮比為8，試計算其氣缸工作容積及發(fā)動機總排量。

9.已知某四缸四沖程汽油機氣缸直徑81.0mm，活塞行程86.4mm，以標定轉(zhuǎn)速n=5200r/min運轉(zhuǎn)，功率為72kW，現(xiàn)測得運轉(zhuǎn)34S共消耗200g燃油，求此時的有效轉(zhuǎn)矩、升功率、燃油消耗率、有效熱效率？（汽油低熱值Hu=44000kJ/kg）

發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:38:00 |點擊數(shù)（）