2014/5/8 第一章内抛机工作原理及总体构造 节 汽车爱动机的岗题 汽车动机的测西 The Working Principles and Overall Types of Automotive Engines Types of Automobile Engines Structure of Internal Combustion Engines 学楚量。、镜线、 山的民州角有 团工G蛋动贵 Letodfanbo的d nd4el线a 鱼★变条：将鱼为夜酸灾鸭水 益为量内和州维 @凡冷大 臀物大汽卓国 窗包冷大司 鸭结大究物 培大鲜汽率■ 第二节 发物机的都本术语 每种本式0滑 结的量■调 的气州心式操 铺极用业项 Basic Concepts of Engines 上，下走盘 国绿得号a的春 Tep dond eeatn/ 看0金■ Bettem 4r4d mrElnC 88ne 雨牌大甲代原州 同带大章汽甲用 大P代P滑 85598.8 面香机4滴 包月冷去？ 同将大汽摩帽 物P冷 降修大示究率植 应R冷大 阳密大究率■ 1
2014/5/8 1 1 同济大学汽车学院 第一章 内燃机工作原理及总体构造 The Working Principles and Overall Structure of Internal Combustion Engines 2 同济大学汽车学院 第一节 汽车发动机的类型 Types of Automotive Engines • 发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等） 转变成机械能的机器。 • Engine is a kind of machine which turns a certain kind of energy to mechanical energy . • 热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。 • Heat engine is the kind of engine which changes thermal energy into mechanical energy . • 热力发动机包括内燃机和外燃机。 • Heat engines include internal combustion engine and external combustion engine. • 传统汽车发动机属于往复活塞式内燃机或者转子活塞式发动机。 • General automotive engines are Reciprocating Piston Engines or Rotary Engines. 3 同济大学汽车学院 汽车发动机的类型 Types of Automobile Engines (1)按照所用燃料分类 Classification by Fuel (2)按照工作行程分类 Classification by Working Cycle Gasoline engine Diesel engine Four stroke cycle Two stroke cycle 4 同济大学汽车学院 (3)按照冷却方式分类 Classification by Cooling System (4)按照气缸数目分类 Classification by Cylinder Number Water cooled Air cooled Single-cylinder Multi-cylinder 5 同济大学汽车学院 (5)按照气缸排列方式分类 Classification by Cylinder Arrangement (6)按照是否采用增压分类 Classification by Charging System Inline engine V-engine Naturally aspirated Supercharged 除此以外，还有W型发动机和直列卧式发动机 or Turbocharged 等等 Besides ,there are W-engine , Flat-opposed engine and so on. 6 同济大学汽车学院 (1) 上、下止点 Top dead centre/TDC Bottom dead centre/BDC 第二节 发动机的基本术语 Basic Concepts of Engines (2) 活塞行程 Piston stroke S 曲柄半径 Crank radius R S=2R 上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。 The distance between top dead centre and bottom dead centre is called piston stroke. 7 同济大学汽车学院 (3) 气缸工作容积 Swept volume (4) 发动机排量 Displacement Vh VH V Vz H h (5) 燃烧室容积 Clearance volume Vc (6) 气缸总容积 cylinder all volumeVa VVV a hc Z= number of cylinders 8 同济大学汽车学院 9 同济大学汽车学院 (7) 压缩比 Compression Ratio 1 a hc h cc c V VV V ε VV V ε 压缩比是发动机中一个非常重 要的概念，压缩比表示了气体 的压缩程度，它是气体压缩前 的容积与气体压缩后的容积之 比值，即气缸总容积与燃烧室 容积之比称为压缩比。一般用 ε表示。 The compression ratio is an important concept about engines. It shows the compression degree of gas and is defined as the quotient of the maximum and minimum cylinder volumes
2014/5/8 三节桂复括言式内凯工作■ 因冲量汽轴机工作原通Far-Stmke Gasoline Engine 一。闪冲程内根工在原理F0uF-Syoke Eng0 0 预用南色合修一下西南其风程要造氧养工床草手图工客鞋 肉米程汽机工体厚理通牌商甲 @R论大司 同物大汽卓国 窗凡冷法写 鸭情大究眼物 留凡冷大复 培大单究中■ 证s过bh8 noled 业气0通 ion Stroke The Intake Stroke: 0 The comg 2.TDt山e神pm时 1Atne时地同 The prton6◆amO9w⊙h折 o me cyinderro小t 1A标海ap城：4e给￥e intake walve pert 0 得1情=he#Cs# D tso late and IVE too early,a fem 同骨大代厚甲用 阳情大摩汽海零滑 积☆汽率用 持汽理 爱动机工作看环Wat如g Cycl of Engine The Exhaust Stroke: 1. 事dDC的中au建e宝同 es0军t 包R冷法 同将大弹汽摩帽 物P冷写 降修大示究率恒 如R冷大 阳密大究率酒 2
2014/5/8 2 10 同济大学汽车学院 第三节 往复活塞式内燃机工作原理 The Working Principles of Reciprocating Piston Engines 一、四冲程内燃机工作原理 Four-Stroke Engine 内燃机基本工作原理就是可燃混合气在气缸内燃烧放热并通过曲柄连杆机构 对外做功。汽车发动机在气缸内产生能量的过程叫燃烧周期。大多数发动机 的燃烧周期分为四个过程（也叫四冲程），也就是说，在一个做功周期内活 塞上下运动两次。为了纪念德国工程师尼古拉斯·奥托首创这种四冲程做功 方式，也把称它为奥托循环。 The basic working principle of IC engine is combustible mixed gas burns in cylinder and work through crank and connecting rod system. The process in which automotive engines produce energy within the cylinder is called combustion cycle. Most of engines includes four periods (four stroke) within one combustion cycle. That is, the piston moves up and down twice in a working cycle. This four-stroke working mode was first developed by the German engineer Nicolaus Otto, so it is called Otto cycle as well. 下面我们分别来介绍一下四冲程汽油机和四冲程柴油机的工作原理和工作过 程： Now let’s introduce the working principles and working processes of four-stroke gasoline engines and four-stroke diesel engines : 11 同济大学汽车学院 四冲程汽油机工作原理 Four-Stroke Gasoline Engine A进气阀、摇臂、弹簧 B气门盖 C进气口 D气缸盖 E冷却液 F气缸体 G油底壳 H机油盘 I曲轴 J排气阀、摇臂、弹簧 K火花塞 L排气口 M活塞 N连杆 O连杆轴承 P曲轴 ① 进气行程 ② 压缩行程 ③ 做功行程 ④ 排气行程 12 同济大学汽车学院 Schematic Illustration of Four-Stroke Gasoline Engine 13 同济大学汽车学院 进气门开 进气门关 排气门开 排气门关 点火时刻 14 同济大学汽车学院 进气行程 15 同济大学汽车学院 压缩行程 16 同济大学汽车学院 做功行程 17 同济大学汽车学院 排气行程 18 同济大学汽车学院 发动机工作循环 Working Cycle of Engine 进气行程 Intake 压缩行程 Compression 做功行程 Power 排气行程 Exhaust
2014/5/8 餐机的工作原our-Stroke Diesel E吧ie 汽袖机和燥轴机的不同点 and Diesel 套银级t 7款 垫线F学量.屏又磨 箱内国每0间用码量再得台t 凡冷大号 同将大汽卓国 窗包冷法 鸭情大汽物 窗凡冷大复 培大鲜汽率■ 二、二冲程内据工作原通 Working Priaciples of Two-Stroke Eagine Two Stroke SI Engine 二神是汽捕机工作厚通Tww Stroke S金eir Fual letake Process 二冲程消城工作弹得录童图 阳界大甲代增 院青大代零用 积☆汽率用 二神单编候工教原重Taw Smuke Diesrl E号te Two Stroke SI Engine Two Stroke SI Engine Combustion Stroke and Exhaust Procean 包月冷去？ 同将大汽摩恒 物日海木置 降修大示究率恒 应日冷大 阳密大究中酒 3
2014/5/8 3 19 同济大学汽车学院 四冲程柴油机的工作原理 Four-Stroke Diesel Engine 四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相 同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、 作功和排气四个行程，但由于柴油机使用的 燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴 油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃 混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气 体温度压力的变化都和汽油机不同，下面主 要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的 不同点。 The working process of four-stroke diesel engine is same with the Otto engine. There are also four stroke in one working cycle. However , diesel engine uses diesel as fuel, and diesel is quite different with gasoline for diesel has bigger viscosity , is difficult to evaporate , and gets low ignition temperature, so the mixture formation , ignition , combustion process and the change of gas temperature and pressure are different . 20 同济大学汽车学院 Schematic Illustration of Four-Stroke Diesel Engine 21 同济大学汽车学院 汽油机和柴油机的不同点 The differences between Gasoline engine and Diesel engine (1)汽油机的可燃混合气在缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程 终了，时间较长。柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行 程接近终了时开始，并占小部分作功行程，时间很短。 (1) In an Otto engine, the air-fuel mixture starts to form out of cylinder and continues until the intake stroke and compression stroke finish. In a diesel engine , the air-fuel mixture forms in the cylinder, starts from near the end of the compression stroke , and accounts for a small part of combustion stroke. The period is short. (2)汽油机的可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。所以又称 汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。 (2)In an Otto engine the spark ignites the air-fuel mixture. However in a diesel engine, the mixture ignites spontaneously without a spark. So the diesel engine is called compression ignition engine/CI engine. 22 同济大学汽车学院 二、二冲程内燃机工作原理 Working Principles of Two-Stroke Engine 二冲程汽油机工作原理 Tow Stroke SI Engine 二行程汽油机的工作循环也是由进气、 压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它是 在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复 运动的两个行程内完成的。因此，二行程 发动机与四行程发动机工作原理不同，结 构也不一样。 Two-stroke engine does require 4 processes to complete a working cycle, including Intake, Compression, Combustion and Exhaust. It just needs one rotation of engine crankshaft to complete a working cycle with two stroke of piston. So the working principles and structure between two-stroke engine and four-stroke engine are both different. 23 同济大学汽车学院 Schematic Illustration of Two-Stroke Gasoline Engine 24 同济大学汽车学院 25 同济大学汽车学院 26 同济大学汽车学院 27 同济大学汽车学院 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所 不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合 气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程 柴油机工作过程如下 : 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行 程开始前不久，进气孔和排气门均以开启， 利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活 塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关 闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时， 喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油 和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开 始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作 功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开 启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开 启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运 动1/3行程进气孔关闭结束。 二冲程柴油机工作原理 Tow Stroke Diesel Engine
2014/5/8 Two-stoke engines have lou main dsadvartage 小 R冷大写 同族大代车单塑 窗R冷去 鸭情大究眼物 窗凡冷复 民培大鲜汽中■ 幕因节发动机的总体构整 “教通 Eagiae Mock 流 。地师帆物 Crank and Ceunecling我ad 。配气频梅 Vahe Train Furl and A女Sap时内5gm 点先 ·得系 阳界大甲代每增 阳情大摩汽海零滑 积☆汽存早用 五节发动机的性脑指标 Engine Operating Performance Specifications 。 三 织力as型 tdd自d, 童带销精车《3)绝喻表动机1取)候制出面 物R冷7 同将大汽摩恒 包日冷军 降密大示究卓率植 窗R冷大 阳密大究中酒 4
2014/5/8 4 28 同济大学汽车学院 The two-stroke diesel cycle works like this: Power stroke: when the piston is near to the top of its travel, the cylinder contains a highly compressed air, diesel fuel is sprayed into the cylinder by the injector and immediately ignites because of the heat and pressure inside the cylinder. The pressure created by the combustion of the fuel drives the piston downward. Intake and exhaust process: the piston nears the bottom of its travel, all of the exhaust valves open. Exhaust gases rush out of the cylinder, relieving the pressure. And then the piston bottoms out, it uncovers the air intake ports. Pressurized air fills the cylinder, forcing out the remainder of the exhaust gases. Compression Stroke: the exhaust valves close and the piston starts travelling back upward, recovering the intake ports and compressing the fresh charge of air. Working Principles of Single-Cylinder Two-Stroke Diesel Engine 29 同济大学汽车学院 四冲程和二冲程柴油机 的比较 Comparison of the four-stroke and twostroke diesel engine 四冲程和二冲程汽油机 的比较 Comparison of the four-stroke and twostroke gasoline engine 动画 动画 30 同济大学汽车学院 31 同济大学汽车学院 第四节 发动机的总体构造 The Overall Structure of Engines • 机体组 Engine Block • 曲柄连杆机构 Crank and Connecting Rod • 配气机构 Valve Train • 供给系 Fuel and Air Supply System • 点火系 Ignition System • 冷却系 Cooling System • 润滑系 Lubrication System • 起动系 Starting System 32 同济大学汽车学院 Crank and Connecting Rod Valve Train 燃油供给系 Fuel Supply System 润滑系 Lubrication System 33 同济大学汽车学院 Cooling System Ignition System Starting System 34 同济大学汽车学院 配气机构 Valve Train 曲柄连杆机构 Connecting Rod 油底壳 Oil Pan 气缸盖 Cylinder Head 气缸体 Cylinder Block 35 同济大学汽车学院 36 同济大学汽车学院 第五节 发动机的性能指标 Engine Operating Performance Specifications 发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性 能指标有：动力性能指标，经济性能指标和排放性能指标。 The performance specifications of engine are generally used to present engine performances. Main engine performance specifications include : power output, fuel consumption and engine out emissions. (1) 动力性能指标: 动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效扭 矩Te 、有效功率Pe和曲轴转速n。 (1) Power output specification: Power output refers to the ability of crankshaft making useful work, including the effective torque Te, the effective power Pe and crankshaft speed n
2014/5/8 他绿指。喜强装a传Aa。 二 产及花物0峰.小 瑞修量 密学州三转的海a肠时 d aald angalarvek奇.Maes山aad与ahnd gc8出 g,1,.nx10, w 赠2 究控具产a上标年及银原 P. 一宝一小 凡冷大司 同将大汽卓国 窗包冷大复 限信大泉汽中和 窗凡冷复 猪大单汽■ 爱对领地能：爱动领的能能的道将事景司实化的稀 工家（意发填的工铁况）路rkint Cond。 美金真南真特推《使更麻为R) 一氧同它的南章西的境辣使复。有时得贵青与 目Lod Charsmirio/置hmCanaiceriati 南的棘意豪项。 峰.机三核 肩黄建下酬可能发出的最大卓之此。 意银吉送童上通比结业行银单铺， 丹转单a年#w时与ed金 鸭牌大甲代原州 用情文摩代海零滑 窗贝冷复 大代率甲滑 产4格 周 物R冷 同将大汽摩恒 5
2014/5/8 5 37 同济大学汽车学院 • 有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩Te (N·m) 。有效转矩与外界施 加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。 • The effective torque : the torque Te ( N · m ) is that the engine outputs through the flywheel . Effective torque equals with the drag torque applied to the crankshaft from outside. • 有效功率: 发动机通过飞轮对外输出的功率Pe (kW)。等于有效转矩与曲轴 角速度的乘积，可以用台架试验方法测定： • The effective power: the power Pe (kW) that the engine outputs through the flywheel . It is equal to the product of the effective torque and crankshaft angular velocity . It can be determined by bench test. Te--有效转矩，N·m n--曲轴转速，r／min ( kW ) 9550 T n 10 60 2 n P T 3 e e e • 额定功率/额定转速：发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额 定功率和额定转速。 • Brake power / brake speed : power and corresponding speed marked on the engine nameplate are called the rated power and rated speed . 38 同济大学汽车学院 (2) 经济性能指标: 通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。 (2) Fuel Economy: usually to evaluate the economic performance of the internal combustion engine with the fuel consumption rate . • 燃油消耗率: 发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量 (以g为单位) ge，燃油消耗率越低，经济性越好。 • Fuel consumption rate refers to the fuel consumption of the unit effective work , that is, the engine outputting 1kW effective power consumes the fuel mass ( in g ) within 1 hour. Lower fuel consumption means the better economy. 10 ( g / kW h ) PG g 3 ef e Gf—发动机每单位时间的耗油量(Fuel consumption in unit time)，kg／h Pe—发动机的有效功率(The effective power)，kW。 39 同济大学汽车学院 (3)排放性能指标： 排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx) 排放量、 噪声等。 (3) Emissions Levels: emissions performance configures include particles(PM), harmful gases ( CO , HC, NOx) emissions , noise and CO2 . 40 同济大学汽车学院 发动机特性：发动机的性能随着许多因素而变化的规律。 Engine Characteristics : the law in which the engine performance changes with many factors. • 发动机速度特性：发动机的功率，转矩和燃油消耗率三者随曲轴转 速变化的规律。 • Engine speed characteristics : the law in which engine power , torque and fuel consumption rate change with the crankshaft speed 有效功率测试（The test of effective power） 发动机在试验台上(例如测功器试验台)进行试验而求得。 We can obtain the effective power by the test bench. 油耗测试 (Fuel consumption test) 可测出消耗一定量汽油所经历的时间，用以换算出发动机每小时油耗量 Gf，计算出燃油消耗率ge。 41 同济大学汽车学院 工况（指发动机的工作状况） Working Condition 一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与 曲轴转速来表明。 负荷 Load 发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功 率与同一转速下所可能发出的最大功率之比。 Pe/kW n/r·min 0 -1 50 45 32 27 20 2000 3500 4800 Ⅰ Ⅱ Ⅲ a b c d e 分析 右图 发动 机的 负荷 42 同济大学汽车学院 发动机全负荷速度特性（又称为发动机外特性） Full Load Characteristic / External Characteristic 43 同济大学汽车学院 产品命名