发动机基本工作原理和性能指标综述

发动机基本工作原理、性能 指标和主流新技术的介绍 标定部 魏 京 四冲程发动机基本工作原理 l进气行程 l压缩行程 l做功行程 l排气行程 发动机常用术语 l上止点和下止点 上止点和下止点 l上止点：活塞在气缸里作往复直线运 动时，当活塞向上运动到最高位置， 即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的 极限位置。 l下止点：活塞在气缸里作往复直线运 动时，当活塞向下运动到最低位置， 即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的 极限位置 。 l活塞行程：上、下止点之间的距离。 l气缸工作容积：活塞从一个止点运动到另一个止 点所扫过的容积。 l发动机排量：多缸发动机各气缸工作容积的总和 。 l压缩比：是发动机中一个非常重要的概念，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。通常汽油机的压缩比为6 11，柴油机的压缩比较高，一般为1622 。 发动机的主要性能指标 l动力性能指标 l经济性能指标 l排放性能 动力性能指标 l有效扭矩：发动机通过曲轴或飞轮对外输出的 扭矩，通常用Te表示，单位为Nm。有效扭矩 是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给 曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等 损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。 l有效功率：曲轴对外输出的净功率。它等于有 效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率 可以在专用的试验台上用测功器测定。 l转速：曲轴每分钟的转数 。 经济性能指标 l燃油消耗率：指单位有效功的燃 油消耗量，也就是发动机每发出 1kW有效功率在1小时内所消耗的 燃油质量(以g为单位)，燃油消耗 率通常用ge表示，其单位为 g/kWh 排放性能 l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。 l空燃比：进入气缸的可燃混合物中空气质量和 燃料质量的比值。汽油理论完全燃烧的空燃比 为14.7，其他燃料因化学成分差异而不同。 lLambda值：即过量空气系数。如果进入气缸 混合气的空燃比为理论完全燃烧的空燃比，则 此时过量空气系数为1，即Lambda =1。如果 空燃比大于理论空燃比，则Lambda >1，反之 ，则Lambda <1。通过空燃比可以计算得到 Lambda值。 发动机的特性 l性能指标随发动机曲轴转速变化 的关系称为发动机的速度特性。 l性能指标随负荷（汽油机为节气 门）变化的关系称为发动机的负 荷特性。 外特性和部分特性 l节气门全开时的速度特性叫发动 机的外特性；节气门不全开的任 意位置所得到的速度特性都称为 部分特性。 l发动机的外特性代表了发动机所 具有的最高动力性能。 汽油机的外特性 点火提前角 l点火提前角：火花塞点火时，曲 轴曲拐位置与活塞位于压缩上止 点时曲轴曲拐位置之间的夹角。 为什么要点火提前 l点火时刻对发动机性能影响很大，从火花塞点 火到气缸内大部分混合气燃烧，并产生很高的 爆发力需要一定的时间，虽然这段时间很短， 但由于曲轴转速很高，在这段时间内，曲轴转 过的角度还是很大的。若在压缩上止点点火， 则混合气一面燃烧，活塞一面下移而使气缸容 积增大，这将导致燃烧压力低，发动机功率也 随之减小。 因此要在压缩接近上止点点火，即 点火提前。 VVT技术 lVariable Valve Timing，可变气门正时技术。通 过改变气门开起和关闭的时刻，优化进排气， 来达到提升性能的作用。可以较明显地提升低 速和高速下的扭矩，使得动力性更强，油耗更 低。新的CVVT即连续可调气门正时系统，可以 进一步优化性能。 l可变气门升程技术：通过改变气门开启的升程 ，优化进排气来改善高、低速的性能。和VVT 的作用相似，故较高级的VVT技术中常包含这 种技术，如果宝时捷的verocam技术。常见的 本田的VTEC技术也是两者的结合。 增压技术 l增压技术主要有涡轮增压和机械增压两种。 即Turbocharging和Supercharging。 l涡轮增压是通过两个轴向连接的涡轮来完成 强制进气的。即排气推动排气涡轮飞速旋转 ，其又通过连接轴来驱动进气涡轮，进气涡 轮把进气进行压缩，提高进气的密度和压力 ，使得气缸在排量不变的条件下容纳更多质 量的空气，燃烧后做更多的功，即得到更大 的扭矩和功率。 进排气涡轮 大众的双增压技术（Supercharger + Turbo ） 其它新技术 l可变进气歧管长度技术 l分层燃烧技术 l燃油直喷技术 技术集大成者：大众的TSI技术。包含机械 涡轮双增压、燃油直喷、分层燃烧等多项 新技术。1.4升排量的TSI发动机，其动力 性能可以超过一般自然进气2.0升发动机 ，并且拥有很低的油耗。 代用绿色动力技术 l纯电动车技术 l混合动力车技术 l燃料电池技术 l最后，我们再来看一遍发动机工 作原理的视频，对发动机的工作 过程有近一步的了解。