现有轿车发动机工作原理及优缺点分析解析.docx

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现有轿车发动机工作原理及优缺点分析解析

现有轿车发动机工作原理及优缺点分析

1．发动机相关结构

一．发动机排量：

发动机排量是发动机各汽缸工作容积的总和，一般用升（L）表示。

而汽缸工作容积则是指活塞从上止点到下止点所扫过的气体容积，又称为单缸排量，它取决于缸径和活塞行程。

发动机排量是非常重要的发动机参数，它比缸径和缸数更能代表发动机的大小，发动机的许多指标都同排气量密切相关。

一般来说，排量越大，发动机输出功率越大。

二．发动机参数：

例如“L4”、“V6”、“V8”、“W12”这些都表示发动机汽缸的排列形式和缸数。

汽车发动机常用缸数有3缸、4缸、6缸、8缸、10缸、12缸等。

一般说来，排量1升以下的发动机常用3缸，例如0.8升的奥拓和福莱尔轿车。

排量1升至2.5升一般为4缸发动机，常见的经济型轿车以及中档轿车发动机基本都是4缸。

3升左右的发动机一般为6缸，比如排量3.0升的君威和新雅阁轿车。

排量4升左右的发动机一般为8缸，比如排量4.7升的北京吉普的JEEP4700。

排量5.5升以上的发动机一般用12缸发动机，例如排量6升的宝马760Li就采用V12发动机。

在同等缸径下，通常缸数越多排量越大，功率也就越高；而在发动机排量相同的情况下，缸数越多，缸径越小，发动机转速就可以提高，从而获得较大的提升功率。

二．四冲程发动机工作原理

当前轿车主要使用四冲程发动机做功，所以这里给出了四冲程发动工作原理。

进气冲程

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。

此时排气门关闭，进气门开启。

在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。

空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

压缩冲程

进气冲程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。

这时，进、排气门均关闭。

随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

作功冲程

压缩冲程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。

燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。

在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。

这时，进、排气门仍旧关闭。

排气冲程

排气冲程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体（或称废气）在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。

当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。

三．发动机分类及其优缺点分析

发动机的分类

一．按进气系统工作方式

一．自然吸气发动机：

自然吸气是汽车进气的一种，是在不通过任何增压器的情况下，大气压将空气压入燃烧室的一种形式。

二．涡轮增压发动机：

涡轮增压，是一种利用内燃机运作转产生的废气驱动空气压缩机）的技术。

增压原理

涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。

首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。

然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

这就是一个完整的涡轮增压装置。

一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压缩输送由空气滤清器管道来的空气，使之增压之后进入气缸。

当发动机转速增快，废气的排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮又压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以使更多的燃料充分燃烧，相应的增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以实现增加发动机的输出功率了。

三．机械增压发动机

机械增压是指针对自然进气引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题，从最基本的关键点着手，也就是想办法提升进气歧管内的空气压力，以克服气门干涉阻力，虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变，但由于进气压力增加的结果，让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了，因此喷油量也能相对增加，让引擎的工作能量比增压之前更为强大。

增压原理

由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大，同时受限于引擎安装空间，因此机械增压器的工作转速远低于3,000rpm，与涡轮增压器经常处于10,000rpm以上超高转域的情形相去甚远，同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速，两者呈现平起平坐的现象，形成一组稳定之等差数线，而且增压器与引擎之间会互相影响，当一方运转受阻的时候，必定会藉由皮带传输而影响另一方的运作，这就是机械增压器的特性。

四．双增压发动机

在典型的二级可调增压系统中，两台涡轮增压器成串联布置。

二级可调增压系统由高压级增压器、低压级增压器、废气流量分配阀和空气旁通阀组成。

高压级增压器为一个小增压器，低压级增压器为一个大增压器。

如果增压压比较高，则需要考虑在压气机间对增压空气冷却。

二．按气缸排列式

1．直列式

所有汽缸均肩并肩排成一个平面，它的缸体和曲轴结构简单，而且使用一个汽缸盖。

可用“L”代表。

2．V型

V型发动机就是将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起，使两组汽缸形成有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形的发动机。

V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。

它便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的汽缸数。

3．水平对置发动机

水平对置发动机，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。

使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，减少噪音。

三．按冷却方式分

一．水冷发动机

由于水的比热高，并且在零件与冷却介质间有良好的传热性能，因此现代汽车发动机大多采用水冷却。

采用水作为冷却介质的发动机称为水冷发动机。

冷却液也就是水，由水泵输送，流过发动机和水散热器。

二．风冷发动机

风冷发动机，是以空气作为冷却介质的发动机。

它在气缸及缸盖的外壁铸造出一些散热片，并用冷却风扇使空气高速吹过散热片表面，带走发动机散出的热量,使发动机冷却。

4．按燃油供应方式分

1．电喷发动机

电喷发动机是采用电子控制装置，取代传统的机械系统（如化油器）来控制发动机的供油过程。

如汽油机电喷系统就是通过各种传感器将发动机的温度、空燃比、油门状况、发动机的转速、负荷、曲轴位置、车辆行驶状况等信号输入电子控制装置，电子控制装置根据这些信号参数，计算并控制发动机各气缸所需要的喷油量和喷油时刻，将汽油在一定压力下通过喷油器喷入到进气管中雾化。

并与进入的空气气流混合，进入燃烧室燃烧，从而确保发动机和催化转化器始终工作在最佳状态。

这种由电子系统控制将燃料由喷油器喷入发动机进气系统中的发动机称为电喷发动机。

2．缸内直喷发动机

缸内直喷（FSI）就是直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术。

喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点。

同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。

发动机的优缺点分析

优点

一．自然吸气发动机

1．技术成熟，稳定性较高

2．动力输出平顺，反映速度快

二．涡轮增压发动机

1．提高燃油经济性，降低尾气排放

2．小排量高功率，能够提供持续的动力

三．机械增压发动机

相对于涡轮增压技术，机械增压完全解决了油门响应滞后，涡轮迟滞和动力输出突然现象，达到瞬时油门响应，动力随转速线性输出，增加驾驶性能能效果。

此外，在低速高扭、瞬间加速，机械增压技术都优于涡轮增压技术。

机械增压技术不需跟发动机的润滑系统连接，不需要冷却，免维护，工作可靠，而且寿命长。

四．双增压发动机

1．应用二级增压系统可以获得更高的进气压力，提高发动机动力性和高原适应能力。

2．采用二级增压器，极大地拓宽了增压系统的流量范围，可以使柴油机满足高功率、大转矩、低油耗的要求。

3．采用二级增压器，可以对排气歧管内的废气压力及进气管的增压压力实施调节，实现EGR，满足排放要求。

4．二级增压系统如果采用较小惯量的低压级增压器，可以有效的解决系统加速滞后问题。

五．直列式发动机

1．制造成本较低

2．稳定性高

3．低速扭矩特性好

4．燃料消耗少

5．尺寸紧凑

六．V型发动机

1．效率较直列型发动机更高

2．较直列型发动机更稳定

七．水平对置型发动机

水平对置发动机的最大优点是重心低。

由于它的气缸为“平放”，不仅降低了汽车的重心，还能让车头设计得又扁又低，这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。

同时，水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。

当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。

八．水冷发动机

1．冷却效果好

2．冷却均匀

3．工作可靠

4．不受环境影响

5．噪声低

九．风冷发动机

1．结构简单

2．质量轻

3．维护使用方便

4．对气候变化适应性强

5．起动快

6．不需要散热器

7．可运用于缺水地区

十．电喷发动机

1．功率高

2．省油

3．噪音低

4．一次点火率高

5．能准确控制混合器的质量，保证缸内燃料燃烧完全。

十一．缸内直喷发动机

1.缸内直喷式汽油发动机的优点是油耗量低，升功率大。

2.压缩比高达12，与同排量的一般发动机相比功率与扭矩都提高了10%。

缺点

1．自然吸气发动机

1.跟涡轮增压发动机相比动力上有差距。

二．涡轮增压发动机

1.动力输出反应滞后，平顺性有待提升。

2.后期保养维护费用不低。

3.在经过了增压之后，发动机在工作时的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。

三．机械增压发动机

1.加速效果不是很明显，与自然吸气引擎差别不大。

2.会损失发动机部分动能，机械增压靠皮带带动，归根到底驱动力还是引擎。

3.高转速时会产生大量的摩擦，影响到转速的提高，噪音大。

四．双增压发动机

1．需要较大的空间

2．价格比较昂贵

3．EGR率控制不如可变增压系统控制灵活

4．在高转速时相对于可变增压系统油耗偏高

五．直列型发动机

功率较低，难以适合配备6缸以上的汽车。

六．V型发动机

1．结构复杂

2．成本高

七．水平对置型发动机

1．结构复杂，不易制造。

2．横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。

3．护养成本高。

4．机体较宽，不利于布局。

5．活塞水平放置和其自身重力的作用，其水平往返运行中的顶部和底部与缸套的摩擦程度就不一样，这会使得缸套的上下两个内面出现不同的磨损，底部会磨损的要多一些。

6．水平对置能够抵消横向的振动，只是一种理想状况，如果由于积碳等原因导致气门不能完全闭合，也会造成缸压不等，这就会造成横向力不等，这种情况下同样会造成左右抖动。

八．水冷发动机

1.构造复杂

2.成本较高

3.故障率高及维修复杂

4.功率损耗大

九．风冷发动机

1．缸体和缸盖刚度差

2．振动大

3．噪声大

4．容易过热

十．电喷发动机

1．较缸内直喷发动机，该发动机喷射时可能造成汽油的浪费

2．电动汽油泵是靠流过汽油泵的燃油来进行冷却的。

在油箱缺油状态下长时间运转发动机，会使电动汽油泵因过热而烧坏。

十一．缸内直喷发动机

1.零组件复杂

2.价格昂贵

3.对汽油优质要求很高