发动机排量与功率23页PPT课件.ppt

1、 一、关于功率与排量的关系一、关于功率与排量的关系Pe=Pme发动机气缸内工质的平均有效压力发动机气缸内工质的平均有效压力冲程数冲程数n发动机转速发动机转速排量排量 VL=Vs*i柴油机柴油机Pme0.62.9 Mpa 汽油机汽油机 Pme 0.61.2 Mpa普通轿车发动机转速最高普通轿车发动机转速最高7000rpm,F1达到达到19000rpm普通轿车排量也不过普通轿车排量也不过3升，升，F1赛车赛车2.4升，但升，但F1的功率可以达到的功率可以达到700多多KW发动机功率 表达式实际上，很容易理解上式是怎么求得的，实际上，很容易理解上式是怎么求得的，工质对活塞所做功工质平均有效压力工质对

2、活塞所做功工质平均有效压力Pme活塞面积活塞面积S活塞行程活塞行程 PmeVs，i个气缸，当然个气缸，当然PmeVsi，因为对于每分钟，因为对于每分钟n转的转的行程发动机在做功冲程所需行程发动机在做功冲程所需时间（时间（60）/2*n，故此得到上述功率表达式！，故此得到上述功率表达式！直列四缸发动机曲拐布置直列四缸发动机曲拐布置发动机转速发动机转速n与汽缸数的关系与汽缸数的关系对于四缸发动机，发动机旋转两圈即对于四缸发动机，发动机旋转两圈即0720 有几个气缸作功？有几个气缸作功？有4缸作功对于单缸四冲程发动机，每两转对于单缸四冲程发动机，每两转720，只有，只有一个气缸工作一个气缸工作 直列

3、六缸机工作循环表直列六缸机工作循环表（发火顺序：（发火顺序：1-5-3-6-2-4-1）发动机旋转两圈即发动机旋转两圈即0720有几有几个气缸作功？个气缸作功？有有6缸作功缸作功一般而言，一般而言，相同排量的相同排量的发动机，汽发动机，汽缸数越多，缸数越多，越利于提高越利于提高发动机转速，发动机转速，提高功率！提高功率！所以，就不难理解所以，就不难理解FIA要把要把F1从从V10降为降为V8，降低功率，降低极限速度，降低功率，降低极限速度，提高安全性，提高安全性从另外一个角度，对于民用车，为什么同样排量从另外一个角度，对于民用车，为什么同样排量6缸缸要比要比4缸发动机提速快的原因，当然，除了其

4、他原因缸发动机提速快的原因，当然，除了其他原因之外，主要原因就是气缸数多了两缸，每两转多了之外，主要原因就是气缸数多了两缸，每两转多了两缸工作，所以，一般来说两缸工作，所以，一般来说6缸发动机比缸发动机比4缸发动机缸发动机高级的原因，当然，从制造成本来说，高级的原因，当然，从制造成本来说，6缸也比缸也比4缸缸高高。无人能及的高转速 宝马引擎背后的秘密 宝马引擎动力超群是F1公认的事实，那么宝马引擎成功的秘密在哪里呢？BMW成功的秘密在哪里？其实就在于“无人能及的高转速”。略懂一点引擎基本原理的车迷都能理解“提高引擎转速”是增加引擎功率最简单的办法这个道理，但道理背后的技术瓶颈与困难却超出多数人

5、的想象(10年来F1赛车引擎转速的增加幅度不到3000rpm)。BMW车厂对引擎转速和功率之间关系的理解了：BMW引擎研发团队相信在引擎排量上限的前提下，提高引擎转速是增加引擎动力输出的最佳方式。F1引擎内的曲轴每分钟旋转超过18000次，10个汽缸内活塞每秒钟的位移超过25米。产生如此高马力及扭力的动力心脏在运用到赛车上时还需要优秀的变速系统配合，而这当然也是BMW团队的研发重点之一。打造大马力的引擎其实不难，不过有些车厂偏好利用增大排量而不是提升引擎转速的方式来增加引擎马力输出，这也正是书面上的马力输出数字意义不大的原因。利用增大引擎排量来增加马力的最大缺点就是引擎体积将无可避免地大幅增加

6、，引擎重量与耗油率也无可避免会提高，所以BMW选择提高引擎转速方案的主要出发点就是为了避免前述两种情形。BMW工程师主要致力于缩减引擎的体积及重量，同时降低耗油率，相信这打造极限运动车款的关键所在。在80年代F1赛坛的“涡轮增压引擎时代”，BMW曾推出动力超过1000匹以上的马力巨兽，不过至今BMW仍偏好在他们的民用车产品上使用自然进气(NA)引擎。BMW设计时的考虑：有几家车厂偏好以涡轮增压或是机械增压的方式来提升引擎的输出,但过去在F1赛道上的经验显示，涡轮增压技术在引擎低转时存在缺陷，而另一个直到今天仍让我们困扰不已的问题则是涡轮增压引擎的油耗问题。同时，还要考虑到了自然进气引擎的灵敏性

7、：不论是赛道上的比赛车手还是一般驾驶人，都希望引擎表现能够反映出最微小的油门踏板变化这也就是F1赛车上要使用线传操控技术(Fly-by-wire)的原因达到这个境界需要引擎反应与油门踏板动作之间不能有滞后，而只有采用自然进气方式的高转速引擎才能胜任这个工作。无论如何，对于BMW来说，赛车场更大程度上的意义还是一个尖端技术的检验场，如何将这些技术运用到旗下的民用车上面才是最重要的任务。李希特最后向我们透露说，搭载新一代直6引擎的M3车型极限转速已经超过了8000rpm，虽不能与F1引擎比，但至少已经让普罗大众有机会享受到过去只有顶尖赛车上才使用的高科技。买得到，用得着，这才是车迷们真正的福音。A

8、udi 2.0 20 valves engine output 86 kW(115 hp)at 5200 rpm,165 Nm(122 ftlbf)at 2600 rpm 85 kW(115,5 hp)at 5400 rpm,172 Nm(125 ftlbf)at 3500 rpm in VW Passat 80 KW(109 hp)at 5400 rpm,160 Nm(120 ft.lbf)at 3500 rpm in Touran or Caddy 96 kW(130 hp)at 5700 rpm,195 Nm at 3300 rpm with five valves per cylind

9、er,continuous intake camshaft adjustment,a two-position variable intake manifold and a balancer shaft in the Audi A4 Output 130 kW(177 hp)6000 rpm(15.5 m/s piston speed),230 Nm between 3000 and 5000 rpm(12.1 bars MEP)Application 2019 Audi A6 Audi 4.2 V8 FSIOutput 246 kW(335 hp)6600 rpm,420 Nm 3500 r

10、pm,6800 rpm max 250 kW(340 hp)7,000 rpm in the S4 Applications first in Audi S4 in 2019,Audi A6,Audi A8 Output 320 kW(435 hp)6800 rpm,540 Nm from 3000 to 4000 rpm,over 500 Nm between 2500 and 5500 rpm in the S6 and S6 Avant 331 kW(450 hp)7000 rpm,540 Nm 3500 rpm(90%available from 2,300 rpm),21.7 m/s

11、 maximum piston speed,13,04 bars maximum MEP in the S8 Applications Audi S8,Audi S6 and S6 Avant Audi 6.0 W12Output 309 kW(420 hp)and 550 Nm,then 331 kW(450 hp)6,200 rpm,580Nm 4,000 rpm,560 Nm from 2,300 to 5,300 rpm Applications 2019 Audi A8,2019 VW Phaeton,2019 VW Touareg sport Bugatti W161001 hp

12、8.0L Output 736kW(1001PS)at 6,000 rpm,1250 Nm between 2,200 and 5,500 rpm Applications Bugatti Veyron 大众公司大众公司16缸的怪兽缸的怪兽Bugatti 了解如何评价发动机的性能，主了解如何评价发动机的性能，主要有哪些指标？要有哪些指标？二、发动机性能指标二、发动机性能指标 （一）、动力性指标（一）、动力性指标 1、有效转矩、有效转矩发动机对外输出的转矩称为发动机对外输出的转矩称为 有效转矩有效转矩Te，单位为，单位为NMpeople buy horsepower,but drive torq

13、uePe=Te*n/9550 (kw)因此，因此，“低转速大转矩低转速大转矩”也是发动机也是发动机技术所追求的主要目标之一！技术所追求的主要目标之一！这样的曲线一般进行发动机台架试验测得的这样的曲线一般进行发动机台架试验测得的 ，获取发动机性能数据，以供汽车整车设计匹获取发动机性能数据，以供汽车整车设计匹配之用配之用 大众大众1.8 BAF大众大众1.8T AUM所谓所谓“高原式高原式”转转矩矩 2019 Honda Civic 1.8 SOHC i-VTEC engine It makes 140hp at 6300rpm and redlines at 7000rpm.Max torque

14、 is 174Nm at 4300rpm.升功率达到升功率达到 57kw/LR18A1 本田的本田的iVTEC技术技术 经济凸轮工经济凸轮工作区域作区域 由电脑控制由电脑控制 ，根据发动机的工况，根据发动机的工况自动切换凸轮，改变气门升程，使自动切换凸轮，改变气门升程，使发动机既有好的动力性又有好的经济性。发动机既有好的动力性又有好的经济性。现已发展到三阶段升程控制和可变定时控制！现已发展到三阶段升程控制和可变定时控制！高输出凸轮工作区域高输出凸轮工作区域 3、发动机转速、发动机转速n4、平均有效压力、平均有效压力 Pme（二）、经济性指标（二）、经济性指标1、有效热效率、有效热效率 燃料燃烧

15、所产生的热量转化为有效功的百分数燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数柴油机约柴油机约0.30.45 汽油机约汽油机约0.20.3 2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率 be是指发动机每输出是指发动机每输出1KW h的有效功率所消耗的燃油量的有效功率所消耗的燃油量 g/(kw h)如前所述，发动机转速越高，发动机的功率越大，但民用车要考虑使用的材料如前所述，发动机转速越高，发动机的功率越大，但民用车要考虑使用的材料与耐用性，转速也不过是与耐用性，转速也不过是7000rpm，而，而F1就不同了，尽管就不同了，尽管F1的材料用最好的，但的材料用最好的，但它是为了每一场比赛获得胜利！所以，为了能使发

16、动机功率达致极限，提高转速它是为了每一场比赛获得胜利！所以，为了能使发动机功率达致极限，提高转速是其中有效途径之一，还有，提高转速后，也可以提高最高车速！是其中有效途径之一，还有，提高转速后，也可以提高最高车速！平均有效压力是代表发动机热负荷的重要指标，从发挥发动机热效率角度来说，平均有效压力是代表发动机热负荷的重要指标，从发挥发动机热效率角度来说，平均有效压力高能提高发动机的热效率，但平均有效压力提高后，发动机的热负平均有效压力高能提高发动机的热效率，但平均有效压力提高后，发动机的热负荷也增加了，它的材料能承受才行，现代发动机的平均有效压力不断提高了，涡荷也增加了，它的材料能承受才行，现代发

17、动机的平均有效压力不断提高了，涡轮增压的汽油机可以达到轮增压的汽油机可以达到21kg/cm2，柴油机就更不用说了，但汽车制造厂要在，柴油机就更不用说了，但汽车制造厂要在耐用性和高平均有效压力之间取得折中方案耐用性和高平均有效压力之间取得折中方案 （三）、强化指标（三）、强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标1、升功率、升功率是指发动机在标定工况下，单位发动机排量输出是指发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率的有效功率称为升功率PL升功率越高说明该发动机每升工作容积发出的有效升功率越高说明该发动机每升工作容积发出的有效

18、功率越大，发动机的热负荷和机械负荷越高功率越大，发动机的热负荷和机械负荷越高汽油机汽油机 3070 kw/L 汽车柴油机汽车柴油机 1830 kw/L 2、强化系数、强化系数是指平均有效压力与活塞平均速度的乘积是指平均有效压力与活塞平均速度的乘积Pme*Cm强化系数越高说明发动机的热负荷和机械负荷越高强化系数越高说明发动机的热负荷和机械负荷越高随着发动机制造技术的进步，强化系数愈来愈高随着发动机制造技术的进步，强化系数愈来愈高(m/s)(活塞一个冲程的时间活塞一个冲程的时间60/2n)柴油机比汽油机笨重柴油机比汽油机笨重 三、发动机缩小排量策略三、发动机缩小排量策略 1、目的：、目的：a、缩小

19、了气缸工作容积后，发动机的机件减小，、缩小了气缸工作容积后，发动机的机件减小，配合摩擦面减小，因而直接机械摩擦损失配合摩擦面减小，因而直接机械摩擦损失b、提高了发动机负荷率。提高了发动机负荷率。所谓负荷率是在一个确定的发动机转速下所谓负荷率是在一个确定的发动机转速下.实际负荷与该转速下实际负荷与该转速下最大可能承受的负荷的比值。随着负荷率下降发动机的效率也最大可能承受的负荷的比值。随着负荷率下降发动机的效率也大幅度下降。在柴油机中燃油在较低温度下输入给空气充量并大幅度下降。在柴油机中燃油在较低温度下输入给空气充量并进行燃烧，不利于提高高压过程热效率。在汽油机中，随着负进行燃烧，不利于提高高压过

20、程热效率。在汽油机中，随着负荷率下降节流加剧进气管真空度提高，使泵气损失增加热效率荷率下降节流加剧进气管真空度提高，使泵气损失增加热效率也下降。所以无论汽油机还是柴油机，热效率均随负荷率下降也下降。所以无论汽油机还是柴油机，热效率均随负荷率下降而恶化。而恶化。因此，缩小排量是内燃机获得良好的油耗特性因此，缩小排量是内燃机获得良好的油耗特性的决定性因素。的决定性因素。而对于汽油机而言，通过缩小排量转移发而对于汽油机而言，通过缩小排量转移发动机部分负荷时的工况点以达到节能目的动机部分负荷时的工况点以达到节能目的的潜力十分巨大。但是为了兼顾汽车的动的潜力十分巨大。但是为了兼顾汽车的动力性，必须采用涡

21、轮增压以求在全负荷时力性，必须采用涡轮增压以求在全负荷时达到较高的升功率。最终导致较低的热损达到较高的升功率。最终导致较低的热损失和摩擦损失。失和摩擦损失。所以，缩小排量在汽油机中将成为一种所以，缩小排量在汽油机中将成为一种决定其前途的因素决定其前途的因素 2、汽油机缩小排量应解决的问题、汽油机缩小排量应解决的问题 a 、采用增压技术、采用增压技术 缩小排量缩小排量(Downsizing)能提高发动机在低负荷工况下的负荷率，能提高发动机在低负荷工况下的负荷率，进而提高燃油经济性。同时为了满足人们对汽车动力性的要求，必进而提高燃油经济性。同时为了满足人们对汽车动力性的要求，必须通过须通过增压增压

22、来补偿由于缩小排量而损失的标定功率来补偿由于缩小排量而损失的标定功率。b 、解决汽油机增压的爆震问题解决汽油机增压的爆震问题 为此可采用为此可采用可变压缩比技术可变压缩比技术，在高负荷、低转速容易发生爆，在高负荷、低转速容易发生爆震的工况区域可采用低压缩比以避免爆震震的工况区域可采用低压缩比以避免爆震;而在低负荷工况则可而在低负荷工况则可采用高压缩比，以提高燃油经济性。采用高压缩比，以提高燃油经济性。闭缸控制闭缸控制(Cylinder Shut off)也是一种提高负荷率的有效手也是一种提高负荷率的有效手段。较大排量的发动机，例如六缸机可以在低负荷下封闭三个气段。较大排量的发动机，例如六缸机可以在低负荷下封闭三个气缸。缸。C 、有意降低恒定压缩比发动机的压缩比值、有意降低恒定压缩比发动机的压缩比值 因此增压汽油机的压缩比比恒定压缩比的自然吸气发动机的因此增压汽油机的压缩比比恒定压缩比的自然吸气发动机的压缩比小压缩比小谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生