《发动机设计原理》课件

《发动机设计原理》欢迎来到《发动机设计原理》课程！本课程旨在全面介绍发动机的设计原理、构造、性能分析、排放控制以及维护保养通过学习本课程，您将掌握发动机设计的基本知识和技能，为未来的工程实践奠定坚实的基础发动机是汽车、飞机等交通工具的核心部件，其设计直接影响着车辆的性能、效率和可靠性课程目录发动机基础知识了解发动机的定义、分类和工作原理发动机组成部件熟悉发动机的各个组成部件及其功能发动机设计原理掌握发动机设计中的关键参数和方法发动机性能分析学会对发动机的性能进行评估和优化发动机基础知识

1.发动机的定义发动机的分类发动机的应用领域123发动机是一种将其他形式的能量转化按燃料类型可分为汽油发动机、柴油广泛应用于汽车、飞机、船舶、工程为机械能的装置，通常是将化学能转发动机、燃气发动机等；按工作循环机械等领域化为动能可分为二冲程发动机、四冲程发动机等发动机的定义和分类

1.1发动机的定义发动机的分类发动机是一种动力机械，它能够将其他形式的能量转化为机械能，发动机可以根据多种标准进行分类，如燃料类型（汽油、柴油、为车辆或设备提供动力发动机通常将燃料的化学能转化为热能，燃气）、工作循环（二冲程、四冲程）、点火方式（火花点火、再将热能转化为机械能压燃点火）等不同的分类方式适用于不同的应用场景发动机的工作原理

1.2进气活塞下行，气门打开，空气或混合气进入气缸压缩活塞上行，气门关闭，空气或混合气被压缩做功燃料燃烧，气体膨胀，推动活塞下行做功排气活塞上行，气门打开，废气排出气缸发动机的性能参数

1.3参数描述单位功率发动机做功的能力kW或马力扭矩发动机旋转的力Nm压缩比气缸内气体被压缩的-程度燃油消耗率发动机消耗燃油的效g/kWh率发动机的组成部件

2.气缸及气缸盖发动机的核心部件，用于燃烧燃料和产生动力活塞及连杆将燃烧产生的压力转化为旋转运动曲轴及飞轮将活塞的往复运动转化为旋转运动并储存能量汽门及气门机构控制气缸的进气和排气气缸及气缸盖

2.1气缸的作用气缸盖的作用气缸是发动机的核心部件，是燃料燃烧和产生动力的场所气缸气缸盖是气缸的顶部盖子，它与气缸共同形成燃烧室气缸盖上的质量和设计直接影响发动机的性能和寿命通常安装有气门、火花塞或喷油器等部件活塞及连杆

2.2活塞的作用活塞在气缸内往复运动，承受燃烧产生的压力，并将压力传递给连杆连杆的作用连杆连接活塞和曲轴，将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动曲轴及飞轮

2.3曲轴的作用飞轮的作用曲轴将连杆传递的力转化为旋转运动，飞轮储存曲轴的能量，使发动机运转并输出动力更加平稳汽门及气门机构

2.4汽门的作用气门机构的组成12汽门控制气缸的进气和排气，气门机构包括凸轮轴、摇臂、保证发动机正常工作气门弹簧等部件，用于驱动汽门气门正时3气门正时是指汽门开启和关闭的时间，对发动机性能有重要影响润滑系统

2.5油泵油滤12提供润滑油的压力过滤润滑油中的杂质油底壳油道储存润滑油43将润滑油输送到发动机各部件冷却系统

2.6冷却系统的作用冷却系统的组成冷却系统用于散发发动机产生的热量，防止发动机过热冷却系统包括水泵、散热器、风扇、节温器等部件燃料供给系统

2.7油箱储存燃料燃油泵将燃料从油箱输送到发动机喷油器将燃料喷入气缸或进气歧管空气滤清器过滤进入发动机的空气发动机的设计原理

3.缸径和行程的确定缸径和行程决定了气缸的容积，影响发动机的功率和扭矩汽缸容积和压缩比的设计汽缸容积和压缩比对发动机的性能和燃油经济性有重要影响气门的设计及优化气门的设计影响发动机的进气和排气效率活塞的设计活塞的设计需要考虑强度、重量和散热性能缸径和行程的确定

3.1缸径行程缸径是指气缸的直径，缸径越大，气缸的容积越大，发动机的功行程是指活塞在气缸内运动的距离，行程越长，发动机的扭矩越率越大大汽缸容积和压缩比的设计

3.2汽缸容积1汽缸容积是指活塞在气缸内运动所扫过的体积，汽缸容积越大，发动机的功率越大压缩比2压缩比是指气缸内气体被压缩的程度，压缩比越高，发动机的热效率越高，但容易产生爆震气门的设计及优化

3.3气门升程21气门尺寸气门正时3活塞的设计

3.4活塞材料活塞形状12活塞通常采用铝合金材料，具活塞形状需要考虑燃烧室的形有重量轻、强度高的特点状和气流的组织活塞环3活塞环用于密封气缸，防止气体泄漏曲轴的设计

3.5强度1刚度2平衡3连杆的设计

3.6连杆长度连杆截面形状连杆材料曲轴箱的设计

3.7曲轴箱的作用曲轴箱的设计要求曲轴箱用于支撑曲轴，承受发动机的振动和冲击曲轴箱需要具有足够的强度和刚度，以保证发动机的正常工作发动机的性能分析

4.发动机功率的计算发动机功率是指发动机做功的能力，通常用kW或马力表示发动机扭矩的计算发动机扭矩是指发动机旋转的力，通常用Nm表示发动机热效率的计算发动机热效率是指发动机将燃料的化学能转化为机械能的效率发动机燃油经济性分析发动机燃油经济性是指发动机消耗燃油的效率发动机功率的计算

4.1发动机功率是指发动机在单位时间内所做的功，通常用千瓦（kW）或马力（hp）表示功率是衡量发动机性能的重要指标之一，功率越大，发动机的加速性能和最高速度越高发动机功率的计算涉及到多个参数，包括扭矩、转速等精确的功率计算是发动机设计和性能评估的关键环节功率的计算公式通常为功率（kW）=扭矩（Nm）×转速（rpm）/9549通过这个公式，我们可以根据发动机的扭矩和转速曲线，计算出不同转速下的功率值，从而全面了解发动机的性能特性在实际应用中，发动机功率的测试通常在发动机试验台上进行发动机扭矩的计算

4.2扭矩的定义扭矩的计算扭矩是指发动机曲轴输出的旋转力矩，是衡量发动机做功能力的扭矩的计算涉及到多个参数，包括气缸压力、活塞面积、曲柄半重要指标扭矩越大，发动机的加速性能和爬坡能力越强径等精确的扭矩计算是发动机设计和性能评估的关键环节发动机热效率的计算

4.3热效率的影响因素21热效率的定义提高热效率的措施3发动机燃油经济性分析

4.4燃油消耗率1影响因素2优化措施3发动机的排放控制

5.发动机排放物的成分发动机排放物的危害排放控制技术概述发动机排放物主要包括一氧化碳、碳氢发动机排放物对环境和人体健康有危害，排放控制技术包括催化转化器、颗粒物化合物、氮氧化物和颗粒物等会导致空气污染和疾病捕集器、选择性催化还原等发动机排放物的成分和危害

5.1排放物化学式危害一氧化碳CO使人中毒碳氢化合物HC形成光化学烟雾氮氧化物NOx形成酸雨颗粒物PM危害呼吸系统排放控制技术概述

5.2催化转化器1将有害气体转化为无害气体颗粒物捕集器2捕集颗粒物，减少排放选择性催化还原3将氮氧化物还原为氮气废气再循环4降低燃烧温度，减少氮氧化物生成催化转化器的原理和应用

5.3原理应用催化转化器利用催化剂的作用，将发动机排放的有害气体转化为催化转化器广泛应用于汽车、摩托车等交通工具上，是减少排放无害气体催化剂通常是贵金属，如铂、钯、铑等的重要技术其他排放控制措施

5.4缸内直喷涡轮增压可变气门正时提高燃烧效率，减少排放提高发动机功率，降低排放优化气门开启和关闭时间，提高燃烧效率，减少排放发动机的振动分析

6.发动机振动的原因发动机振动的危害发动机振动是由发动机内部的往发动机振动会影响发动机的寿命复运动部件引起的和性能，也会影响车辆的舒适性发动机振动的控制措施发动机振动的控制措施包括平衡发动机部件、优化发动机结构、采用减振措施等发动机振动的原因分析

6.1往复惯性力旋转不平衡燃烧压力活塞、连杆等往复运动部件产生的惯性力曲轴、飞轮等旋转部件的不平衡也会引起气缸内燃烧压力的变化也会引起发动机振是发动机振动的主要原因之一发动机振动动发动机振动的控制措施

6.2平衡发动机部件通过平衡活塞、连杆、曲轴等部件，减少发动机振动优化发动机结构通过优化发动机结构，提高发动机的刚度，减少发动机振动采用减振措施通过采用减振器、橡胶垫等减振措施，减少发动机振动传递到车辆发动机噪声的控制

6.3噪声源1发动机噪声主要来自燃烧噪声、机械噪声和气流噪声控制措施2控制措施包括采用低噪声发动机设计、安装消声器、采用隔声材料等发动机的性能测试

7.测试目的测试方法12验证发动机设计是否符合要求，包括台架试验、道路试验等评估发动机性能是否达到标准测试设备3包括发动机测试台、数据采集系统等发动机测试的目的和方法

7.1测试目的测试方法发动机测试的目的是验证发动机的设计是否符合要求，评估发动发动机测试的方法包括台架试验和道路试验台架试验是在实验机的性能是否达到标准通过测试，可以发现发动机的缺陷和不室进行的，可以精确控制测试条件，获取详细的测试数据道路足，为改进设计提供依据试验是在实际道路上进行的，可以模拟真实的运行环境，评估发动机的实际性能发动机测试台的构造和特点

7.2动力吸收器1测力计24数据采集系统控制系统3发动机性能参数的测量和

7.3分析参数测量方法分析方法功率测力计绘制功率曲线扭矩测力计绘制扭矩曲线燃油消耗率燃油流量计计算燃油消耗率发动机的维护和保养

8.定期检查的重点维修常见问题包括检查机油、冷却液、皮带、包括漏油、漏水、启动困难等火花塞等故障诊断和维修包括使用诊断仪、更换部件等发动机定期检查的重点

8.1机油冷却液皮带检查机油液位和质量检查冷却液液位和质量检查皮带松紧度和磨损情况火花塞检查火花塞间隙和积碳情况发动机维修常见问题

8.2漏油更换密封件漏水更换水管或水泵启动困难检查电瓶、火花塞等发动机故障诊断和维修

8.3故障诊断1使用诊断仪读取故障码故障分析2根据故障码分析故障原因故障排除3更换或维修相关部件新能源发动机技术

9.混合动力发动机燃料电池发动机电动汽车发动机结合内燃机和电动机的优点利用氢气和氧气发电利用电动机驱动车辆混合动力发动机

9.1优点缺点降低油耗，减少排放，提高动力性能结构复杂，成本高燃料电池发动机

9.2优点21工作原理缺点3电动汽车发动机

9.3优点1零排放，低噪音，维护简单缺点2续航里程短，充电时间长总结与展望

10.通过本课程的学习，我们了解了发动机的设计原理、构造、性能分析、排放控制以及维护保养随着科技的不断发展，发动机技术也在不断进步新能源发动机技术将是未来的发展方向，它将为我们提供更加清洁、高效的动力希望大家能够继续学习和探索，为发动机技术的发展做出贡献发动机设计是一个复杂而精密的工程领域，需要不断学习和实践才能掌握希望本课程能够为您的学习和工作提供帮助感谢您的学习！。