汽車發(fā)動機(jī)基本知識.doc

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汽車是指由獨立的動力裝置驅(qū)動，有4個或4個以上的車輪，可以單獨行駛并完成運(yùn)載任務(wù)的非軌道無架線的車輛。 汽車的總體構(gòu)造：發(fā)動機(jī)、底盤、電氣設(shè)備和車身等四個主要部分組成。 發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造 發(fā)動機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。它利用燃料在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能使氣體膨脹以推動曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，并通過傳動系驅(qū)動汽車行駛。作用是將化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，再通過受熱氣體膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 現(xiàn)代汽車一般采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)其不同的工作特征和結(jié)構(gòu)可分為：點燃式與壓燃式發(fā)動機(jī)，四（行）沖程和二（行）沖程發(fā)動機(jī)，汽油機(jī)、柴油機(jī)和新型燃料發(fā)動機(jī)，化油器和噴射式發(fā)動機(jī)，單缸和多缸發(fā)動機(jī)，風(fēng)冷和水冷發(fā)動機(jī)，增壓式和非增壓式發(fā)動機(jī)，氣門頂置式和側(cè)置式發(fā)動機(jī)。（藍(lán)色加粗為現(xiàn)代常用。） 發(fā)動機(jī)基本術(shù)語 上止點：活塞頂部在氣缸內(nèi)的最高位置，即活塞距離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處。 下止點：活塞頂部在氣缸內(nèi)的最低位置，即活塞距離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處。 活塞行程S：指氣缸上、下止點間的距離。活塞從一個止點運(yùn)動到另一個止點間的距離稱為一個活塞行程行程，單位為mm。 曲柄半徑R：曲軸連桿軸頸中心的距離。活塞移動一個行程，曲軸轉(zhuǎn)過半圈（180度），即S=2R。 氣缸的工作容積:指活塞從上止點到下止點讓出空間所對的容積。（即上下止點間的氣缸容積） 發(fā)動機(jī)工作容積：多缸發(fā)動機(jī)各缸的工作容積之和，也稱發(fā)動機(jī)的排量。 燃燒室容積：指活塞在上止點時，活塞頂部以上的空間。 氣缸總?cè)莘e：指活塞在下止點時，活塞頂部以上的空間。 壓縮比：指氣缸總?cè)莘e和燃燒室容積的比值。 四行程汽油機(jī)工作原理：四行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，活塞在氣缸內(nèi)依次往復(fù)運(yùn)動經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個行程，完成一個工作循環(huán)。 進(jìn)氣行程：曲軸帶動活塞從上止點向下止點移動，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。活塞頂部空間增大，氣缸內(nèi)壓力降低到小于外界大氣壓。空氣和汽油經(jīng)混合形成的可燃混合氣通過進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門被吸入氣缸。 壓縮行程：進(jìn)氣結(jié)束，進(jìn)、排氣門都關(guān)閉。曲軸帶動活塞由下止點向上止點運(yùn)動，活塞頂部的可燃混合氣被壓縮。 作功行程：當(dāng)壓縮行程接近上止點時，進(jìn)、排氣門都處于關(guān)閉狀態(tài)，火花塞發(fā)出電火花點燃可燃混合氣，混合氣迅速燃燒使氣體溫度和壓力急劇升高，推動活塞下止點運(yùn)動，經(jīng)過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，并對外輸出功。 排氣行程：曲軸帶動活塞從下止點向上止點運(yùn)動，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉。在活塞和廢氣自身的壓力作用下，廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸，活塞到達(dá)上止點時排氣結(jié)束。 四行程柴油發(fā)動機(jī)工作原理： 進(jìn)氣行程：汽油機(jī)在進(jìn)氣行程中吸入的是可燃混合氣，而柴油發(fā)動機(jī)吸入的是純空氣 壓縮行程：汽油機(jī)在壓縮行程壓縮的是可燃混合氣，柴油機(jī)壓縮的是空氣。柴油機(jī)靠壓縮自燃，其壓縮比遠(yuǎn)大于汽油機(jī)。 作功沖程：壓縮行程末，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸高溫高壓的氣體中，迅速形成混合氣，而混合氣在高溫下自行著火燃燒，同時保持邊噴射邊燃燒，由燃燒產(chǎn)生的高溫高壓的氣體推動活塞下行作功。 排氣行程：與汽油機(jī)基本相同。 綜合上述：四行程發(fā)動機(jī)完成一個工作循環(huán)，經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個行程，發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)就是工作循環(huán)連續(xù)不斷交替。曲軸每轉(zhuǎn)兩圈（720度）完成一個工作循環(huán)，一個行程對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角為180度。作功和進(jìn)氣行程活塞是從上止點向下止點運(yùn)動；壓縮和排氣行程活塞是從下止點向上止點運(yùn)動。四個行程中只有作功行程是有效輸出動力行程，其余三個是輔助行程，靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動，因而飛輪轉(zhuǎn)速是不均勻的，必須具有足夠的轉(zhuǎn)動慣量才能保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)采用多缸，按照一定的工作順序保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。（四行程內(nèi)燃機(jī)的工作順序一般為1-3-4-2，六缸發(fā)動機(jī)大都采用1-5-3-6-2-4） 發(fā)動機(jī)的組成：發(fā)動機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)，五大系統(tǒng)組成，分別是曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)；燃料供給系、冷卻系、潤滑系、點火系、起動系。 機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)名稱 主要部件 主要作用 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組 活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，把作用在活塞上的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S輸出的功 配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸、氣門及隨動件、正時齒輪等 控制發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣門的開啟和關(guān)閉 汽油機(jī)燃料供給系 化油器或噴油器、燃油箱、燃油泵、燃油濾清器、燃油壓力調(diào)節(jié)器等 向氣缸提供濃度合適的混合氣 柴油機(jī)燃料供給系 燃油箱、燃油濾清器、輸油泵、噴油泵、噴油器等 向柴油發(fā)動機(jī)氣缸定時定量提供霧化的柴油 點火系 電源、點火線圈、分電器、火花塞等 定時向氣缸內(nèi)的混合氣提供電火花 潤滑系 機(jī)油散熱器、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、油底殼等 對摩擦副進(jìn)行潤滑、冷卻、清洗和密封 冷卻系 散熱器、風(fēng)扇、水泵和節(jié)溫器等 對發(fā)動機(jī)高溫部件進(jìn)行冷卻，維持發(fā)動機(jī)正常溫度，降低發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷 起動系 起動機(jī)和起動繼電器及附屬裝置 使發(fā)動機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài) 1. 機(jī)體組：氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套和氣缸墊等不動件。 2. 活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿 3. 曲軸飛輪組：曲軸和飛輪等不動件。 發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)可分為氣門組和氣門傳動組兩部分。氣門組由進(jìn)排氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座、氣門內(nèi)外彈簧、氣門彈簧座、氣門彈簧鎖片和氣門油封等組成；氣門傳動組由凸輪軸、液壓挺柱、正時齒形帶、正時齒輪及中間軸齒輪、張緊輪等。 配氣機(jī)構(gòu)的分類：頂置式氣門和側(cè)置式氣門兩類。頂置式配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)點很多，如：進(jìn)氣阻力少，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊等，因此被廣泛運(yùn)用，而側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)已被淘汰。 頂置式配氣機(jī)構(gòu)按每缸氣門的數(shù)量可分為雙氣門式和四氣門式；按凸輪軸的位置可分為凸輪軸下置式、凸輪軸中置式和凸輪軸上（頂）置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式可分為齒輪傳動式、鏈條傳動式和同步齒形帶傳動式等。 燃油供給系 汽油機(jī)燃油供給系的作用： 1. 根據(jù)發(fā)動機(jī)各個工況的不同要求，準(zhǔn)確配制合適的空氣與燃油的混合比； 2. 為汽車儲存行駛一定里程的汽油； 3. 將燃燒作功后的廢氣排出。 汽油機(jī)燃料供給系兩種基本形式：化油器燃料供給系和汽油噴射式燃料供給系。 燃油供給裝置：汽油箱、汽油濾清器、汽油泵和油管等組成。作用：汽油儲存、輸送和清潔。 空氣供給裝置：即空氣濾清器。作用：空氣的輸送、清潔和預(yù)熱。 可燃混合氣形成裝置：即化油器。作用：將燃料與空氣混合成可燃混合氣。 可燃混合氣供給裝置和廢氣排出裝置：由進(jìn)、排氣管和排氣消聲器組成。作用：可燃混合氣供給、排氣消聲和廢氣排出。 儲油指示裝置：由燃油表、燃油表傳感器組成。作用：顯示儲油狀態(tài)。 可燃混合氣：按一定比例混合的汽油與空氣混合物稱為可燃混合氣。這種可燃混合氣中燃油含量的多少稱為可燃混合氣濃度。而可燃混合氣濃度通常有兩種方法表示，即空燃比（R）和過量空氣系數(shù)（α）表示：空燃比（R）=混合氣空氣質(zhì)量（kg）／混合氣中燃料質(zhì)量（kg) 理論上講，1kg汽油完全燃燒需要空氣14.8kg。 所以空燃比 R=14.8為理論混合氣 R<14.8為濃混合氣 R>14.8為稀混合氣 過量空氣系數(shù)（α）=燃燒1kg燃料實際供給的空氣質(zhì)量／完全燃燒1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量，可見1.α=1為理論混合氣：理論上推算的完全燃燒的混合氣濃度 2.α<1為濃混合氣：由于汽油分子較多，燃燒速度快、壓力大、熱損失小，發(fā)動機(jī)輸出功率大，因此稱其為功率混合氣。但濃混合氣燃燒不完全，產(chǎn)生大量的一氧化碳，導(dǎo)致排氣冒黑煙、放炮、燃燒室積碳、功率下降、耗油量顯著增大，排放污染嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性降低。 3.α>1為稀混合氣：保證所有的汽車分子獲得足夠的空氣實現(xiàn)完全燃燒，因而經(jīng)濟(jì)性好，故稱經(jīng)濟(jì)混合氣。若混合氣過稀，因空氣量過多，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱、動力性和經(jīng)濟(jì)性變差，化油器發(fā)生回火等現(xiàn)象。 冷卻系種類：根據(jù)冷卻方式不同，冷卻系統(tǒng)分為風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)兩大類。 1. 風(fēng)冷系統(tǒng)：是在發(fā)動機(jī)缸蓋和缸體四周裝上散熱片，空氣流導(dǎo)入散熱片四周，將氣缸內(nèi)多余的熱量帶出發(fā)動機(jī)外的冷卻方式。（該系統(tǒng)使用和維修方便，但冷卻不可靠，冷卻強(qiáng)度不容易調(diào)節(jié)和控制，噪聲大等缺點，因此只在小型發(fā)動機(jī)上使用） 2. 水冷系統(tǒng)：是以冷卻液（水和各種添加劑）為冷卻介質(zhì)，將冷卻液導(dǎo)入發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋的水套中，將混合氣燃燒的多余熱量帶出氣缸，散發(fā)到大氣中。（因為該冷卻系統(tǒng)冷卻強(qiáng)度大，冷卻效果好，噪聲小等優(yōu)點，現(xiàn)代發(fā)動機(jī)廣泛使用） 潤滑系 潤滑系統(tǒng)功用： 1. 潤滑作用：使運(yùn)動機(jī)件表面之間形成油膜接觸，減少表面磨損和摩擦功率損失； 2. 冷卻作用：壓力機(jī)油流過接觸表面，帶走摩擦副產(chǎn)生的熱量，維持零件正常工作溫度； 3. 清潔作用：利用循環(huán)潤滑油沖洗零件表面，帶走零件摩擦產(chǎn)生的磨屑和其他雜質(zhì)； 4. 密封作用：利用潤滑油的粘性，附在互相運(yùn)動的表面之間，提高了間隙密封效，減少漏氣和竄氣。 潤滑形式： 1. 壓力潤滑：利用機(jī)油泵將一定壓力的潤滑油到零件的摩擦表面，形成具有一定厚度并能承受一定機(jī)械負(fù)荷的油膜，實現(xiàn)可靠的潤滑。主要滿足發(fā)動機(jī)上相對速度高、機(jī)械負(fù)荷大地零件潤滑。例如曲軸軸頸與軸承、凸輪軸軸頸和軸承、搖臂與搖臂軸之間等部位； 2. 飛濺潤滑：利用發(fā)動機(jī)工作時，曲軸和凸輪軸等運(yùn)動零件旋轉(zhuǎn)時飛濺起來的，或從連桿大頭上設(shè)的油孔噴出的油滴，對摩擦表面實行潤滑的方式。潤滑的對象是缸壁、凸輪、活塞銷等； 3. 定期潤滑：采用潤滑脂定期加注的方式進(jìn)行潤滑。潤滑的對象主要是發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、水泵軸承等。 潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 1. 機(jī)油泵 發(fā)動機(jī)上采用的機(jī)油泵有齒輪式和轉(zhuǎn)子式兩種，機(jī)油泵的功能是作為潤滑油循環(huán)的動力源。 2. 機(jī)油濾清器 潤滑油濾清器的功能是濾清潤滑油中的磨屑及機(jī)械雜質(zhì)，防止它們進(jìn)入各運(yùn)動件的摩擦表面，避免拉毛、刮傷零件表面，甚至造成堵塞油道、燒軸瓦等嚴(yán)重事故。 點火系 點火提前角：汽油發(fā)動機(jī)從點火開始到活塞到達(dá)上止點這一段時間，曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。 電子控制點火系統(tǒng)主要由傳感器、電腦（ECU）和點火執(zhí)行器三個部分組成。 發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)的類型 發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)：傳統(tǒng)點火系統(tǒng)、電子點火系統(tǒng)。 點火系統(tǒng)的作用：是將汽車電源供給的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，并按發(fā)動機(jī)的作功順序和點火時間要求，配送至各缸的火花塞，在其間隙處產(chǎn)生火花，點燃可燃混合氣。 線圈、點火開關(guān)、分電器、火花塞、點火器等部件組成） 電子控制點火系統(tǒng)的分類： 1. 按有無分電器分 有分電器式電子點火系統(tǒng)：主要由點火開關(guān)、點火線圈、分電器、高壓線、火花塞、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)角傳感器、曲軸位置傳感器、爆震傳感器、發(fā)動機(jī)電腦（ECU）和點火控制模塊等組成。 無分電器式電子控制點火系統(tǒng)（又稱直接點火系統(tǒng)）：是在有分電器式電子點火系統(tǒng)基礎(chǔ)上取消了分電器，由發(fā)動機(jī)電腦（ECU）或點火控制模塊直接控制點火線圈，實現(xiàn)火花塞點火的點火系統(tǒng)。該系統(tǒng)又可分為二極管配電和點火線圈配電兩種方式。 2. 按控制方式分 1） 閉環(huán)控制：是帶有爆震傳感器，能根據(jù)發(fā)動機(jī)是否發(fā)生爆震及時修正點火提前角的點火系統(tǒng)。 2） 開環(huán)控制是不帶爆震傳感器，僅由電控單元內(nèi)設(shè)定的程序控制點火的點火系統(tǒng)。 傳統(tǒng)點火系統(tǒng)：由蓄電池、點火開關(guān)、發(fā)電機(jī)、分電器、火花塞、點火線圈等組成。 電源是點火系統(tǒng)的能量來源。發(fā)動機(jī)起動后，則由發(fā)電機(jī)向點火系統(tǒng)提供所需的能源。 點火開關(guān)負(fù)責(zé)接通或切斷點火系統(tǒng)低電壓的電源，控制發(fā)動機(jī)的起動與熄火。 起動時將附加電阻短接，可增大點火線圈的初級繞組，改善點火特性，同時也可提高起動性能。 點火線圈的作用：是將蓄電池或發(fā)電機(jī)提供的低壓電變?yōu)槟軗舸┗鸹ㄈ姌O間隙的高壓電。 分電器的結(jié)構(gòu)與功能 分電器由斷電器、配電器、電容器和點火提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。 1） 斷電器作用是接通和切斷低壓電路 2） 配電器由分火頭、分電器蓋組成；作用按發(fā)動機(jī)的工作順序，通過高壓線將高壓電依次送到各缸火花塞。 3） 電容器與斷電器觸點并聯(lián)，作用：減少觸點間的火花，延長觸點的使用壽命。 4） 點火提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由離心提前機(jī)構(gòu)和真空提前機(jī)構(gòu)組成，離心提前機(jī)構(gòu)是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而自動改變點火提前角的裝置；而真空提前機(jī)構(gòu)是隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的大小而自動改變點火提前角的裝置。 火花塞：作用是將高電壓引入燃燒室，產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣。安裝在發(fā)動機(jī)氣缸蓋的螺孔內(nèi)，工作條件極為惡劣，它受高溫高壓及燃燒產(chǎn)物的強(qiáng)烈腐蝕。要使火花塞工作良好，必須使火花塞絕緣體裙部保持適當(dāng)?shù)臏囟取? 傳統(tǒng)點火系統(tǒng)組成 　 點火線圈是將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姷幕驹?。常用的點火線圈分為開磁路點火線圈和閉磁路點火圈兩種形式。 （1）開磁路點火線圈 　　開磁路點火線圈是利用電磁互感原理制成的。其結(jié)構(gòu)主要由硅鋼片疊成的鐵芯上的初級線圈和次級線圈、殼體及其外的附加電阻等組成。開磁路點火線圈有兩接線柱式和三接線柱式之分。 （2）閉磁路點火線圈　　閉磁路點火線圈，將初級繞阻和次級繞組都繞在口字形或日字形的鐵芯上。初級繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁通，通過鐵芯構(gòu)成閉合磁路。 造成點火線圈損壞的原因有: (1) 發(fā)動機(jī)不工作, 而點火開關(guān)長時間未關(guān)斷, 由于電流的熱效應(yīng)破壞了點火線圈中的線圈絕緣。 　　(2) 發(fā)動機(jī)過熱, 線圈絕緣漆膠被烤化而失效。 　　(3) 火花塞電極間隙過大, 增加點火線圈的負(fù)荷, 使高壓線圈擊穿, 造成短路或斷路。 　　(4) 高壓線斷路, 使產(chǎn)生的高壓電無路可通, 容易造成高壓線圈被擊穿。這時發(fā)動機(jī)不易起動, 應(yīng)檢查高壓線路是否斷路。 互感效應(yīng)是指兩個線圈繞在同一鐵芯上，當(dāng)其中一個線圈電流發(fā)生變化時，另一個線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 電子控制點火系統(tǒng)的優(yōu)點 電子控制點火系統(tǒng)除了具備晶體管點火系統(tǒng)的優(yōu)點以外，還具有以下優(yōu)點 1） 能在各種轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供所需的點火電壓和點火持續(xù)時間。 2） 能在不同的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速條件下提供最佳的點火提前角。 3） 能把點火時間提前到汽油機(jī)剛好不發(fā)生爆震的范圍。 4） 提高了發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、凈化性。 5） 結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低、耗電少、不需要冷卻、響應(yīng)性好等。 起動系 一般起動系統(tǒng)由點火開關(guān)、起動機(jī)、驅(qū)動齒輪、飛輪、蓄電池等組成。 汽車用起動機(jī)的分類： 1） 傳統(tǒng)型起動機(jī)：驅(qū)動齒輪與電樞以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，無減速機(jī)構(gòu)。 2） 外嚙合減速型起動機(jī)：通過減速齒輪降低電樞轉(zhuǎn)速，增加力矩。 3） 行星型齒輪型起動機(jī)：通過行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)降低電樞轉(zhuǎn)速，增大驅(qū)動力矩。 4） 行星減速-整流導(dǎo)體（PS）型起動機(jī)：該類型起動機(jī)使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，并通過傳動桿使驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈嚙合或脫開。 起動系統(tǒng)的功能 蓄電池向起動機(jī)提供電能，蓄電池容量必須足夠大，保證能向起動機(jī)提供足夠大的起動電流。（汽車起動時蓄電池為起動機(jī)提供電，也就是說汽車起動時靠蓄電池供電） 起動系的作用就是供給發(fā)動機(jī)曲軸足夠的起動轉(zhuǎn)矩，以便使發(fā)動機(jī)曲軸達(dá)到必需的起動轉(zhuǎn)速，使發(fā)動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機(jī)進(jìn)入起動狀態(tài)后，便結(jié)束任務(wù)立即停止工作。 13