汽车原理及保养3.ppt

汽车原理及保养 授课教师 田原嫄授课单位 机械工程学院授课时间 第二学期课次 3 汽车原理及保养 第3次课 1 4汽车的总体构造 2汽车发动机 2 1发动机概述 2 1 1发动机常用术语 2 1 2发动机的工作原理 2 1 3发动机的总体构造 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 2 1 5内燃机名称及型号编制规则 1 4汽车的总体构造 典型轿车的总体构造1 发动机 2 前悬架 3 前轮 4 前轮制动器 5 副车架 6 离合器 7 变速器 8 传动轴 9 主减速器及差速器 10 后悬架 11 后轮制动器 12 传动轴 半轴 13 后轮 14 消声器 15 油箱 16 车身 17 转向盘 18 车前板制件汽车通常由发动机 底盘 车身 电气设备4部分组成 1 4汽车的总体构造 发动机 发动机是汽车的动力装置 其作用是使输进气缸内的燃料燃烧而发出动力 它由2大机构5大系组成 曲柄连杆机构 3 4 5 10 9 飞轮 活塞环 曲轴油封 配气机构 11 8 7 12 17 14 15 16 消音器 三元催化器 增压器 中冷器 燃料供给系 冷却系 润滑系 点火系 起动系 1正时齿轮2壳体3连杆4曲轴5轴瓦6惯性轮7凸轮8气门顶杆9活塞销10活塞11气缸12进气门13火花塞14滤清器15进气管16出气管17排气门 1 4汽车的总体构造 发动机5大系 1燃料供给系 汽油箱 汽油表 汽油管 汽油滤清器 汽油泵 化油器 空气滤清器 进排气歧管等组成 2冷却系 水箱 水泵 散热器 风扇 节温器 水温表和放水开关组成 汽车发动机采用两种冷却方式 即空气冷却和水冷却 一般汽车发动机多采用水冷却 3润滑系 机油泵 集滤器 机油滤清器 油道 限压阀 机油表 感压塞及油尺等组成 4点火系 火花塞 高压线 高压线圈 分电器5起动系 起动机 点火开关 蓄电池 1 4汽车的总体构造 发动机布置形式 现代汽车的布置形式 a 发动机前置后轮驱动FR式大多数货车 部分轿车和部分客车采用这种形式 b 发动机前置前轮驱动FF式在轿车上盛行的布置形式 具有结构紧凑 减小轿车质量 降低地板高度 改善高速行驶时的操纵稳定性等优点 c 发动机后置后轮驱动RR式大 中型客车盛行的布置形式 具有降低室内噪声 有利于车身内部布置等优点 少数轿车也采用这种形式 d 发动机中置后轮驱动MR式多数跑车及方程式赛车所采用的形式 e 全轮驱动4wD式越野汽车特有的形式 1 4汽车的总体构造 底盘 底盘作用是支承 安装汽车发动机及其各部件 总成 形成汽车的整体造型 并接受发动机的动力 使汽车产生运动 保证正常行驶 底盘组成如下 1 4汽车的总体构造 车身 1 4汽车的总体构造 电气设备 电气设备 电源 用电设备 蓄电池 发电机 发动机的起动系 汽油机的点火系 其它用电装置 2 1发动机概述 1发动机 汽车发动机是将热能转变成机械能的机器 也称为热力发动机 简称热机 汽车的动力来自发动机 2发动机的分类热力发动机根据燃料在机外还是机内燃烧分为外燃机和内燃机两种 外燃机 蒸汽机是典型的外燃机 其特点是燃料在机器外部的锅炉内燃烧 将锅炉内的水加热而产生高温 高压水蒸气 输送到机器内部转变为机械能 外燃机由于机体庞大 结构复杂 无法用在现代汽车上 内燃机 将液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧产生热能 热能再转变为机械能 内燃机具有体积小 重量轻 热效率高等一系列优点 因而广泛应用于飞机 轮船 汽车等各种机械上 内燃机分类 根据其将热能转变成机械能的工作原理不同 可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类 活塞式内燃机按活塞运动的方式又可分为往复活塞式和旋转活塞式两种 往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛 根据其燃料不同分为汽油机和柴油机 汽油机是利用化油器将一定数量的汽油和空气混合 或将汽油直接喷入进气管道使汽油和空气混合后再吸入发动机气缸内 用电火花强制点燃使其燃烧 产生热能而膨胀做功 柴油机是利用喷油泵是柴油在高压下由喷油器直接喷入发动机气缸内 并与气缸内已经被压缩的高温空气混合形成混合气 自燃后产生热能而膨胀做功 2 1 1发动机常用术语 上止点 活塞顶离曲轴中心最远处即活塞最高位置 活塞的运动速度为零 下止点 活塞顶离曲轴中心最近处即活塞最低位置 活塞的运动速度为零 活塞行程 上 下止点间的距离S 曲柄半径R 曲柄与连杆大头连接中心至曲轴中心的距离 气缸工作容积Vh 上 下止点间所包容的气缸容积或气缸排量 多缸发动机各气缸工作容积的总和 称为发动机工作容积或发动机排量VL 式中 D 气缸直径 cm S 活塞行程 cm i 气缸数 2 1 1发动机常用术语 燃烧室容积Vc 活塞在上止点时 活塞顶上面的空间为燃烧室 其容积称为燃烧室容积 也叫压缩容积 单位为L 气缸总容积Va 活塞在下止点时 活塞顶上面整个空间的容积 单位为L 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比 它表示活塞由下止点移动到上止点时 气缸内气体被压缩的程度 压缩比愈大 则压缩终了时气缸内的压力和温度就愈高 燃烧速度愉快 发动机功率增大 热效率高 经济性好 但压缩比过大 汽油机会产生爆燃和表面点火等不正常燃烧现象 车用汽油机的压缩比约为6 10 也有高达10以上 柴油机的压缩比约为15 22 工况 内燃机在某一时刻的运行状况简称工况 以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示 曲轴转速即为内燃机转速 负荷率 内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率 以百分数表示 负荷率通常简称负荷 2 1 2发动机的工作原理 四冲程汽油机 a 进气行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 因为进气系统有阻力 所以进气终了时气缸内的气体压力低于大气压力 约为0 08 0 09MPa 由于进气门 气缸壁 活塞等高温零件以及前一个循环残留在气缸内的高温废气对混合气的加热 致使进气终了时气缸内的气体温度高于大气温度 约为320 380K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程汽油机 b 进气行程结束后 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 压缩终了时 气缸内气体的压力约为0 8 1 5MPa 温度约为600 750K 压缩行程有利于混合气的迅速燃烧并可提高内燃机的有效热效率 一般压缩比 7 10 太大容易发生不正常燃烧 2 1 2发动机的工作原理 四冲程汽油机 C 作功行程压缩行程结束时 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 在作功行程中 燃烧气体的最大压力可达3 0 6 5MPa 最高温度可达2200 2800K 随着活塞向下止点移动 气缸容积不断增大 气体压力和温度逐渐降低 在作功行程结束时 压力约为0 35 0 5MPa 温度约为1200 1500K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程汽油机 d 排气行程排气行程开始 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 排气行程终了时 在燃烧室内尚残留少量废气 称其为残余废气 因为排气系统有阻力 所以残余废气的压力比大气压力略高 约为0 105 0 12MPa 温度约为900 1100K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程汽油机 至此 四冲程汽油机经过进气 压缩 作功和排气等四个行程而完成一个工作循环 这期间活塞在上 下止点间往复运动四个行程 曲轴旋转两周 即每个行程有180 曲轴转角 但在实际进气过程中 进气门早于上止点开启 迟于下止点关闭 在排气过程中 排气门早于下止点开启 迟于上止点关闭 即进 排气过程所占的曲轴转角均超过180 进气门早开晚关的目的是为了增加进入气缸内的混合气量和减少进气过程所消耗的功 排气门早开晚关的目的是为了减少气缸内的残余废气量和排气过程消耗的功 减少残余废气量 会相应地增加进气量 2 1 2发动机的工作原理 四冲程柴油机 a 在柴油机进气行程中 被吸入气缸的只是纯净的空气 由于柴油机进气系统阻力较小 残余废气的温度较低 因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高 约为0 085 0 095MPa 温度较低 约为310 340K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程柴油机 b 压缩行程因为柴油机的压缩比大 所以压缩行程终了时气体压力可高达3 5MPa 温度可高达750 1000K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程柴油机 c 作功行程在压缩行程结束时 喷油泵将柴油泵入喷油器 并通过喷油器喷入燃烧室 因为喷油压力很高 喷孔直径很小 所以喷出的柴油呈细雾状 细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化 并借助于空气的运动 迅速与空气混合形成可燃混合气 由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点 因此柴油随即自行着火燃烧 燃烧气体的压力 温度迅速升高 体积急剧膨胀 在气体压力的作用下 活塞推动连杆 连杆推动曲轴旋转作功 在作功行程中 燃烧气体的最大压力可达6 9MPa 最高温度可达1800 2200K 作功行程结束时 压力约为0 2 0 5MPa 温度约为1000 1200K 2 1 2发动机的工作原理 四冲程柴油机 d 排气行程排气终了时气缸内残余废气的压力约为0 105 0 12MPa 温度约为700 900K 2 1 2发动机的工作原理 汽油机与柴油机的比较 四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是 1 每个工作循环都包含进气 压缩 作功和排气等四个活塞行程 每个行程各占180 曲轴转角 即曲轴每旋转两周完成一个工作循环 2 四个活塞行程中 只有一个作功行程 其余三个是耗功行程 显然 在作功行程曲轴旋转的角速度要比其它三个行程时大得多 即在一个工作循环内曲轴的角速度是不均匀的 为了改善曲轴旋转的不均匀性 可在曲轴上安装转动惯量较大的飞轮或采用多缸内燃机并使其按一定的工作顺序依次进行工作 两者不同之处是 1 汽油机的可燃混合气在气缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了 时间较长 柴油机的可燃混合气在气缸内部形成 从压缩行程接近终了时开始 并占小部分作功行程 时间很短 2 汽油机的可燃混合气用电火花点燃 柴油机则是自燃 所以又称汽油机为点燃式内燃机 称柴油机为压燃式内燃机 3 汽油机具有转速高 质量小 工作噪声小 启动容易 制造和维修费用低等特点 其不足之处是燃油消耗率高 燃油经济性差 柴油机因压缩比高 且柴油价格较低 所以燃油经济性好 缺点是转速较汽油机低 质量大 制造和维修费用高 2 1 3发动机的总体构造 汽油机由两大机构五大系统组成 柴油机由两大机构四大系统组成 无点火系 如左图一汽奥迪100型轿车发动机为例 总体构造而言 都是由机体组 曲柄连杆机构 配气机构 进排气系统 燃油系统 冷却系统 润滑系统 起动系统和有害排放物控制装置等组成 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例1 起动系包括起动机 冷启动加热器及其附属装置 用以使静止的发动机启动并转入自行运转 如图所示红旗CA7220型轿车装用的CA488 3型发动机的纵 横剖面 该发动机为四冲程 直列四缸 水冷 顶置气门 化油器式发动机 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例2 汽油发动机如图所示上海桑塔纳轿车装用的汽油发动机 其结构与一汽奥迪100型轿车发动机基本相同 凸轮轴安装在气缸盖上 简化了配气机构的传动装置 有利于提高发动机转速 曲轴通过同步齿形带驱动凸轮轴 噪声小 不需润滑 且张紧方便 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例3 夏利TJ7100 TJ7100U型轿车装用的TJ376Q型汽油机的结构示意图如图所示 该发动机质量小 油耗低 噪声小 转速高 是目前我国微型轿车使用较多的汽油发动机 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例4 南京依维柯 IVECO 轻型载货汽车装用的柴油发动机如图所示 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例5 东风EQ1090E型载货汽车用的东风EQ6100 1型汽油机的纵 横剖面如图示 其结构特点是 凸轮轴布置在气缸体侧面的中部 且采用齿轮传动 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例6 如图所示北京BJ2023越野汽车应用的北京BJ492QA型汽油发动机 2 1 3发动机的总体构造 起动系统例7 如图所示为意大利产佩尔里尼T20自卸汽车上采用的二冲程柴油发动机 其特点是采用喷油泵和喷油器合为一体的燃料供给系 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 一 动力性指标 有效转矩 发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩 记作Ttq 单位为N m 有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功 有效转矩与外界施加于发动机上的阻力矩相平衡 发动机的转矩是由气体作用在活塞上的力通过连杆推动曲轴而产生的 有效功率 发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率 记作户Pe 单位为kW 它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积 发动机的有效功率可以用台架试验方法测定 也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度 然后用如下公式计算出发动机的有效功率 式中 Te 一有效转矩 N m n 曲轴转速 r min 发动机转速 发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速 用n表示 单位为r min 平均有效压力 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力 记作Pme 单位为MPa 显然 平均有效压力越大 发动机的作功能力越强 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 二 经济性指标 有效热效率 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率 记作 e 显然 为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少 有效热效率越高 发动机的经济性越好 有效燃油消耗率 发动机每输出lkW h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率 记作be 单位为g kW h be可按下式计算 式中 发动机在单位时间内的耗油量 ks h 可由试验测定 发动机的有效功率 kW 显然 有效燃油消耗率越低 经济性越好 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 三 强化指标 升功率 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 记作PL 升功率大 表明每升气缸工作容积发出的有效功率大 发动机的热负荷和机械负荷都高 强化系数 平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数 活塞平均速度 是指发动机在标定转速下工作时 活塞往复运动速度的平均值 它与发动机转速的关系为 式中 Cm 活塞平均速度 m s S 活塞行程 mm n 发动机标定转速 r min 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 四 紧凑性指标 比容积 发动机外廓体积与其标定功率的比值称为比容积 比质量 发动机的干质量与其标定功率的比值称为比质量 干质量是指未加注燃油 机油和冷却液的发动机质量 注 比容积和比质量越小 发动机结构越紧凑 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 五 环境指标环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平 由于它关系到人类的健康及其赖以生存的环境 因此各国政府都制定出严格的控制法规 以期消减发动机排气和噪声对环境的污染 当前 排放性和噪声水平已成为发动机的重要性能指标 在排放性方面 目前主要限制一氧化碳 CO 各种碳氢化合物 HC 氮氧化合物 NOX 及除水以外的任何液体或固体微粒的排放量 噪声是指对人的健康造成不良影响及对学习 工作和休息等正常活动发生干扰的声音 由于汽车是城市中的主要噪声源之一 而发动机又是汽车的主要噪声源 因此控制发动机的噪声就显得十分重要 如我国的噪声标准中规定 轿车的噪声不得大于82dB A 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 六 可靠性指标可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下 正常持续工作能力的指标 可靠性有多种评价方法 如首发故障行驶里程 平均故障间隔里程 主要零件的损坏率等 2 1 4发动机的主要性能指标与特性 七 耐久性指标耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间 通常用发动机的大修里程 即发动机从出厂到