发动机和底盘

《工程机械使用与保养》内燃机和底盘系统

工程机械同一般机械一样，是把某种形式的能（如热能、电能等）转换为机械能，从而完成某些生产任务的装置。任何一台完整的工程机械是由动力装置、底盘及工作装置三部分组成。动力装置工作装置底盘工程机械总体构造1内燃机外燃机与内燃机外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃机。外燃机与内燃机比较外燃机体积大，重量重，热效率低；内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好。老式蒸汽机

内燃机是一种将热能转变为机械能的热力发动机。它是将燃料和空气混合成可燃混合气，在气缸内燃烧变成热能，再通过一定的机构使之变成机械能。由于燃料的燃烧是在产生动力的空间（通常为气缸）中进行的，因此它被称为内燃机。一、内燃机基本概念二、内燃机的分类1）液体燃料发动机：汽油机（gasolineengine）；柴油机（dieselengine）。2）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；液化石油气发动机（LPG）。3）按冷却方式分类：水冷，风冷二、内燃机的分类4）按点火方式分：（1）点燃式（如汽油机、气体燃料发动机）；（2）压燃式（如柴油机）。5）按进气方式分：（1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）；（2）强制吸气式（增压式发动机）。二、内燃机的分类二、内燃机的分类6）按气缸排列方式分：直立式发动机（1）单列发动机平卧式发动机

V型发动机（2）双列发动机水平对置式发动机二、内燃机的分类直列四缸发动机（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。

（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。

（3）对置式：是V型的特殊形式。二、内燃机的分类7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，二冲程四行程内燃机：把曲轴转两圈（720°），活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机；二、内燃机的分类7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，二冲程二行程内燃机：把曲轴转一圈（360°），活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机。目前发动机广泛使用四行程内燃机。二、内燃机的分类8）按气缸数目：单缸机，多缸机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。二、内燃机的分类1）上止点：活塞顶离曲轴回转中心最远处，通常指活塞最高位置。2）下止点：活塞顶离曲轴回转中心最近处，通常指活塞的最低位置。3）活塞冲程（Ｓ）：上下两止点之间的距离。4）曲柄半径（Ｒ）：与连杆下端相连的曲柄销中心到曲柄回转中心的距离。显然：Ｓ＝2Ｒ5）气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。6）燃烧室容积（VC）：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，其容积叫燃烧室容积。7）气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积。8）压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比。一般汽油机压缩比约为6～10，柴油机的压缩比约为16～21。9）内燃机排量（VL）：内燃机所有气缸工作容积之和。三、基本术语汽油发动机组成示意图气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门火花塞排气门曲轴箱气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门喷油器排气门曲轴箱柴油发动机组成示意图四、往复活塞式内燃机的基本结构和工作原理1、化油器式汽油机

汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——传统式。1-空气滤清器；2-针阀；3-浮子；4-喷嘴；5-喉管；6-节气门；7-进气歧管；8-量孔；9-浮子室；10-进气预热套管；11-进气门（一）四冲程汽油机基本工作原理2、汽油喷射式汽油机

1）进气管内喷射：将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。（一）四冲程汽油机基本工作原理2、汽油喷射式汽油机

2）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空气混合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——（未来发展）。（一）四冲程汽油机基本工作原理

在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之点火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。（一）四冲程汽油机基本工作原理汽油和空气

活塞由上止点向下止点运动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，此时排气门关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器经进气管、进气门吸入气缸，历时一个活塞冲程，曲轴旋转180°转角。吸气冲程（0~180CA）（一）四冲程汽油机基本工作原理

为了使可燃混合气能迅速燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转180CA。（一）四冲程汽油机基本工作原理压缩冲程（180~360CA）进、排气门仍关闭。当压缩冲程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅速增加，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。（一）四冲程汽油机基本工作原理做功冲程（0~180CA）燃烧后的废气

当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进行自由排气（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气强制排到大气中。（一）四冲程汽油机基本工作原理排气冲程（180~360CA）吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程空气燃烧后的废气（二）四冲程柴油机工作原理

四冲程柴油机每个工作循环也经历吸气、压缩、作功、排气四个冲程，相应地曲轴旋转了两周。柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。（二）四冲程柴油机工作原理汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点？有什么不同点？相同点不同点想想议议：1、基本构造和主要部件的作用相似；2、每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；3、四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成；4、一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。相同点不同点1、构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴；2、着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式；3、可燃混合气形成方式不同：汽油机是气缸外部化油器内均匀混合（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短）4、发动机功率调节方式不同：汽油机是通过调节节气门开度的大小改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大小，属“量”的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属“质”的调节。柴油机与汽油机对比表汽油机具有转速高（轿车高达5000~6000r/min）、质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于汽车、飞机和小型农业机械上面；柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于载重汽车、工程机械、坦克上面。柴油机与汽油机性能比较内燃机由“两大机构”和“五大系统”组成：★两大机构：1、曲轴连杆机构和机体组件；2、配气机构。★五大系统：1、冷却系；2、润滑系；3、燃料供给系；4、点火系；5、起动系。五、内燃机构造

曲轴连杆机构由活塞、活塞环、连杆组、曲轴、飞轮等组成。两大机构

1、曲轴连杆机构活塞连杆组第1道气环第2道气环组合油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖活塞：活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。1、曲轴连杆机构活塞环：气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。1、曲轴连杆机构连杆组：包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。1、曲轴连杆机构曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。1、曲轴连杆机构飞轮：对于四冲程内燃机来说，每四个活塞冲程作功一次，即只有作功冲程作功，而排气、进气和压缩三个冲程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。除此之外，飞轮还是摩擦式离合器的主动件.

飞轮的作用就是:

①储存作功冲程时的动能，克服活塞上行时的压缩负功，维持工作循环周而复始，并使曲轴转速均匀。②飞轮的另一作用就是通过飞轮上的齿圈起起动和输出机械能的作用。1、曲轴连杆机构

曲轴连杆机构功用：曲轴连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲轴连杆机构在作功冲程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个冲程中，即进气、压缩、排气冲程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲轴连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。1、曲轴连杆机构配气机构：其作用是按照内燃机工作循环的次序，定时向气缸供给新鲜空气，并将燃烧后的废气定时排出气缸，以保证内燃机的正常运转。两大机构

2、配气机构组成：进气门、排气门、进排气门驱动机构（凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂等）排气门摇臂液力挺柱凸轮轴2、配气机构作用：将汽油和空气混合成可燃混合气供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。燃料供给系统汽油电喷系统五大系统

1、燃料供给系功用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。组成：蓄电池、点火线圈、点火控制器、分电器、火花塞等。五大系统

2、点火系传统蓄电池点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和分电器的作用，将电源提供的6V、12V或24V的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。传统蓄电池点火系统由于存在产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、使用过程中需经常检查和维护等缺点，目前正在逐渐被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。点火系统：蓄电池点火系统、电子点火系统2、点火系作用：把受热机件的热量散到大气中去，保证发动机在正常温度下工作。组成：水泵、散热器、水套、风扇等。五大系统

3、冷却系冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。3、冷却系发动机过热的危害：

1）降低充气效率，使发动机功率下降；2）早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；3）运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；4）润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；5）零件的机械性能降低，导致变形或损坏。3、冷却系发动机过冷的危害:1）进入气缸的混合气（或空气）温度太低，可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加。2）燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；3）未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面（气缸壁、活塞、活塞环等）上的油膜，使零件磨损加剧。

3、冷却系作用：将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。五大系统

4、润滑系五大系统

5、起动系作用：使静止的发动机起动，并转入自行运转状态组成：起动机及附属装置5、起动系发动机常用的起动方式有人力起动、电力起动机起动和辅助汽油机起动等多种形式。1）人力起动即手摇起动或绳拉起动。其结构十分简单，主要用于大功率柴油机的辅助汽油机的起动，或在有些装有中、小功率汽油发动机的车辆上作为后备起动装置。2）辅助汽油机起动：起动装置的体积大、结构复杂，只用于大功率柴油发动机的起动。3）电力起动机起动：以电动机作为动力源。当电动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给发动机的曲轴，使发动机起动。它以蓄电池为电源，结构简单、操作方便、起动迅速可靠。目前，几乎所有的汽车发动机都采用电力起动机起动。为了使机械能很好地完成任务，发动机应具有良好的动力性能和经济性能。动力性能指标：有效扭矩Me、有效功率Ne等；经济性能指标:有燃料消耗率ge,百公里燃料消耗量等。六、发动机的主要性能指标它是内燃机曲轴传给汽车传动系的力矩，单位为N·m。它是作功过程产生的气体作用力P，克服了各部分阻力之后，曲轴能够供给外界使用的扭矩，见右图。式中：Ｔ—转动曲轴的切向力（Ｎ）Ｒ—曲柄半径（m）图曲柄连杆机构作用力图连杆活塞曲柄连杆轴颈1）有效扭矩Me有效扭矩发动机转速2）有效功率Ne它是内燃机曲轴输出的功率，单位为kw。有效功率可用下式计算：它是内燃机每发出1kw有效功率，在1h内消耗的燃料克数。燃料消耗率越低，说明燃油经济性能越好。单位是g／kw·h，燃料消耗率用下式计算：式中：Ｇ—内燃机每小时耗油量（kg/h）。3）燃料消耗率七、发动机维护要点发动机维护分级：日常维护（每班工作）100工作小时维护500工作小时维护日常维护要点:检查燃油量检查机油量检查“三漏”（水、油、气）检查仪表检查喷油泵传动装置检查柴油机附件安装情况清洁柴油机及附属设备外表100工作小时维护检查蓄电池电压和电解液相对密度及液面高度检查皮带张紧度清洗机油滤清器清洗空气滤清器清洗燃油滤清器更换机油（200～300h更换一次）注润滑脂或润滑油清洗冷却水散热器500工作小时维护检查气缸盖组件检查活塞连杆组件检查曲轴组件检查传动机构和配气相位检查喷油器检查喷油泵和调速性能检查涡轮增压器八、发动机常见故障柴油机发生故障的征兆:柴油机的功率下降、柴油消耗量增加、机油耗损严重、零件磨损或损坏、机器不能正常工作等。柴油机故障特点：声音异常：不正常的敲击声、放炮声、吹嘘声动作异常：不易起动、剧烈振动、带不动负荷外观异常：冒白烟、黑烟、蓝烟，漏气、漏油、漏水温度异常：冷却水温度过高、轴承过热压力异常：机油压力低、汽缸内压力过低气味异常：烟味、焦味、臭味几种常见故障：1）功率不足内在因素：发动机本身进、排气系统或燃油系统故障外在因素：离合器打滑、制动器不能完全分离、轮胎选用不当、车速表故障等诊断处理：详细检查各系统和零件，同时观察排气中是否有蓝烟（青烟）、白烟及黑烟。2）柴油机不能起动原因：燃油系统故障、预热装置故障、电起动系统故障、汽缸压缩压力不足等几种常见故障：3）柴油机运转时有不正常的声音原因：喷油时间过早或过迟、机构磨损造成间隙过大等4）排气烟色不正常冒黑烟：超负荷运转、各缸供油量不均、进气不足、喷油时间太迟等冒白烟：喷油压力低、柴油雾化不良，起动时个别缸不燃烧冒蓝烟：进气不畅、机油加入过多、机油进燃烧室等几种常见故障：5）燃油消耗过多原因：燃油系统故障、压缩压力偏低、进气不畅；离合器打滑、制动器不能完全分离、轮胎尺寸不合适、轮胎压力不正确等6）某一工况下，发动机转速时快时慢原因：调速器故障、供油系统问题几种常见故障：7）飞车：柴油机的转速失去控制主要原因：调速器故障由于飞车会酿成重大事故，一旦发生应立即设法制止。8）柴油机工作粗暴柴油发火性差、进气不畅、压缩压力过低、供油故障等2底盘2底盘底盘？底盘是用于支承、安装发动机及其各部件和总成，形成车辆的整体造型，并接受发动机的动力，使车辆产生运动，保证正常行驶的整体。底盘结构组成一、传动系二、行驶系三、制动系四、转向系制动系转向系行驶系传动系功用：将发动机发出的动力按照需要传给驱动车轮。

一、传动系具体功能1）变速、变扭适合不同场合的行驶需要。2）实现工程车辆倒驶在发动机旋转方向不变的情况下使驱动轮反向旋转。3）必要时中断动力传动起动、换档。4）差速转弯时两侧车轮的滚动角速度不同——差速器。传动系总体功能机械式液力机械式机械—液压式全液压式电动式传动系类型轮式车辆传动系组成：离合器、变速器、万向传动装置、驱动桥等。

传动系的组成驱动桥履带式车辆传动系组成：离合器、变速箱、主传动器、转向离合器、终传动器等。传动系的组成1.转向系的功用转向系的功用是操纵车辆的行驶方向，转向系统应能根据需要保持车辆稳定地沿直线行驶或能按要求灵活地改变行驶方向。2.根据转向原理不同，转向系可分为轮式和履带式两大类;3.按作用原理不同，转向系又可分为机械式和液压式两种。二、转向系轮式机械的转向方式可分为:1）偏转车轮转向（整体式车架）：（1）前轮转向（2）后轮转向（3）全轮转向a.