汽车拖拉机学课件

启动系统启动系统是内燃机的一个非常重要的辅助工作系统,内燃机能否迅速可靠地启动取决启动系统的结构型式及其工作性能.第一节内燃机的启动和启动方式第二节电启动系统第三节启动辅助装置第一节内燃机的启动和启动方式发动机的曲轴在外力的作用下开始转动，到发动机开始自动地怠速运转的全过程，为发动机的启动过程。一、内燃机的启动启动转速：能使发动机启动所必须的曲轴转速发动机启动阻力:气缸内被压缩气体的阻力发动机本身的机件发动机附件内相对运动零件之间的摩擦阻力。启动转矩：克服发动机启动阻力所需要的转矩车用汽油发动机在温度为0～20℃时，最低启动转速一般为30～40r/min。为了使发动机能在更低的温度下顺利可靠的启动，要求启动转速不低于50～70r/min。若启动转速过低、气体的流速过低、压缩行程的热量损失过大，将使汽油雾化不良，气缸内的混合气不易着火。二、内燃机的启动方式发动机常用的启动方式有：人力启动电力启动机启动辅助汽油机启动1．人力启动启动时，只需将启动手柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的启动爪内，摇动手柄即可转动曲轴，使发动机启动。这种启动方式操作不便，且加重了驾驶人员的劳动强度，故目前主要用于大功率柴油机的辅助汽油机的启动。2．电力启动机启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，电动机旋转而产生的动力，就通过飞轮传递给发动机的曲轴，使曲轴旋转、发动机启动。电动机以蓄电池为电源，结构简单、操作方便、启动迅速而可靠。目前，几乎所有的汽车发动机都采用电力启动机启动3．辅助汽油机启动其启动装置体积大、结构复杂，只用于大功率的启动。第二节电启动系统电力启动机启动的优点：结构简单操作方便启动迅速成本低可靠性好所以现代汽车、拖拉机、工程机械、军用车辆、摩托车都采用这种启动方式。

电启动机主要由直流串激式电动机、传动机构和控制装置三部分组成。

电启动机的电源一般采用12V或24V的蓄电池作电源。起动机的类型电磁开关构造原理吸引保持返回超速离合器啮合/脱开机构(传动机构)一、直流串激式电动机直流串激式电动机的功用是在直流电作用下产生电磁转矩。而直流串激式电动机低速时扭矩大,适合于内燃机的启动要求,广泛应用于内燃机的电启动系统.直流串激式电动机的结构1-磁场绕组2-磁极铁心3-外壳4-磁极固定螺钉5-换向器6-转子铁心1-电枢绕组8-电枢轴1、主要结构直流串激式电动机主要由机壳、磁极、电枢、换向器及电刷等组成（1）磁极磁极的作用是产生磁场，由铁心和磁场绕组组成。磁极的数目一般为4个(两对)，功率超过7.5kW的启动机有用6个(三对)的。4个磁场绕组的连接方法有两种，一种是4个相互串联，另一种是两串两并，即先将两个串联后再并联。不论采用哪一种连接方式，4个磁场绕组产生的极性是相互交错的。4个绕组相互串联两串两并

磁场绕组的连接方法1-绝缘接线柱期2-磁场绕组3-绝缘电刷4-搭铁电刷5-换向器（2）电枢和换向器电枢是产生电磁转矩的核心部件，主要由电枢轴、电枢铁心、电枢绕组和换向器组成。流经电枢绕组的电流很大(一般为200A～600A)，故电枢绕组采用较粗的矩形裸铜线绕制，绕线方式多采用波绕法。为了防止裸铜线绕组简短路，在铜线与铜线、铜线与铁心之间均用绝缘性能较好的绝缘纸隔开。换向器的作用是把通入电刷的直流电流转变为电枢绕组中导体所需的交变电流。（3）电刷与电刷架电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机。4个电刷架均固定在前端盖上，其中两个电刷架与端盖绝缘，称为绝缘电刷架

两个电刷架与端盖直撬铆合而搭铁，称为搭铁电刷

（4）端盖端盖分为前、后两个端盖。

前端盖一般用钢板压制而成，其上装有4个电刷架，后端盖用铸铁浇铸而成。（5）机壳机壳用钢管制成，一端开有窗口，作为观察电刷与换向器之用，平时用防尘箍盖住。2、直流电动机的工作原理

(1)直流电动机的工作原理直流电动机是将电能转换为机械能的设备，是以通电导体在磁场中受电场力作用的原理而制成的。a电流从a至db电流从d至a

当电流由正电刷和换向片A流入，从换向片B和负电刷流出时(见图8—8(a))，电枢绕组线圈中的电流方向为a→b→c→d，此时转矩方向为逆时针方向。当线圈转过180°后，电流由正电刷和换向片B流入，从换向片A和负电刷流出，线圈中的电流方向为d→c→b→a，转矩为仍为逆时针方向。电枢轴便可在一个固定转向的电磁转矩作用下而不断旋转。(2)直流电动机的转矩电枢轴上产生的电磁转矩M的大小，与电枢电流I，及磁极磁通ф的大小成正比，即：

式中：Cm——电机常数，与电动机的磁极对数、绕组个数有关(3)直流电动机转矩自动调节原理当直流电动机接入直流电源时，产生电磁转矩，使电枢旋转。但当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割磁力线，则其中又产生了一感应电动势。按右手定则可知，该电动势的方向恰与电枢电流的方向相反。由于它与外加电压的方向相反，故称反电动势.直流电动机的反电动势

反电动势大小为：外加于电枢上的电压U1，一部分消耗在电枢电阻只。上一部分则用来平衡电动机的反电动势Ef。即：

上式是电动机运转时，必须满足的一个基本条件，称为电压平衡方程式。

分析可知：当电动机的负载增加时，电枢轴上的阻力转矩增加，电枢转速降低，而使反电动势正随之减小，电枢电流Ia增大，因此电磁转矩也将随之增大(由式(8—1)可知)，直至电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止，这时电动机将在新的负载下以较低的转速平稳运转。反之，当电动机的负载减小时，电枢转速升高，反电动势增大，电枢电流减小，电磁转矩则随之减小，直至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，电动机将在较高的转速下平稳运转。3.直流串激式电动机的特性

(1)转矩特性在直流串激式电动机中，因电枢电流Ia与激磁电流是相等的，故在磁路未饱和时，磁通Φ与电枢电流Ia成正比。即：（８－５）将式(８-5)代人式(８-1)，则得：（８－６）式中：C=CmC2，为一常数。式(８-6)表明，直流串激式电动机的电磁转矩，在磁路未饱和时，与电枢电流的平方成正比；在磁路饱和后，磁通φ与电流无关，电磁转矩与电枢电流成正比.(2)转速特性电压平衡方程为：即电源电压U的一部分消耗在电枢绕组电阻Ra和磁场绕组电阻只Rf

上，一部分用来与电动机的反电动势Ef平衡。其转速则为:在磁路未饱和时，由于Ia增加时，φ和Ia(Ra十Rf)均增大，因而电动机转速急剧下降直流串激式电动机具有在重载时转速低而转矩大的特性，可以保持启动安全可靠。但在轻载或空载下转速很高，易造成“飞车”事故。因此，对于功率较大的直流串激式电动机，不允许在轻载或空载下运行。(3)功率特性启动机的输出功率由电枢轴的转矩M和电枢轴的转速”确定式中：P--功率，kW；M--转矩，N·m；n--转速，r／min。当启动机完全制动时，相当于启动机刚接通的瞬间，转速和输出功率均为零。电流最大，转矩达到最大值。空载时电流最小，但转速达到最大值，输出功率亦为零。只有当电枢电流接近制动电流的一半时，启动机的输出功率最大4.启动机的规格型号根据QC／T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，启动机的型号为：DJ表示减速启动机；QDY表示永磁启动机(包括永磁减速启动机)，J、Y分别表示“减”、“永”。电压等级：1-12V；2-24V。功率等级：含义见表8-1表8-1启动机的功率等级代号功率等级代号123456789功率（KW）～1>1～2>2～3>3～4>4～5>5～6>6～7>7～8>8二、电启动机的传动机构传动机构又称啮合机构或啮合器，实际上是一个单向离合器。单向离合器的作用是单方向传递转矩，即启动发动机时将启动机的转矩传给飞轮齿圈，而当发动机启动后，它又能自动打滑，不使飞轮齿圈带动启动机电枢旋转，以免损坏启动机。1.单向滚柱式啮合器

单向滚柱式啮合器l-外壳2-驱动齿轮3-十字块4-传动套筒5-外壳盖6-缓冲弹簧7-止推盘8-止推挡圈9-锁环10-滚柱11-活动柱12-活动柱弹簧单向滚柱式啮合器结构简单，但传递转矩的能力有限，故不能用于大功率启动机，主要用于中、小功率的启动机。

单向滚柱式离合器工作原理1-驱动齿轮2-外壳3-十字块4-滚柱5-飞轮齿圈2.摩擦片式啮合器

摩擦片式啮合器1-驱动齿轮与外接合鼓2-螺母3-弹性圈4-压环5-调整垫圈6-从动摩擦片7、12-卡环8-主动摩擦片9-内接合鼓10-花键套筒11-移动衬套13-缓冲弹簧14-挡圈摩擦片式啮合器能传递较大转矩，故多用于大功率启动机。但摩擦片磨损后，摩擦力会大大降低，故需经常调整。3.弹簧式啮合器

弹簧式啮合器1-驱动齿轮2-挡圈3-月形圈4-扭力弹簧5-护圈6-连接套筒7-垫圈8-缓冲弹簧9-移动衬套10-卡簧弹簧式啮合器结构简单、工艺性好、寿命长、成本低，并能传递较大转矩，但扭力弹簧圈数多，轴向尺寸较长，不能在小型启动机上装用。三、电磁操纵强制啮合式启动机由电磁开关控制启动机主电路的通、断及驱动齿轮的啮人与退出的启动机称为电磁啮合式启动机特点是结构简单、操作方便，在现代汽车上应用最为广泛。电磁控制强制啮合式启动机电路1-驱动齿轮2-回位弹簧3-拨叉4-活动铁心5-保持线圈6-吸引线圈7-接线柱8-启动按钮9-电源总开关10-熔断丝11-电流表12-蓄电池13-电动机14-启动机接线柱15-接触盘16-挡铁17-黄铜套18-蓄电池接线柱QDl24型启动机结构1-前端盖2-机壳3-电磁开关4-调节螺钉5-拨叉6-后端盖7-限位螺钉8-单向离合器9-中盖10-电枢11-磁极12-磁场绕组13-电刷QDl24型启动机电路1-点火开关2-点火开关接线柱3-搭铁接线柱4-电池接线柱5-启动机接线柱6-启动继电器触点7-启动继电器8-附加电阻线出境9-点火线圈附加电阻短路接线柱10-导电片11-接线柱12-启动机电磁开关接线柱13-吸拉线圈14-保持线圈15-活动铁心16-回位弹簧17-调节螺钉18-连接片19-拨叉20-定位螺钉21-单向离合器22-驱动齿轮23-限位螺钉24-固定铁心25-推杆26-接触盘27、28-启动机开关接线柱四、其他形式的启动机1.减速启动机

在电枢轴与驱动齿轮之间装有减速器的启动机称为减速启动机。减速启动机的电枢工作转速设定得较高，通过减速器使驱动齿轮的转速降低并使转矩增加。减速启动机中的减速器有三种型式，即内啮合齿轮式、外啮合齿轮式和行星齿轮式外啮合齿轮式的主动齿轮轴与从动齿轮轴平行，但两轴中心距较大，其优点是结构简单、工作可靠、噪音小、便于维修，缺点是增加了启动机的径向尺寸。内啮合齿轮式的特点是两轴中心距较小，工作可靠，但噪音较大。

行星齿轮式的减速器两轴中心重合，有利于启动机的安装，因扭力负载平均分布在几个行星齿轮上，故可采用塑料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮，既减轻了重量又抑制了噪声，是应用最广泛的一种。(a)外啮合齿轮式(b)内啮合齿轮式(c)行星齿轮式2.永磁式启动机

永磁式启动机利用永久磁铁制作磁极，取代了普通启动机中的磁场绕组和磁极铁心。结构简单、体积小、质量轻等优点，适合安装于空间较小的车辆上。永磁减速式启动机结构1、16-电枢2-单向离合器3、10-轴承4-行星齿轮减速器5-拨叉6-永久磁铁，7-电磁开关活动铁心-8-接线柱9-换向器11-电刷；12-驱动圈13-固定内齿圈14-行星齿轮架15-电枢轴主动齿轮3.电枢移动式启动机

电枢移动式启动机是利用磁极磁通的吸力，使整个电枢轴向移动来实现驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合过程。电枢移动式启动机工作示意五、电启动机驱动保护电路对启动机驱动保护电路的要求：一是发动机启动后，应能使启动机自动停止工作。二是发动机运转时，即使错误地接通了启动开关，启动机也不会工作。启动机驱动保护电路都是依靠硅整流发电机的中性点电压及相应的继电器来完成的。JDl36型启动复合继电器电路1、2-接线柱3-电磁开关六、电压转换开关JK-270型电压转换开关l-启动机按钮2-点火开关3-铁芯4-绕圈5-推杆6-小接触盘7-大接触盘8-触点9-夹布胶木圈10-触点11-吸拉线圈12-保位线圈13-保险丝Ⅰ、Ⅱ-蓄电池第三节启动辅助装置一、电热塞采用涡流室或预热室式燃烧室的柴油机，由于燃烧室表面积大，在压缩过程中的热量损失较燃料直接喷射式大，启动更为困难。为此，一般在涡流室或预热室式柴油机的燃烧室中装有预热塞，在启动时对燃烧室内的空气加以预热。电热塞1-发热体钢套2-电阻丝3-填充剂5-外壳6-密封垫田7-绝缘体8-胶合剂9-中心螺杆10-固定螺母1l-压紧螺母12-压紧垫圈13-弹簧垫圈第三节启动辅助装置二、进气预热器

在中、小功率柴油机上，常采用进气预热器作为冷启动预热装置。

进气预热器1-外壳绝缘的电热丝2-阀体3-阀心4-绝缘垫田5-泊管接头6-预热线螺钉7-稳焰罩三、启动液喷射装置

启动液喷射装置1-启动液喷射罐2-单向阀3-喷嘴4-发动机进气管四、启动减压装置有些柴油发动机采用启动减压装置降低启动转矩，提高启动转速，以改善启动性能启动减压装置工作原理a)非减压位置b)减压位置1-转换手柄2-锁紧螺母3-调整螺钉4-轴5-气门顶帽6-气门弹簧座7-气门弹簧8-气门导管9-气门10-气门座汽油机点火系统第一节点火系统要求与分类第二节传统点火系统第三节半导体点火系统第四节微电脑点火控制系统第一节点火系统要求与分类一、对点火系统的要求1．能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电影响击穿电压的因素（1）火花塞电极间隙的大小（2）气缸内混合气的压力与温度

（3）电极的温度和极性

（4）发动机的工作情况

（a）击穿电压与火花塞间隙的关系（b）击穿电压与混合气压力的关系（c）击穿电压与电极温度的关系（d）不同工况时的击穿电压2．火花塞应具有足够的能量3．点火时刻应适应发动机的工作情况（1）转速（2）负荷（3）起动及怠速（4）汽油的辛烷值（5）压缩比（6）混合气成分（7）进气压力影响最佳点火提前角的因素有：（a）最佳点火提前角与转速的关系（b）最佳点火提前角与负荷的关系（c）最佳点火提前角与压缩比的关系（d）最佳点火提前角与混合气成分的关系二、点火系统的分类1．传统点火系统传统点火系统以蓄电池和发电机为电源，也称为蓄电池点火系统。它靠点火线圈和分电器的作用，将电源提供的12V、24V或6V的低压直流电转变为高压电，并分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。传统点火系统由于产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、需要经常检查和维护等许多缺点，目前正在被半导体点火系统和微机控制点火系统所代替。

2．半导体点火系统半导体点火系统也是以蓄电池和发电机为电源。它由传感器或断电器的触点产生点火信号，经由半导体器件组成的点火控制和点火线圈，将电源的低压电转变为高压电，是目前国内外汽车上比较广泛应用的点火系统。3．微机控制点火系统微机控制点火系统与上述两种点火系统相同，也以蓄电池和发电机为电源。它由微机控制装置即电脑，根据各种传感器提供的反映发动机工况的信号，确定点火时刻，并发出点火控制信号，通过点火线圈将电源的低压转变为高压，由配电器将高压电分配到各个缸火花塞，它还可以进一步取消分电器，由微机控制系统直接进行高压电的分配，是现代最新型的点火系统，已广泛应用在轿车上。4．磁电点火系统磁电点火系统是由磁电机内的永远磁铁和电磁线圈的作用产生高压电的，因此它不需要另设低压电源。与传统点火系统相比，磁电机点火系统在发电机中转速和高转速范围内，产生的高压电比较高，发动机能可靠的工作。但在发动机低速时，产生的电压比较低，不利于发动机起动。因此，磁电机点火系统多用于主要在高速满负荷下工作的赛车发动机，以及某些不带蓄电池的摩托车发动机和大功率柴油机的起动发动机上。

第二节传统点火系统一、传统点火系统的组成（1）电源电源为蓄电池和发电机，供给点火系统所需电能，标称电压一般是12V（2）点火开关点火开关的作用是接通或断开点火系统初级电路。（3）点火线圈点火线圈即变压器，其功用是将蓄电池12V的低压电变为15kV-20kV的高压电。(4）分电器分电器的功用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，按发动机各气缸的点火顺序送至火花塞；同时可调整点火时间。

（5）电容器减小断电器的火花，防止触点烧蚀，延长其使用寿命，同时加速点火线圈中磁通的变化速率，提高点火高电压。（6）火花塞其功用是将高压电引入燃烧室产生电火花，点燃混合气。（7）高压导线用以连接点火线圈至分电器中心电极和分电器旁电极至各缸火花塞。传统点火系统的组成1-点火开关2-电流表3-蓄电池4-起动机5-高压导线6-阻尼电阻7-火花塞8-断电器9-电容器10-点火线圈11-附加电阻12-配电器二、传统点火系统的工作原理

在传统点火系统中，由蓄电池或发电机供给12V的低压电，是借点火线圈和断电器将其转变为高电压，再通过分电器分配到各缸火花塞，使其电极之间产生电火花。初级电压次级电压在点火过程中，与触点并联的电容器具有重要作用。当电容器第一次放电时，电流以相反的方向通过一次侧绕组，加速了磁场的消失，使二次侧感应电动势显著提高。可见有了电容器后就能减小触点火花，延长触点寿命并增强了二次侧电压。a没有电容器b触点并联有电容器初级电流的变化三、传统点火系统各组件的构造1．点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。

（1）开磁路点火线圈开磁路点火线圈是利用电磁互感原理制成的。其结构主要由硅钢片叠成的铁芯上的初级线圈和次级线圈、壳体及其外的附加电阻等组成。产生高压电的原理一次：

240—370匝二次：

11000—23000匝点火线圈的组成特点：产生高压电稳定但是磁路损失较大（a）二接线柱式

（b）三接线柱式开磁路点火线圈1-瓷杯2-铁芯3-初级绕组4-次级绕组5-钢片6-外壳7-“-”接线柱8-胶木盖

9-高压线接柱10-“+”或开关接线柱11-“+开关”接线柱12-附加电阻开磁路点火线圈的磁路l-磁力线2-铁芯3-初级绕组4-次级绕组5-导磁钢片

（2）闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈，将初级绕阻和次级绕组都绕在口字形或日字形的铁芯上。初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯构成闭合磁路。（c）口字形铁心的磁路（a）日字形铁心的点火线圈（b）日字形铁心的磁路

闭磁路点火线圈及磁路示意图1-铁芯2-低压接线柱3-高压插孔4-初级绕组5-次级绕组

2．配电器分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等组成分电器的壳体由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器轴装在机油泵的顶端，利用速比1：1的斜齿轮由凸轮轴经机油泵驱动。轴在衬套内旋转，用油杯进行润滑。分电器原结构(a)整体构造(b)内部构造1-分电器盖2-分火头3-凸轮4-触点及断电器底板总成5-电容器6-轴节7-油怀8-真空提前机构9-分电器壳体10-活动底板11-偏心螺钉12-固定触点与支架13-活动触点臂14-接线柱15-拉杆16-膜片17-真空提前机构外壳18-弹簧19-螺母20-触点臂弹簧片21-油毡及夹圈（1）断电器断电器装在固定板上，固定板上又装有活动板，其上装有触点副。触点由钨制成，一触点固定，另一触点活动。固定触点搭铁，它固定在活动板上，可借助转动偏心螺钉调整触点间隙。活动触点固定在触点臂的一端，臂的另一端有孔，套在销钉上。臂中部连有夹布胶木顶块，靠弹簧片压紧在凸轮上。触点臂经弹簧片和导线与壳体外面的绝缘接线柱连接。凸轮的凸角数和发动机的气缸数相同，凸轮与拨板制成一体，装在分电器轴上，经离心提前机构的离心重块由分电器轴驱动。作用：周期性的接通断开一次绕组，使初级电流发生变化，在点火线圈中生成次级电压（2）配电器配电器的作用是将高压电按发动机各气缸的点火顺序配送火花塞。由分电器盖、分火头和高压线组成。功用：将点火线圈产生的高压电按点火顺序分配给各缸火花塞（3）电容器电容器由两条铝箔或锡箔组成，在两条箔带之间夹以绝缘蜡纸，然后卷成筒状在真空中抽去层间的空气，再经浸蜡处理后装在金属外壳中，其中一条箔带的底部与外壳紧密接触，另一条箔带则通过外壳绝缘的导电片由导线引出

电容器1-蜡纸2-铝箔3-外壳4-引出线（4）点火提前机构离心提前机构离心提前机构的功能是在发动机转速变化时，自动调节点火提前角。②真空提前机构作用：

随发动机负荷的变化（节气门开度变化自动的调节点火提前角（5）火花塞火花塞的功用是将点火线圈产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。群部——紫铜片——缸体工作温度500-600摄氏度自净温度800-900摄氏度第三节半导体点火系统第三节半导体点火系统一、概述1．传统点火系统的缺陷在传统的点火系统里，断电器触点是最薄弱的环节，当断电器触点分开时，在触点之间产生火花，使触点氧化、烧蚀，因而断电器触点的使用寿命短，需要经常维护；触点火花的大小与初级电流的大小有关，使点火系统初级电流和次级电压的提高受到限制；初级电流和次级电压的大小随着发动机的转速的升高和气缸数的增多而下降，使多缸发动机高速时工作不可靠；

当火花塞积炭时，因漏电次级电压低不能可靠地点火2．半导体点火系统的优点（1）因为无机械触点或初级电流不经过触点，所以不存在触点氧化、烧蚀、变形、磨损等问题，使用中几乎不需要维修和经常换件。（2）用晶体管取代电器触点或初级电流不经过触点。这样可以增大初级断电电流值，减少点火线圈初级绕组匝数，减小初级电路的电阻，从而提高次级电压，有效地改善和保证点火性能。一般传统点火系统初级电流不超过5A，而晶体管点火装可提高7A~8A，次级电压可达30kV。（3）电磁能量得到充分利用，高电压形成迅速，火花能量大。由于无断电器触点或触点电流很小，根本不会因产生火花而消耗部分电磁能量，所以高压形成很快，使火花能量增大，提高了点火可靠性。传统点火系统高压电的形成时间需120μs~200μs，而半导体点火系统则只需80μs~100μs。

（4）减小了火花塞积炭的影响。半导体点火装置在火花塞积炭阻值达100kΩ的严重情况下，仍能维持可靠的点火特性。（5）点火时间精确，混合气能得到完全燃烧，可以在稀混合气工况下正常点火，从而保证了发动机在降低油耗的基础上，减少废气污染，获得最好的动力性。（6）能适应现代高速高压缩比发动机的发展需求，有利于汽车的高速化。（7）对无线电干扰小，结构简单，重量轻、体积小，保养维修简便。

3．半导体点火系统的类型目前在国内汽车上使用的半导体点火系统分为：有触点半导体点火系统和无触点半导体点火系统两大类。无触点式半导体点火系统按信号发生器原理不同又分为；磁脉冲式（又称为磁电式、磁感应式、发电式）、霍尔式、光电式和电磁式（即电磁振荡式）等多种形式。二、有触点半导体点火系统有触点半导体点火装置用减小触点电流的方法，减小触点火花改善点火性能，它是一种半导体辅助点火装置有触点半导体点火系统三、无触点半导体点火系统1．基本组成无触点半导体点火系统利用传感器代替断电器触点，产生点火信号，控制点火线圈的通断和点火系统的工作，可以克服与触点有关的所有缺点，在国内外汽车上应用十分广泛。无触点电子点火系统主要由传感器（即脉冲信号发生器）和电子点火控制构成（a）零件分布图（b）原理简图无触点半导体点火系统的基本组成

1-易熔丝2-点火开关3-附加电阻4-点火线圈5-分电器6-火花塞7-信号转子8-感应线圈9-点火控制器2．磁脉冲式无触点半导体点火系统磁脉冲式无触点点火系统工作原理（a）间隙最小时感应出最大（b）间隙最大时感应最低电压（c）信号电压波形（d）基本电路框图1-定时转子2-分电器轴3-永久磁铁4-衔铁5-传感器线圈3．霍尔式无触点半导体点火系统霍尔效应式无触点点火系统，利用霍尔元件的霍尔效应制成传感器，在发动机运行时产生点火信号，控制点火系统的工作，它由霍尔传感器、分电器、点火线圈、点火控制器等组成。霍尔式无触点半导体点火系统的组成示意图1-点火开关2-蓄电池3-点火线圈4-高压阻尼线5-火花塞6-分电器7-霍尔传感器8-点火控制器9-达林顿管4．光电式无触点半导体点火系统光电式无触点电子点火系统是应用光电原理进行触发的。这种系统是由英国伦敦鲁明兴（Lumention）公司设计制造并获得了专利。（a）结构（b）光电式传感器光电式无触点半导体点火系统的基本组成第四节微电脑点火控制系统第四节微电脑点火控制系统在微电脑点火控制系统中,点火控制包括点火提前角的控制、通电时间控制和爆震控制等三方面,并具有三个特点:(1)在各种工况及环境条件下,一般可获得最佳点火提前角,从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最理想的情况。（2）在全部工作范围内，一般可对点火线圈的导电时间进行控制，从而使线圈中存储的点火能量保持恒定不变。（3）通过采用闭环控制技术，可使各缸点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态，从而获得较高的燃烧效率，有利于提高发动机的各种性能。微机控制点火系统优点：不受机械调节装置的限制，在发动机任何工况下保证最佳的点火控制。组成：传感器、微机控制器、其他类型发动机第一节转子发动机第二节燃气涡轮发动机第三节气体燃料发动机第一节转子发动机第一节转子发动机一、转子发动机的发展及其基本组成转子发动机就是活塞进行回转运动的发动机。往复活塞式发动机的主要特征之一是通过活塞及曲柄连杆机构在一个工作循环中完成了进气、压缩、做功（膨胀）、排气四个冲程。优点：具有良好的气体密封性和功率传递的可靠性、热效率高而工作可靠。缺陷：即存在许多往复运动质量，如活塞组件及气门机构等。这些组件因往复运动而引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全的平衡，且随着发动机转速的不断提高这一缺点更加明显，轴承的载荷显着增加、振动加剧、噪声进一步恶化等等。因而，使发动机转速的提高、单位容积功率的提高和降低单位功率质量等性能指标的改善受到制约。转子发动机的基本结构原理转子发动机的基本结构原理1-转子壳体2-进气管3-化油器4-进气孔5-排气孔6-冷却水道7-转子8-燃烧室主要优点：一是其结构简单、紧凑，体积小、质量轻、升功率大、比质量小。二是有利于发动机转速的提高。三是其拆装方便、维修简易，且在相同压缩比下可燃用低辛烷值的汽油。

二、转子发动机的工作原理1.转子发动机的工作过程

转子发动机的活塞虽然作旋转运动，但它的每一循环和往复活塞式发动机相同，也是由进气、压缩、作功和排气等四个过程组成转子发动机的工作原理Ⅰ-进气过程Ⅱ-压缩过程Ⅲ-作功过程Ⅳ-排气过程

转子在外壳内作行星转动，转子每转一转（而主轴则转3转），3个空腔各完成一个工作循环，也就是说，三角转子每转一转，发动机完成了3个工作循环。可见转子发动机工作过程的基本原理与四冲程往复活塞式发动机的相同，只是每个行程对应的主轴转角不是180°而是270°。2.转子发动机的几何学及有关参数

（1）缸体型线为了使转子发动机正常的工作，三角转子在缸内运动时，应保证转子的三个顶端始终与缸壁接触，以形成不间断的密封，这就要求缸体有特殊形状的型线。缸体型线的生成原理1-内齿圈2-外齿轮3-固定臂实际汽缸型线的创成1-内齿圈2-外齿轮（2）三角转子型线三角转子周面的理论型线是缸体理论型线的内包络线。它的创成是利用缸体型线导出三角转子的周面型线。所有这些型线的内切线便是汽缸型线的内包络线。三角转子型线的创成（3）工作容积和压缩比转子发动机的排量用单室容积表示，而单室容积是一个转子的一个工作室的最大容积和最小容积之差，这种想法与往复式发动机的单缸容积相同。三角转子周边与缸体型线之间所围成的面积称为冲程面积，此面积随偏心轴转角的变化而变化。若缸体的宽度（厚度）为B，用VH表示发动机的工作容积（即气缸排量），则根据几何原理可得：转子发动机的理论压缩比定义与往复机是一样的，即：εi是理论上可能达到的最大压缩比，它是指转子周面上不开凹坑时的压缩比。实际的转子发动机为了燃烧及火焰传播的需要，在转子周面上均有燃烧凹坑；另外，缸体内壁与转子的周边有间隙，火花塞孔四周亦有间隙。所以实际压缩比总是小于理论压缩比。设上述所有的附加容积之和为Vr，则实际压缩比ε为：3.回转力的产生及扭矩输出

在往复活塞式发电机中，施加在活塞顶部的向下膨胀压力经由连杆使曲轴转动。回转力产生原理三、转子发动机的主要零件构造转子发动机的基本结构是由三角转子、偏心轴、缸体、前后端盖、密封件等主要零件组成。转子发动机的基本结构1-偏心轴2-平衡重3-前端盖4-后端盖5-飞轮6-转子7-缸体8-火花塞1.角转子的构造及密封系统

转子也称三角旋转活塞，是转子发动机的主要运动部件之一。从功率传输机构的角度来看，它兼有往复活塞式发动机的活塞和连杆的双重作用，即有密封发动机的工作腔及承受高温燃气压力并将其传给主轴的作用。（1）三角转子的构造转子的材料可用可锻铸铁、稀土球墨铸铁、高强度合金铸铁（如铜铬钼合金铸铁）制造。三角转子的构造1-端面密封条槽2-油环槽3-转子轴承座4-喷油孔5-内齿圈座6-密封销孔7-径向密封片槽8-燃烧室凹坑9-冷却腔10-气压平衡孔11-质量平衡孔12-加强筋（2）密封系统①气体密封转子发动机的气体密封系统由三角转子角顶的径向密封片（亦称刮片）、角片、密封销及设置在转子端面上的端面密封条组成径向密封的原理：在发动机工作时，径向密封片在离心力和密封片底部气体压力的共同作用下压向气缸型面。同时进入密封片槽内的气体还将径向密封片压向密封片槽的一侧，从而实现了气缸工作腔的径向密封转子密封系统1-径向密封片2-角片3-径向密封片弹簧4-密封销弹簧5-密封销6-端面密封条7-端面密封条弹簧径向密封片的密封原理1-径向密封片弹簧2-径向密封片3-三角转子4-气缸体②润滑油密封在转子的端面上除有气密封装置外，为了防止冷却转子和润滑轴承的润滑油通过端面进入气缸的工作腔，还设有润滑油密封装置。润滑油的密封1-油环2-O型硅橡胶圈3-波形弹簧4-刮油刃5-端盖6-三角转子2.气缸体及端盖

缸体和端盖是转子发动机的基础零件。由前端盖和后端盖（或中间隔板）将缸体封闭，气缸体内壁的型面与三角转子的三个弧形表面构成了三个互相独立的工作腔，径向密封片沿缸体的型面滑动并分隔各腔；转子转动时，端面气封条就在端盖平面上滑动，使高压气体不会从气封条而进入油底壳。水冷转子发动机的气缸体1-排气孔2-定位销孔3-进气孔4-气缸型面5-火花塞孔6-密封槽及密封铅条7-紧固螺栓孔8-肋筋气缸体及端盖的材料一般是导热性能好的铝合金或高硅铝合金3.主轴

转子发动机的主轴也称偏心轴。其功能与往复活塞式发动机的曲轴相似，不同的是曲轴由连杆推动旋转，而偏心轴是直接由三角转子通过轴上的偏心转子轴颈使主轴转动。主轴材料一般用合金钢（如40Cr、35SiMn、38CrMoAlAA等）及中碳钢锻造，也可用高强度球墨铸铁铸造。轴颈部分渗碳或高频热处理硬化，并具有高的精度和表面粗糙度。转子发动机的主轴及动平衡1-皮带轮2-主轴颈3-偏心轴颈4-转子组件5-飞轮平衡重6-飞轮7-润滑油道8-皮带轮平衡重四、转子发动机的各系统转子发动机除上述的基本构造外，还应有配气系统、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统和点火系统等，这些系统的功用与往复活塞式发动机基本相同。转子发动机没有专门的配气机构，它的进、排气是由气孔的位置、尺寸及三角转子转动的相位来共同控制的。1.转子发动机的配气系统

转子发动机进气孔的布置a.周面布置b.端面布置c.混合进气（1）周面进气周面进气的结构简单，能获得较好的动力性，适合于经常处于高速、高负荷运转的动力装置上，但在中、低转速和负荷时，其性能较差。（2）端面进气端面进气不适合高速高负荷运行的发动机，较适合经常运行在中、低负荷的发动机。这种配气是前两种型式的混合，既有周面进气孔，又有端面进气孔，排气孔仍然布置在气缸的型面上。这样，在低速及部分负荷时，只有端面进气孔参加工作，发动机进入高速大负荷时，端面和周面的节流阀门同时开启。可见此种进气方式保留了上述两种方式的优点，并在一定程度上弥补了他们的不足，是比较理想的进气方式，但结构上比较复杂。在设计进、排气孔时应使进、排气重迭时间尽量缩短，减少废气窜入新鲜混合气的机会，对提高充气效率和发动机运转的稳定性，以及减少反喷均有利。（3）混合进气2.转子发动机的润滑系统

转子发动机的润滑系统的作用及组成与往复活塞式发动机基本相同。一般均采用压力强制润滑，而小型风冷转子发动机多采用汽油中掺入机油的润滑方式。转子发动机的润滑系统3.转子发动机的冷却系统

由于转子发动机的热力循环特点，决定了三角转子的受热情况十分严酷，而缸体和端盖的受热又极为不均匀。为了防止高温而引起异常磨损和径向密封片因结焦而卡死，以及缸体和端盖过大的温差而引起热变形及热应力等问题的产生，需要合理地组织循环冷却液的流动，对这些零件必须进行冷却。缸体和前后端盖采取强制水冷，而三角转子则采取强制油冷。在小型的转子机上也有采用风冷形式的。目前水冷式转子发动机多采用轴流式冷却水循环方式。转子发动机的冷却系统1-散热器2-补偿水箱3-水泵4-前端盖5-气缸体6-中间隔板7-后端盖4.转子发动机的点火系统

点火系统对转子发动机的多项性能均有影响。与往复活塞式四冲程发动机相比，转子发动机的点火有许多不利的因素。首先由于转子发动机的转速高，且主轴每转一转需要点火一次，所以点火频率高，火花塞的受热严重。其次是转子发动机为避免径向密封片与火花塞的电极碰触，火花塞必须缩进气缸型面以内，通过连通孔与气缸工作腔相通。这样火花塞得不到新鲜气体的冲刷冷却，电极温度高；再就是燃烧室的扁长形状，混合气在挤压过程中形成强烈气流，点火后火焰中心散热快，容易灭火；加之火花塞孔内残存有少量的废气，使混合气的点燃比较困难。因此，要求火花塞点火的电压比往复活塞式发动机要高得多，才能保证发动机的正常工作。针对上述问题，转子发动机通常采用下列技术措施改善其点火性能。①采用炽热数较大的冷型火花塞；②装用两个火花塞，一个装在气缸体短轴旋转方向前方，称前火花塞，另一个装在短轴后方，称后火花塞。这种双火花方案既能改善火花塞的工作条件，又有利于火焰的形成和传播；③采用高能点火系统，以提高点火的能量。

转子发动机的点火系统第二节燃气涡轮发动机第二节燃气涡轮发动机一、燃气涡轮发动机的发展1791年，英国人J·巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。1872年，德国人F·施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900~1904年进行了试验，但因始终未脱开起动机独立运行而失败。1905年，德国人C·勒梅尔和R·阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太底，仅3~4%，因而未获得应用。1920年，德国人H·霍尔茨瓦特制成了第一台实用的燃气轮机，其效率为13%，功率为370kW1939年，在瑞士制成了4兆瓦的发电用燃气轮机，效率达18%。二、燃气轮机的工作原理主要由压气机、涡轮机、燃烧室和热交换器四大部件组成。

燃气轮机的结构及工作原理示意图三、燃气轮机主要工作部件结构1.压气机

压气机是燃气轮机中关键性的装置之一，广泛应用的压气机根据空气的流动方向分为轴流式和径流式两类，后者通常称为离心式。由于离心式压气机的结构简单、紧凑轻巧，且稳定运转的转速范围比轴流式压气机的广阔，转速一定时容许的气体流量变化范围较大，所以汽车用燃气轮机多采用离心式压气机。燃气轮机主要由固定的进气道、排气道、扩压管及可转动的叶轮部分等组成。离心式压气机构造示意图2.涡轮机

涡轮机也叫透平，是将燃气的能量转化为机械能的转换器。径流式涡轮机的优点是结构简单、制造容易且坚固耐用。轴流式涡轮机主要由涡轮外壳、喷管、涡轮叶片、涡轮毂、涡轮轴、轴承及防止燃气泄漏的密封装置等组成。轴流式涡轮机结构静叶与动叶的形状对涡轮机的效率有较大影响，所以要求它们的形状应具有良好的气体动力性，以获得较高的涡轮机效率；其结构应有足够的强度及抗振性能，所以它们的断面采用翼形断面轴流式涡轮机叶片的断面形状3.燃烧室

燃烧室是燃料与空气混合及燃烧的地方。在燃烧室内，燃料燃烧释放出的热量将燃气加热到所要求的温度。要求:燃料能完全燃烧，在各种运行工况下都能获得高的燃烧效率；燃料燃烧稳定，在工况变动或小负荷时不会熄火；燃烧室出口的燃气温度要均匀，以确证涡轮机的安全运转；有足够的强度和刚度，能承受振动载荷。整体质量轻、尺寸小，点火容易，维修简便。

燃烧室主要由外壳、火焰管、空气旋流器、燃油喷嘴及其它辅助设备等组成。燃气轮机燃烧室(1)火焰管燃料从上端经喷油器喷入火焰管，与来自压气机的压缩空气混合燃烧。

(2)空气旋流器空气旋流器的作用是使通过的空气产生旋转运动。旋转的气流可以促进燃料与空气的充分混合，同时也起稳定火焰的作用。(3)燃油喷嘴燃油喷嘴的作用与柴油机的喷油器相同。不同的是燃气轮机燃烧室的压力较低，空间较大，燃烧是持续进行的，所以其结构比较简单。燃烧室内还装有点火器，用以在燃气轮机起动时点燃混合气。当燃烧室内形成稳定的火焰后，点火器便停止工作。在现代的汽车燃气轮机上多使用火焰点火器，它是利用火花塞产生的电火花将起动喷嘴喷出的轻质燃料点燃，形成小火焰，再用此小火焰点燃主喷嘴喷出的燃油。4.热交换器

热交换器也叫回热器，是一种换热设备。第三节气体燃料发动机第三节气体燃料发动机气体燃料发动机是指发动机一可燃气体作燃料。气体燃料汽车主要有:天然气和液化石油气、氢气。一、天然气和液化石油气发动机天然气和液化石油气发动机根据使用的燃料不同、燃料的使用形态及使用方法的不同，可按下图所示分类燃热交换器也叫回热器，是一种换热设备。气发动机天然气发动机液化天然气发动机（LNG）压缩天然气发动机（CNG）吸附天然气发动机（ANG）液化石油气发动机（LPG）单燃料燃气发动机机两用燃料燃气发动机双燃料燃气发动机压缩天然气发动机（CNG）：将车用天然气压缩至2OMPa充装于压缩天然气储气瓶中，经减压器减压后供给发动机作燃烧。液化天然气发动机（LNG）：将天然气在-162℃低温液化后，储存于液化天然气气罐中，经汽化后供给发动机作燃料。吸附天然气发动机（ANG）：在3-6MPa下将天然气吸附在装有固体吸附剂的储存器中供给发动机作燃料。液化石油气发动机（LPG）：以储存在车载气瓶中的液化石油气作燃料的发动机。单燃料燃气发动机：指发动机仅使用天然气或液化石油气作燃料，不再使用其它燃油或代用燃料的发动机。两用燃料燃气发动机：一般指有油、气两种燃料的两套燃料供应系统，使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换的发动机。但油、气两种燃料分别燃烧，不能同时使用。双燃料燃气发动机：是指燃用CNG或LPG与柴油混合燃料的发动机。燃用CNG或LPG为主燃料，柴油起引燃作用。1.两用燃料发动机(1)CNG—汽油两用燃料发动机

储气系统主要由充气阀、高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、高压接头、压力表、压力传感器及储气量显示器等组成。CNG—汽油两用燃料发动机燃料供给系统原理图供给系统主要由高压电磁阀、三级组合式减压阀和混合器等组成。控制系统主要是由三位油气转换开关16、点火时间转换器15和汽油电磁阀11等组成。油气转换开关、天然气电磁阀和汽油电磁阀共同构成了燃料转换的控制。油气转换开关决定两个电磁阀的通断，决定发动机以汽油或天然气为燃料运行。点火时间转换器由电路系统自动转换两种燃料时不同的点火提前角。(2)CNG-柴油双燃料发动机该系统由天然气储存系统、发动机控制保护系统、燃料供给和调节、柴油供给四个系统组成。LPG—汽油两用燃料供给系统2.双燃料发动机该系统由天然气储存系统、发动机控制保护系统、燃料供给和调节、柴油供给四个系统组成。天然气储存系统由天然气气瓶、压力表和充气阀等组成。燃料供给和调节系统由高压减压阀、低压减压阀、天然气过滤器及开关阀、天然气供气量控制阀、混合器，以及天然气加热器等组成。机械控制混合器式CNG—柴油双燃料发动机的构造原理发动机控制系统包括天然气供给控制阀门的传动装置、发动机从燃用柴油转换为燃用双燃料工况的转换系统，发动机不工作时，排除两种燃料同时供给发动机可能性的天然气供给闭锁装置，当天然气气瓶压力不足时能自动转换发动机燃用柴油的自动转换装置。二、氢燃料发动机

氢是一种非常优秀的发动机燃料。氢无毒、无腐蚀性，来源于自然界，它不会损害环境和公众的健康，一旦泄漏，由于自身轻，很快就会在空气中消散。氢气作为发动机的燃料主要优点是质量热值高，着火界限较宽，燃烧平稳，燃烧后的产物只有水、NOX，没有CO、CO2、HC、碳烟、硫化物等，是一种最清洁的燃料。氢气作发动机燃料的方法有使用纯氢、氢气与其它燃料混合使用、燃料电池。迈阿密大学开发的氢气发动机示意图亚琛工业大学开发的氢气发动示意图

俄克拉何马大学研制的氢气发动机示意图1-燃烧室2-喷射孔3-火花塞康奈尔大学开发的氢气发动示意图1-压缩比调节插塞2-火花塞3-压力传感器4-燃烧室5-喷射器6-活塞上述的都是纯氢气发动机,由于氢气的点火能量需求小,火焰的传播速度快,可以将氢气与汽油、天然气或液化石油气等燃料以一定的比例混合参与发动机燃烧，即氢气混合燃料发动机。国内外许多大学都曾进行了这方面的研究，如吉林工业大学在汽油机上掺氢，美国加州大学将天然气与氢气混合等，以求降低发动机的排放，改善经济性。发动机特性发动机工况:

发动机的运行情况，常用功率Ne和转速n来表示。常见的发动机工况有恒转速工况、液体阻力工况、面工况等。第一节发动机工况与发动机标定功率发动机特性：发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系。调整特性:其中随调整情况而变化的关系如：柴油机供油提前角调整特性汽油机点火提前角调整特性性能特性:随运转情况而变化的关系,也称为使用特性发动机主要性能特性包括：负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、烟度特性、排放特性等发动机标定功率:使用中允许的最大功率(发动机铭牌上标定的功率)

（1）15min功率

在标准环境条件下，允许发动机连续运转15min的最大有效功率。例如，可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机的功率标定。

（2）1h功率

在标准环境条件下，允许发动机连续运转1h的最大有效功率。例如可用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功率标定。

（3）12h功率

在标准环境条件下，允许发动机连续运转12h的最大有效功率。例如，可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机的功率标定。

（4）持续功率在标准环境条件下，允许发动机长期连续运转的最大有效功率。例如，可用于需长期连续运转的农业排灌、电站、船舶、铁路牵引机车等发动机的功率标定。

第二节负荷特性定义：转速不变时，其经济性指标随负荷而变化的关系。

负荷率：发动机发出的扭矩与在该转速下最大扭矩之比，用百分数表示。一、汽油机的负荷特性（一）定义：

汽油机保持某一转速不变，点火提前角，化油器调整完好时，逐步改变节气门开度，ge、Gf随负荷变化的关系。性能

指标（二）曲线特性：（1）主要工作参数的变化（2）ge、Gf=f（Ne)曲线的变化怠速时:

m=0,ge=

;负荷↑：ηi↑ηm↑→ge↓直至gemin。负荷再增加,

α↓-ηi↓

ge又上升。负荷↑↑Gf↑二、柴油机的负荷特性（一）定义：当柴油机保持转速不变，改变循环供油量

g时，ge随负荷而变化的关系。性

能

指标（二）曲线特性（1）主要工作参数的变化（2）ge、Gf=f（Ne)曲线

的变化1点：最小油耗点；2点：冒烟界线；3