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技术文章

FESTO气缸作用和其他的优点

FESTO气缸作用和其他的优点/395290829/39529839
空气在化油器内混合成混合气再送处气缸,经过上述行程而产生动力的称之为化油器式汽油机;凡将汽油直接喷入气缸或进气管内再与空气混合成混合气,经过上述各行程的,称之为直接喷射汽油机.燃料为柴油的发动机,一般是利用喷油泵将柴油直接喷入气缸,经过与压缩空气相混合后,在高温高压下自动燃烧而产生动力称之为压燃式柴油机.在当今全世界能源短缺和环保的要求下,还有用其他清洁燃料如天 然气,液化石油气等的发动机.但其工作原理是相似的.下面让我们具体地谈谈每个行程. 混合气如遇到火星就很容易爆炸.在汽车发动机中正是利用这种爆炸所产生的力,将气缸内的活塞从上的位置推到下.活塞从上到下所走的距离称之为行程.上述的**个行程收进气行程,活塞被曲轴通过连杆向下拉,混合气通过进气门进入 1气缸活塞的顶部.**个行程叫压缩行程,此时进气门和排气门都关闭.活塞向上行,将吸入的混合气再次被曲轴下拉时为止.第三个行程叫作功行程.此时两个气门仍被关闭,由分电器供给的高压电使燃烧室内的火花塞打出火花,点燃混合气,产生爆炸力推动活塞下行,此时气缸内充满炽热的浓烟.待到活塞再次上行时,排气门打开.这些浓烟被活塞挤出气缸燃烧室,进入排气管.这就是后一个行程称排气地程.之后,发动机又开始了下一个工作循环的**个行程,如此循环不已地工作下去.为了更进一步了解发动机的工作状况,有必要将其各部件的功能介绍如下: 气缸体和气缸盖发动机部件中以气缸体重,体积.它是将发动机各机构,各系统组装成一体的基本部件.气缸体内有几个圆柱形空筒,那是活塞运动的空间,称之为气缸.有 几个空筒就叫有几缸.一般有四个的就叫 4缸发动机.当然还有更多的,如 6 缸,8 缸甚至 12 缸的.缸数愈多,发动机的劲头愈大.但是,让活塞在气缸内和缸筒**接触,它的运动阻力还是不小的.为了减少相互接触的面积,于是在活塞上套上几道活塞环.让活塞环和缸筒壁接触,这就大大地减少了活塞运动的阻力.FESTO气缸作用和其他的优点/395290829/39529839
一般的活塞上有 不止一道的活塞环,其中有气环和油环两类. 由于缸筒表面经常和高温高压的燃烧气相接触,又有活塞在其上作高速往复运动,因此制造筒的材质必须耐高温,耐磨损,耐腐蚀.为了满足这些要求,一般采用加入少量镍,钼,铬,磷等合金元素的上等合金铸铁,并经珩磨加工,获得粗糙度,形状 和尺寸精度很高的工作表面.然而,如果气缸体全部都采用上述上等材料来制造,未免过于浪费了.因为除了这些工作表面外,气缸体的其余部分并没有这样高的要求.所以发动机上都广泛采用活络可拆装的工作表面,即缸套.它本身可用上等材料制造,气缸体则可用普通铸铁或轻合金铸造.缸套以和冷却水接触与否而分干套和湿套两类.后者的优点是铸造方 便,拆装容易,冷却效果好.缺点是刚性差,易漏水.在气缸体上部有一个将缸筒盖住的气缸盖.它的主要功用是封闭气缸体上部,并和活塞顶部及缸筒一起构成燃烧室.一般用灰铸铁或合金铸铁以及铝合金制成,内含水套.通过螺栓与气缸体拧在一起.为了密封,在它们之间通常还加一层气缸垫.在气缸盖上每个气缸都有自己的进气门,排气门,火花塞座孔或喷油器座孔以及气门导管孔等.缸盖数量大各种发动机上也不尽相同,有整个一块的,也有分成几个缸一块 2的.前者优点是能缩短发动机整体长度.缺点是刚性差,受热受力容易变形,影响密 封,损坏后须整体更换.由缸盖部分构成的燃烧室,它的形状对发动机工作的影响很大.因而对它的基本要求有:结构紧凑,冷却表面小,让混合气在燃烧前产生涡流.其目的是为了减少热量损失,缩短火焰扩散的行程,提高燃烧速度,保证及时和充分地燃烧,以获得 的动力和减少排出废气内含的有害物质.一般用水冷却的发动机,在气缸体下部有一个铸成一体的曲轴箱.它的内部是曲轴运动的空间.曲轴就吊挂在曲轴箱的下边.在曲轴箱的下部还有一个类似盘子的部件,叫作油底壳.主要用来贮存机油和封闭曲轴箱的.机油泵就设在油底壳内.油底壳还设有挡板,以防止机油晃动过甚.在底部装有磁性放油塞,以吸收机油中的金属屑.在油底壳的一侧,还有一把机油尺,用来检验油底壳的机油量. 曲轴活塞连杆组发动机内主要的运动部件就是曲轴,活塞和连杆.它由曲轴,活塞,活塞环, 活塞销,连杆及飞轮等部件组成. (1)曲轴它是一根拐了几道弯的轴. 曲拐数取决于发动机有几个气缸以及它的排列方式,一根连杆连一个曲拐的,其曲拐数等于气缸数;两根连杆连一个曲拐的,其曲 拐数为气缸数的一半.曲轴要求耐冲击,耐磨,一般都用中碳钢或中碳合金钢锻造而成,也有用球墨铸 铁铸造成的曲轴.带飞轮的曲轴.位于转动中心的主轴颈,它借助一坟轴瓦和曲轴箱相连.不在转动中心的轴颈叫连杆轴颈或曲柄销,它借助于连杆轴瓦和螺栓与连杆相连.由于曲轴要在高速下旋转,所以它需要不间断地用机油对磨擦表面加以润滑.因此在曲轴的主轴颈,连杆轴颈的曲轴本体内都钻有油道,以便机油能通过这些油道, 润滑这些部位.由于曲轴的形状很不规则,转动起来就会晃动,行家称这种现象为不平衡.如果发动机工作时人造棉其发展,不但会产生极大的噪声,而且机件的寿命也大大地缩短.造成不平衡的主要原因是曲轴旋转时产生了不规则的离心力和离心力矩,另外还有活塞往复运动的惯性力.对于气缸数不同的发动机,这些力和力矩有的存在,有的不存在.因此需要根据具体的结构设置平衡块加以平衡.有的平衡块和曲轴制成一体,也 3 有用螺栓固定在曲轴上的.我们知道,一个质量很大的轮子,一旦转起来,如果没有阻力,它就会一直不停地转动下去.因此在曲轴的后端装上一个用灰铸铁或球墨铸铁,铸钢制成的飞轮,这是一个转起来惯性很大的圆盘,其边缘既宽又厚.它的功能主要有贮存发动机给的动能,克服曲轴连杆组运动的阻力,克服短时间的过载,保证发动机输出的扭矩和转速均匀.此外它还是磨擦式离合器的驱动件,因此它也需要和曲轴一起进行平衡. (2)活塞 它像一个倒扣着的杯子, 杯底朝上,构成燃烧室的一个部分, 杯壁有圆孔, 可穿入活塞销.从杯口穿入连杆,通过活塞销和活塞相连.它的主要作用是将混合气燃烧所产生的爆炸力通过活塞销传给连杆,来推动曲轴的曲柄,令曲轴旋转活塞的工作条件很苛刻,顶部和高温燃气接触,承受带冲击性的高压和因高速往复运动带来的惯性力,整个活塞各部分受到拉,压,弯的综合力和力矩,而受热也不均匀.因此要求活塞的质量要小,热膨胀量小,传热性好,耐磨.用铝合金制的活塞 兼备以上性能,是当前的汽车活塞选用材料.活塞的基本结构可分为顶部,头部和裙部三个部分. 活塞顶部有平顶,凹顶之分,表面力求光洁.活塞头部有几道矩形断面的环槽,用来安置各种活塞环,环槽底部钻有许多径向小孔,可使从缸壁上刮下的机油,通过这些孔流向油底壳.活塞头部承受并传递混合气燃烧后的爆发力;能传导混合气燃烧后产生的热量;与活塞环一道构成部分的燃烧室.活塞的裙部是指从活塞环槽到杯口的好个部分.它的主要功能是活塞在缸筒内往复运动中起着导向作用,以及承受缸壁 给它的侧压力.活塞在气缸内工作时,受热受力是很不均匀的,因而会带来不均匀的变形,遂使活塞与气缸筒壁之间的缝隙有的很大,有的很小,也会出现漏气现象和擦伤缸壁表面 的可能.严重时会卡死,将活塞损坏.为了使活塞在正常的工作温度下和气缸筒壁有较均匀的间隙,虽然气缸筒本身仍是圆柱形的,而活塞则制成椭圆形,令活塞在工作时能膨胀成类似的圆柱形.所以活塞在普通状态下为上端直径小,下端直径大的近似圆锥形或椭圆形. 当然,你如果留心,还会发现有的活塞裙部开有纵向和横向的沟槽.开横向槽的目的主要是阻断从活塞顶部传向裙部的热量,迫使裙部的膨胀不致过大.如横向横位于油环槽内,尚可起到油孔的作用.开纵向槽的作用是在活塞冷状态下装配时获得尽 4可能小的与气缸筒壁间的间隙;在热状态下,活塞不致在气缸筒内卡死.纵向槽的方 向与活塞运动方向不平行,斜槽可以防止活塞划伤缸壁.(3)活塞环 活塞必须与缸壁的配合很紧密, 在活塞上嵌入活塞环正是针对这个问题所采取的措施.活塞环分气环和油环两种,前者防止燃烧混合气窜入曲轴箱;后者防止合金铸铁制成,开有斜口,富有弹怀,套在活塞上时,有向外张紧贴在气缸筒壁的特性.如果密封状态被破坏出现漏气现象,发动机就会丧失部分动力,燃料和机油损 耗增加,活塞和燃烧室的表面出现严重积碳,并造成环境污染.一般活塞上装 2～3 道气环,1～2 道油环,在保证密封的要求下,应尽量减少环的数量.气环虽有好几个,但对各个环的要求也不尽相同.离顶部近的是**道气环,由于它靠近燃烧室,在温度压力及润滑难的环境下工作,所以在它的工作表面上一般都镀上多孔性铬,此举不但提高了表面硬度,尚能贮存少量机油改善润滑条件,提高使用寿命.其他各气环一般只镀锡或作磷化处理.由于**道气环的工作温度高,它的切口间隙也较大.当将各道活塞环装在活塞上时,须将它们各自的切口 相互错开,这对气缸的密封是有所裨益的. (4)活塞销它是活塞与连杆小头的连接件, 起着将活塞蝗受力传给连杆的作用. 因为在高温条件下承受周期性的冲击力,而且润滑条件又差,所以要求它有足够的刚度,强度和耐磨性.为了减少惯性,一般将它制成空心圆柱体,以减小它的质量.活塞销一般用低碳钢制成,表面渗碳,再加以珩磨和抛光,以提高其表面的硬度和整体的韧性.活塞销装入活塞销孔和连杆小头孔内是浮动的,在发动机工作时,它可以在销座孔内绕自身主轴缓缓转动,以获得较为均匀的磨损.为了防止活塞销沿主轴方向窜动, 在活塞销孔内淫卡环嵌在销座凹槽内予以限位.(5)连杆它以上端的小头连接活塞销,以下端的大头连接曲轴,可将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动.它正像你骑自行车时大腿的运动状态那样.连杆一般采用中碳钢或合金钢材料经锻造,机加工和热处理而成.因为连杆工作时受到压缩,拉伸和弯曲的周期性变化的力量,所以要求它质量尽可能小,而又足够的刚度和强度,如果刚度不够会造成大头孔失圆,轴瓦润滑**而烧毁;杆身弯由会造成气缸漏气,窜 油等现象.FESTO气缸作用和其他的优点/395290829/39529839
连杆大头一般都制两个半圆块,一块是连杆大头的下端,另一块叫连杆盖,用连 杆螺栓将两者拧在一起. 这两块是一起进行加工(镗孔)的,大头孔的表面为了和轴瓦紧 5 密配合,它的光洁度很高,其表面还铣出定位轴瓦的凹槽和小的油孔.连杆螺栓的工作条件和连杆一样,一般采用上等合金钢或上等碳素钢材料,经煅造或冷镦而成.安装连杆大头时,必须按工厂规定的扭矩拧紧连杆螺栓,并采取措施 防止自行松开.连杆轴瓦和连杆大头一样,也是制成两半的,轴瓦的基体是薄钢板,内表面浇铸上如巴氏合金等减磨合金层.减磨合金具有减少磨擦,加速磨合,保持油膜的作用.轴瓦与连杆大头和连杆盖相配合的表面要有极高的光洁度.轴瓦在未装入前,半个轴瓦并不半圆形的,当装入后,因有压量(过盈),所以轴瓦能紧贴在大头孔壁上.为了防止轴瓦工作中转动或轴向位移,在轴瓦上冲压定位凸台分别嵌入大头和连杆盖的 凹槽内.轴瓦内表面还有油槽,以保证良好的润滑.我们知道,进入气缸燃烧室混合气量愈多,它燃烧时放出热量愈大,爆发力也愈强.对于某一具体的发动机而言,它的燃烧室总容积是一定的.要想往燃烧室内多充混合气,必须让混合气的压力要高,温度要低.但由于混合气必须通过进气管才能进入气缸,在流动过程中不免产生阻力使充气压力下降;此外由于上一循环终了后残留气缸内的高温废气以及相邻部件的高温,加热了刚刚进入气缸的混合气,所以要百分 之百地达到这个要**很困难的.发动机设计师们一般都从改进结构有利于降低进气和排气阻力,进气和排气门开启和持续时间着手,使进气和排气量尽可能地保持充分.气门在发动机上是个很重要的部件,它们必须按准确的时间开启或关闭.按气门布置形式可分顶置式和侧置式. 按每个气缸气门数目可分有二气门式,四气门式甚至更多.常见的气门布置形式是顶置式,它的进气门和排气门吊挂在缸盖上,大头在下, 小头在上,由一套配气机构保证各气门适时开闭.如上所述,为了按准确的时间使气门开启和关闭,必须有一套配气机构. 配气机构配气机构由凸轮轴,挺杆,推杆,摇臂,摇臂轴,气门弹簧及气门导管等一些相 关部件组成.凸轮轴在发动机上的布置有下置,侧置和顶置.现代发动机上常采用顶置式,它位于气缸盖上.凸轮轴直接通过摇臂驱动气门,省去了一大套如挺杆,推杆等往复运 6动的部件,很适用于高转速发动机,但也带来传动轴的困难,由于凸轮轴在气缸盖上,气缸盖拆装较为麻烦,并且喷油器的布置也较困难.另有一种顶置式是凸轮轴的幅轮直接驱动气门.这种形式的优点不但机构简单,惯性小,对凸轮轴的要求不高,故在 新式汽车应用广泛.那么凸轮轴是靠什么带动使它旋转的呢?早形式的汽车多采用正时齿轮传动,曲 轴转动时通过它前端的一对齿轮来带动凸轮轴,有时还增加一个中间齿轮(惰轮). 为了 降低传动的噪声,使啮合平稳,正时齿轮多用夹布胶木制成,且为斜齿.在顶置气门传动机构上多采用链条传动或皮带传动.皮带的基体为氯丁橡胶,中间夹入玻璃纤维或尼龙织物,强度高,噪声小,质量小,价格低,近年来己广泛用. 一般发动机每个气缸只有一个进气门和一个排气门.为了提高充气效率,现在多采用多气门技术,例如每个气缸有 4 个气门.这种多气门结构对燃油直接喷射的发动机特别有利,喷油器布置在燃烧室中央,点火燃烧途径均匀,各气门的开度也可适当 减小. 每缸采用 4气门时,气门排列有两种:一是进气门和排气门混合排;另一种是进 气门和排气门各自排成一列.前者的所有气门由一根凸轮轴通过 T形杆驱动,但因气 门在进气道中所处位置不同,而导致工作条件和效果不好,后者则无比缺点,但需配 备两根凸轮轴,凡遇见 DOHC字样,就是指顶置式双凸轮轴.近年来推出的发动机多 采用这种形式,当然每个气缸气门数多于 4 个的也不鲜见,主要目的不外是为了提高充气效率罢了. 化油器 要使汽车能持续不断地工作(行驶), 必须不间断地向发动机供油, 送气, 不仅供给,还要使它们恰当地混合,燃烧完了还要使废气能顺利地排出.为此,燃油需要储存在一个油箱内,将油箱中的燃油送入发动机,必须有油泵和管道.为了防止燃油遭受污染,需要滤清器加以过滤.外界空气含有沙尘,送入发动机的空气需要空气滤清器予以过滤.清洁的空气如何与燃油按需要配制,则需要一个不可缺省的部个,那就是化 油器(图 2).化油器必须干两件事:一是它必须让燃油汽化;二是让汽化的燃油和一定比例的 空气相混合形成混合气. 7来自外界的空气经过滤清后进入化油器,空气进量多少由阻风门位置的变化来控制.空气冲过化油器内的喉管产生吸力将燃油从浮子室通过喷管吸出,并将其雾化.雾化的燃油和空气混合后通无进气歧管被气缸吸入.混合气的进量由一个油门踏板操 纵, 它位于化油器内的油门(节气门)所控制.由汽油泵泵入浮子室的油量则由浮子室内 的浮子控制.浮子在浮子室内随着油量多少而升降,当浮子室内充满汽油时,浮子上浮,用它的针阀将进油口堵住.驾车人通过控制油门开度大小来改变发动机的转速, 这就是简单化油器的工作原理(图3).其混合气的浓度是随着油门开大而逐渐变浓的. 汽车发动机的工作状况要经常在很大范围内变化,如汽车起步前和在路口等待绿灯放行前,发动机作怠速运转,此时的负荷为零,油门开度小,转速低;汽车满载爬坡时,油门全开,但转速并不高;在平路上行驶,油门不必全开,发动机发出中等负荷,车速和转速中等;在高速公路上行驶,发动机可能是满负荷,转速达到.在如此众多复杂的工作状况下,对于混合气要求也不能千篇一律.例如在怠速和小负荷下,前者要求混合气必须很浓,后者则要求浓度逐渐变稀;在中等负荷下,为了节油,又要求化油器供给耗油率小的混合气;在满负荷下,为了让发动机发出功率,要求化油器提供浓混合气.此外,如汽车冷起动时,要求有较浓的混合气;加速 时要求化油器在油门突然大开时,额外供给油量等等.综上所述,汽油机在正常工作状态下,在小,中负荷时要求化油器随着负荷增加能供给由较浓逐渐变稀的混合气,在满负荷下又要求混合气由稀变浓,根据上述要求, 仅靠前面所介绍的简单化油器是无法满足的.为了满足这些要求,在现代化油器上配备了一系列的混合气浓度补偿装置.如主供油泵,怠速系,省油器,加速系及起动系等,以确保汽油机在不同工作状态下,化 油器能供给适当浓度的混合气.别看化油器个头不大,但内部综合了这么多的系统,结构就变得为复杂.籽保证化油器能经常地正常工作,所以对它的定期维护保养是非常重要的.使用化油器的主要缺点是向气缸充气和混合气的分配并不理想,影响发动机的动力性和经济性的提高,对达到排放要求很不利.近年来各国为了满足环保要求,采用了燃油直接喷射方式,以取代化油器.直接喷射的优点是充气效率高,输出功率大,混合气分配均匀,根据工作状况的变化供给成分的混合气,耗油率低等.缺点是难以在气缸盖上布置,制造成本高.按喷射的位置可分为缸内喷射和进气管喷射两种,按控制系统分,有机 8 械式和电子喷射式(电喷)两类. 从 60 年代起,由电子控制的汽油喷射系统即在欧美等国的轿车发动机上逐步采用.在电喷系统中,设有能**控制混合气成分的调节装置,再加装上三元催化器, 使排气中的有害成分大降低.电喷系统的基本原理是通过位于各部位的传感器,将所采集到的信息反馈输入到一个微电脑中进行处理,并由它发出指令来控制混合气中空气与燃油的比例,使所供给的混合气能适应发动机在各种工况的需要.例如电脑根据空气流量传感器以及发动机转速,甚至节气门的位置,冷却水的温度及空气温度等传感器采集的信息经过判断并计算出喷油的依据,确定各喷油器开启时间,发出指令给喷油器,令其喷油.各传感器在不同部位接受不同的信息:如分电器点火线圈接受发动机转数的信息;空气流量传感器接受吸入空气流量的信息;起动开关接受起动信息;节气门开关节气门开度位置的信息;冷却水温传感器接受水温信息,空气温度传感器接受气温信息. 这些信息通过电路反馈给电脑.在电喷系统中重要的部件除电脑外就数喷油器了.一般的发动机每个气缸只有一个喷油器,位于进气门的上方.燃油通过喷油器雾化,再和从进气管进入气缸的空 气相混合.为了满足废气排放法规的要求,某些轿车的电喷系统中设有一个混合气调节系统.它主要利用气管中的一个氧传感器,它能向电脑反馈混合气稀或浓的信息.电脑根据 信息重新指令喷油器,得到正确的喷油量.在新一代发动机上汽油喷射系统已和点火系统结合为一,体现了混合气成分和点 火时间的优化控制,使发动机的性能大为改善.以上介绍的是多点喷射.由于喷射是采用各自喷射的方式,4 缸机 4 个喷油器分 别喷射,曲轴每转一圈,各缸喷射一次.此外,当前还有一种单点喷射系统,又称节气门体喷射系统.在多缸发动机上只有一个喷油器,安装在节气门体上方,在进气管内喷油,与空气混合后再通过进气管分配到各种气缸内.单点喷射也由电脑控制.虽然性能稍差(喷油压力低),但因所用喷油器数量少,所以具有结构简单,成本低,工作可靠,维修方便等优点.其他部分与 多点喷射基本相同. 9 冷却和润滑 当一辆汽车以50km/h 的速度行驶时,发动机气缸内每个活塞每分钟要上下运动 6000 次.燃烧室内混合气燃烧后会产生高温高压的燃气(约为800—2000℃).所以必 须对气缸加以冷却,否则其中的运动件受热膨胀而破坏了正常间隙,机械强度降低而损坏,润滑失效而卡死.当然如果冷却过度也会造成气缸充气量减少,燃烧不正常,功率下降,油耗增加及润滑**等影响.在汽车上建立冷却系的目的是要使发动机保 持在适当的温度下工作.目前汽车发动机的冷却广泛采用水冷式.令发动机高温部件的热量通过缸套,缸盖传导给周围水套内的冷却水,然后将冷却水所吸收的热量散人外界大气中.发动机 正常工作时水套内刚水温应保持在 80～90℃左右.目前汽车发动机多采用强制循环水冷系统.发动机气缸盖和气缸体中都有水套.水泵将冷却水从机外吸入加压,使冷水在水套内流动,带走邻近部件的热量.冷却水吸热后自身温度升高,进入车前端的散热器(水箱)内.由于汽车前进和风扇的抽吸,外界冷空气通过散热器,带走散热器内冷却水的热量并送入大气.当散热器中的冷却水得到冷却后,在水泵的作用下,再次进入水套.如此循环不已地冷却了发动机的高温 部件.为了保证发动机在不同负荷,转速以及在不同季节下在适宜的温度范围内工作, 有些汽车还设置了百叶窗,节温器和风扇离合器等.散热器位于汽车前端(个别的在车尾)汽车前进时的迎风处,上下端各有一个贮水室,其间用众多细的冷却管相连.冷却管大多采用扁圆形截面.为了强化冷却效果,在冷却管外套上布置了许多金属散热片,以增加散热面积和散热器本身的刚度和强度.由冷却管和散热片组成的部件称作散热器芯.以上介绍的结构称之为管片式散热器芯. 另一种被广泛使用的是管带式散热器芯(图 3),它是由波纹状散热带和冷却管相间 排列经焊接而成.在散热带上开有扰动气流的小翅,以提高散热能:力.由于这种形式的散热效果好,便于制造,质量小,故被广泛采用.缺点是结构强度不如管片式.对散热器芯的要**所用材料的导热性好,一般多用黄铜片制造.为了节约用铜, 铝制的散热器芯大有发展前途.目前多用在**轿车和赛车上.冷却水的加水口位于散热器上贮水室,平时用盖紧闭,以防冷却水溢出.倘若冷却水中含水蒸气过多,压力过大,可能导致散热器发生破裂,因此必须设置排气口减 10压阀.由于冷却水与大气连通,故称之为开式冷却系.这种形式的缺点是冷却水会不断地蒸发,需经常检查和补充.另一种为闭式.发动机在正常热状态下,整个系统封闭与大气隔开,排气口关闭.若系统内压力过大,高于大气压力,排气口开启,与大 气相通.目前闭式冷却系在排气口上广泛采用空气—蒸汽阀.近年来,大部分汽车在冷却系里都充加防冻液,以代替冷却水.与一般加冷却水系统的不同点是:在散热器盖排气口需处接出一根橡胶或塑料管与贮液罐相通.当受热膨胀时,防冻液就进入贮液罐.温度降低时,罐内防冻液又被吸回入散热器内.由 此可避免防冻液的损失,更不必经常添加.在散热器的后方,通常有一个风扇,它与冷却液泵采用同一根驱动轴.风扇叶转动时,将汽车前方的空气吸进,令其通过散热器芯,将芯内热水的热量带走.风扇类似飞机的螺旋浆,它的叶片用薄钢板制成,也有用高强度工程塑料或铝合金铸成.叶 片数 4.6片.为了降低噪声和振动,叶片间夹角不等.为了提高风扇的冷却效果,有的风扇外廓加上一个护风圈.风扇一般由曲轴前输出端的皮带轮带动三角皮带来传动.三角皮带的松紧程度是可调的,太松会引起皮带打滑,扇风量减少,使发动机过热;太紧则使各轴承的磨损加剧.所以皮带的张紧力必须按制造厂的规定调好.冷却水泵用来驱使冷却系内的冷却水加速流动,保证带出足够的发动机热量. 被广泛采用的是离心式水泵(图4).因为它的结构简单,个头小而排水量大,即使坏了 也不影响冷却水的流动.它的结构类似理发用的吹风机.水从散热器的下贮水室出来,进入水泵的旋转中心,再被转动着的叶轮甩向水泵壳四壁,后沿切线方向从喷口喷出,进到气缸的水套里.在车辆的使用过程中,应经常检查水泵是否漏水.另外要按 制造厂的规定,定期予以润滑.汽车制造厂在设计某一具体车型的冷却系时,是根据该车在某一常用工作状况下而设计的.然而汽车的使用条件干变万化.如在夏季高温,发动机高负荷低转速的条件下,需要加强冷却,防止发动机过热;在寒冷的冬季.发动机在低负荷高转速的条件下,需要降低冷却效果.现代汽车一般都采用改变通过散热器的空气量或改变冷却 水的流量来控制冷却的效果.改变通过散热器的空气量所采取的措施简单的要数在散热器前方加装百叶宙了.百叶窗是一扇由多个叶片构成的窗子,通常由驾车人或节温器自动控制.冷却水 过冷时关闭百叶窗,反之则开启至全开. 11另一种改变通过散热器的空气量的措施是变换风扇的转速.风扇本身设有离合器.冷却水温低时,离合器分离,风扇转速降低或停止.冷却水温高时,离合器接合,加速风扇的转动,强化冷却的效果.这种自动调节空气流量的装置还会带来节约燃油的好处.至于利用什么媒介令离合器忽离忽合,现在常用的有硅油,温控元件及电磁线 圈等不一.改变冷却水流量的常用办法是在水路中增加节温器.一般设在气缸盖的出水口处.当冷却水温过低时,节温器堵住冷却水不使它流入散热器,而令冷却水直接回到气缸体的水套内.冷却水温高时,节温器将回流到水套的通路关闭,让冷却水通过散热器,加强对水的冷却.节温器本身起到双通阀的作用,常用的有折叠式和蜡式.前者对压 力很敏感,后者结构简单,坚固耐用,价格便宜.为了防止在气缸水套内产生水垢,冷却液好采用软水.如雨水,雪水或凉开水.如用硬水需予以碱化处理,否则将出现传热效果差,发动机过热的现象.由于冷却水在寒冷气候条件很容易结冰而导致出现胀破冷却系部件的现象.为了降低冷却水的结冰温度,可以在冷却水中添加乙二醇或酒精.当然应按制造厂的规定比例来配制.防冻液内如加入少量添加剂可得到长效防冻液,使用它可常年无须更换,也不致使发动机出现锈蚀,冻结或结垢.此举不但可减轻维护工作量,而且还提高了 发动机的寿命和汽车的使用率. 汽油机的润滑系它的基本作用是不间断地把机油送到各运动部件及摩擦表面,**掉摩擦面上的磨屑,并加以冷却.在气缸壁和活塞环之间由于存在油膜,还可起到密封气缸的作用.凡机油流经的部件表面不易生锈.倘若有摩擦运动的表面得不到润滑,非但消耗功率,令部件很快磨损,而且会导致摩擦运动的部件表面烧蚀熔化,使发动机无法继续运转.发动机的润滑方式基本上有两类:一类是强制性润滑,称之为压力润滑.如曲轴主轴承,连杆轴承和凸轮轴轴承等处承受的负荷和运动速度较大的这些部位,需要有一定压力的机油才能保证这些部位的摩擦表面形成足够厚度的油膜.另一类是随意性润滑,称之为飞溅润滑.在诸如气缸壁,活塞销,凸轮以及挺杆等承受负荷较小和运动速度较低的部位,可利用曲轴转动带起来的机油油滴和油雾进行飞溅润滑.此外, 发动机的某些部位如水泵,发电机轴承等处可利用润滑脂(黄油)定期地予以润滑. 有些 12 轴承干脆使用含油轴承根本不需润滑.为了使机油产生压力,在系统中要采用机油泵.为了形成循环油路,还应设有贮油容器(油底壳),输油管路,并在某些部件上开通油道.为了不让各摩擦运动部件表面所产生的磨屑和杂质进入润滑泵油路,还须设有机油滤清器对机油加以过滤.机油长期在发动机高温条件下工作,不但粘度降低不易形成油膜,而且使机油老化变质,无法利用.为此应对机油加以冷却.一般是利用汽车行驶造成的前方迎风来冷却油底壳内的机油.讲究一些的车子则在散热器前设立机油冷却器.为了驾车人能随时掌握机油温度和压力,车上还设有机油压力表和机油温度表.至于应采用的机油品质,应严 格按制造厂所规定的规格使用.润滑系的油路在压力润滑部分,机油被机油泵从油底壳内吸出,经过机油滤清器送人主油道.进入主油道的机油通过曲轴箱上的支油道分别润滑曲轴主轴颈和凸轮轴轴颈,机油还通过曲轴主轴颈的斜油道流向连杆大头轴颈.流向凸轮轴轴颈的机油通过油道流向格臂轴,推杆球头和气门小端.支油道的机油还流向机油泵传动轴和齿轮以及正时齿轮.所有流过各摩擦表面的机油后通过回油管都回到油底壳里,准备进 行下一个润滑循环.在飞溅润滑部分,流到连杆大头的机油通过连杆杆身内的油道抵达连杆小头,以润滑活塞销.另一方式是机油从连杆大头位于凸轮轴一侧的小孔与曲轴的连杆轴颈上的口相对准时.机油即喷向凸轮表面,气缸壁和活塞等处.飞溅到活塞内部的机油, 通过连杆小头的凹槽润滑活塞销.造成机油产生压力的部件是机油泵,通常有齿轮式和转子式两类.一般都装在曲轴箱的内部.前者结构简单,工作可靠,应用广.后者结构紧凑,吸力大,泵油量 大,供油均匀.机油滤清器担任着过滤机油和去除杂质的任务.一般汽车的发动机润滑系装有不同过滤能力的滤清装置.如在机油泵之前装集滤器,以防大颗粒杂质进入机油泵.在主油路上安装粗滤器用来消除掉中等粒度的杂质,它的流动阻力较小.在支油路上安 装细滤器,用以滤掉细微杂质,它的阻力较大.发动机工作时,虽有活塞环阻挡,但总有部分混合气和燃烧废气窜入曲轴箱内,造成汽油蒸气稀释机油,形成泡沫破坏机油的供给,废气产生的硫酸令部件遭受腐蚀以及曲轴箱内压力增大造成机油外泄,所以有必要使曲轴箱内部与外界相通,其方法 13 是采用强制式通风. 发动机的点火系汽油机内的可燃混合气是靠火花塞产生的电火花点燃的.为了产生电火花,需要供给高压电.从蓄电池或发电机来的低压电流经过点火线圈,电压骤然升高到 1 万 V左右,再经过分电器将高压电分配给每个气缸的火花塞.此时在火花之间的隙缝产生 电火花,点燃混合气.发协机中促使火花塞按时产一电火花的装置称之为点火系.要求点火系按照发动 机气缸的工作按时将各缸的可燃混合气点燃.汽车点火系和一般家用电器的连接不同, 由于汽车的电器设备的电压较低(6V, 12,24V),人体接触没有危险,所以只采用单根导线连接.即用一根导线将电源的一极与电器设备的一极相连电源的另一极用搭铁线与车架或车身相连.相当于一般电路的接 地线,汽车行业称之为搭铁.汽车的点火系主要由蓄电池,发电机,点火开关,点火线圈,电容器,分电器(断 电器和配电器),火花塞以及高压线和附加电阻等组成.点火线圈由初级线圈(低压部分)和次级线圈(高部分)组成. 与初级线圈相连的是点火开关,断电器和电容器.与次级线圈相连的有配电器,高压线和火花塞.接通点火开关,低压电流从蓄电池流向点火线圈的初级线圈,它的周围产生的磁场因受到点火线圈中铁芯的作用而增强,由于断电器的作用,切断了初级低压电路,初级电流突然下降到零,铁芯中的磁通量也很快消失,与此同时在次级线圈中则感应出高压电流通 过火花塞的两极产生电火花,点燃气缸内的可燃混合气(图1). 当某个气缸的活塞到达压缩冲程终了时,分电器内的分火头刚好转到与这个气缸火花塞接通的侧电极上,此时断电器的触点也刚好打开,次级电路在感应出的高压电 通过分火头,侧电极和高压线流向火花塞,产生电火花.在发动机正常工作的条件下,由发电机向蓄电池和点大系供电;如果耗电量大,则由蓄电池和发电机共同供电;在发动机起动时,发电机无法发电,则由蓄电池供电.当汽车消耗掉大量电流后,发电机将发出的电向蓄电池补充,使它恢复原有的电量, 以应坟发电机不发电时的一切电力消耗.蓄电池类似一个能源转换装置.在充电时,将电能转换为化学能贮存起来.用电 14时,又将贮存的化学能转变为电能.汽车上的用电大发动机的起动机,在起动时要消耗几百安培的电流酸性蓄电池由于在短期内能输出大电流所以它非常适用于起动.蓄电池几部贮有电解液,具有腐蚀性,故应特别注意勿使它和皮肤接触. 近年来国内外汽车广泛使用三相硅整流交流发电机发电.通过 6 个或 8个二极管 组成三级桥式全波整流电路(整流器),将三相绕组中产生的交流电转变为直流电.发电机的发电量是随着发动机的转速变化而变化的.当发电机的电压超过恒定值 (如13V)时,就需要加以限制.现在常用的限压装置有晶体管电压调节器,集成电路调节器及机械式调节器等,其中机械式调节器在新式轿车上已很少采用.晶体管电压调节器是利用晶体三级管的开关作用控制发电机的磁场,在发电机转速变经时保持其输出电压不变.集成电路调节器的工作原理与前者类似,不同点是将所有元件集成在一个半导体基片(集成电路)上.由一索的体积小,工作可靠,无须维护,故被广泛使用. 分电器由断电器,配电器,电容器和点火提前调节装置组成.断电器的作用是周期性地接通和断开初级电路,以使次级电路中感应出高压电.它的主要部分是一对触点.一个是固定的,另一个是活动的.这两个触点一般时间是闭合的,活动触点随发动机曲轴的转动而开合.在触点分开的瞬间,次级电路中的电压.此时配电器刚好将次级电路接通,使高压电流流向火花塞.触点的间隙要按规定保持一事实上.太大则使闪级电压变低.太小则触点间产生火花,使初级电路断电**,所以必须对间隙加以调整并固定好,还要经常加以检查调整. 配电器的作用是将高压电按妇动机各气缸的工作湎序轮流分配给各气缸的火花塞.它由分电器盖和分火头线成.分电器盖的中心也与点火线圈的高压输出线相连,盖周围的也与气缸数相等,应按气缸的工作须序分别与各气缸的火花塞相连.活塞在气缸里动到什么位置将混合气点燃对发动机工作的优劣极为关键.从点燃混合气到混 合气完全燃烧所经历的时间约2ms.但因发动机的转速很高,所以在这段时间里,曲 轴已转过相当大的角度.如果在活塞向上运动到达点时点火,混合气一边燃烧,活塞一边下行使燃烧空间增大,燃烧压力不但不增加,反而因空间加大而降低,结果 造成发动机的功率降低.这是我们不希望见到的.为此,我们希望活塞向上运动,尚未到达点时点火,让燃气的压力在活塞位置相当于曲轴曲柄转过点之后一个角度时达到值.如此能充分利用气体燃烧造成的完全膨胀,因而产生的功率也愈大,没耗也少,以上所介绍的那个角度,称 15之为点火提前角.当然这个角度大小要适当.如果过大,即点火过早,活塞尚在向上运动中点火,燃气压力作用方向和活塞运动方向刚好相反,燃气压力被抵消了一部分.发动机发出的功率变小,没耗增加;如果过小,燃烧过程主要在活塞下行膨胀冲程内进行,秒气体膨胀作功的机会,发动机发出的功率下降,油耗增加.因此有必要选择的点火提前角.烯而这个提前角也不是一成不变的,它随发动机转速和混合气燃烧速度的变化而变化.当某一发动机转速一定时,为了增加负荷,要加大没门,此时进入气缸的事气较浓,燃烧后的压力和温度都高,缸内残余废气所占经例就小,混合气燃烧速度也快,此时需减小提前角;如果油门开度不变,发动机转速增大,可 燃混合气在较大的曲轴转过角度内燃烧,需要增大点火提前角.由于发动机工作中,它的转速和负荷在变化,为了使发动机在各种工作善下都能得到的点火提前角.在汽车的点火系增添了两种装置:一种是随发机转速变化百 自改变点火提前角的装置(离心式),另一种是随发动机负荷改变而自动调节点火提前角 的装置(真空式).发动机使用不同牌号汽油时,有一套手动兰烷值校正器,用来改变点火提前角. 使用高标号汽油时,点火提前角应大些.汽车点火系中产生电火花的设备是火花塞.火花塞承受高压,高强度负荷,化学腐蚀和热负荷,在忽冷忽热交变频率很高的环境下工作.它的电极和裙部遭受高温燃气的腐蚀,因此它的电极必须用传热性好,耐高温及搞腐蚀的材料制成.火花塞的主要牲是它的热特性.要使火花塞正常地工作,必须保持适当的温度.低于这个温度,火花塞因积炭而漏电,打不着火;高于这个温度,混合气接触火花塞未步火而自燃引起爆震.这个适当温度称之为自净温度(500-600C).在这个温度下给气中的油滴燃烧不易形成积炭,从而保证发动机能连续地正常工作,当你购置了新车后,也应了解所 用火花塞的热值.传统的蓄电池点火系存在着以下缺点:当电器角点打开时,触点间产生火花,使触点本身逐渐烧蚀影响断电器的使用寿命;火花塞积炭时不能点火;发动机在高转速时易缺火.基于以上本质性的缺点,所以无触点电子点火技术近年来得到长足的发展.无触点点火系采用传感器代替断电器触点,产生点火信号.传感器有多种形式,如磁肪冲式,霍尔效应式及光电式等.某些因家还采用集成电路点火器,它的电路连接简单,工作可靠,此外,还有一种电容放电式半导体点火系统.该系统是将蓄电池 16的电能以电场形式贮存在电容器中,需要点火时,所贮电能向点火线圈的初级线圈放 电从而在次级电路中感应出主压电.尽管以上各种点火系统对于处长角点寿命是有效的,但对点火提前的要求人需依传统的点火提前装置来实现.由于这些装置实际工作起来并不**可靠,所以目前出现一咱微电脑控制的半导体点火系统.它可在发机任何工作善下保证的点火时刻.该系统一般由传感器,微电脑及点火器等组成.不同车型所用的微电脑控制系统并不完全相同,但它们的工作原理是类似的.它是利用各传感器(温度,负荷,位置,转速,爆震)接受如发动机转速,负荷,冷却水温等隹息,通过电路反馈给微电脑,电脑根据这些信息以及相关数据,计算出鞭工作状况下的点火提前角和初级电路民时间.然后根据其他信息进行修正.后根据计算结果,在时间向点火器发出信号,接通初级电路,再经过时间切断电路,致使次级电路中感应生成高压电,经配电器 送往火花塞产生电火花,点燃混合气.发动机由静止状态转入工作状态的全过程称之为起动过程.为了完成发动机起动 过程设置的装置称为起动系统(图2).只有证发动机曲轴转动起来,气缸才能不断地吸 入可燃事气,并经过压缩,点燃,膨胀和排出废气以实动机的工作循环,因此起动装置必须具备以下各种要求:有足够的力矩来克服发动机内部机件的阻力;在一定范围的气温下能可靠地起动,起动需时短;操作方便能连续多次起动;耗能少等.现代汽车起动时所用的动力来自于自身配备的起机.起动机作为机械动力源,通过电机轴上的齿轮与发动机曲轴后端的飞轮外缘齿圈相啮合,通电后带动飞轮和曲轴 转动.起动机的电源来自蓄电池.在寒冷季节里,为了便于起动,往往需要将机油,汽油和冷却液加温. 起动装置主要是起动机.它由串激直流电动机,操纵机构和离合机构所组成.直流电动机在低转速时扭矩大,转速高时扭矩逐渐变小,很适合做起动机之用.发动机起动后,起动机必须立即与飞轮齿圈分离,为此,在起动机上设有脱开机构.在起动时,能保证起动机的动力传递给飞轮.起动完毕后,能立即脱开啮合,切断传递动力,令发动机不再动起动机运转.这种开合机构称之为离合器.它有滚柱式, 摩擦片式及弹簧式等.近年来式汽车上出现了用永磁材料制作的磁极起动机.它的结构简单,体积小, 质量小,具有广阔的发展前景. 17通过上述重点的介绍,可以确认发动机是一部由各个系统组成,并由这些系统协同工作的复杂机器.当然,汽车还有其他相当重要的部分如底盘,车身,电器等
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