第三章汽車構(gòu)造12第一節(jié)發(fā)起機基本知識一、發(fā)起機的分類汽車運用的發(fā)起機種類單一，大少數(shù)汽車采用水冷式四缸發(fā)起機。汽車發(fā)起機的主要類型如下：1．汽油機和柴油機發(fā)起機按所運用的燃料停止分類，可以分為汽油機和柴油機〔圖3-1〕。燃用汽油的為汽油機，燃用柴油的為柴油機，汽油和柴油都是石油精煉時所失掉的產(chǎn)品，化學(xué)成份十分相似。汽油沸點低、容易氣化和撲滅、撲滅溫度比柴油低?！瞐〕汽油機〔b〕柴油機圖3-1汽油機與柴油機汽油機是應(yīng)用電火花點火，使空氣和汽油蒸氣所組成的混合氣熄滅〔圖3-2a〕。而柴油的撲滅溫度高，且需求較強的點火能量，否那么很難撲滅。大家都知道，空氣被緊縮之后溫度將降低，運用自行車打氣筒給輪胎充氣時，打氣筒會變熱就是這個道理。出于異樣道理，柴油機采用緊縮空氣的方法提空中氣溫度，使空氣溫度超越柴油的自然溫度，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火熄滅〔圖3-2b〕。〔a〕汽油機〔b〕柴油機圖3-2汽油機與柴油機的點火方式德國人狄塞爾想出了這個方法并取得了專利權(quán)，所以柴油機又叫狄塞爾發(fā)起機。和汽油機相比，柴油機的優(yōu)點是柴油經(jīng)濟(jì)性好，但柴油機缺陷也較多。例如由于任務(wù)壓力過大。所以要求各有關(guān)零件有較高的結(jié)構(gòu)強度和剛度。使柴油機和同等水平的汽油機相比重量重、尺寸大。為了把燃料強力地噴入到高壓空氣中去，需求裝用高精細(xì)的高壓放射油泵，這將添加柴油機的制形本錢。此外柴油機任務(wù)粗獷、振動和品噪聲大。由于上述緣由，目前小轎車主要裝用汽油機。此外也有人按點火方式把發(fā)起機分為二大類，即把汽油機叫火花點火式發(fā)起機，把柴油機叫做壓燃點火發(fā)起機。2．轉(zhuǎn)子發(fā)起機汽油機是一種往復(fù)運動式發(fā)起機。任務(wù)時活塞在氣缸里做往復(fù)直線運動，為了使活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，必需運用曲軸。轉(zhuǎn)子發(fā)起機那么不同，它不運用曲軸，直接將可燃?xì)獾南缡湛s力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩〔圖3-3〕。圖3-3轉(zhuǎn)子發(fā)起機和往復(fù)式發(fā)起機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)起機取消了無用的直線往復(fù)運動，因此異樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)起機尺寸較小，重量輕，而且振動和噪聲低，具有較大的優(yōu)勢。但是轉(zhuǎn)子發(fā)起機在技術(shù)上有其共同的困難。轉(zhuǎn)子發(fā)起機任務(wù)時其轉(zhuǎn)子前端沿殼體壁面滑動，受熄滅氣體沖刷使?jié)櫥偷南牧枯^大，此外尚有其他一些技術(shù)效果尚待處置。3．二沖程發(fā)起機往復(fù)式發(fā)起機按其任務(wù)循環(huán)分類可分可二沖程發(fā)起機和四沖程發(fā)起機〔圖3-4〕。當(dāng)曲軸每轉(zhuǎn)一圈時，發(fā)起機能同時完成進(jìn)氣、緊縮、熄滅和排氣任務(wù)進(jìn)程的為二沖程發(fā)起機。四沖程發(fā)起機在曲軸轉(zhuǎn)一圈時只完成進(jìn)氣和緊縮任務(wù)行程，在曲軸轉(zhuǎn)第二圈時才完成熄滅和排氣任務(wù)行程。和四沖程發(fā)起機相比，二沖程發(fā)起機機構(gòu)復(fù)雜、重量輕、本錢低，同時單位重量功率〔通常比功率〕大。二沖程汽油機排氣的時分也正是新穎混合氣吸入的時分，這使廢氣和可燃?xì)庀嗷セ祀s，結(jié)果招致一局部新穎混合氣白白地排出了發(fā)起機之外。由于上述缺陷，二沖程汽油機排量都不大，普通多用于摩托車或小型機動船上。在中大型船舶上運用的都是二沖程柴油機。〔a〕四沖程發(fā)起機〔b〕二沖程發(fā)起機圖3-4四沖程發(fā)起機與二沖程發(fā)起機二、發(fā)起機的基本組成發(fā)起機由曲軸連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供應(yīng)系、點火系、冷卻系、潤滑系及起動系等主要局部組成〔圖3-5和圖3-6〕。圖3-5汽油發(fā)起機的組成圖3-6發(fā)起機的外形三、基本術(shù)語在圖3-7中，活塞置于氣缸中，活塞可在氣缸內(nèi)作往復(fù)直線運動，活塞經(jīng)過連桿和曲軸相連，曲軸可繞其軸線旋轉(zhuǎn)。圖3-7發(fā)起機基本術(shù)語1．上止點活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，通常指活塞下行到最洼位置。2．下止點活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，通常指活塞下行到最低位置。3．活塞行程上、下兩止點間的距離。4．曲柄半徑與連桿下端〔即連桿大頭〕相連的曲柄銷中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心距離。顯然，曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，活塞移動兩個行程。5．氣缸任務(wù)容積活塞從上止點到下止點所讓出的空間容積。6．發(fā)起機排量發(fā)起機一切氣缸任務(wù)容積之和。7．熄滅室容積活塞在上止點時，活塞上方的空間叫熄滅室，它的容積叫熄滅室容積。8．氣缸容積活塞在下止點時，活塞上方的容積稱為氣缸總?cè)莘e。它等于氣缸任務(wù)容積與熄滅室容積之和。9．緊縮比氣缸總?cè)莘e與熄滅室容積的比值。緊縮比表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被緊縮的水平。緊縮比越大，緊縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。普通車用汽油機的緊縮比為6~10，柴油機的緊縮比為15~22。10．發(fā)起機的任務(wù)循環(huán)在氣缸內(nèi)停止的每一次將燃料熄滅的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的一系列延續(xù)〔進(jìn)氣、緊縮、作功和排氣〕稱發(fā)起機的任務(wù)循環(huán)。11．二沖程發(fā)起機活塞往復(fù)兩個行程完成一個任務(wù)循環(huán)的稱為二沖程發(fā)起機。12．四沖程發(fā)起機活塞往復(fù)四個行程完成一個任務(wù)循環(huán)的稱為四沖程發(fā)起機。四、汽車發(fā)起機的任務(wù)原理1．四沖程汽油機任務(wù)原理四沖程汽油機是由進(jìn)氣、緊縮、作功和排氣完成一個任務(wù)循環(huán)的，圖3-8為單缸四沖程汽油機任務(wù)原理表示圖?！瞐〕進(jìn)氣〔b〕緊縮〔c〕作功〔d〕排氣圖3-8單缸四沖程汽油機的任務(wù)原理〔1〕進(jìn)氣行程活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運動。此時，進(jìn)氣門開啟，排氣門封鎖。由于活塞下移，活塞上腔容積增大，構(gòu)成一定真空度，在真空吸力的作用下，經(jīng)過濾清的空氣與化油器供應(yīng)的汽油構(gòu)成混合氣，經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸，至活塞運動到下止點時，進(jìn)氣門封鎖，中止進(jìn)氣，進(jìn)氣行程完畢?！?〕緊縮行程進(jìn)氣行程完畢時，活塞在曲軸的帶動下，從下止點向止點運動。此時，進(jìn)、排氣門均封鎖，隨著活塞上移、活塞上腔容積不時減小，混合氣被緊縮，至活塞抵達(dá)上止點時，緊縮行程完畢。〔3〕作功行程緊縮行程末，火花塞發(fā)生電火花，撲滅氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并迅速著火熄滅，氣體發(fā)生高溫、高壓，在氣體壓力的作用下，活塞由上止點向下止點運動，再經(jīng)過連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸入作功，至活塞運動到下止點時，作功行程完畢。〔4〕排氣行程在作功行程終了時，排氣門被翻開，活塞在曲軸的帶動下由下止點向上止點運動，廢氣在自身的剩余壓力和活塞的驅(qū)逐作用下，自排氣門排出氣缸，至活塞運動到期上止點時，排氣門封鎖，排氣行程完畢。排氣行程完畢后，進(jìn)氣門再次開啟，又末尾了下一個任務(wù)循環(huán)，如此循環(huán)往復(fù)，發(fā)起機就自行運轉(zhuǎn)。2．四沖程柴油機的任務(wù)原理四沖程柴油機和四沖程汽油機任務(wù)原理一樣，每個任務(wù)循環(huán)也是由進(jìn)氣、緊縮、作功和排氣四個行程所組成。但柴油和汽油性質(zhì)不同，柴油機在可燃混合氣的構(gòu)成、著火方式等到與汽油機有較大區(qū)別。圖3-9為單缸四沖程柴油機任務(wù)原理表示圖?！瞐〕進(jìn)氣行程〔b〕緊縮行程〔c〕作功行程〔d〕排氣行程圖3-9單缸四沖程柴油機的任務(wù)原理〔1〕進(jìn)氣行程不同于汽油機的是進(jìn)入氣缸的不是混合氣，而是純空氣。〔2〕緊縮行程不同于汽油機的是緊縮的是純空氣，且由于柴油機緊縮比大，緊縮終了的溫度和壓力都比汽油機高?！?〕作功行程此行程與汽油機有很大不同，緊縮行程末，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速汽化并與空氣構(gòu)成可燃混合氣。由于此時氣缸的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度〔約500Ｋ左右〕，柴油自行著火熄滅，且以后的一段時間內(nèi)邊噴邊熄滅，氣缸內(nèi)的溫度、壓力急劇降低，推進(jìn)活塞下行作功。〔4〕排氣行程與汽油機排氣行程基本相反。3．四沖程汽油機與四沖程柴油機的區(qū)別由上述四沖程汽油機和柴油機的任務(wù)原理可知：〔1〕兩種發(fā)起機任務(wù)循環(huán)的基本內(nèi)容相似，其共同特點是：每個任務(wù)循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)〔720度〕每一行程曲軸轉(zhuǎn)半轉(zhuǎn)〔180度〕，進(jìn)氣行程是進(jìn)氣門開啟，排氣行程是排氣門開啟，其他兩個行程進(jìn)、排氣門均封鎖。四個行程中，只要作功行程發(fā)生動力，其它三個行程是為作功行程做預(yù)備任務(wù)的輔佐行程，雖然作功行程是主要行程，但其它三個行程也不可缺少。發(fā)起機運轉(zhuǎn)的第一個循環(huán)，必需有外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣、緊縮行程，著火后，完成作功行程，依托曲軸和飛輪貯存的能量便可自行完成以后的行程，以后的任務(wù)循環(huán)發(fā)起機無需外力就可自行完成。〔2〕兩種發(fā)起機任務(wù)循環(huán)的主要不同之處是：汽油機的汽油和空氣在氣缸外混合，進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是可燃混合氣。而柴油機進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是純空氣，柴油是在作功行程末尾階段噴入氣缸，在氣缸內(nèi)與空氣混合，即混合構(gòu)成方式不同。汽油機用電火花撲滅混合氣，而柴油機是用高壓將柴油噴入氣缸內(nèi)，靠高溫氣體加熱自行著火熄滅，即著火方式不同。所以汽油機有點火系，而柴油機那么無點火系。4．二沖程發(fā)起機的任務(wù)原理二沖程發(fā)起機是在曲軸旋轉(zhuǎn)一周〔360o〕活塞上下兩個行程內(nèi)完成任務(wù)循環(huán)的。發(fā)起機氣缸上有三個孔，即進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔，如圖3-10所示。這三個孔區(qū)分在一定時辰由活塞封鎖。進(jìn)氣孔與化油器相通，可燃混合氣經(jīng)過進(jìn)氣孔流入曲軸箱，繼而從換氣孔進(jìn)入氣缸；而廢氣那么從排氣孔排出。圖3-10二沖程發(fā)起機的任務(wù)原理〔1〕第一行程活塞自下止點向上移動，三個氣孔被封鎖后，已進(jìn)入氣缸的混合氣被緊縮；活塞下方的曲軸箱因容積增大，構(gòu)成一定的真空度，在進(jìn)氣孔顯露時，可燃混合氣自化油器經(jīng)進(jìn)氣孔流入曲軸箱內(nèi)〔2〕第二行程活塞行到上止點時，火花塞跳火撲滅可燃混合氣，高溫高壓的燃?xì)馐湛s，推進(jìn)活塞下移而作功?；钊乱谱鞴r進(jìn)氣封鎖，密封的曲軸箱內(nèi)可燃混合氣被緊縮，當(dāng)活塞接近下止點時，排氣孔開啟，廢氣沖出，隨后換氣孔開啟，受予壓的可烯燃混合氣沖入氣缸，驅(qū)除廢氣。停止換氣進(jìn)程。此進(jìn)程不時停止到下一行程活塞上移，三個氣孔封鎖為止。簡而言之，活塞下行時停止換氣、緊縮、曲軸箱進(jìn)氣；活塞下行時停止作功、緊縮，曲軸箱混合氣、換氣。5．二行程發(fā)起機的特點與四沖程發(fā)起機相比有如下優(yōu)點：〔1〕曲軸每旋轉(zhuǎn)一周〔360o〕就有一個作功行程，實際上講二行程發(fā)起機功率等于四行程發(fā)起機的兩倍。〔2〕作功頻率大，發(fā)起機運轉(zhuǎn)平均顛簸。〔3〕結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修方便。缺陷是熄滅不完全，經(jīng)濟(jì)性差，故普通被用在摩托車及微型汽車上。第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)與配氣機構(gòu)一、曲柄連桿機構(gòu)1．功用曲柄連桿機構(gòu)的功用是將燃料熄滅時發(fā)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動的機械能，再經(jīng)過連桿將活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸入動力。2．組成曲柄連桿機構(gòu)由機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組等三局部組成?！?〕機體組機體組主要包括氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套、氣缸蓋和氣缸墊等不動件〔圖3-11〕。圖3-11機體組氣缸體是氣缸的殼體，曲軸箱是支承曲軸作旋轉(zhuǎn)運動的殼體，二者組成了發(fā)起機的機體。其結(jié)構(gòu)型式有全體式和分體式兩種。〔2〕活塞連桿組活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等主要機件組成〔圖3-12〕。圖3-12活塞連桿組活塞的功用是與氣缸壁等共同組成熄滅室，接受氣體壓力，并將此力經(jīng)過活塞銷傳給連桿，以推進(jìn)曲軸旋轉(zhuǎn)?；钊h(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)兩大類〔圖3-13〕。圖3-13活塞環(huán)氣環(huán)也叫緊縮環(huán)，用來密封活塞與氣缸壁的間隙，防止氣缸內(nèi)的氣體竄入油底殼，以及將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水或空氣帶走。另外還起到刮油、布油的輔佐作用。普通發(fā)起機的每個活塞裝有2~3道氣環(huán)。油環(huán)用來刮氣缸壁上多余的機油，并在氣缸壁上涂一層平均的機油膜，這樣可以防止機油竄入熄滅室熄滅，又可以減小活塞、活塞環(huán)與氣缸的磨損和磨擦阻力。此外，油環(huán)也起到密封的輔佐作用。通常發(fā)起機有1~2道油環(huán)。連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成〔圖3-14〕。習(xí)氣上常把整個連桿組〔或除去連桿軸瓦〕稱作連桿，也有的將連桿體稱作連桿。Ｖ型發(fā)起機連桿的結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。連桿的功用是將活塞接受的力傳給曲軸，把活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。圖3-14連桿組〔a〕并列式〔b〕主副式〔c〕叉式圖3-15Ｖ型發(fā)起機連桿表示圖連桿可分為大頭、小頭和桿身三局部連桿小頭用來裝置活塞銷，以銜接活塞。桿身通常做成〝工〞字形斷面，以求在強度和剛度足夠的前提下減小質(zhì)量。連桿大頭是與曲軸的連桿軸頸相聯(lián)的。為了便于裝置，大頭普通做成分開式的，一半為連桿體大頭，一半為連桿蓋，二者普通用螺栓裝合?！?〕曲軸飛輪組曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、改動減振器、皮帶輪、正時齒輪〔或鏈輪〕等組成〔圖3-16〕。圖3-16曲軸飛輪組曲軸是發(fā)起機中最重要的機件之一。其功用主要是把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨斎?；另外，還用來驅(qū)動發(fā)起機的配氣機構(gòu)及其他各種輔佐裝置〔如發(fā)電機、風(fēng)扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵、平衡軸機構(gòu)等〕。減振器的功用就是吸收曲軸改動振動的能量，消減改動振動。飛輪的主要功用是貯存作功行程的能量，用以在其它行程中克制阻力完成發(fā)起機的任務(wù)循環(huán)，使曲軸的轉(zhuǎn)動角速度和輸入轉(zhuǎn)矩盡能夠平均，并改善發(fā)起機克制持久超負(fù)荷的才干。同時將發(fā)起機的動力傳給離合器。二、配氣機構(gòu)1．功用配氣機構(gòu)的功用是依照發(fā)起機各缸任務(wù)進(jìn)程的需求，定時地開啟和封鎖進(jìn)、排氣門，使新穎可燃混合氣〔汽油機〕或空氣〔柴油機〕得以及時進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時排出氣缸。2．類型依據(jù)凸輪軸的位置不同，分為下置式、中置式和上置式。配氣機構(gòu)多采用頂置式氣門。配氣系主要包括以下幾局部，即凸輪軸及其傳動系統(tǒng)，氣門及與氣門有關(guān)的零件。圖3-17為一臺頂置凸輪軸直列4缸發(fā)起機的配氣系布置狀況。該發(fā)起機運用正時齒輪形帶驅(qū)動輪軸凸，凸輪軸直接驅(qū)動8個氣門，在凸輪軸和氣門之間布置了液壓挺桿。圖3-17頂置凸輪軸4缸發(fā)起機的配氣機構(gòu)〔桑塔納〕3．組成以頂置式為例，配氣機構(gòu)包手帕以下三局部組成：〔1〕氣門驅(qū)動組：由正時齒輪及凸輪軸組成。〔2〕氣門傳動組：由挺桿、推桿、搖臂軸及支座、搖臂及調(diào)整螺釘?shù)冉M成?！?〕氣門組：由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門鎖片及彈簧等組成。凸輪軸由曲軸經(jīng)過前端的正時齒輪帶動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪突出分頂起挺桿時氣門開啟〔圖3-18a〕；當(dāng)突出局部分開挺桿時氣門封鎖〔圖3-18b〕〔a〕氣門開啟〔b〕氣門封鎖圖3-18頂置式配氣機構(gòu)4．凸輪軸傳動方式〔1〕鏈傳動〔圖3-19〕在曲軸和凸輪軸上裝有鏈輪，曲軸經(jīng)過鏈條驅(qū)動凸輪軸。在鏈條正面有張緊機構(gòu)和鏈條導(dǎo)板，應(yīng)用張緊機構(gòu)可以調(diào)整鏈條的張力。圖3-19鏈傳動〔2〕齒輪帶傳動〔圖3-20〕齒輪帶和鏈條的功用是相反的，為了確保齒輪形帶傳動的牢靠性，齒輪帶和齒形帶輪的接觸接觸周長必需比鏈傳動要長一些。這使齒形帶周圍零件的布置都遭到制約。關(guān)于Ｖ型發(fā)起機來說，由于齒形帶較長，必需確實地控制齒形帶的張力。齒形帶的優(yōu)點是無需潤滑，任務(wù)噪聲小。和鏈條比擬起來，壽命略差一些，普通要求每10000km改換一次。圖3-20圖3-20齒輪皮帶傳動圖3-21齒輪傳動〔3〕齒輪傳動〔圖3-21〕下置凸輪軸的汽油機通常用一對正時齒輪傳動。在柴油機上凸輪軸中心距普通較大，且需求同時驅(qū)動噴油泵，需參與中間惰輪傳動。為了使齒輪嚙合平順，減小噪聲和磨擦，正時齒輪都用斜齒輪并用不同資料制成。通常小齒輪用中碳鋼，大齒輪除柴油機多用鋼制外，常用夾布膠木或塑料等。為了保證裝配時的配氣正時，齒輪上都有正時記號，裝配時必需使記號對正。4．氣門組〔1〕組成氣門組的主要機件有氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管等〔圖3-22〕。圖3-22氣門組〔2〕氣門間隙氣門機構(gòu)應(yīng)用凸輪頂壓氣門使氣門開啟，然后在彈簧的壓力下使氣門落座封鎖。為了使氣門機構(gòu)能正常任務(wù)，必需在氣門機構(gòu)中間保管一定量的間隙，該間隙叫氣門間隙〔圖3-23〕。圖3-23氣門間隙在發(fā)起機運轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣門從熄滅室取得熱量發(fā)生熱變形，使其尺寸變長。思索到熱收縮所惹起的尺寸變化，氣門機構(gòu)中必需留的一定的間隙。普通轎車的氣門間隙大約在0.2~0.5mm左右〔圖3-24〕。圖3-24氣門間隙的測量在發(fā)起機臨時任務(wù)后，由于氣桿端部和氣門錐面的磨損，將使氣門間隙漸漸地變大，所以必需適外地調(diào)