汽车原理及运用总结

PART1

Chp0总论

一2汽车总体组成

→将进入气缸内的燃料燃烧而发出动力

发两大机构曲柄连杆机构

动配气机构

机燃料供给系统

冷却系统

四大系统润滑系统

起动系统

*点火系统（汽油机采用）

→将发动机动力传给驱动车轮

传动离合器变速器传动轴

系统万向节主减速器差速器

半轴桥壳

行驶→使汽车各各总成及部件安装在适当位置对全车起支承作用和对路面起附底着作用缓和道路冲击和振动

系统承载式车身副车架前、后悬架前、后轮

盘转向→使汽车按驾驶员选定的方向行驶

系统转向操纵机构转向器转向传动机构

制动→使汽车减速或停车并能保证汽车可靠地停驻

系统前、后轮制动器轮制动传动装置

车→驾驶员工作场所装在客人和货物的部件

车前板制件（车头）车身本体火车的驾驶室和货箱

身某些汽车上的专用作业设备

电气电源组发动机起动系统和点火系统汽车照明和信号装置

仪表导航系统电视音响电话等电子设备

设备微处理器中央计算机各种人工智能装置

二2汽车的分类

轿车→按发动机排量分级

汽客车→按总长度分级

车货车→按汽车的总重量分级

的越野车→主要用于非公路全部车轮可以作驱动轮

分自卸车→货箱能自动倾卸的汽车全挂牵引汽车

类专用汽车牵引汽车半挂牵引汽车

牵引汽车和半挂汽车全挂车

挂车半挂车

特种挂车

三2汽车的发展概况

发汽车卡尔本茨：1886 、1、29 第一辆汽车诞生日单缸汽油机的三轮汽车之父哥德里普2戴姆勒汽油机的四轮汽车

展鲁道夫2狄赛尔1892 柴油发动机→狄赛尔发动机

概福特公司→ T型车→第一个黄金时代

波尔舍博→甲虫型汽车→第二个黄金时代

况我国→ 1958年我国第一辆轿车→东风牌轿车

1956年新中国第一辆解放CA10型载货汽车

安全概况

汽车环境保护

技术整车轻量化降低空气阻力

发展节约能源降低轮胎滚动阻力

方向变速器多档化代用能源

操纵方便乘车舒适

四2汽车基本行驶条件

发动机发出转矩经系统传到车轮上转矩Mt→驱动车轮与地面接触处向地

面施加力F0=Mt/r→地面对车轮施加一个与F0大小相等方向相反的反作用

力Ft 即驱动力

驱动条件F f滚动阻力

Ft≥∑F 行驶总阻力∑F=F f+F W+F i F W空气阻力

↓F i上坡阻力

*Ft=∑F 匀速行驶Ft<∑F 减速至停车Ft>∑F 加速行驶∑F≤Ft≤FΦ车轮附着作用取决于轮胎与路面间的摩擦力→此摩擦力阻碍车轮滑动使↑车轮正常向前滚动并承受路面的反作用力：驱动力→若Ft>摩擦力，车附着条件轮与路面发生滑动

Ft≤FΦ附着力FΦ→由附着作用决定阻碍汽车滑动的力的最大值

FΦ=Gφ

G→车轮承受垂直于地面的法向力G（附着重力）φ→附着系数

附着力是汽车所能发挥驱动力的极限

滚动阻力F f由于车轮滚动式轮胎与地面发生变形而产生其数值与汽车总重力轮胎的结构与气压地面性质有关

空气阻力F W汽车行驶时空气对汽车产生的阻力包括：压差阻力诱导阻力表面阻力内部阻力

坡度阻力F i汽车在坡道上时其总重力沿坡道方向的分力

Chp1汽车发动机的工作原理及总体构造

§121概述

内燃机→将燃料在机器内部燃烧产生的热能转变为机械能的机器活塞式内燃机

发→将某种形式的能量转化为机械能燃气轮机

动蒸汽机

机外燃机→将燃料在机器外部燃烧产生的热能转变为机械能的机器汽轮机

热气机*内燃机比外燃机：结构紧凑体积小质量轻容易起动

按活塞运动方式：往复活塞式* 旋转活塞式

按所用燃料：汽油机柴油机气体燃料发动机

汽按冷却方式：水冷* 风冷

车按活塞运动行程数:四冲程内燃机* 两冲程内燃机

发*四冲程内燃机→在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机

动按进气状态：非增压内燃机（自然吸气式内燃机）增压内燃机

机*增压可提高内燃机功率

类按内燃机的汽缸数：单缸机：立式卧式

型多缸机：直列式V形对置式

按着火方式点燃式内燃机（汽油机）→轿车轻型客、货车

压燃式内燃机（柴油机）→大客车中、重型货车

*广泛应用的汽车发动机：水冷式四冲程往复活塞式内燃机

气缸→发动机活塞运动的空间

气缸内→作往复运动的活塞—通过—活塞销—与—连杆的一端铰接曲轴

连杆

另一端与曲轴相连机构

汽进气门头朝下尾朝上倒挂在汽缸盖上通过开闭实现向气缸气缸顶端→汽缸盖上排气门内充气和向气缸外排气

开闭由凸轮轴控制

缸*凸轮轴和曲轴—通过—同步带/齿轮/链条→驱动

气缸体→构成气缸的零件

连铸体→机体

曲轴箱→制成曲轴的零件

工作循环→在气缸内进行的每一次将燃料的热能转化为机械能的一系列连续过程（进气压缩作功排气）

上止点→活塞顶离曲轴回转中心最远处

下止点→活塞顶离曲轴回转中心最近处

活塞行程S →上下止点之间的距离*曲轴每转一周活塞移动两个活塞行程

曲柄半径R→曲轴的回转半径S=2R

术气缸工作容积V S→上下止点间所包容的气缸容积Vs=πD2S/43106发动机排气量V L→发动机所有气缸工作容积V L=iV S

语燃烧室容积V C→活塞止于上止点时活塞顶面以上汽缸盖底面一下所形成的空间

称为燃烧室其容积为燃烧室容积

气缸总容积Va →气缸工作容积与燃烧室容积之和Va=V S+ V C

压缩比ε→气缸总容积与燃烧室容积之比ε=Va/V C=V S+ V C/V C=1+V S/V C *压缩比大小表示活塞由下止点运动到上止点时气缸内气体被压

缩的程度

压缩比↑压缩终了时气缸内气体压力和温度↑

工况→发动机在某时刻的运行状况：该时刻发动机输出的有效功率和曲轴转速

§122发动机工作原理

一2四冲程汽油机工作原理

在四个活塞行程内完成进气压缩作功排气四个过程，即在一个活塞行程中只进行一个过程

一个工作循环：活塞在上下止点间往复运动四个行程曲轴旋转两周每个行程有180°曲轴转角

12进气过程

活塞在曲轴带动下从上止点向下止点运动[排气门关闭进气门开启] →气缸内形成一定真空度空气和汽油混合物被吸入气缸，进一步混合形成可燃混合气→活塞运动到下止点[排气门关闭进气门关闭] 进气终了气缸内气体：压力<大气压力 0.08~0.09MPa

温度>大气温度 320~380K

22压缩行程

曲轴带动活塞由下止点移至上止点[排气门关闭进气门关闭]压缩终了气缸内气体：压力>大气压力 0.8~1.5MPa

温度 600~750K

*压缩行程有利于混合气体的迅速燃烧可提高发动机有效热效率

压缩比ε太大容易发生爆燃和表面点火等不正常现象

32作功行程

压缩行程结束安装在汽缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内可燃混合气点燃

→燃烧气体体积↑压力↑温度↑

→在气体压力作用下活塞由上止点移至下止点通过连杆推动曲轴旋转作功

[排气门关闭进气门关闭] 作功行程中气体最大：压力3~6.5MPa 温度2200~2800K

—活塞向下止点移动温度↓压力↓—

作功终了：压力0.35~0.5Mpa 温度1200~1500K

42排气过程

曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点[排气门开启进气门关闭] →燃烧废气排出气缸

→活塞到达上止点排气行程结束[排气门关闭进气门关闭] 排气行程终了残余废气：压力略>大气压力 0.105~0.12MPa

温度900~1100K

*实际：进气过程：进气门早于上止点开启晚于下止点关闭

排气过程：排气门早于下止点开启晚于上止点关闭

二2四冲程柴油机工作原理

12进气行程吸入气缸的只是纯净的空气

22压缩行程压缩比大压缩终了气体：压力3~5MPa

温度750~1000K（超过柴油自燃温度500K）32作功行程将柴油喷入燃烧室呈雾状→蒸发汽化

→迅速形成可燃混合气→自行着火燃烧

42排气过程

三2柴油机与汽油机不同

12可燃混合气形成不同

22点火方式不同：柴油机(压燃式) 汽油机（点燃式）

*工作特点：汽油机转速高质量小工作噪声小起动容易制造维修费用低燃油经济性差柴油机转速低质量大制造维修费用高燃油经济性好制造维修费用高

*四冲程发动机在一个工作循环中只有一个行程作功其余三个行程是作功的辅助行程曲轴每转两周中只有半周是由

于膨胀气体的作用使曲轴旋转其余的一周半依靠飞轮的惯性维持转动

§123发动机总体构造

两大机构：曲柄连杆机构配气机构

汽油机

五大系统：燃油系统冷却系统润滑系统起动系统点火系统

两大机构：曲柄连杆机构配气机构

柴油机

四大系统：燃油系统冷却系统润滑系统起动系统

*增压发动机有增压系统

曲柄连杆机构：支承发动机的所有零部件将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩对外输出配气机构：按照发动机的要求定时开闭进排气门吸入新鲜空气排除废气

燃油供给系统：按照发动机的要求定时定量供给所需要的燃料

点火系统：按规定的时刻准时点燃汽油机气缸内的可燃混合气

润滑系统：润滑密封清洁冷却防锈蚀

冷却系统：保持发动机在适宜的温度下工作

起动系统：起动发动机

Chp2曲柄连杆机构

§221概述

曲柄功用：将燃料燃烧后作用在活塞顶上的气体膨胀压力转变为推动曲轴旋转的转矩向工作机械输出机械能

连杆零部件：机体组活塞连杆组曲轴飞轮组

机构工作环境：高温高压高速受到化学腐蚀的恶劣工作条件

§222机体组

机体组：气缸体汽缸盖曲轴箱油底壳汽缸垫

作用：是发动机各机构各系统的装配基体本身许多部分也是各机构各系统的组成部分

一2气缸体(气缸体-曲轴箱)

气缸体→水冷发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体称为气缸体-曲轴箱

功用:是组装发动机的基础件由它来保持发动机各运动件相互间的位置关系12材料

气缸体材料要有足够强度刚度，导热性耐磨性要好，质量要轻→优质合金铸铁：镁合金

实际：在气缸内镶入汽缸套汽缸套：耐磨性较好的合金铸铁(合金钢)

气缸体：普通铸铁铝合金

工作条件及要求：气缸工作表面经常与高温高压燃气相接触且有活塞在其中做高速往复运动

必须耐高温耐磨损耐腐蚀

22结构形式

一般式与油底壳的结合面与曲轴轴线在同一平面上

高度低质量轻便于机械加工

龙门式与油底壳的结合面低于曲轴轴线

刚度强度较好与油底壳的安装配合简单重量较大工艺性较差隧道式主轴承座孔不分开曲轴轴承为整体式如同隧道便于便于安装用滚动轴承支承的组合式曲轴

刚度最好但教笨重

32汽缸套

干式汽缸套*：外圆面不直接与冷却液接触是一个耐磨性能良好的薄壁套筒

与气缸孔配合紧密不易漏水漏气但冷却效果较差

湿式汽缸套：外圆面与冷却液直接接触

铸造方便易拆卸更换冷却效果好气缸体刚度差易漏水漏气

42排列形式

单列式：发动机各气缸排成一列一般垂直布置

*结构简单长度和高度较大多用于六缸以下发动机

双列式：V型发动机：发动机左右两列气缸倾斜布置左右两列汽缸中心线夹角小于180°

*缩短了发动机的长度降低了高度增加了刚度结构紧凑重量轻尺寸小

形状复杂加工困难宽度增加多用于八缸以上发动机

对置式：发动机左右两列气缸中心线夹角180°

*高度更低轿车总体布置更方便但宽度大大增加

二2汽缸盖和气缸衬垫

12汽缸盖(缸盖)

作用：密封气缸体上部与活塞顶和气缸壁构成燃烧室主要承受热负荷和机械负荷结构：取决于发动机的冷却方式燃烧室形状配气机构的布置形式

结构形式：单体式块状式整体式

材料：铸铁强度高不易变形导热性差

铝合金质量小导热性好有利于提高压缩比刚度小易变性

*使发动机中除气缸体外最复杂的零件

22燃烧室

组成:活塞顶气缸壁汽缸盖上相应的凹部空间

基本要求：结构紧凑冷却面积小以减少热量损失缩短火焰行程

使混合气在压缩终了时具有一定涡流运动以提高混合器燃烧速度从而保证混合气及时充分燃烧

燃烧室形状：楔形燃烧室气门斜置压缩终了时能形成强烈的挤气涡流横向剖面成

楔形结构较简单紧凑

散热面积大热损失大充气效率较盆形燃烧室大

盆形燃烧室气门平行于气缸轴线能形成挤气涡流结构简单不紧凑气门尺寸受到限制

进排气阻力大充气效率低换气质量较差

半球形燃烧室气门成横向V型排列气门头部直径可以做得较大唤起好火花塞多位于燃烧室中部

燃烧剧烈而完全动力性经济性较好但配气机构复杂32汽缸垫

作用：安装在汽缸盖气缸体结合面之间弥补加工误差保证气缸体与汽缸盖结合面的密封性防止燃气冷却液润

滑油互窜

要求：在高温高压燃气作用下有足够强度不易损坏

良好的耐热耐腐蚀性

具有一定弹性能补偿结合面的不平度保证密封

拆装方便能重复使用寿命长

构造：金属-石棉垫石棉中间夹金属丝或金属屑外覆铁皮或铜皮

*有很好的弹性耐磨性但厚度和质量均一性较差

纯金属垫单块光整冷轧的低碳钢板制成为了增强密封冲有弹性凸筋

三2油底壳

功用：储存润滑油并密封曲轴箱

制造：薄钢板冲压而成或铝合金铸造

其形状取决于发动机的总体布置和润滑油容量

放油螺塞放机油

§223活塞连杆组

组成：活塞活塞环活塞销连杆卡环

一2活塞

功用：在作功行程承受气体作用力并将该力通过活塞销传给连杆再由连杆传给曲轴推动曲轴旋转

活塞顶部与汽缸盖气缸壁组成燃烧室

材料：铝合金活塞质量轻导热性好但热膨胀系数较大高温下强度和硬度下降较快基本结构：顶部头部裙部销座

12顶部→是燃烧室组成部分用来承受气体压力

：平顶结构简单加工容易受热面积小

凸顶二冲程汽油机活塞顶部形状多采用凸顶

凹顶可改善混合气的形成和燃烧凹坑的大小可以用来调节发动机的压缩比其形状位置和大小必须与混合

气的形成和燃烧要求相适应

成型顶

*凸顶凹顶或带燃烧室的顶部由于吸热面积比平顶大顶部温度较高热负荷大

*无特殊冷却装置时顶部热量通过活塞环和裙部经气缸将热量传给冷却液

增压发动机有专门的油道通过润滑油循环冷却活塞顶部

22头部→活塞最后一个环槽以上的部分其上游若干个用于安装活塞环的环槽

作用：承受气体压力与活塞环一起实现对高温高压燃气的密封将活塞顶吸收的热量通过活塞环传给气缸壁再传

给冷却液头部又叫防漏部

环槽油环槽有径向油孔

气环槽

*环槽不应太多可减少发动机摩擦损耗

*环槽的形状与活塞环的断面一致

*活塞头部工作时第一环槽受热负荷最高会产生严重的磨损和热裂纹

为减缓高温燃气对第一环槽的热传递在第一环槽上切出一道较环槽窄的隔热槽32裙部→从最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分

作用：引导活塞在气缸内上下往复运动承受气缸壁施加给活塞的侧压力把头部传下来的气体力通过活塞销座活

塞销传给连杆

类型：全裙活塞→保证活塞强度拖板式活塞→使发动机连杆减短半拖板式活塞裙部椭圆变形：销座热变形挤压变形弯曲变形裙部变形

预防裙部椭圆变形：采用椭圆锥裙在活塞上镶钢片在裙部开槽削掉销座周围的金属

*在允许的比压下裙部取最小长度

*活塞销座孔中心线通常与活塞中心线垂直相交但有些高速汽油机的销座孔中心线向作功行程中受侧压力的一面偏

离活塞中心线平面目的是为了使活塞能较平稳地从压向气缸的一面过渡到另一面减轻活塞"敲缸" 减少噪声

改善发动机工作平顺性

42销座→活塞通过活塞销与连杆的链接部分位于活塞裙部的上部活塞所受气体压力和惯性力都通过销座传给活塞销

二2活塞环

按用途：气环油环

*柴油机汽油机的压缩比和活塞等零件的结构不同要求的活塞环数目也各不同

汽油机气环2~3道油环1道柴油机气环3~4道油环1~2道

*为了降低活塞环造成的摩擦损失尽量减少活塞环数

*为了防止在工作时活塞环在气缸内或卡槽内被卡死活塞环在安装时要留有切口间隙侧隙背隙

12气环(压缩环)

作用:与活塞一起密封气缸壁的间隙防止高温高压的燃气下窜入油底壳

将活塞头部的热量传给气缸壁再由冷却水或空气带走

刮油：辅助油环控制气缸壁上的润滑油

*气环是发动机中磨损最快的零件之一寿命最短材料：合金铸铁

22油环

作用：刮掉气缸壁上多余的机油将缸壁上的润滑油均匀分布

辅助气环密封防止机油窜入燃烧室燃烧

种类：整体式油环结构简单加工容易成本低但比压低刮油效果差寿命短钢片组合环由两个相互独立的刮油钢片和弹性衬簧组成刮油作用强对气缸失圆和活塞变形适应能力强

回油通路大但成本高

三2活塞销

作用：连接活塞和连杆小头将活塞承受的气体作用力传给连杆

要求：足够的刚度强度和耐磨性质量尽可能小→材料：低碳钢低合金钢

结构形状(中空形)：圆柱形加工容易但质量较大

组合型从接近等强度出发质量较小这种结构最合理

两段截锥形接近等强度梁的要求质量较小

活塞销与销座连杆小头连接：全浮式* 活塞销可再连杆小头的衬套孔内自由转动也可在销座孔内缓慢转动

半浮式销与销座孔和连杆小头两处一处固定一处浮动

四2连杆

作用：将活塞承受的气体作用力传给曲轴把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动受力：活塞销传来的气体作用力活塞往复运动的惯性力力的大小方向周期性变化要求：在质量尽可能小时具有足够的强度和刚度

组成：小头杆身大头

*连杆大头是偶件

五2V形发动机连杆布置

12并列式连杆优：连杆可以通用两列气缸的活塞连杆组运动规律相同

缺：两列气缸轴线沿曲轴轴线要错开一段距离使曲轴长度增加刚度降低

22主副式连杆优：不增加曲轴长度

缺：主副连杆不能互换左右两列气缸的活塞连杆组的运动规律和受力都不一样

32叉形连杆优：两列气缸活塞连杆组的运动规律相同左右对应两个气缸中心线在同一横向平面内结构紧凑

缺：叉形连杆大头结构和制造工艺较复杂维修不方便大头刚度差

§224曲轴飞轮组

组成:曲轴飞轮其他不同功用的零件和附件

一2曲轴

12作用：将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩再通过飞轮离合器和汽车传动系统来驱动汽车行驶

驱动发动机的辅助装置工作

要求：足够的强度刚度良好的润滑条件和耐磨性质量轻

结构形式：整体式

组合式

组成:前端轴连杆轴颈主轴颈曲柄平衡重后端凸缘

22构造：前端曲拐后端

a前端第一道主轴颈之前的部分用来暗转正时齿轮皮带轮扭转减振器及起重爪曲拐：连杆轴颈(曲柄销)*1 曲柄(曲柄臂)*2 主轴颈*2

主轴颈曲轴支承部分

根据主轴颈的设置和数目：全支承曲轴相邻两个曲拐之间都有主轴颈主轴颈数总比连杆轴颈

数多一刚性好抗弯曲能力强减轻主轴承负荷加

工表面多曲轴和机体较长

非全支承曲轴主轴颈数等于或少于连杆轴颈数结构紧凑但刚度和

弯曲强度较弱

连杆轴颈与连杆大头装配在一起直立式发动机连杆轴颈数与汽缸数相同

V形发动机连杆轴颈数为汽缸数的一半曲柄连接主轴颈和连杆轴颈

*平衡重平衡发动机不平衡的旋转惯性力及力矩有时也用来平衡一部分往复后端最后一道主轴颈之后的部分有安装飞轮的凸缘盘为防止机油外漏曲轴后端常切出回油螺纹或其他密封装

置

*回油螺纹可以是梯形或矩形的螺纹方向为右旋

b曲轴的曲拐个数取决于发动机的汽缸数和气缸的排列方式直立式发动机曲轴的曲拐数与气缸数相等

V形发动机曲轴的曲拐数是汽缸数的一半

？c曲轴的形状曲拐的布置取决于汽缸数气缸排列方式及各缸的工作顺序对各缸工作顺序的要求：各缸的作功间隔角尽量均衡

连续作功的两缸相隔尽量远减轻主轴承负荷避免“抢气”现象

空间曲拐正交两平面布置气缸中线夹角90°

平面曲拐曲拐对称布置与同一平面内

d润滑为了润滑曲轴曲轴上钻有贯穿主轴颈曲柄和连杆轴颈的通道

有的连杆轴颈做成中空式是为了减少重量和离心力和构成积污腔

润滑主轴颈的润滑油从气缸体上的油道而来

润滑连杆轴颈的润滑油通过在主轴颈与连杆轴颈之间加工的斜油道而来

二2主轴承与主轴承盖？

主轴承(大瓦) 基本结构与连杆轴承相同但主轴承一般开有周向油槽和主油孔

主轴承盖通过螺栓与主轴承座相连与主轴承座实行配对加工为防止装配错误在主轴承盖上标有记号

三2扭转减振器

橡胶扭转减振器橡胶层内部分子摩擦消耗扭转振动能量使曲轴扭转振动振幅减小避免曲轴共振

结构简单工作可靠制造容易阻尼作用小对曲轴扭转振动衰减作用不够强橡胶易老化

硅油扭转减振器通过剪切硅油形成阻尼力矩从而减振减震效果好性能稳定工作可靠结构简单维修方

便但硅油散热性差容易升温而降低粘度衰减作用减弱硅油-橡胶扭转减振器封闭腔内注满高粘度硅油橡胶环用来密封硅油和支撑惯性质量

四2飞轮

→转动惯量很大的盘形零件

作用：储存作功行程的能量保证发动机运转平稳将动力传给离合器

通过飞轮上的上止点记号校准发动机的点火时刻或喷油时刻调整气门间隙

起动机通过飞轮上压装的齿圈起动发动机

构造：转动惯量很大的圆盘多采用灰铸铁圆周速度不超过30~50m/s

保证有足够转动惯量时尽可能减小飞轮质量使飞轮大部分质量集中在轮缘上

飞轮外缘上压有一个齿环可与起动机驱动轮啮合可起动发动机

飞轮上标有第一缸点货正时记号以便校准点火时间当飞轮轮缘上的记号与飞轮壳上刻线正对表示*缸的活

塞位于上止点位置

Chp3 配气机构

§321概述

一2功用

12功用：按照发动机每一缸的工作顺序和工作循环的要求定时开启和关闭各气缸的进排气门使新鲜气体进入气缸

废气从气缸中排出

22充气效率(冲气系数)→表示进气充满气缸的程度ηv

ηv =M/M0

M→进气过程中实际充入气缸的进气量

M0→进气状态下充满气缸工作容积的进气量

影响充气效率因素：进气终了的气缸压力

进气终了的气缸内温度

上一循环残留在气缸内的高温废气

*充气效率越高表明充入气缸的新鲜气量越多燃烧后放出的热量越多发动机发出的功率和转矩越大

好的配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量保证发动机在各种工况下有最佳性能

二2配气机构的类型与组成

气门式配气机构由凸轮驱动通过传动机构来控制进排气门开闭

12组成：气门组气门传动组

气门组：气门气门导管气门主、副弹簧气门弹簧座锁片

气门传动组：摇臂轴摇臂推杆挺柱凸轮轴定时齿轮

22分类按气门布置的形式气门顶置式气门侧置式

按气门驱动形式摇臂驱动摆臂驱动直接驱动

按凸轮轴的布置位置凸轮轴下置式凸轮轴中置式凸轮轴上置式

按曲轴和凸轮轴的额传动方式齿轮传动式链传动式带传动式

32凸轮轴的布置形式

A凸轮轴下置式

凸轮轴置于曲轴箱内凸轮轴由曲轴正时齿轮驱动

曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转→凸轮的上升段顶起挺柱→经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆

动→压缩气门弹簧使气门开启

→凸轮的下降段与挺柱接触→气门在气门弹簧力

作用下逐渐关闭

四冲程发动机每完成一个工作循环各缸进排气门各开启一次

曲轴转两周凸轮轴转一周曲轴和凸轮轴的传动比(转速比)2:1

优点：凸轮轴离曲轴近可采用简单可靠的齿轮传动方式

缺点:凸轮轴到气门的传动链长零件多整个机构刚度差高速运转时可能破坏气门的运动规律和开闭定时

B凸轮轴中置式

凸轮轴置于气缸体的上部缩短或取消了推杆结构减轻了配气机构的往复运动质量增大了机构的刚度

C凸轮轴上置式(OHC)

凸轮轴至于气缸盖上凸轮轴直接通过摇臂驱动气门或两个凸轮轴分别驱动进气门和排气门

优点：传动链短运动件少整个机构刚度大适合高速发动机

42凸轮轴的传动方式

齿轮传动凸轮轴下置和中置的配气机构多采用定时齿轮传动

链传动适用于凸轮轴上置的配气机构

带传动适用于凸轮轴上置的配气机构与链传动相比工作可靠噪音小结构质量小成本低

52每缸气门数及其排列方式

A两个气门(一个进气门一个排气门)

气门沿机体纵向轴向排成一列进排气门交替布置

B四个气门

同名气门排成一列同名气门在同一列

§322配气相位及气门间隙

一2配气相位

配气相位(配气正时)→进排气门开闭时刻及其开启的持续时间→用曲轴转角表示

*配气相位是影响进气量的重要因素之一直接关系到发动机动力性经济性

12进气过程持续时间180°+α+β

进气提前角α→从进气门开启到上止点曲轴所转过的角度进气门在进气行程上止点前已开启0°~30°

进气迟后角β→从进气行程下止点到进气门关闭曲轴所转过的角度进气门在进气行程下止点之后才关闭30~80°

进气门早开是为了在进气开始时气门有较大的开度减小进气阻力使进气顺畅

进气门晚关是为了充分利用气流的惯性在进气迟后角内继续充气增加进气量

22排气过程持续时间180°+γ+δ

排气提前角γ→从排气门开启到下止点曲轴转过的角度排气门在作功行程下止点之前已开启40°~80°

排气迟后角δ→从排气行程上止点到排气门关闭曲轴转过的角度排气门在排气行程上止点之后才关闭0°~30°

排气门早开是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力使废气能以很高的速度排出可在极短时间内排出大量

废气使排气行程时的排气阻力和消耗的功率大为减少

排气门晚关是为了利用废弃流动的惯性在排气迟后角内继续排气减少气缸内的残余废气量

32气门重叠→由于进气门早开和排气门晚关使活塞在上止点附近出现进排气门同时开启的现象

气门重叠角→进气提前角+排气迟后角α+δ

*气门重叠角选得得当可以使进气更充分排气更彻底

二2气门间隙

气门间隙→当气门处于关闭状态时气门与传动件的间隙

：冷态热态

气门大小一般由发动机制造厂根据实验确定进气门0.25~0.3mm 排气门0.3~0.35mm

Δ过小发动机热态下可能关闭不严而漏气导致功率下降

Δ过大传动零件间气门与气门座之间产生撞击响声并加速磨损

气门开启持续时间减少气缸充气排气情况变坏

*如果气门与其传动件之间在冷态时不预留间隙在热态下由于气门及其传动件膨胀伸长而顶开气门破坏气门与气

气门座之间的密封造成气缸漏气使发动机功率下降起动困难

Chp 4汽油机供给系

§421概述

可燃混合气→按一定比例混合的汽油空气混合物

气体在未输入气缸前须先喷散成雾状和蒸发并按一定比例与空气混合形成均匀的混合气

可燃混合气的浓度→可燃混合气中燃油含量的多少

一2燃料供给系统的功用与组成

功用：不断地输送滤清的燃油和清洁的新鲜空气根据发动机各种不同工作情况的要求配置出一定数量和浓度

的可燃混合器进入气缸燃烧作功后将废气排入大气

储存相当数量的汽油以保证汽车有相当远的行驶里程

组成：汽油供给装置汽油箱汽油滤清器汽油泵汽油表油管→汽油的贮存输送滤清

空气供给装置空气滤清器

可燃混合器准备装置化油器

可燃混合气供给和废气排出装置进气管排气管排气消声器过程：汽油受汽油泵的泵吸作用→从汽油箱经油管汽油滤清器滤去杂质和水分→进入汽油泵→押送到化油器

中→在气缸吸气气流作用下从化油器中喷出开始雾化汽油与空气混合经过气管进一步气化初步

形成可燃混合气分配到各气缸

空气经空气滤清器滤去灰尘→进入化油器

→混合气燃烧生成废气经排气管和排气消声器排入大气

二2汽油

12汽油是多种烃的混合物主要成分是C和H

燃烧完全氧气充足且与汽油蒸汽混合均匀燃烧产物CO2H2O

燃烧不完全氧气不足或燃烧不完全燃烧产物CO2 H2O CO HC(碳氢化合物)

22主要使用性能：蒸发性抗爆性腐蚀性

蒸发性取决于汽油炼制中形成的分子质量的大小

蒸发性过高气温较高时易在油路中形成蒸汽影响汽油输送形成“气阻”

蒸发性过低一部分汽油滞留在气缸壁上使燃油消耗量增加稀释润滑油导致气缸加快磨损

抗爆性→汽油在气缸中避免产生爆燃的能力防“爆燃”的能力

爆燃→可燃混合气自行燃烧造成发动机过热排气冒烟功率显著下降油耗增加伴随明显敲缸声损坏

机件的现象

评价指标辛烷值辛烷值高汽油抗爆性好

*发动机在压缩形成终了时燃烧室内可燃混合气的密度与温度升高易爆燃

*压缩比高的发动机动力性好油耗率有所下降但易引起爆燃所以发动机压缩比应受一定的限制

*汽油的牌号数与辛烷值有关我国车用汽油分类主要以辛烷值为基础

三2简单化油器及可燃混合气的形成

可燃混合气的形成时从化油器喷油开始的。

12简单化油器的组成

浮子机构：浮子针阀浮子室

浮子室和主喷管为壶状油管储存来自汽油泵的汽油

浮子中空。利用其浮力随液面自动升降使针阀开启或关闭使进油量随耗油量的变化而变化

浮子室上部有孔与大气连同使油面压力与大气压力相等从而保持一定的液面压力

喷管和鼻孔主喷管一端在喉管咽喉处一端与浮子室相通

主量孔用来准确地限制汽油的流量

*量孔流量大小取决于量孔的直径和量孔前后压力差大小(液面高度和气压差)

喉管形状为细腰流管形通过喉管的空气流量与喉管直径大小和形状有关

作用：增大空气流速将汽油吹散雾化控制空气的流量

*加大空气的流速减小空气阻力与增大空气量相互矛盾

只能在满足发动机最大充气量的条件下提高喉管处的流速

空气室和混合室喉管内咽喉处以上为空气室以下到气节门轴为混合室

可燃混合气的形成从这里开始

节气门椭圆形片状蝶形阀门可绕其短轴转动一定角度用来控制可燃混合气的流量改变发动机的功率

蝶形阀门节流特性节气门开启过程中通道面积和进气量的增大并不与气门开启的角度成正比：开始增

大很快越来越慢到快要全开时几乎不再增大此时进气为饱和状态此开度为饱和开度

*气门进气量与气门开度发动机转速有关

当气门开度不变时进气量随转速升高而加大

每一转速都有进气饱和开度并随转速的升高加大

22简单化油器的工作原理

(1)燃油的流出和雾化

进气过程气缸容积增大缸内压力p a小于大气压力p0空气在真空度Δp=p0-p a作用下经空气滤清器化油器空气

管进气支管向气缸流动

喉管处压力p h<大气压力p0 浮子室内压力=大气压力p0汽油在浮子室和咽喉部产生的压力差(真空度)Δp h=p0-p h

下从喷管切口喷出被高速空气流冲散形成大小不等雾状颗粒即“雾化”

*喷出油量多少决定于喉管处真空度Δp h的大小

Δp h的大小决定于节气门的开度大小和发动机转速高低

(2)可燃混合气的形成过程

始于进气过程中化油器的混合气室终于压缩冲程结束

从开始雾化到全部气化分为：持续阶段最后阶段最后阶段

整个近期过程中所采用的气化方法：喷雾吹散降压冲刷加热涡流

*进入气缸的混合物有三种状态：油气油粒油膜

(3)空气量和燃油量的调节

发动机功率大小的调节(功率的量调节) 通过改变节气门开度

1)发动机转速一定节气门开度逐渐增大

通道面积增大气流阻力减小流经喉管的空气流量流速增大→喉管真空度增大→汽油量与空气量同时增加增大

发动机的功率

发动机转速一定节气门开度逐渐减小:减小发动机的功率

2)节气门开度一定发动机转速增加

空气流量和流速增加喉管真空度增大燃油流量增加

单喉管和单量孔的简单化油器具备功能：将汽油吸出加以雾化与空气混合

对燃油和空气量进行计量

对混合气数量进行调节

32简单化油器特性

发动机转速一定时简单化油器供给的可燃混合气的成分随节气门的开度即喉部真空度而变化

四2可燃混合气成分的表示方法

12发动机对燃料燃烧的要求

性能要求：动力性要求发动机发出功率大即要求可燃混合气燃烧迅速

经济型要求发动机耗油率低即要求可燃混合气燃烧完全迅速完全燃烧条件：汽油与空气一定的质量比例混合

汽油在空气中彻底雾化蒸发并与空气均匀混合

发动机正常运转需要：足够的压缩终了压力和温度正确的点火时刻和良好的火花良好的空气和燃油的混合比

22可燃混合气成分表示法

可燃混合气成分(浓度)→可燃混合气中空气与燃油的比例通过过量空气系数和空燃比表示

1)过量空气系数Φa燃烧后1kg燃油实际供给的空气质量与完全燃烧1kg燃油的化学

燃油质量空气质量=α量

燃油的化学计量空气质完全燃烧量燃油实际供给的空气质燃烧kg kg 11a =φ计量空气质量之比

Φa =1 理论混合气体 Φa <1 浓混合气体 Φa >1 稀混合气体

2)空燃比α 可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比

1kg 汽油完全燃烧所需空气质量(化学计量空气质量)为14.8kg

α=14.8理论混合气 α<14.8浓混合气体 α> 14.8稀混合气体

理论空燃比(化学计量空燃比)α=14.8

经济混合气→Φa =1.05~1.1的可燃混合气 燃烧完全 燃油消耗率最低

功率混合气→Φa =0.84~0.95的可燃混合气 燃烧速度最快 热损失最小 发动机有效功率最大

火焰传播上限 混合气浓到Φa =0.4~0.5 火焰不能传播

火焰传播下限 混合气稀到Φa =1.3~1.4 火焰不能传播

五2发动机各工况对可燃混合气成分的要求

发动机工况→发动机工作情况

化油器特性→混合气成分随发动机负荷的变化关系

发动机各工况对混合气成分的要求：冷启动 Φa 为0.2~0.6的极浓混合气

怠速 Φa =0.6~0.8的浓而少的混合气

小负荷 Φa =0.7~0.9的浓混合气

中等负荷 Φa =0.9~1.1的经济混合气

大负荷和全负荷 =0.85~0.95的功率混合气 *怠速→发动机对外无功率输出的工况下的最低发动机转速

*这时可燃混合气燃烧后对活塞所作的功全部用来克服发动机内部的阻力

*对于经常在中等负荷下工作的汽车发动机 从小负荷到中符合时供给由浓到稀的混合气 直到经济混合气

从大负荷到全负荷时 要求混合气由稀变浓 直到功率混合气

Chp5柴油供给系

§521柴油机混合气形成特点

一2柴油机混合气形成特点

柴油机混合气是在气缸内形成的 即在接近压缩行程终点时 通过喷油器把柴油喷入汽缸内 柴油油滴在炽热的空气

中受热 蒸发 扩散 并与空气混合形成可燃混合气 最终自行发火燃烧

12柴油机混合气形成特点

混合气形成的时间极短 燃烧室内各处的混合气成分很不均匀：混合气过浓 燃烧不完全 混合气过稀 空气得不到充分利用

22柴油机燃烧室种类：直喷式燃烧室 分开式燃烧室

二2柴油机供给系功用

在适当的时刻将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧室

在每一个工作循环内 各缸均喷油一致 喷油次序与汽缸工作顺序一致

根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量 以保证柴油机稳定运转

储存一定数量的燃油保证汽车的醉倒续驶里程

三2柴油机燃油供给系组成及工作原理

主要部件：喷油泵喷油器调速器

辅动装置：输油箱输油泵油水分离器燃油滤清器高低压油管

§522发动机进气系统

一2空气滤清器

12功用滤除空气中的杂质和灰尘让洁净的空气进入气缸并消减气噪声

22结构：油浴式空气滤清器滤芯清洗后可重复使用

纸滤芯空气滤清器重量轻成本低滤清效果好但不能反复使用需定期更换

§523发动机的排气系统

一2分类：单排气系统

双排气系统

二2排气支管汇集各缸的废气从排气消声器排出

三2消声器

12功用减少噪声消除废气中的火焰及火星

22原理多次变动气流方向

重复地使气流通过收缩而又扩大的断面

将气流分割为很多小支流并沿着不光滑的平面流动

将气流冷却

四2排气净化装置→三元催化器

12功能将汽车尾气排出的CO HC NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳水氮气

22位置串联在排气歧管和消声器之间氧传感器之后

Chp6发动机冷却系

一2冷却器的功用

使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内既要防止发动机过热也要防止发动机过冷

在冷态下发动机起动之后冷却系还要保证发动机迅速升温尽快达到正常的工作温度二2发动机过热或过冷的危害

过热：气缸充气量减少和燃烧不正常发动机功率下降

早燃和爆燃的倾向加大使零件承受额外冲击力而降低其寿命

运动件受热膨胀其正常间隙被破坏磨损加剧甚至卡死

润滑油高温下变稀失效加剧零件的摩擦损失

零件的机械性能降低导致变形或损坏

过冷：热量散失过多使转变成有用功的热量减少导致发动机功率下降

燃油燃烧品质变坏增加燃油消耗且使机油变稀而音响润滑结果导致发动机功率下滑

加重对机件和零件的侵蚀

三2发动机的冷却方式：水冷式风冷式

四2发动机的正常温度

水冷式：润滑油70℃~80℃冷却水80℃~90℃气缸壁<200℃~300℃汽缸盖活塞顶<300℃~400℃

风冷式：气缸壁150℃~180℃汽缸盖160℃~200℃

五2水冷发动机的组成及工作过程

12组成

水泵功用：将冷却系统内冷却液加压使冷却液在汽缸套和汽缸盖的水套散热器（根据冷却液温度高低来确定）

内循环

风扇功用：使冷却空气在风道内不断流动提高流经散热器的空气流速和流量以带走发动机和散热器发出的热量

强化散热器的散热能力

位置：散热器后面与水泵同轴当风扇转动时对空气产生吸力空气流从前向后通过散热器流动使流经散热

器芯的冷却液加速冷却从而加强了冷却液对发动机的冷却作用扇风量主要取决于风扇的直径转速叶片形状叶片安装角叶片数目等

形式：轴流式* 离心式

散热器（水箱）功能：浆水套出来的热的冷却液自上而下或横向分成许多小股并将热量散给环境大气使冷却液

温度降低

位置：车辆最前端横梁上风扇前面

散热器构造：进水室出水室散热器芯

形式：纵流式横流式

散热器盖闭式水冷器散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上使水冷系成为封闭系统

优点：散热能力↑减小散热器尺寸

减少冷却液外溢及蒸发

自动阀：压力阀当冷却系中蒸汽过多 P过大压力阀开启一部分冷却液经溢流管流入

补偿水桶防止冷却液胀裂散热器

真空阀水温下降冷却系中真空度达到一定值真空阀开启补偿水桶内冷却

液部分地流回散热器避免散热器被大气压力压坏

补偿水桶作用：当冷却液受热膨胀时部分冷却液流入补偿水桶

当冷却液温度低时部分冷却液又被吸回散热器使冷却液不会溢出

散热器百叶窗作用：通过改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度以保证发动机正

常在适当的温度范围内工作

开度控制：驾驶员通过手柄控制

感温器自动控制

节温器功用：控制冷却液流路径的阀门根据冷却液温度的高低打开或关闭冷却液通向散热器的通道保证发动机

在适宜的温度下工作

工作原理：大循环当发动机内冷却液温度升高到86℃主阀门完全开启旁通

阀完全关闭冷却液全部流经

散热器

小循环当发动机内冷却液温度低于76℃主阀门完全关闭旁通阀完全开启由汽缸盖出来的冷

却液经旁通管直接进入水泵

大小循环同时进行当冷却液温度76℃~86℃

布置位置：气缸盖出水管路中结构简单容易排出水冷系统中的气泡但工作时会产生振荡现象

散热器出水管路中减轻或消除节温器振荡现象并能精确控制冷却液温度但结构复杂成本

较高

Chp7 润滑系统

§721润滑系功用

一2功用：在发动机工作时连续不断地把数量足够的洁净润滑油输送到全部传动件的摩擦表面并在摩擦表面之间形成

油膜实现液体摩擦从而减小摩擦阻力降低功率消耗减轻机件磨损达到发动机工作可靠性和耐久性的

二2基本任务润滑摩擦表面减少零件的摩擦和磨损

清除摩擦表面上的磨屑等杂质

冷却摩擦表面

提高气缸的密封性

防止零件锈蚀

三2润滑方式：压力润滑主轴承连杆轴承凸轮轴承等

飞溅润滑负荷较轻的气缸壁凸轮挺柱气门杆摇臂等

润滑脂润滑

四2润滑系组成

12机油泵保证润滑油在润滑系内循环流动并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的润

滑油

22机油滤清器滤除润滑油中的金属磨屑机械杂质和润滑油氧化物

32机油冷却器在热负荷较高的发动机上装备有机油冷却系用来降低润滑油的温度

42油底壳存储润滑油的容器

52机滤器用金属丝编织的滤网是润滑系的进口用来滤除润滑油中粗大的杂质防止其进入机油泵

62润滑油压力表温度表润滑油管道

§721机油泵

一2机油泵作用：将一定数量具有一定压力的润滑油供到润滑表面有齿轮式和转子式两种二2齿轮室机油泵

12构造油底壳内装有一个主动齿轮和一个从动齿轮齿轮与壳体内壁的间隙很小壳体内有进油口和出油口

22原理随着齿轮的转动腔内产生一定的真空润滑油从油底壳经进油口被吸入进油腔随后被齿轮带到出油腔

32优点：结构简单制造容易工作损失小效率高工作可靠

入出出输M M ==n n i 缺点：需要中间传动机构 制作成本相应较高

三2转子式机油泵

12构造 主动的内转子有四个凸齿 从动的外转子有5个内齿 内转子固定在机油泵传动轴上 外转子在泵壳内可自由转

动 并与内转子啮合传动 外转子和内转子之间有一定偏心距

22工作原理 内外转子间的接触点将外转子的内腔分成四个工作腔 当某一工作腔转过进油口时 容积增大产生真空

润滑油经进油口被吸入工作腔内 当该工作腔转过出油口时 容积减小 油压升高 润滑油经出油口被压

出

§723机油滤清器

一2机油滤清器

12布置方式 全流式 串联在系统中全部有效油流都经过采用低阻力的粗滤器

分流式 并联 过滤部分机油 采用细滤器

22为避免滤清器度堵塞后可能出现缺油 断油情况 在滤清器常设有旁通阀

二2集滤器：浮式 固定式

细滤器：过滤式 离心式

PART2

Chp8 汽车传动系统阿

一2传动系统的功用与组成

主要功用：将发动机发出的动力传给驱动车轮 使汽车行驶

组成：发动机发出的动力经过 离合器 变速器 由万向节和传动轴组成的万向传动装置以及安装在驱动桥中的主减

速器 差速器 半轴传到驱动轮

离合器 使发动机与传动系平顺结合 把发动机动力传给传动系

使发动机与传动系分开 切断动力的传递

变速器 变速 变扭 变向

万向传动装置 将变速器传出的动力传给主减速器

主减速器 将传动轴传来的动力传给差速器

降速增距

传动系的旋转方向改变90°

差速器 将主减速器传来的动力分配给左右半轴

实现汽车直线行驶和转弯行驶

半轴 将差速器传来的动力传给驱动车轮 使驱动车轮获得旋转动力 功用：12减速与变速

要求传动系统应具有降速增距的作用 是驱动轮的转速降低到发动机转速的若干分之一 相应地使驱动轮

的转矩增大到发动机转矩的若干倍

传动系统的传动比i 驱动轮得到的转矩/发动机的输出转矩 或发动机转速/驱动轮转速

22实现汽车倒驶

要求传动系统能够改变驱动轮的转动方向 实现汽车倒向行驶 →在变速器