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谁能告诉我有关汽车发动机的几个知识?

作者:admin   时间:2019-03-15 21:30

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  发动机是汽车的心脏,为汽车的行走提供动力,汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构,即将汽油(柴油)的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时,推动活塞作功,转变为机械能,这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的,虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史,无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高,其基本原理仍然未变,这是一个富于创造的时代,那些发动机设计者们,不断地将最新科技与发动机融为一体,把发动机变成一个复杂的机电一体化产品,使发动机性能达到近乎完善的程度,各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点,

  发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置,简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。

  往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托(Nicolaus A.Otto)在大气压力式发动机基础上,于1876 年发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程,发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%,而发动机的质量却降低了70%。

  1892 年德国工程师狄塞尔(Rudolf Diesel)发明了压燃式发动机(即柴油机),实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比,热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。1956年,德国人汪克尔(F.ankel)发明了转子式发动机,使发动机转速有较大幅度的提高。1964年,德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。

  1926 年,瑞士人布希(A.Buchi)提出了废气涡轮增压理论,利用发动机排出的废气能量来驱动压气机,给发动机增压。50 年代后,废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用,使发动机性能有很大提高,成为内燃机发展史上的第三次重大突破。

  1967 年德国博世(Bosch)公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统(ElectronicFuel Injection,EFI),开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展,以电子计算机为核心的发动机管理系统(Engine Management System,EMS)已逐渐成为汽车、特别是轿车发动机上的标准配置。由于电控技术的应用,发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低,改善了动力性能,成为内燃机发展史上第四次重大突破。

  按照进气系统分类:内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。

  按照气缸排列方式分类:内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。单列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度,有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式发动机把气缸排成两列,两列之间的夹角180°(一般为90°)称为V型发动机,若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。一般汽车分为6缸和8缸发动机,也分为直列气缸和V列气缸。三列式把气缸排成三列,成为W型发动机。

  按照气缸数目分类:内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。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、十六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。

  按照冷却方式分类:内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。

  按照行程分类:内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。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称为四行程内燃机;而把曲轴转一圈(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称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。

  按照所用燃料分类:内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。

  往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性质,因而在发动机的工作原理和结构上有差异。

  汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在进气行程被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。

  活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,汽缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点 (图中a 点)汽缸内气体压力小于大气压力0 p ,即pa= (0.80~0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。

  压缩行程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。在示功图上,压缩行程为曲线) 做功行程(power stroke)

  当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000~6 000kPa,温度TZ达2 200~2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移,汽缸容积增加,气体压力和温度逐渐下降,到达 b 点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1 200~1 500K。在做功行程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。在示功图上,做功行程为曲线) 排气行程(exhaust stroke)

  排气行程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。

  四冲程柴油机和汽油机一样,每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成。由于柴油机以柴油作燃料,与汽油相比,柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发,因而柴油机采用压缩终点自燃着火,其工作过程及系统结构与汽油机有所不同.

  进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小,进气终点压力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K,比汽油机低。

  由于压缩的工质是纯空气,因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16~22)。压缩终点的压力为3 000~5 000kPa,压缩终点的温度为750~1 000K,大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

  当压缩行程接近终了时,在高压油泵作用下,将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中,在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升,最高达5 000~9 000kPa,最高温度达1 800~2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧,故称柴油机为压燃式发动机。

  柴油机的排气与汽油机基本相同,只是排气温度比汽油机低。一般Tr=700~900K。对于单缸发动机来说,其转速不均匀,发动机工作不平稳,振动大。这是因为四个行程中只有一个行程是做功的,其他三个行程是消耗动力为做功做准备的行程。为了解决这个问题,飞轮必须具有足够大的转动惯量,这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车用多采用四缸、六缸和八缸发动机。

  发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点,并作为评价各类发动机性能优劣的依据。发动机的性能指标主要有:动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。

  动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标,一般用发动机的有效转矩、有效功率、发动机转速等作为评价指标。

  发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示。发动机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量(以g为单位)称为有效燃油消耗率.

  环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及其赖以生存的环境,因此各国政府都制定出严格的控制法规,以期削减发动机排气和噪声对环境的污染。当前,排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。

  排放指标主要是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从汽缸排出的废气中所含的有害排放物的量。对汽油机来说主要是废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)含量;对柴油机来说主要是废气中的氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)含量。

  噪声是指对人的健康造成不良影响及对学习、工作和休息等正常活动发生干扰的声音。由于汽车是城市中的主要噪声源之一,而发动机又是汽车的主要噪声源,因此控制发动机的噪声就显得十分重要。如我国的噪声标准(GB/T 18697—2002)中规定,轿车的噪声不得大于79dB(A)。

  可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下,在规定的时间内,正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法,如首次故障行驶里程、平均故障间隔里程等。耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。

  汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即功率和转速)发生变化时,其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪声等)也随之改变。发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关系称为发动机特性。

  汽油机由两大机构和五大系统组成,即由曲柄连杆机构,配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成;柴油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油机是压燃的,不需要点火系。

  功能:曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线、配气机构

  功能:配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程

  组成:化油器式由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器等组成。电控燃油喷射式由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成。

  功能:汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。

  组成:传统式由蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、火花塞等组成。普通式和传统式点火系统类似,只是用电子元件取代了断电器。电子点火式全部是全电子点火系统,完全取消了机械装置,由电子系统控制点火时刻,包括蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞和电子控制系统等。

  功能:在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。

  组成:水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。风冷式由风扇和散热片等组成。

  功能:冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

  功能:润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。

  功能:要使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。因此,曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程,称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置,称为发动机的起动系。

  下面以单缸发动机为例,介绍发动机的基本结构,它由汽缸10、活塞8、连杆7、曲轴3、汽缸盖 11、机体、凸轮轴16、进气门25、排气门15、气门弹簧、曲轴齿形带轮等组成。往复活塞式内燃机的工作腔称作汽缸,汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接,连杆的另一端则与曲轴相连,构成曲柄连杆机构。活塞在汽缸内作往复运动时,连杆推动曲轴旋转,或者相反。同时,汽缸的容积在不断的由小变大,再由大变小,如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。汽缸盖上装有进气门和排气门。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴驱动。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮驱动。构成汽缸的零件称作汽缸体,曲轴在曲轴箱内转动。

  1—油底壳 2—机油 3—曲轴 4—曲轴同步带轮 5—同步带 6—曲轴箱 7—连杆 8—活塞 9—水套 10—汽缸 11—汽缸盖

  12—排气管 13—凸轮轴同步带轮 14—摇臂 15—排气门 16—凸轮轴 17—高压线—点火开关 23—点火线—启动机

  对汽油发动机应根据进排气系统的附加装置和使用条件选用SD--SF级汽油机油;柴油发动机则要根据机械负荷选用CB--CD级柴油机油,选用标准以不低于生产厂家规定要求为准。

  任何质量等级的润滑油在使用过程中油质都会发生变化。到一定里程之后,性能恶化,会给发动机带来种种问题。为了避免故障的发生,应结合使用条件定期换油,并使油量适中(一般以机油标尺上限为好)。机油从滤清器的细孔通过时把油中的固体颗粒和粘稠物积存在滤清器中。如滤清器堵塞,机油不能通过滤芯时,会胀破滤芯或打开安全阀,从旁通阀通过,仍把脏物带回润滑部位,促使发动机磨损,内部的污染加剧。

  现在大部分汽油机都装有PCV阀(曲轴箱强制通风装置)促使发动机换气,但窜气中的污染物“会沉积在PCV阀的周围,可能使阀堵塞。如果PCV阀堵塞则污染气体逆向流人空气滤清器,污染滤芯,使过滤能力降低,吸入的混合气过脏,更加造成曲轴箱的污染,导致燃料消耗增大,发动机磨损加大,甚至损坏发动机。因此,须定期保养PCV,清除PCV阀周围的污染物。

  发动机在运转过程中,燃烧室内的高压未燃烧气体、酸、水份、硫和氮的氧化物经过活塞环与缸壁之间的间隙进入曲轴箱中,与零件磨损产生的金属粉末混在一起,形成油泥。量少时在油中悬浮,量大时从油中析出,堵塞滤清器和油孔,造成发动机润滑困难,引起磨损。此外,机油在高温时氧化会生成漆膜和积碳粘结在活塞上,使发动机油耗增大、功率下降,严重时使活塞环卡死而拉缸。因此,定期使用BGl05(润滑系统高效快速清洗剂)清洗曲轴箱,保持发动机内部的清洁。

  燃油在通过油路供往燃烧室燃烧的过程中,不可避免地会形成胶质和积碳,在油道、化油器、喷油嘴和燃烧室中沉积下来,干扰燃油流动,破坏正常空燃比,使燃油雾化不良,造成发动机喘抖、爆振、怠速不稳、加速不良等性能问题。使用BG208(燃油系统强力高效清洗剂)清洗燃油系统,并定期使用BG202控制积碳的生成,能够始终使发动机保持最佳状态。

  发动机水箱生锈、结垢是最常见的问题。锈迹和水垢会限制冷却液在冷却系统中的流动,降低散热作用,导致发动机过热,甚至造成发动机损坏。冷却液氧化还会形成酸性物质,腐蚀水箱的金属部件,造成水箱破损、渗漏。定期使用BG540(水箱强力高效清洗剂)清洗水箱,除去其中的锈迹和水垢,不但能保证发动机正常工作,而且延长水箱和发动机的整体寿命。