汽車原理及保養(yǎng)5

汽車原理及保養(yǎng)授課教師：田原嫄授課單位：機械工程學(xué)院授課時間：第二學(xué)期課次：5課次：5§2.5進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置§2.6發(fā)動機冷卻系統(tǒng)§2.7發(fā)動機潤滑系統(tǒng)§2.8發(fā)動機點火系統(tǒng)§2.9發(fā)動機起動系統(tǒng)

§2.5進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置一、進氣系統(tǒng)

1.進氣系統(tǒng)的功用進氣系統(tǒng)的功用是將新鮮空氣過濾后送入氣缸(柴油機)，或與燃料混合后送入氣缸(汽油機)。2.進氣系統(tǒng)組成(如圖所示)主要包括空氣濾清器和進氣歧管。在空氣濾清器與進氣歧管之間裝有燃油供給裝置。柴油機的燃油直接噴入汽缸，因此空氣濾清器與進氣歧管之間直接用進氣管相連。為了增進進氣效果，有的進氣系統(tǒng)還裝有諧振器。

空氣濾清器(一)空氣濾清器的功用燃油燃燒需要大量的空氣。以普通轎車為例，每消耗1L汽油需要消耗5000—10000L空氣。如此數(shù)量的空氣進入氣缸，若不將其中的雜質(zhì)或灰塵濾除，必然加速氣缸的磨損，縮短發(fā)動機使用壽命。實踐證明，發(fā)動機不安裝空氣濾清器，其壽命將縮短2／3。另外，灰塵還能堵塞化油器空氣量孔使其不能正常工作?？諝鉃V清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進人氣缸。另外，空氣濾清器也有消減進氣噪聲的作用。

空氣濾清器（二)空氣濾清器結(jié)構(gòu)空氣濾清器一般由進氣導(dǎo)流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成。現(xiàn)在廣泛用于汽車發(fā)動機上的空氣濾清器仍有多種結(jié)構(gòu)形式。

1．油浴式空氣濾清器

2．紙濾芯空氣濾清器

3．離心式及復(fù)合式空氣濾清器1．油浴式空氣濾清器(如圖所示)油浴式空氣濾清器用于在多塵條件下工作的發(fā)動機上，如越野車發(fā)動機。圖油浴式空氣濾清器1.濾清器外殼；2.濾芯；3.密封圈；4.濾清器蓋；5.蝶形螺母

2．紙濾芯空氣濾清器(如圖所示)紙濾芯空氣濾清器被廣泛用于各類汽車發(fā)動機上。圖干式紙濾芯空氣濾清器

1.濾芯；2.濾清器外殼；3.濾清器蓋；4.蝶性形螺母；5.進氣導(dǎo)流管；6.金屬網(wǎng)；7.打褶濾紙；8.濾芯下密封面；9.濾芯上密封面

3．離心式及復(fù)合式空氣濾清器(如圖所示)多用于大型載貨汽車上。圖雙級復(fù)合式空氣濾清器1.卡簧；2.紙濾芯；3.濾清器上蓋；4.密封墊；5.密封墊；6.9.13.密封圈；7.上體；8.出氣口；10.進氣口；11.旋流管；12.下體；14.集灰盤；15.卡箍；16.懸流管螺旋導(dǎo)向面

進氣歧管(如圖所示)進氣歧管是把進氣分配給各缸的通道，用螺栓固定安裝在缸蓋的側(cè)面。為了使進氣歧管內(nèi)的汽油盡快霧化，許多汽油機把進、排氣歧管布置在缸蓋的同一側(cè)，進氣歧管布置在排氣歧管上面，二者緊靠在一起，利用排氣熱量加熱進氣歧管。還有些汽油機用冷卻水或用電熱器加熱進氣歧管。二、排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)的功用是把燃燒后的廢氣排出機外，較小排氣噪聲，并對廢氣進行凈化。汽車的排氣系統(tǒng)包括排氣歧管、排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器和消聲器，如圖所示直列型發(fā)動機也稱為單排氣系統(tǒng)。令如V型發(fā)動機的排氣系統(tǒng)

。圖單排氣系統(tǒng)的組成1.排氣歧管；2.前排氣管；3.催化轉(zhuǎn)換器；4.排氣溫度傳感器；5.副消聲器；6.后排氣管；7.主消聲器；8.排氣尾管

二、排氣系統(tǒng)V型發(fā)動機有兩個排氣歧管，在大多數(shù)裝配V型發(fā)動機的汽車上仍采用單排氣系統(tǒng)，即通過一個叉形管將兩個排氣歧管連接到一個排氣管上。來自兩個排氣歧管的廢氣經(jīng)同一個排氣管、同一個消聲器和同一個排氣尾管排出(圖2-21a)。但有些V型發(fā)動機采用兩個單排氣系統(tǒng)，即每個排氣歧管各自都連接一個排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和排氣尾管(圖2-21b)。這種布置形式稱作雙排氣系統(tǒng)。

圖V型發(fā)動機排氣系統(tǒng)示意圖

a)單排氣系統(tǒng)；b）雙排氣系統(tǒng)1.發(fā)動機；2.排氣歧管；3.叉形管；4.催化轉(zhuǎn)換器5.排氣管；6.消聲器；7.排氣尾管；8.連通管

排氣歧管排氣歧管像進氣歧管一樣，安裝與缸蓋的一側(cè)，其作用是收集各缸排氣，集中到排氣管，如圖所示。圖a)不銹鋼排氣歧管（豐田汽車）

圖b）鑄鐵排氣歧管（捷達轎車）

消聲器(如圖所示)排氣消聲器的功用是減少排氣噪聲和消除廢氣中的火焰及火星，使廢氣安全地排入大氣。消聲器的基本原理是通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動，使排氣能量耗散殆盡。

消聲器結(jié)構(gòu)示意圖（紅旗轎車）a)前消聲器；b）中消聲器；c）后消聲器1.進氣管；2.前端蓋；3.外殼；4.纖維夾層；5.內(nèi)殼；6.多孔隔板；7.后端蓋；8.出氣管；9.隔板；10.帶孔管；11.吸聲材料；12.帶縫管

三元催化轉(zhuǎn)化器汽車發(fā)動機排放的廢氣中的有害成分主要有：一氧化碳(CO引起人類神經(jīng)中毒)、氧化氮(NOX對呼吸系統(tǒng)有強烈刺激)、碳氫化合物(HC致癌物質(zhì))、氧化硫(SO2會形成酸霧、酸雨)和碳黑等。廢氣凈化通常有發(fā)動機機內(nèi)凈化和機外凈化兩種途徑。機內(nèi)凈化是指改善混合氣的品質(zhì)和燃燒狀況，使排氣中的有害成分減至最少。汽油機采用電控汽油噴射系統(tǒng)取代化油器系統(tǒng)可有效減少排氣中的有害成分。機外凈化是指用設(shè)置在發(fā)動機外部的排氣凈化裝置改變廢棄的成分，三元催化轉(zhuǎn)化器就是使用最普遍的汽油機機外廢氣凈化裝置。三元催化轉(zhuǎn)化器(如圖所示)三效催化轉(zhuǎn)換器可同時減少CO、HC和N0x的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOx。還原為氮(N2)和氧(O2)，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO2和H2O。當同時采用兩種轉(zhuǎn)換器時，通常把兩者放在同一個轉(zhuǎn)換器外殼內(nèi)，而且三效催化轉(zhuǎn)換器置于氧化催化轉(zhuǎn)換器前面。排氣經(jīng)過三效催化轉(zhuǎn)換器之后，部分未被氧化的CO和HC繼續(xù)在氧化催化轉(zhuǎn)換器中與供入的二次空氣進行氧化反應(yīng)。

三效催化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)a）顆粒型催化轉(zhuǎn)化器（凱迪拉克）；b）整體型催化轉(zhuǎn)換器（克萊斯勒）1.陶瓷小球保持架；2.內(nèi)殼；3.隔熱層；4.外殼；5.填料孔螺塞；6.陶瓷小球；7.分流器；8.金屬網(wǎng)；9.帶蜂窩狀小孔的陶瓷塊二次空氣進行氧化反應(yīng)二次空氣噴射系統(tǒng)(如圖所示)很多汽車發(fā)動機裝有二次空氣噴射系統(tǒng)，利用空氣泵將新鮮空氣經(jīng)空氣噴管噴入排氣道或催化轉(zhuǎn)換器，使排氣中的CO和HC進一步氧化或燃燒成為二氧化碳(CO2)和水(H2O)。

二次空氣噴射系統(tǒng)1.空氣泵；2.旁通閥；3.5.真空管；4.分流閥；6.空氣分配管；7.空氣噴管；8.排氣支管；9.排氣管；10.催化轉(zhuǎn)換器；11.單向止回閥

§2.6發(fā)動機冷卻系統(tǒng)一、冷卻系統(tǒng)的功用

冷卻系統(tǒng)的功用是使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動機過熱，也要防止冬季發(fā)動機過冷。在冷發(fā)動機起動之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動機迅速升溫，盡快達到正常的工作溫度。

二、冷卻系統(tǒng)的分類發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)有風(fēng)冷與水冷之分，以空氣為冷卻介質(zhì)的冷卻系統(tǒng)稱風(fēng)冷系統(tǒng)；以冷卻液為冷卻介質(zhì)的為水冷系統(tǒng)。汽車發(fā)動機尤其是轎車發(fā)動機大都采用水冷系統(tǒng)，只有少數(shù)汽車發(fā)動機采用風(fēng)冷系統(tǒng)。

三、水冷系統(tǒng)的組成

汽車發(fā)動機的水冷系統(tǒng)均為強制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發(fā)動機中循環(huán)流動。這種系統(tǒng)的組成如圖2-28所示，其中包括水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、節(jié)溫器、補償水桶、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套以及其它附加裝置等。

汽車發(fā)動機水冷卻系統(tǒng)的組成1.散熱器；2.散熱器蓋；3.補償水桶；4.散熱器出水軟管；5.風(fēng)扇傳動帶；6.暖風(fēng)機出水軟管；7.管箍；8.暖風(fēng)機芯；9.暖風(fēng)機進水軟管；10.節(jié)溫器11.水泵；12.冷卻風(fēng)扇；13.護風(fēng)圈；14.散熱器進水軟管

四、冷卻液冷卻液是水與防凍劑的混合物。冷卻液用水最好是軟水，否則將在發(fā)動機水套中產(chǎn)生水垢，使傳熱受阻，易造成發(fā)動機過熱。

最常用的防凍劑是乙二醇。冷卻液中水與乙二醇的比例不同，其冰點也不同。50％的水與50％的乙二醇混合而成的冷卻液，其冰點約為-35．5℃。在水中加入防凍劑還同時提高了冷卻液的沸點。例如，含50％乙二醇的冷卻液在大氣壓力下的沸點是103℃。因此，防凍劑有防止冷卻液過早沸騰的附加作用。

四、冷卻液冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)路徑如圖所示。冷卻液在水泵5中增壓后，經(jīng)分水管10進入發(fā)動機的機體水套9。冷卻液從水套壁周圍流過并從水套壁吸熱而升溫。然后向上流人氣缸蓋水套7，從氣缸蓋水套壁吸熱之后經(jīng)節(jié)溫器6及散熱器進水軟管流入散熱器2。在散熱器中冷卻液向流過散熱器周圍的空氣散熱而降溫，最后冷卻液經(jīng)散熱器出水軟管返回水泵，如此循環(huán)不止。

冷卻液在強制循環(huán)水冷系統(tǒng)中的流動1.百葉窗；2.散熱器；3.散熱器蓋；4.風(fēng)扇；5.水泵；6.節(jié)溫器；7.氣缸蓋水套；8.水溫表；9.機體水套10.分水管；11.放水閥

§2.7發(fā)動機潤滑系統(tǒng)一、潤滑系統(tǒng)的功用潤滑系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動機工作時連續(xù)不斷地把數(shù)量足夠、溫度適當?shù)臐崈魴C油輸送到全部傳動件的摩擦表面，并在摩擦表面之間形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦。從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，以達到提高發(fā)動機工作可靠性和耐久性的目的。二、潤滑方式1)壓力潤滑壓力潤滑是以一定的壓力把機油供入摩擦表面的潤滑方式。這種方式主要用于主軸承、連桿軸承及凸輪軸承等負荷較大的摩擦表面的潤滑。2)飛濺潤滑利用發(fā)動機工作時運動件濺潑起來的油滴或油霧潤滑摩擦表面的潤滑方式，稱飛濺潤滑。該方式主要用來潤滑負荷較輕的氣缸壁面和配氣機構(gòu)的凸輪、挺柱、氣門桿以及搖臂等零件的工作表面。3)潤滑脂潤滑通過潤滑脂嘴定期加注潤滑脂來潤滑零件的工作表面，如水泵及發(fā)電機軸承等。

三、潤滑系統(tǒng)的組成及油路潤滑系統(tǒng)由機油泵、機油濾清器、機油冷卻器、集濾器等組成。此外，潤滑系統(tǒng)還包括機油壓力表、溫度表和機油管道等。

潤滑系統(tǒng)油路當發(fā)動機工作時，機油從油底殼4經(jīng)集濾器3被機油泵2送入機油濾清器7。如果油壓太高，則機油經(jīng)機油泵上的安全閥6返回機油泵人口。全部機油經(jīng)濾清器濾清之后進入發(fā)動機主油道8。濾清器蓋上設(shè)有旁通閥，當濾清器堵塞時，機油不經(jīng)過濾清器濾清由旁通閥直接進入主油道。機油經(jīng)主油道進入五條分油道9，分別潤滑五個主軸承。然后，機油經(jīng)曲軸上的斜油道，從主軸承流向連桿軸承潤滑連桿軸頸。主油道中的部分機油經(jīng)第六條分油道供人中間軸11的后軸承。中間軸的前軸承由機油濾清器出油口的一條油道供油潤滑。主油道的另一條分油道直通凸輪軸軸承潤滑油道，此油道也有五個分油道，分別向五個凸輪軸軸承供油。在凸輪軸軸承潤滑油道的后端，也就是整個壓力潤滑油路的終端裝有最低機油壓力報警開關(guān)。當發(fā)動機起動之后，機油壓力較低，最低油壓報警開關(guān)觸點閉合，油壓指示燈亮。當機油壓力超過31kPa時，最低油壓報警開關(guān)觸點斷開，指示燈熄滅。另外，在機油濾清器上也裝有機油壓力開關(guān)，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過2150r／min時，機油壓力若低于180kPa，這時開關(guān)觸點閉合，報警燈閃亮，同時蜂鳴器鳴響報警。

汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)（上海桑塔納轎車）1.旁通閥；2.機油泵；3.集濾器；4.油底殼；5.放油塞;6.安全閥；7.機油濾清器；8.主油道；9.分油道；10.曲軸；11.中間軸；12.限壓閥；13.凸輪軸

四、潤滑劑汽車發(fā)動機潤滑系所用的潤滑劑包括機油(潤滑油)和潤滑脂兩種。循環(huán)在潤滑系統(tǒng)中的機油有如下功用：1)潤滑機油在運動零件的所有摩擦表面之間形成連續(xù)的油膜，以減小零件之間的摩擦。2)冷卻機油在循環(huán)過程中流過零件工作表面，可以降低零件的溫度。3)清洗機油可以帶走摩擦表面產(chǎn)生的金屬碎末及沖洗掉沉積在氣缸、活塞、活塞環(huán)及其它零件上的積炭。4)密封附著在氣缸壁、活塞及活塞環(huán)上的油膜，可起到密封防漏的作用。5)防銹機油有防止零件發(fā)生銹蝕的作用。

五、機油的分類

國際上廣泛采用美國SAE粘度分類法和API使用分類法，而且它們已被國際標準化組織(ISO)確認。美國工程師學(xué)會(SAE)按照機油的粘度等級，把機油分為冬季用機油和非冬季用機油。冬季用機油有6種牌號：SAEOW、SAE5W、SAEl0W、SAEl5W、SAE20W和SAE25W。非冬季機油有4種牌號：SAE20、SAE30、SAF40和SAE50。號數(shù)較大的機油粘度較大，適于在較高的環(huán)境溫度下使用。上述牌號的機油只有單一的粘度等級，當使用這種機油時，汽車駕駛員需根據(jù)季節(jié)和氣溫的變化隨時更換機油。目前使用的機油大多數(shù)具有多粘度等級，其牌號有SAE5W-20、SAEl0W-30、SAEl5W-40、SAE20W-40等。例如，SAEl0W-30在低溫下使用時，其粘度與SAE10W一樣，而在高溫下，其粘度又與SAE30相同。因此，一種機油可以冬夏通用。

API使用分類法API使用分類法是美國石油學(xué)會(APl)根據(jù)機油的性能及其最適合的使用場合，把機油分為S系列和C系列兩類。S系列為汽油機油，目前有SA、SB、SC、SD、SE、SF、SG和SH8個級別。C系列為柴油機油，目前有CA、CB、CC、CD和CE5個級別。級號越后，使用性能越好，適用的機型越新或強化程度越高。其中，SA、SB、SC和CA等級別的機油，除非汽車制造廠特別推薦，否則已不再使用。

我國的機油分類法

參照采用ISO分類方法。GB／T7631．3—1995規(guī)定，按機油的性能和使用場合分為：1)汽油機油：SC、SD、SE、SF、SG、SH等6個級別。2)柴油機油：CC；CD、CD-II、CE、CF-4等5個級別。3)二沖程汽油機油：ERA、EBB、ERC和ERD等4個級別。每一種使用級別又有若干種單一粘度等級和多粘度等級的機油牌號。例如，CC級機油有三個單一粘度等級和六個多粘度等級的機油牌號。它們分別是30、40和50號及5W／30、5W／40、lOW／30、lOW／40、15W／40和20W／40。

§2.8發(fā)動機點火系統(tǒng)發(fā)動機點火系統(tǒng)：能夠按時在火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花的全部裝置，稱為發(fā)動機點火系統(tǒng)。發(fā)動機點火系統(tǒng)工作原理：為了使發(fā)動機在任何工況下均能可靠的工作，要求點火系統(tǒng)能按發(fā)動機的點火次序，在規(guī)定的時刻供給火花塞以足夠能量的高壓電，在其兩電極之間產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣，使發(fā)動機作功。

火花塞工作原理汽油發(fā)動機在工作時，氣缸內(nèi)的可燃混合氣，在壓縮行程終了時是靠電火花點燃的，為此在汽油發(fā)動機的燃燒室中裝有火花塞。

當直流電壓作用在火花塞的兩個電極之間時，電極之間的氣體便發(fā)生電離現(xiàn)象。隨著兩電極之間電壓的升高，氣體電離的程度也不斷增高。當電壓升高到一定值時，火花塞兩電極之間的間隙被擊穿，而產(chǎn)生電火花。使火花塞兩電極之間的間隙擊穿產(chǎn)生電火花所需要的電壓，稱為火花塞擊穿電壓。擊穿電壓的大小與電極間的距離(火花塞間隙)、氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。電極間距離愈大、缸內(nèi)氣體壓力愈高、溫度愈低時擊穿電壓愈高。發(fā)動機的點火系統(tǒng)分類傳統(tǒng)點火系統(tǒng)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)微機控制點火系統(tǒng)磁電機點火系統(tǒng)

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)以蓄電池和發(fā)電機為電源，也被稱為蓄電池點火系統(tǒng)。它靠點火線圈和分電器的作用，將電源提供的12V、24V或6V的低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，并分配到各缸火花塞，使火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)由于產(chǎn)生的高壓電比較低、高速時工作不可靠、需要經(jīng)常檢查和維護等許多缺點，目前正在被半導(dǎo)體點火系統(tǒng)和微機控制點火系統(tǒng)所代替。

半導(dǎo)體點火系統(tǒng)也以蓄電池和發(fā)電機為電源。它由傳感器或斷電器的觸點產(chǎn)生點火信號，經(jīng)由半導(dǎo)體器件組成的點火控制器和點火線圈，將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，是目前國?nèi)外汽車上廣泛應(yīng)用的點火系統(tǒng)。

微機控制點火系統(tǒng)與上述兩種點火系統(tǒng)相同，也以蓄電池和發(fā)電機為電源。它由微機控制裝置即電腦，根據(jù)各種傳感器提供的反映發(fā)動機工況的信號，確定點火時刻，并發(fā)出點火控制信號，通過點火線圈將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，由配電器將高壓電分配到各缸火花塞，它還可以進一步取消分電器，由微機控制系統(tǒng)直接進行高壓電的分配，是現(xiàn)代最新型的點火系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用在各種高級轎車上。

磁電機點火系統(tǒng)是由磁電機內(nèi)的永久磁鐵和電磁線圈的作用產(chǎn)生高壓電的，因此它不需要另設(shè)低壓電源。與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)相比，磁電機點火系統(tǒng)在發(fā)動機中轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，產(chǎn)生的高壓電比較高，發(fā)動機能可靠的工作。但在發(fā)動機低速時，產(chǎn)生的電壓比較低，不利于發(fā)動機起動。因此，磁電機點火系統(tǒng)多用于主要在高速滿負荷下工作的賽車發(fā)動機，以及某些不帶蓄電池的摩托車發(fā)動機和大功率柴油機的起動發(fā)動機上。

§2.9發(fā)動機起動系統(tǒng)

一、發(fā)動機的起動

為了使靜止的發(fā)動機進入工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞開始上下運動，氣缸內(nèi)吸入可燃混合氣，并將其壓縮、點燃，體積迅速膨脹產(chǎn)生強大的動力，推動活塞運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機才能自動地進入工作循環(huán)。發(fā)動機的起動過程：發(fā)動機的曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機自動的怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動過程。

一、發(fā)動機的起動基本概念起動轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機起動時