发 动 机 教 案 目 录 第一章 发动机基础知识 3 第一节 发动机的分类和基本构造 3 第二节 发动机常用术语 12 第三节 发动机的工作原理 14 第四节 发动机的主要性能指标与特性 21 第五节 发动机的编号规则 24 第二章 曲柄连杆机构 27 第一节 概述 27 第二节 机体组 28 第三节 活塞连杆组 36 第四节 曲轴飞轮组 53 第三章 配气机构 61 第一节 概述 61 第二节 配气机构的主要零部件 65 第三节 配气相位和气门间隙 73 第四章 汽油机供给系 77 第一节 汽油供给系的组成与燃料 77 第二节 简单化油器原理及混合气形成 79 第三节 可燃混合气成分与汽油机性能的影响 81 第四节 化油器各工作系统 87 第五节 化油器结构 94 第六节 汽油供给装置 98 第七节 空气滤清器及进、排气装置 102 第八节 汽油直接喷射 106 第五章 柴油机供给系 110 第一节 柴油机供给系的组成及燃料 110 第二节 可燃混合气的形成、燃烧及燃烧室 112 第三节 喷油器 121 第四节 喷油泵 124 第五节 调速器 131 第六节 喷油提前角调节装置 134 第六章 发动机点火系 138 第一节 概述 138 第二节 蓄电池点火系的组成及工作原理 140 第三节 点火提前 143 第四节 蓄电池点火系的主要元件 144 第五节 电子点火系 149 第七章 发动机润滑系 155 第一节 概述 155 第二节 润滑系的组成及油路 158 第三节 润滑系的主要零部件 160 第四节 曲轴箱通风 168 第八章 冷却系 170 第一节 概述 170 第二节 水冷系的组成和水路 171 第三节 水冷系主要部件的构造 173 第九章 发动机起动系 184 第一节 发动机的起动 184 第二节 起动辅助装置 188 第三节 起动机 192 第一章 发动机基础知识 第一节 发动机的分类和基本构造 1. 分类 车用内燃机(internal combustion engine)，根据其将热能转变为机械能的主要构件的型式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机（reciprocating engine）和旋转活塞式内燃机两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛，是本课研究的重点。 汽车（automobile）发动机（主要指车用往复活塞式内燃机）分类方法很多，按照不同的分类方法可以把汽车发动机分成不同的类型，下面是其分类情况。 (1) 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(gasoline engine)和柴油机(diesel engine)(图1-1)。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。  图1-1 (2) 按照行程(stroke)分类 内燃机按照完成一个工作循环(operating cycle)所需的行程数可分为四行程内燃机(four - stroke cycle engine)和二行程内燃机(two - stroke cycle engine) (图1-2 )。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。  图1-2 (3) 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(liquid - cooled engine)和风冷发动机(air - cooled engine)(图1-3)。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(coolant)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(fins)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。  图1-3 (4) 按照气缸(cylinder)数目分类 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机(single - cylinder engine)和多缸发动机(multi - cylinder engine )(图1-4)。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。  图1-4 (5) 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和双列式(图1-5)。单列式发动机(inline engine)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(V-type engine)，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机(opposed engine)。  图 1-5 (6) 按照进气系统是否采用增压方式分类 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[naturary aspirated engine(non - supercharged engine)]和强制进气(增压式)发动机(supercharged engine )(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。  图1-6 2. 基本构造 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。 (1) 曲柄连杆机构 (图1-7) 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运动。  图1-7 (2) 配气机构（图1-8） 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。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。  图1-8 (3) 燃料供给系统（fuel suppling system）（图1-9） 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。  图1-9 (4) 润滑系统(lubricating system)（图1-10） 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。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。  图1-10 (5) 冷却系统(cooling system)（图1-11） 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。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。  图1-11 (7) 点火系统(igniting system)（图1-12） 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，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。  图1-12 (8) 起动系统(starting system)（图1-13）  图1-13 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。 汽油机由以上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。 第二节 发动机常用术语 如图1-14:  图1-14 活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点TDC(Top Dead Center)。 活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点BDC(Bottom Dead Center)。 活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用s表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转180° 曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即?S =2R 。 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积。一般用Vh表示：  式中：D－气缸直径，单位mm； ??????S－活塞行程，单位mm； 活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。 多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：  式中：Vh－气缸工作容积； ??????i － 气缸数目。 ? 压缩比(compression ratio)是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。  式中：Va － 气缸总容积； ??????Vh － 气缸工作容积； ??????Vc － 燃烧室容积； 通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。 每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。 ? 第三节 发动机的工作原理 下面介绍一下四行程发动机（four-stroke-engine）的工作原理和工作过程。 1. 四行程汽油机的工作原理 四行程汽油机（图1-15）的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的  图1-15 汽油机(gasoline engine) (1) 进气行程(intake stroke) （图1-16） 由于曲轴的旋转，活塞从上止点(top dead center)向下止点(bottom dead center)运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，气缸内气体压力略低于大气压，约为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。  图1-16 进气冲程(intake stroke) (2) 压缩行程(compression stroke)（图1-17） 曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。 压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。但压缩比太高，容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的，但。汽油机的压缩比一般为ε＝6～10。  图1-17 压缩冲程(compression stroke) (3) 作功行程(power stroke)（图1-18） 作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K。  图1-18 作功冲程(power stroke) (4) 排气行程(exhaust stroke)（图1-19） 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。 曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。  图1-19 排气冲程(exhaust stroke) 2. 四行程柴油机的工作原理 四行程柴油机（图1-20）和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。  图1-20 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.0785～0.0932MPa，气体温度约为300～370K。 压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。 柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。作功终了时，气体压力约为0.2～0.4MPa，气体温度约为1200～1500K。 柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105～0.125MPa，气体温度约为800～1000K。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。 ?3. 二行程汽油机的工作原理 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它是在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机（two-stroke-engine）与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下： 图1-20a 表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图1-20 b），活塞接近上止点时（图1-20c），火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气（图1-20d）。  图1-20 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 4. 二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下（图1-21）： 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。  图1-21 5. 多缸发动机的工作原理 前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸发动机四行程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？就能量转换过程，发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所以运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此，运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。 第四节 发动机的主要性能指标与特性 1. 发动机性能指标 发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标有：动力性能指标，经济性能指标和排放性能指标。 动力性能指标 动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效扭矩、有效功率和曲轴转速。 a. 有效扭矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Te表示，单位为N·m。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。 b. 有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。  式中：Te － 有效扭矩，单位为N·m； ?? ???n － 曲轴转速，单位为r/min。 c. 转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行300～1000小时。 (2) 经济性能指标 通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/kW·h，计算公式如下  式中：GT － 每小时的燃油消耗量，kg/h； ??????Pe － 有效功率，kW。 很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。 (3) 排放性能 排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排放量、噪声等。 2. 特性  图1-22 发动机的主要性能指标有效扭矩Te，有效功率Pe，有效耗油率随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系称为发动机的特性。其性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性，而性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性。用曲线来表示这些关系，称为发动机的特性曲线。发动机特性是对发动机性能进行全面评价和鉴定的依据。在发动机特性中 ，其速度特性最为常用，下面仅介绍发动机的速度特性。 速度特性 发动机的速度特性指发动机的性能指标Te，Pe，ge，随发动机转速n变化的规律，用曲线表示，称为速度特性曲线(图1-22)。速度特性可以在发动机试验台上测得。当节气门开度保持不变时，同时用测功器对发动机曲轴施加一定数值的阻力矩。当发动机运转稳定时即阻力矩和发动机发出的有效扭矩相等时，可用转速表测出此时的稳定转速，同时在测功器上测出该转速下的有效扭矩Te，计算出有效功率Pe，另外可测出消耗一定量汽油所经历的时间，换算成每小时耗油量GT，然后计算出有效燃油消耗率ge。改变测功器的阻力矩数值，重复上述过程，又可以得出一组n、Te、Pe、ge，这样重复若干次，可以得到一系列的n、Te、Pe、ge，然后根据这些数据，以转速n为横坐标，以性能指标Te、Pe、ge为纵坐标作出三条曲线，即为相对应于该节气门开度的速度特性曲线。节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性；节气门不全开的任意位置所得到的速度特性都称为部分特性。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。 第五节 发动机的编号规则 为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725－82)《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型号作了统一规定。 内燃机的名称和型号 内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 内燃机型号由以下四部分组成： 首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：  型号编制举例 (1) 汽油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 (2) 柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q： 表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号 本章思考题： 简述发动机的基本构造 何谓发动机的工作循环？简述四行程汽油机的工作过程。 试分析汽油机与柴油机的特点和区别。 发动机的主要性能指标有哪些？ 内燃机产品名称和型号包括几个部分？其含义是什么？ 解释下列名词：上止点；下止点；活塞行程；总容积；工作容积；燃烧室容积；压缩比；发动机排量。 第二章 曲柄连杆机构 第一节 概述 1. 功用 曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 2.工作条件 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。 3.组成 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮 第二节 机体组 汽缸体 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 气缸体（图2-1）  图2-1 1.气缸体(cylinder block) 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。（图2-2）  图2-2 (1) 一般式气缸体 其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体 其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 (3) 隧道式气缸体 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷（图2-3）。  图2-3 水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。 现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种（图2-4）。  图2-4 (1) 直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。 (2) V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。 (3) 对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 γ＝180°，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。 气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种（图2-5）。 干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。  图2-5 2. 曲轴箱(crankcase) 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2-6）。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。  图2-6 3. 气缸盖(cylinder head)（图2-7）  图2-7 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。 气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。 汽油机燃烧室常见的三种形式（图2-8）。  图2-8 (1) 半球形燃烧室 半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 (2) 楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。 (3) 盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。 4.气缸垫（图2-9）  图2-9 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。 气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。 注意:安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐,将光滑的一面朝向气缸体,防止被高温气体冲坏。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。 第三节 活塞连杆组 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，如图2-10。  图2-10 活塞（图2-11）  图2-11 功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。 工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。 要求：(1) 要有足够的刚度和强度，传力可靠； ??????(2) 导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损； ??????(3) 质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。 铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。 构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。 活塞顶部（图2-12）  图2-12 活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。 平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。 凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。 凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 ?2.活塞头部 活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。 活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用，与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将(70～80)%的热量通过活塞环传给气缸壁。 ?3.活塞裙部 活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力（图2-13）。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。  图2-13 结构特点： 预先做成椭圆形（图2-14）：  图2-14 为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而安全的间隙，要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属厚，受热膨胀量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外，裙部承受气体侧压力的作用，导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样，如果活塞冷态时裙部为圆形，那么工作时活塞就会变成一个椭圆，使活塞与气缸之间圆周间隙不相等，造成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常工作。因此，在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。 (2)预先做成阶梯形、锥形（）：  图2-15 活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。 活塞裙部开槽（图2-16）：  图2-16 为了减小活塞裙部的受热量，通常在裙部开横向的隔热槽，为了补偿裙部受热后的变形量，裙部开有纵向的膨胀槽。槽的形状有"T"形或"Π"形槽。横槽一般开在最下一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两侧(也有开在油环槽之中的)，以减小头部热量向裙部传递，故称为隔热槽。竖槽会使裙部具有一定的弹性，从而使活塞装配时与气缸间具有尽可能小的间隙，而在热态时又具有补偿作用，不致造成活塞在气缸中卡死，故将竖槽称为膨胀槽。裙部开竖槽后，会使其开槽的一侧刚度变小，在装配时应使其位于作功行程中承受侧压力较小的一侧。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。 (4)有些活塞为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一部分，以减小惯性力，减小销座附近的热变形量，形成拖板式活塞或短活塞（图2-17），拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小，适用于高速发动机。  图2-17 （5）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片（图2-18）。恒范钢片式活塞的结构特点是，由于恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。  图2-18 （6）有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm（图2-19）。这种结构可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。  图2-19 2. 活塞环(piston ring) 活塞环（图2-20）是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。  图2-20 功用：气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。其中密封作用是主要的，因为密封是传热的前提。如果密封性不好，高温燃气将直接从气缸表面流入曲轴箱。这样不但由于环面和气缸壁面贴合不严而不能很好散热，而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏；油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作 工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高(特别是第一道环温度可高达600K)，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。 1.气环 气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，被封闭的气体不能通过环周与气缸之间，便进入了环与环槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面，同时，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用（图2-21），气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。  图2-21 气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环（图2-22）。  图2-22 ① 矩形环 断面为矩形，其结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中。这种现象称为"气环的泵油作用" （图2-23）。  图2-23 活塞下行时，由于环与气缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压靠在环槽的上端面上，气缸壁面上的油被刮入下边隙和内边隙；活塞上行时，环又被压靠在环槽的下端面。结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室，窜入燃烧室的机油，会在燃烧室内形成积炭，造成机油的消耗量增加，另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭，使环在环槽内卡死而失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断，可见泵油作用是很有害的，必须设法消除。为了消除或减少有害的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，广泛采用了非矩形断面的扭曲环。 ② 扭曲环 是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。装入气缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减小磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻"泵油"的副作用。目前被广泛地应用于第2道活塞环槽上，安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。 ③ 锥面环 断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5°～1.5°)，减小了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的"油楔"作用，能在油膜上"飘浮"过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。 ④ 梯形环 断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难，精度要求高。 ⑤ 桶面环 桶面环的外圆为凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构。当桶面环上下运动时。均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与气缸呈圆弧接触，故对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封，但凸圆弧表面加工较困难 2.油环 油环有普通油环和组合油环两种（图2-24）。  图2-24 （1）普通油环 普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜（图2-25）。  图2-25 （2）组合式油环 如图所示的组合环由上下两片侧轨环与中间的扩胀器组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩胀器的周边比气缸内圆周略大一些，可装侧轨环紧紧压向气缸壁。这种油环的接触压力高，对气缸壁面适应性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明显。图2-24右侧所示的组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，它具有上述组合环的优点。近年来汽车发动机上越来越多地采用了组合式油环。它的缺点主要是制造成本高。 3.活塞销（piston pin（图2-26） 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。 活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。 活塞销的内孔有三种形状：a 圆柱形；b 两段截锥与一段圆柱组合；c两段截锥形。 圆柱形孔结构简单，加工容易，但从受力角度分析，中间部分应力最大，两端较小，所以这种结构质量较大，往复惯性力大；为了减小质量，减小往复惯性力，活塞销做成两段截锥形孔，接近等强度梁，但孔的加工较复杂；组合形孔的结构介于二者之间。  图2-26 活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式（图2-27）："全浮式"安装和"半浮式"安装。  图2-27 全浮式"安装，当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有档圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔为过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。 " 半浮式"安装的特点是活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。小轿车上应用较多。 4.连杆 连杆（图2-28）的功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。  图2-28 连杆工作时，承受活塞顶部气体压力和惯性力的作用，而这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，重量轻。连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成，然后经机加工和热处理，连杆分为三个部分：即连杆小头1，连杆杆身2和连杆大头3(包括连杆盖)。连杆小头与活塞销相连。 对全浮式活塞销，由于工作时小头孔与活塞销之间有相对运动，所以常常在连杆小头孔中压入减磨的青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上铣有油槽或钻有油孔以收集发动机运转时飞溅上来的润滑油并用以润滑。有的发动机连杆小头采用压力润滑，在连杆杆身内钻有纵向的压力油通道。采用半浮式活塞销是与连杆小头紧配合的，所以小头孔内不需要衬套，也不需要润滑。 连杆杆身通常做成"I"字形断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大，采用压力法润滑的连杆，杆身中部都制有连通大、小头的油道。 连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，大头有整体式和分开式两种。一般都采用分开式，分开式又分为平分和斜分两种。 平分——分面与连杆杆身轴线垂直（图2-29），汽油机多采用这种连杆。因为，一般汽油机连杆大头的横向尺寸都小于气缸直径，可以方便地通过气缸进行拆装，故常采用平切口连杆。  图2-29 斜分——分面与连杆杆身轴线成30～60°夹角。柴油机多采用这种连杆。因为，柴油机压缩比大，受力较大，曲轴的连杆轴颈较粗，相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径，为了使连杆大头能通过气缸，便于拆装，一般都采用斜切口，最常见的是45°夹角。 把连杆大头分开可取下的部分叫连杆盖，连杆与连杆盖配对加工，加工后，在它们同一侧打上配对记号，安装时不得互相调换或变更方向。为此，在结构上采取了定位措施。平切口连杆盖与连杆的定位多采用连杆螺栓定位，利用连杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证的。斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位、圆销定位、套筒定位和止口定位。 连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起，连杆螺栓在工作中承受很大的冲击力，若折断或松脱，将造成严重事故。为此，连杆螺栓都采用优质合金钢，并精加工和热处理特制而成。安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时，要用扭力板手分2～3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩，拧紧后还应可靠的锁紧。连杆螺栓损坏后绝不能用其它螺栓来代替。 连杆轴瓦（图2-30）——为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金常采用的有巴氏合金，铜铝合金，高锡铝合金。连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。  图2-30 连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应与连杆上相应的油孔对齐。 V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的，称为叉形连杆。（图2-31）  图2-31 第四节 曲轴飞轮组 曲轴飞轮组（图2-32）主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。  图2-32 曲轴（图2-33）  图2-33 曲轴是发动机最重要的机件之一。 它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。 工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。 曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种（图2-34），一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。  图2-34 全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。 非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。 曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示，称为发火间隔角。四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，其转角为720°，在曲轴转角720°内发动机的每个气缸应该点火作功一次。且点火间隔角是均匀的，因此四行程发动机的点火间隔角为720°/i，(i为气缸数目)，即曲轴每转720°/i，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置（）：  图2-35 四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4＝180°，曲轴每转半圈(180°)作功一次，四个缸的作功行程是交替进行的，并在720°内完成，因此，可使曲轴获得均匀的转速，工作平稳柔和。对于每一个气缸来说，其工作过程和单缸机的工作过程完全相同，只不过是要求它按照一定的顺序工作，即为发动机的工作顺序，也叫作发动机的发火顺序。可见，多缸发动机的工作顺序(发火顺序)就是各缸完成同名行程的次序。四缸发动机四个曲拐布置在同一平面内。1，4缸在上，2，3缸在下，互相错开180°，其发火顺序的排列只有两种可能，即为1-3-4-2或为1-2-4-3，两种工作顺序的发动机工作循环表分别见表2-1和表2-2。  四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置（图2-36）：  图2-36 四行程直列六缸发动机发火间隔角为 720°/6=120°，六个曲拐分别布置在三个平面内，一种发火顺序是1-5-3-6-2-4，国产汽车的六缸直列发动机都用这种，其工作循环表见表2-3。另一种发火顺序是1-4-2-6-3-5  (3) 四行程V型八缸发动机的发火顺序 四行程V型八缸发动机的发火间隔角为720°/8=90°，V型发动机左右两列中对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V型八缸发动机只有四个曲拐（图2-37）。  图2-37 曲拐布置可以与四缸发动机相同，四个曲拐布置在同一平面内，也可以布置在两个互相错开90°的平面内，使发动机得到更好地平衡。发火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2。其工作循环表见表2-4。  2. 飞轮（图2-38） 飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。  图2-38 飞轮是高速旋转件，因此，要进行精确地平衡校准，平衡性能要好，达到静平衡和动平衡。飞轮是一个很重的铸铁圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，具有很大的转动惯量。飞轮轮缘上镶有齿圈，齿圈与飞轮紧配合，有一定的过盈量。 在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。奥迪100飞轮上有－"0"标记。 飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置。通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。 3. 曲轴扭转减振器 曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。 本章思考题： 曲柄连杆机构由哪些零件组成？其功用是什么？ 试述气缸体的三种形式及特点。 汽油机的燃烧室有哪几种？有何特点？ 铝合金活塞预先作成椭圆形、锥形或阶梯形，为什么？ 什么是矩形环的泵油作用？有什么危害？ 什么是发动机的点火顺序？什么是发动机的作功间隔角？ 7．曲轴扭转减振器起什么作用？ 第三章 配气机构 第一节 概述 1．功用： 配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四行程发动机都采用气门式配气机构。 2．充气效率 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。 越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。 3. 型式 气门布置方式(如图3-1) 气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。 气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。  图3-1 (2) 凸轮轴布置方式(如图3-2) 凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。 凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。 凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。 凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。  图3-2 (3) 凸轮轴传动方式(如图3-3、图3-4) 凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。 链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。  图3-3  图3-4 （4）气门数目及气道布置（图3-5） 一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。  图3-5 4．组成 包括气门组和气门传动组（图3-6）  图3-6 第二节 配气机构的主要零部件 1．气门组 包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧。（图3-7）  图3-7 （1）气门(valve)（图3-8） 功用：控制进、排气管的开闭 工作条件： 承受高温、高压、冲击、润滑困难。 要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。 材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等）。 构造：气门由头部、杆身和尾部组成。  图3-8 气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45 ，也有30 （图3-9），气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。  图3-9 气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等（图3-10）。  图3-10 平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。 球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。 喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大。 有的发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，排气门有记号。 杆身→杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。 尾部→制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。 （2）气门导管(valve guide)（图3-11） 功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。 ????? ②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。 为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造。导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。  图3-11 （3）气门座(valve port) 气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。 （4）气门弹簧(valve spring)（图3-12） 功用：保证气门回位 气门弹簧的作用在于保证气门回位，在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。  图3-12 （5）气门旋转机构（图3-13） 为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转。气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。  图3-13 （6）锁片、卡簧 锁片、卡簧 其功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到气门杆上。 2．气门传动组 功用：传递凸轮轴→气门之间的运动 气门传动组包括，凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂气门间隙调整螺钉等。 （1）凸轮轴(camshaft)(图3-14） 功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。 凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。（根据凸轮轴可以判断工作顺序）工作中，凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。  图3-14 （2）挺柱(tappet)（图3-15） 挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。  图3-15 （3）推杆(push rod)（图3-16） 推杆的作用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。  图3-16 （4）摇臂(rocker arm)（图3-17） 摇臂实际上是一个双臂杠杆，将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。  图3-17 第三节 配气相位和气门间隙 1．配气相位(valve timing)（图3-18） （1）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示-配气相位图。 （2）理论上的配气相位分析 理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。 但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。 原因： ① 气门的开、闭有个过程 开启 总是 由小→大 关闭 总是 由大→小 ② 气体惯性的影响 随着活塞的运动 同样造成进气不足、排气不净 ③ 发动机速度的要求 实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。 可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。 （3）实际的配气相位分析 为了便进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？ ① 气门早开晚闭的可能 从示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。 进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。 在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。 从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。 由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？ 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。 ② 气门重叠 由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为：a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。 ③ 进、排气门的实际开闭时刻和延续时间 实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。 ???? α- 进气提前角 一般α=10°～30° ????????β- 进气延迟角 一般β=40°～80° 所以进气过程曲轴转角为230°～290° 实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°，活塞越过下止点后δ角排气门关闭，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。 ???? γ- 排气提前角 一般γ=40°～80° ????????δ- 进气延迟角 一般δ=10°～30° 所以排气过程曲轴转角为230°～290° 气门重叠角α+δ=20°～60° 从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。  图3-18 2．气门间隙(valve clearance)（图3-19） （1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。 （2） 作用：给热膨胀留有余地 ????????????保证气门密封 不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。 间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。 间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。 采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。  图3-19 本章思考题： 简述配气机构的功用。 气门顶置式配气机构有哪几种？ 气门为什么要早开，晚关？ 什么是配气相位？画出配气相位图，并标出气门重叠角。 5．简述配气机构主要零件各功用和结构特点。 第四章 汽油机供给系 第一节 汽油供给系的组成与燃料 1．汽油供给系（Gasoline supplying system）的组成（图4-1、图4-2）  图4-1 汽油机供给系 汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前，汽油和空气已形成可燃混合气(air-fuel mixture)。可燃混合气进入气缸内被压缩，在接近压缩终了时点火燃烧而膨胀作功。可见汽油机进入气缸的是可燃混合气，压缩的也是可燃混合气，燃烧作功后将废气排出。 因此汽油供给系的任务是根据发动机的不同情况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，最后还要把燃烧后的废气排出气缸。所以它包括四个部分： ① 燃油供给装置：汽油油箱(gasoline tank)、汽油泵（gasoline pump）、汽油滤清器(gasoline filter)、油管(fuel pipe)等(etc.) ② 空气供给装置：空气滤清器(air cleaner)、进气总管（intake pipe）、进气支管(intake manifold) ③ 可燃混合气形成装置：化油器(carburetor) ④ 废气排出装置：排气总管（exhaust pipe）、排气支管(exhaust manifold)、排气消声器(muffler)、三元催化转换器  1.温控开关真空接口 2.温控开关 3.温控开关曲轴箱和凸轮室通阀 4.气阀空气滤清器壳体 5.空气滤清器滤芯 6.真空软管 7.阀门 8.阀门位置真空控制器 9.进气软管 10.空气滤清器 11.化油器 12.油气分离器 13.汽油泵 14.汽油滤清器 15.回油管 16.供油管 17.油箱18.快速排气管 19.细通气管 20.加油口 21.汽油滤清器滤芯 22.油气分离器滤芯 图4-2 汽油机供给系统整体布置图 2．汽油 （Gasoline） 汽油机使用的燃料是汽油，汽油是从石油中提炼出来的碳氢化合物。 汽油的使用性能指标主要有蒸发性、热值、抗爆性。按辛烷值不同分为几个牌号。以RQ打头，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有两种测定方法，即研究法（RON）和马达法（MON），其换算关系为（RON）=（MON）+10。例如代号为RQ-90，"R"是燃的汉语拼音字头，"Q"是汽的汉语拼音字头，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值为90），辛烷值越高, 抗爆性越好。因此，压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。 由于环保的要求，我国在2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油(non-leaded gasoline)。 第二节 简单化油器原理及混合气形成 1．简单化油器的构造 简单化油器由浮子室、喉管、量孔、喷管和节气门等组成（图4-3）。  图4-3 （1）浮子室和浮子 汽油由进油口进入浮子室，浮子室油面高度影响喷出油量的多少，因此，必须保持油面高度一定，为此，设置了浮子，浮子由薄铜皮制成并为空心的，其上有针阀。当油面低时，浮子下沉，针阀将进油口打开，汽油进入浮子室，油面升高了，浮子上升，直到针阀将进油口封闭，油不再进入保持油面在规定的高度。 为了保持浮子室内具有一定的气压，浮子室与大气相通，使油面在工作时始终承受大气压力。 即浮子室内油面高度和压力始终不变。 （2）量孔和喷管 量孔是一个尺寸和形状都很精确的小孔，控制汽油的流量。出油量只取决于量孔两端的压力差。 喷管的功用是喷出汽油，装在喉管断面最狭窄处，为防止发动机不工作时，汽油从喷管中流出，喷管口一般较浮子室油面高出2～5mm. （3）喉管 它的功用是减小空气流通断面，提高空气流速。 （4）节气门（油门） 节气门位于喉管后面，它的功用是控制进入气缸的可燃混合气的数量。节气门开度增大，进入气缸中的混合气量增多，反之，则减少。节气门通常是一个椭圆形的片状阀门，可以绕其轴转动一定角度，来改变节气门的开度。 2．简单化油器的特性(图4-4) 在转速不变时，简单化油器所供给的可燃混合气浓度随节气门开度（或喉管真空度Ph） 变化的规律，即节气门由小→大，混合气由稀变浓α↓，称为简单化油器的特性。  图4-4 第三节 可燃混合气成分与汽油机性能的影响 1．可燃混合气成分 可燃混合气是指空气与燃料的混合物，汽油机的可燃混合气"汽油+空气"在化油器内形成，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。 空燃比 可燃混合气的成分用过量空气系数α表示  2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-5） 可燃混合气的浓度对发动机的性能影响很大，直接影响动力性和经济性。 通过试验证明，发动机的功率 和耗油率 都是随着过量空气系数α变化而变化的。 理论上，对于α=1的标准混合气而言，所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧，但实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油细粒和蒸汽不可能及时地与空气绝对均匀地混合，因此，即使α=1，汽油也不可能完全燃烧，混合气α>1才有可能完全燃烧。 因为α>1时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分不同，一般在α=1.05～1.15范围内。当α大于或小于1.05～1.15时，ge↑，经济性变坏。  图4-5 可燃混合气成分对发动机性能的影响 当α= 0.88时，Pe最大，因为这种混合气中汽油含量较多，汽油分子密集，因此，燃烧速度最高，热量损失最小，因而使得缸内平均压力最高，功率最大，此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机来说，功率混合气一般在α=0.85～0.95 之间。 α>1.11的混合气称为过稀混合气，α<0.88的混合气称为过浓混合气，混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓，耗油率增加ge↑。 混合气过稀时，由于燃烧速度太低，损失热量很多，往往造成发动机温度过高，严重过稀时，燃烧可延续到进气过程的开始，进气门已经开启时还在进行，火焰将传到进气管，以至化油器喉管内，引起化油器"回火"并产生拍击声。当混合气稀到α=1.4 以上时，混合气虽然能着火，但火焰无法传播，导致发动机熄火，所以α=1.4称为火焰传播下限。 混合气过浓时，由于燃烧很不完全，产生大量的CO，造成气缸盖，活塞顶和火花塞积炭，排气管冒黑烟，甚至废气中的一氧化碳可能在排气管中被高温废气引燃，发生排气管"放炮"。混合气浓到α=0.4以下，可燃混合气虽然能着火，但火焰无法传播，发动机熄火，所以α=0.4称为火焰传播上限。 从以上分析可知，发动机正常工作时，所用的可燃混合气α值，应该在获得最大功率和获得最低燃油消耗率之间，在节气门全开时，α值的最佳范围为0.85～1.15范围内，一般在节气门全开条件下，α=0.85～0.95时，发动机可得到较大的功率，当α=1.05～1.15时，发动机可得到较好的燃料经济性，所以当α在0.85～1.15范围内，动力性和经济性都比较好，即Pe较大，ge较小。 实际上，对于一定的发动机，相应于一定工况，化油器只能供应一定α值的可燃混合气，该α值究竟要满足动力性，还是经济性，还是二者适当兼顾，这就要根据汽车及发动机的各种工况进行具体分析。 3．汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求 作为车用汽油机，其工况（负荷和转速）是复杂的，例如，超车、刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下，起步或怠速运转、汽车满载爬坡等，工况变化范围很大，负荷可以0→100%，转速可以最低→最高。不同工况对混合气的数量和浓度都有不同要求，具体要求如下： 一、稳定工况 （1） 怠速工况 怠速是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此时混合气燃烧后所作的功，只用以克服发动机的内部阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速运转一般为300～700r/mm，转速很低，化油器内空气流速也低，使得汽油雾化不良，与空气的混合也很不均匀。另一方面，节气门开度很小，吸入气缸内的可燃混合气量很少，同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用，使混合气的燃烧速度↓↓，因而发动机动力不足。因此要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8 。 （2） 小负荷工况 要求供给较浓混合气α=0.7～0.9量少，因为，小负荷时，节气门开度较小，进入气缸内的可燃混合气量较少，而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中气占的比例相对较多，不利于燃烧，因此必须供给较浓的可燃混合气。 （3） 中负荷工况 要求经济性为主，混合气成分α=0.9～1.1，量多。 发动机大部分工作时间处于中负荷工况，所以经济性要求为主。中负荷时，节气门开度中等，故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气，主要是α>1的稀混合气，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。 （4） 全负荷工况 要求发出最大功率Pemax，α=0.85～0.95量多。汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性，而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α值。 二、过渡工况 （5） 起动工况 要求供给极浓的混合气α=0.2～0.6量少。因为发动机起动时，由于发动机处于冷车状态，混合气得不到足够地预热，汽油蒸发困难。同时，由于发动机曲轴被带动的转速低，因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低。难以在喉管处产生足够的真空度使汽油喷出。既使是从喉管流出汽油，也不能受到强烈气流的冲击而雾化，绝大部分呈油粒状态。混合气中的油粒会因为与冷金属接触而凝结在进气管壁上，不能随气流进入气缸。因而使气缸内的混合气过稀，无法引燃，因此，要求化油器供给极浓的混合气进行补偿，从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽，以保证发动机得以起动。 （6） 加速工况 发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。要求混合气量要突增，并保证浓度不下降。当驾驶员猛踩踏板时，节气门开度突然加大，以期发动机功率迅速增大。在这种情况下，空气流量和流速以及喉管真空度均随之增大。汽油供油量，也有所增大。但由于汽油的惯性大于空气的惯性，汽油来不及足够地从喷口喷出，所以瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多，致使混合气过稀。另外，在节气门急开时，进气管内压力骤然升高，同时由于冷空气来不及预热，使进气管内温度降低。不利于汽油的蒸发，致使汽油的蒸发量减少，造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速，甚至有时还会发生熄火现象。 为了改善这种情况，就应该采取强制方法。在化油器节气门突然开大时，强制多供油，额外增加供油量，及时使混合气加浓到足够的程度。 结论：通过上述分析，可以看出： ①发动机的运转情况是复杂的，各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同。 ②起动、怠速、全负荷、加速运转时，要求供给浓混合气α<1。 ③中负荷运转时，随着节气门开度由小变大，要求供给由浓逐渐变稀的混合气α=0.9～1.1 理想化油器特性与简单化油器特性（图4-6） 化油器的特性是指在一定转速下，α随喉管真空度变化而变化的规律。 汽车正常行驶时，在大负荷、中负荷工况下，随着负荷的增加，化油器供给由浓逐渐变稀的混合气，α↑当进入大负荷范围内，混合气又由稀变浓，保证发动机发出最大功率。在一定转速下，发动机所要求的混合气成分随负荷变化的规律称为理想化油器特性。  图4-6-1 理想化油器特性曲线 简单化油器特性--节气门由小→大，混合气由稀变浓α↓ 怠速时也供给稀混合气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应，因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。  图4-6-2 简单化油器特性曲线 为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列自动调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证车用汽油机在各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。 第四节 化油器各工作系统 1.主供油系统（图4-7） 目的：在发动机从小负荷到大负荷时，使α随节气门开大而增大α↑，混合气由浓变稀，α由0.8→1.1 原理：降低主量孔处真空度(vacuum) 在主量孔(main jet)和主喷管(main nozzle)之间增设了通气管和空气量孔(airjet)口。不工作时，通气管内油面与主喷管、浮子室(float bowl)油面是等高的。 小油门时，喉管真空度小，从主喷管喷出的油量较少，通气管内的油面下降不多。 油门增大，喉管真空度↑，由于主量孔比主喷管的流通截面小，汽油来不及从浮子室向主喷管补充，通气管内的油面就很快降低直到被吸净为止。这时，空气通过空气量孔流入通气管，并与主量孔出来的汽油一道从主喷口喷出，并在喷出前，空气和汽油已形成气泡，有利于汽化。   1. 主量孔 2.空气量孔 3.通气管 4.主喷管 图4-7 2．怠速系统（图4-8）  图4-8 目的：怠速时供给过浓混合气 结构上增设了怠速喷孔(idle nozzle)，过渡喷孔，怠速量孔(idle jet)，怠速空气量孔，怠速调整螺钉，怠速油道和限制螺钉。 怠速时，发动机转速低，节气门开度很小，节气门前方喉管处空气流速很低，真空度很小，不能吸出汽油或吸出的汽油很少，但节气门后面的真空度却很大，因此，怠速喷孔设在节气门的后面。汽油经怠速量孔经油道上升，同来自空气量孔以及过渡喷孔的空气混合成泡沫乳剂从怠速喷孔喷出，并受到节气门边缘气流的吹散。 怠速调整钉可以根据发动机具体情况调节混合气成分α。 怠速空气量孔的作用： ①怠速工况时，不过多地供给油量。 ②防止怠速工作后停车（发动机不工作）产生虹吸作用，使汽油自动由浮子室经怠速喷口流出。 当发动机由怠速过渡到承受一定负荷时，节气门逐渐开启，怠速喷孔处的真空度迅速降低，喷油量很快减少，而主喷管处真空度又不大，喷油量也不多，这时，混合气过稀，甚至使发动机熄火。为此，设置了过渡喷孔。 过渡喷孔的作用： ①使节气门开大时，发动机工作过渡圆滑，不致熄火。 ②节气门开小时，起第二空气量孔的作用。 3．加浓系统（省油器） 由于主供油装置的作用，化油器供给的混合气是随负荷的增加而变稀的，即α↑，这就不能满足大负荷时加浓要求。为此，设置了加浓装置，在大负荷或全负荷时额外供油，保证全负荷时混合气浓度达到0.8～0.9，使发动机发出最大功率。加浓装置有机械式和真空式两种。 机械式加浓装置（图4-9）  1.加浓量孔 2.主量孔 3.加浓阀 4.推杆 5.拉杆 6.摇臂 图4-9 浮子室内装有加浓量孔和加浓阀，加浓量孔与主量孔并联，加浓阀上方有推杆与拉杆固连为一体，拉杆又通过摇臂与节气门轴相连。 当节气门开启时，摇臂转动，带动拉杆和推杆一同向下移动，只是在节气门开度达到80～85% 时，推杆才开始顶开加浓阀，于是汽油便从浮子室经加浓阀和加浓量孔流入主喷管，与主量孔来的汽油汇合，一起由主喷管喷出。使混合气加浓。 当节气门开度减小，拉杆与推杆上移，加浓阀在弹簧作用下关闭。 显然，这种加浓装置起作用的时刻只与节气门的位置有关，即只与负荷有关，而与发动机的转速无关。 真空式加浓装置（图4-10）  1. 加浓量孔 2.主量孔 3.加浓阀 4.推秆 5.空气缸 6.活塞 7.弹簧 8.通道 9.通道 图4-10 推杆与位于空气缸中的活塞连接，在推杆上装有弹簧，空气缸的下方借空气通道与喉管前面的空间连通，空气缸的上方有空气通道通到节气门后面。 在中等负荷时，节气门的开度不大，喉管前面的压力接近大气压，而节气门后面的压力则比大气压小很多（即活塞上部的压力），因此，在真空度的作用下，活塞压缩弹簧处于最上面的位置。这时，加浓阀被弹簧压紧在进油口上，真空式加浓装置不起作用。 在大负荷或全负荷时，节气门开度很大或接近全开，节气门后面的压力增大，则真空度减小，当它小于弹簧的张力时，活塞推杆就在弹簧的作用下下移，推开加浓阀，汽油便经加浓量孔流入主喷管，与主量孔来的汽油汇合，一起由主喷管喷出，起加浓作用。 这种加浓装置的工作由节气门后面真空度的大小决定，而的大小不仅和负荷和节气门开度有关，而且还和发动机曲轴转速有关。在同样的节气门开度下，转速越高，真空度越大。 比较两种省油器： ① 机械式省油器在节气门开度大到一定程度时才起加浓作用，即只与节气门开度有关，而与转速无关。 ② 真空式省油器起作用的时刻完全取决于节气门后面的真空度，因此，它与节气门的开度，汽油机的转速都有关系。 ③ 真空式省油器在负荷小，转速低时也能起加浓作用。 加浓时刻的调整: 加浓系统起作用时刻要能根据季节进行调整。冬季适当提前，夏季适当延后。其结构措施是在机械加浓系统上，可将推秆的位置作成可调的，从而改变其有效长度。对于真空加浓系统，可将推秆弹簧的下座位置作成可调的，以改变弹簧的压缩量和压缩力。 4．加速装置（加速泵）（图4-11） 汽车在一定的使用条件下，需要加速前进或超车时，就要急速地加大节气门开度，使发动机功率迅速增大，此时，要求供给浓混合气。但是由于简单化油器在节气门突然开大时，短时间内气缸中混合气会变得过稀，不但不能加速，反而还可能灭火，为了解决这一矛盾，化油器上增设了加速装置。 加速泵的作用就是在节气门突然开大时，及时加浓混合气，以适应汽油机加速的需要。 在浮子室内有一泵缸，泵缸内有活塞，活塞通过活塞杆及弹簧，连接板与拉杆相连。拉杆由固装在节气门轴上的摇臂操纵，加速泵腔与浮子室之间装有进油阀，泵腔与加速量孔之间油道中装有出油阀。进油阀在不加速时，在本身重力作用下，经常开启和关闭不严，而出油阀则靠重力经常保持关闭，只有在加速时方能开启。 当节气门开度减小时，摇臂逆时针回转，带动拉杆、连接板、活塞杆及活塞向上移动，泵腔内产生真空度，汽油便自浮子室经进油阀充入泵腔。 当一般地增加负荷，即节气门缓慢地开大时，活塞便缓慢地下降，泵腔内形成的油压不大，进油阀在自动重力的作用下处于开启或关闭不严状态，于是，汽油又通过进油阀流回浮子室，加速装置并不起作用。 但当节气门迅速地开大时，由于活塞下移很快，泵腔由压迅速增大，便进油阀关闭，同时顶开出油阀，泵腔内所贮存的汽油便从加速量孔7喷入喉管内，加浓混合气。 这种加浓作用只是一时的，当节气门停止运动后，即使保持的开度很大，加速泵也不再供油。 发动机转速升高后，加速喷管处真空度较高，可能将出油阀吸开而使加速装置不适时地喷油。为解决这一问题，可以使加速油道经通气道与浮子室相通，使油道中真空度降低。 供油量的调整： 加速系统供油量也应能据季节进行调整，夏季供油较少，冬季则应适当增多。其结构措施可以如图中所示，在摇臂的端部，用以与联杆连接的孔有两个（或更多）。将联杆介入离节气门较远的孔，则活塞获得较大行程，加速时，喷油量增多，反之，喷油量减少。  图4-11 5．起动装置（图4-12） 目的--在冷车起动时，供给极浓的混合气。α=0.2～0.6 结构上是在喉管前装一个阻风门（choke），用弹簧保持它经常处于全开位置。 起动时，关闭阻风门，一方面减少了进入化油器的空气量，另一方面又提高了阻风门后面空腔的真空度，使得主供油系统和怠速系统都供油，获得极浓的混合气易起动。 发动机热态起动时，所需混合气比冷态时稀，故只须将阻风门半闭即可。  图4-12 第五节 化油器结构  1.化油器上本体 2.阻风门真空控制器 3.电磁怠速关闭阀 4.真空控制加浓柱塞 5.密封垫6.浮子 7.进油针阀 8.加速泵传动杆 9.加速泵操纵杆 10.加速泵推杆 11.密封垫 12.怠速空气量孔13.主腔怠速量孔 14.螺丝堵 15.主腔主量孔 16.加浓阀 17.挡板 18.副腔主量孔 19.主腔空气补偿量孔 20.主腔乳化泡沫管 21.副腔空气校正量孔 22.副腔乳化泡沫管 23.副腔真空控制器 24.空调真空控制器 25.操纵拉索支架 26.化油器下本体 27.节气门操纵摇臂 28.怠速调整螺钉 29.一氧化碳调整螺钉 30.加速泵盖 31.加速泵皮膜 图4-13 化油器分解图 1.化油器类型（图4-14） 按喉管处空气流动方向分：上吸式.下吸式和平吸式（图4-14）。其中，下吸式应用最为广泛。  图4-14 按喉管数目分：单喉管.双喉管和多重喉管。采用多重喉管的目的是为了解决充气量与汽油雾化的矛盾（图4-15）。  图4-15 按浮子室是否与大气相通分：平衡室和不平衡室。浮子室直接与大气相通称为不平衡浮子室。浮子室不与大气相通，而与阻风门上方的空气管腔相通，称为平衡式浮子室。 按其空气管腔数目分：单腔式.双腔分动式.双腔（或四腔）分动式（图4-16、图4-17、图4-18）。  图4-16  图4-17  1.化油器上本体 2.进油口接头 3.进油口滤网 4.可调针阀座 5.副腔过渡泡沫管 6.副腔乳化泡沫管 7.副腔空气校正量孔 8.副腔小喉管组件 9.副腔小喉管喷嘴 10.副腔小喉管 11.加速泵出油针阀 12.加速泵喷管 13.主腔小喉管 14.阻风门 15.主腔小喉管喷嘴 16.主腔小喉管组件 17.主腔空气补偿量孔 18.主腔乳化泡沫管 19.主腔主量孔 20.怠速空气量孔 21.加浓柱塞 22.加速泵推杆 23.加速泵操纵杆24.推杆 25.球阀 26.加浓阀量孔 27.加速泵 28.加速泵球阀 29.空调真空控制器 30.主腔怠速量孔 31.主腔过渡喷口 32.一氧化碳调整螺钉 33.电磁怠速关闭阀 34.摇臂 35.主腔节气门 36.怠速调整螺钉 37.摇臂 38.副腔节气门 39.副腔真空控制器 40.副腔过渡喷口 41.副腔主量孔 42.副腔过渡量孔 43.浮子 44.化油器下本体 45.阻风门直空控制器 46.进油针阀 图4-18 双腔化油器展开图 其中，双腔并动式化油器相当于两个同样的单腔化油器的并联，将其壳体合铸成一体，一般使用同一套浮子室.起动系统.加速系统和加浓系统.但各有一套完全相同的主供油系统.怠速系统和节气门。主要为解决气缸数较多的高速汽油机易产生的各缸吸入的混合气数量和浓度不一致的问题。 双腔分动式化油器有两个结构和作用完全不同的管腔。经常工作的一腔称为主腔，另一腔只在转速和负荷高达一定程度时，才参加工作，称为负腔。主要为解决功率较大.转速较高的发动机所遇到的动力性和经济性之间的矛盾。 四腔分动式化油器实际上是两个双腔分动式化油器的组合。其兼具双腔并动式化油器和双腔分动式化油器的优点。 第六节 汽油供给装置 功用：贮存、滤清、输送汽油。 组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管(图4-19)  图4-19 1.汽油箱（图4-20）  图4-20 一般有一个油箱，军用车有2个油箱。油箱储备里程为200～600km。 构造：用薄钢板冲压焊接而成，上部有加油管，油面指示表的传感器，出油开关。下部有放油塞，箱内有隔板以加强油箱的强度，并减轻行车时汽油的振荡。油箱是密封的，一般在油箱盖上装有空气蒸汽阀。保持油箱内油压正常，加油时，应先放沉淀后加油。 2．汽油滤清器（图4-21）  图4-21 功用：除去汽油中的杂质和水分。由于汽油泵，化油器有些精密另件，要求供给清洁的汽油，否则，会引起汽油泵，化油器出现故障。汽油滤清器采用的滤清方式有沉淀式和过滤式。 沉淀式：利用静置容器，使汽油经长时间沉淀杂质和水份下沉到底部，而上部得到较干净的汽油。 过滤式：利用过滤器，使柴油通过滤网，而杂质被滤网隔离。 滤芯有：纸质滤芯、金属片缝隙式、多孔陶瓷滤芯。 纸质滤芯，滤清效果好，成本低，制造和使用方便，故采用最多 润滑系的主要部件有机油泵、机油滤清器，各种阀，机油散热器以及检视设备。 3．汽油泵（图4-22） 功用：将汽油从油箱吸出，经管路和汽油滤清器，然后泵入化油器浮子室，保证连续不断地供油。这里介绍机械驱动膜片式汽油泵，装在曲轴箱一侧，由配气凸轮轴上的偏心轮驱动。 构造：由膜片、进、出油阀、拉杆、摇臂、手摇臂、膜片弹簧、壳体等组成。  图4-22 工作过程 进油过程：膜片装在上、下体之间，将内体分为上、下两腔，上腔上装有进油阀和出油阀。当凸轮轴转动时，偏心轮的凸起部分驱动摇臂→内摇臂→拉杆将膜片向下拉，迫使膜片克服弹簧力而下凹，膜片上腔容积↑，油压↓，进油阀被吸开，出油阀关闭，汽油经过进油器，进油阀进入膜片上腔。 泵油过程：当偏心轮偏心部分转过后，膜片弹簧将膜片向上顶，迫使膜片上凹，使膜片上腔空间↓，油压↑，进油阀关闭，出油阀打开，油泵对外泵油。 手摇臂的作用：在发动机起动前，如果化油器浮子室内无油或储油不足时，就需要利用手摇臂泵油，将手摇臂上下摇动时，可带动半圆轴转动，通过内摇臂使膜片上下移动来实现泵油。 泵油量的自动调节 一般汽油泵的最大供油量比发动机最大耗油量大2.5～3.5倍，而在发动机正常工作中，要求化油器浮子室油面高度不变，以保证化油器工作性能稳定，因此，要求汽油泵能根据发动机耗油量自动调节供油量。 调节原理 上腔油压力与膜片弹簧力平衡来调节油压。膜片向下运动受偏心轮控制，位置不能改变，膜片向上运动其位置取决于上方油压。 当上方空间油压↑，在泵油过程中，弹簧推动膜片向上运动一个较小的距离，弹簧力=油压力达到了平衡，因而，使膜片上、下运动，振幅减小，输入油量相应减少。 汽油泵的供油压力取决于膜片弹簧的预聚力，一般油压力为0.027～0.037MPα，供油压力不宜太高，否则会使浮子室油面过高，化油器供油量过多，造成浪费。 第七节 空气滤清器及进、排气装置 空气滤清器及进、排气装置如图4-23所示  图4-23 1．空气滤清器（图4-24） 由于汽车行驶时，速度快，引起道路两旁，特别是士路上的尘土飞扬，使周围空气中含有灰尘，而灰尘中又含有大量的砂粒，如果被吸入气缸里的话，就会粘附在气缸，活塞和气门座等另件的密封表面，加速它们的磨损，使发动机寿命大大下降。因此，在车用发动机上，必须装上空气滤清器。  图4-24 （1）功用与要求： 空气滤清器的功用就是把空气中的尘土分离出来，保证供给气缸足够量的清洁空气。对空气滤清器的基本要求是滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。 （2）型式和工作原理 目前，采用的空气滤清器的型式很多，但归纳起来可分为下面几类： 按滤清方式可以分为惯性式和过滤式；按是否用机油分干式和湿式。把它们组合起来就有干惯性式、干过滤式、湿惯性式、湿过滤式、综合两种以上的叫综合式。 惯性式：它是根据离心力或惯性力与质量成正比的原理，利用尘土比空气重的特点，引导气流作高速旋转运动，重的尘土就会自动的从空气中甩出去，或着引导气流突然改变流动方向，重的尘土就会来不及改变方向而从空气中分离出去。 优点：进气阻力小，保养简单。 缺点：滤清能力不强，即滤清效果差。 过滤式：它是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝、棉质物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上，从而使空气得到滤清。 优点：滤清能力强，滤清效果好。 缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞。 综合式：综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去粗粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。因此，滤清能力强，可将空气中 %的灰尘清除掉，而阻力增加不大，从而得到了广泛的应用。 2.进气管与排气管（图4-25）（图4-26）（图4-27）（图4-28）  图4-25  图4-26  图4-27  图4-28 功用：进气管道的功用是将可燃混合气引入气缸。对多缸机还要保证各缸进气量均匀一致。排气管道的功用是将燃烧后的废气引入大气。 要求：（1）进气阻力小，充气量要大。 （2）排气阻力小，排气噪音小。 进气阻力是影响充气量的主要因素，只有减小进气阻力，才能提高充气量，但进气阻力又和进气管道截面积的大小，弯曲程度以及管道内表面的形状有很大关系。 材料：进、排气管一般用铸铁制成。进气管也有用铝合金铸造的。二者可铸成一体，也可分别铸出。都固定在气缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防漏气。进气总管以凸缘连通化油器，排气总管连通排气消声器。而进、排气支管则分别与进、排气门的通道连通。 3．催化转换器（图4-29）  图4-29 汽车排出的废气，含有有害成分如：无色无味有毒气体CO；对呼吸系统有刺激作用，对农作物有害的HC；对人体有害，引起肺炎，肺气肿的NOX。催化转换器就是要降低这三种成分的含量。催化器内装有催化剂，促进空气与这些有害成分起化学反应，使CO氧化为CO2，CH氧化为CO2和H2O，NOX还原为N2。 第八节 汽油直接喷射 1.概述 新型汽车运用电子控制燃油喷射系统（EFI-Electronic Fuel injection system），可以根据发动机的各种运行工况，实现最佳空燃比控制，使发动机优化运行，以最少的燃料消耗，最低的排放污染，获得最佳的经济性能。 喷射式汽油供给发动机与传统的化油器式汽油供给发动机相比较有如下优点： 一、能提高发动机的最大功率,其功率能提高10％左右。 二、耗油量低、经济性能好,燃油消耗率可降低10％左右。 三、减小排气污染,排放污染可降低20％。 四、提高发动机低温启动性能。 五、怠速平稳、工况过渡圆滑、工作可靠、灵敏度高。 电子控制燃油喷射装置的缺点就是成本比化油器高一点，因此价格也就贵一些，故障率虽低,一旦坏了就难以修复（电脑件只能整件更换）。 2.燃油喷射系统（Fuel Injection System）的种类 燃油喷射系统可按喷射时刻、喷射部位、喷射压力、空气量检测、控制方式等方法分类。 按喷射位置分:  按喷射时刻分:  按喷射压力分:  按空气量检测方式分：质量流量方式、速度密度方式、节流速度方式 按控制方法分:开环控制、闭环控制 3．电子控制汽油喷射系统的组成及工作原理(图4-30、图4-31)  图4-30 电控汽油喷射系统是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经电脑的判断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适浓度的可燃混合气。 电子控制喷油系统是通过空气流量计、歧管绝对压力传感器或节气门位置传感器来检测发动机进气量，电子控制单元根据各种传感器的信号进行判断、计算、修正控制喷油器喷油的持续时间，使发动机获得该工况下运行所需的最佳可燃混合气浓度。 电控汽油喷射系统由进气系统、燃油系统和控制系统三部分组成。  1. 喷油器 2.燃油滤清器 3.燃油泵4.燃油箱 5.空气滤清器 6.空气流量计 7.节气门体 8.压力调节器 图4-31 电喷发动机系统图 进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气滤清器(air cleaner)、空气流量计(air flowmeter)、节气门体(throttle body)、进气总管(intake pipe)、进气歧管(intake manifold)进入气缸。 在燃油系统中，油箱中的汽油从燃油泵(fuel pump)泵出，流经汽油滤清器(fuel filter)到喷油器(injector)，在多点喷油系统中喷油压力在2巴以上一般为2～5.5巴范围内；单点喷油系统压力为0.7～1.2巴。多余的燃油经压力调节器(fuel pressure regulator)流回油箱(fuel tank)。喷油量由喷油器通电时间的长短来控制。 控制系统是由传感器、电子控制单元和执行器组成。其核心是电子控制单元（ECU-Electronic Control Unit），主要的传感器有节气门位置传感器，水温传感器、氧传感器、曲轴位置传感器等，它们将信号反馈至ECU，再由ECU向中央喷射器等执行件发出工作指令。 电子控制单元通过进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的信号计算进气量，并根据进气量和发动机的转速获得基本喷油持续时间和基本点火提前角，然后通过冷动水温度、进气温度、节气门开启角度、电瓶电压等各种工作参数进行修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间或最佳点火提前角。 根据发动机的要求，电子控制单元还可控制怠速、排气再循环和其他系统。 本章思考题： 用方框图表示，并注明汽油机燃料供给系统的各组成的名称，燃料供给、空气供给及废气排出的路线。 结合理想化油器特性曲线，说明现代化油器各供油装置的功用。 说明主供油装置是在什么样的负荷范围内起作用？在此负荷范围内随着节气门开度的逐渐加大，混合气浓度α怎样变化？它的构造和工作原理如何？ 说明怠速装置是在什么样的情况下工作的？它的构造和工作原理如何？ 说明起动装置是在什么样的情况下工作的？它的构造和工作原理如何？ 加浓装置是在什么情况下起作用的？机械加浓装置和真空加浓装置的构造和工作原理如何？ 说明加速装置的功用，构造和工作原理。 电控汽油喷射系统有何优点？它由哪几个主要部分组成？其系统是如何工作的？ 第五章 柴油机供给系 第一节 柴油机供给系的组成及燃料 柴油机工作原理与汽油机不同,采用高压喷射方法。在压缩行程接近结束时，将柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，借缸内空气的高温自行发火燃烧。因此，柴油机供给系组成、构造与汽油机有很大区别。 柴油机供给系(supplyment system)担负柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出的任务。 组成(图5-1)  图5-1 燃油供给装置：柴油箱(diesel tank)、输油泵(fuel supply pump)、柴油滤清器(diesel filter)、喷油泵(fuel injection pump)、喷油器(injector)等。 空气供给装置：空气滤清器(air cleaner)、进气管(intake pipe)。 混合气形成装置：燃烧室(combustion chamber)。 废气排出装置：排气管(exhaust pipe)、排气消声器(muffler) 2．柴油 柴油是在533-623k的温度范围内，从石油中提炼出的碳氢化合物，含碳87%，氢12.6%和氧0.4%。 柴油机的使用性能指标 : 发火性——指燃油的自燃能力，16烷值越高，发火性越好。 蒸发性——由燃油的蒸馏实验。 粘度——决定燃油的流动性，粘度越小，流动性越好。 凝点——指柴油冷却到开始失去流动性的温度。 柴油按凝点分为10，0，-10，-20，-35五个牌号，其凝点分别不高于10℃，0℃，-10℃,-20℃,-35℃，牌号越高凝点越低。其代号分别为RCZ-10，RC-0，RC-10，RC-20，RC-35，"R"和"C"是"燃"和"柴"字的汉语拼音字头，凝点在0℃以上的则在"-"前加上"Z"字，选用时，号数应比实际气温低5～10℃。 ?第二节 可燃混合气的形成、燃烧及燃烧室 1．可燃混合气的形成与燃烧 柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷入气缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理，化学变化才开始燃烧。之后便是边喷射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是： （1）燃料的混合和燃烧是在气缸内进行的。 （2）混合与燃烧的时间很短0.0017～0.004秒（气缸内） （3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。 （4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。 可燃混合气的形成与燃烧大体分四个时期（图5-2）  图5-2 （1）备燃期 (ignition delay period) 从喷油开始→开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。 随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007～0.003 秒。 （2）速燃期 (rapid combustion period) 从燃烧开始→气缸内出现时为止 火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内的压力P迅速增加,温度升高很快。 （3）缓燃期 (normal combustion period) 从出现→出现为止 这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。 （4）后燃期 (after combustion period) 缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。 因此，要尽可能地缩短后燃期。 综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形成的要求如下： ① 必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。 空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求： α=1.3～1.5。 α过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，Ne↓ α 过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。 可见α是影响发动机功率和油耗的重要因素。 ② 喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适 气缸中燃烧过程的主要放热阶段应该是上止点稍后，容积小可得到较高的压力，热效率高，热损失小，所以要求喷油时刻要准确。喷油过早，过晚对发动机工作都是不利的。 过早：混合气提前形成，并在活塞到达上止点前像爆炸似的同时着火燃烧，结果给正在上行的活塞造成一个短时间阻力，并严重"敲缸"工作粗暴。 过迟：混合气在活塞下行时才开始形成和燃烧，结果燃烧空间增大，从气缸壁面传走的热量增加，造成发动机过热，燃烧压力降低（P↓）气体压力推动活塞的效果减小，甚至有可能使部分混合气来不及燃烧而随废气排出去，使Ne↓。 最好的喷油时刻与燃烧室的型式和发动机转速有关，对于一定结构的发动机在规定转速下，可通过试验找到一个功率大，油耗低的最好喷油时刻，通常用曲轴距活塞到达上止点的转角表示，称为喷油提前角。 ③ 喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气 雾化良好：喷油泵和喷油器的喷射质量应与燃烧室相适应。 燃烧室的形状：空气产生相应流动来促进混合。 ④ 气流的搅动，燃料的性能 燃烧室的形状，切向进气，形成涡流，有利于混合，柴油的16烷值高，则自燃点低，备燃期短。 2．改善燃烧性能的途径 进气系统、燃油系统、燃烧室、燃料 根据可燃混合气的形成与燃烧过程得知柴油机要求：备燃期要短，速燃期压力升高要快才能使动力性、经济性好、工作柔和、不冒烟。 因为柴油挥发性差，混合时间短，要求混合均匀，燃烧完全就必须要求喷射压力高，雾化好，喷射质量要满足燃烧室形状的要求。 3．燃烧室（图5-2） （1）定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。 （2）分类：分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。 统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一内腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。燃油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室内空气涡流运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。 （3）构造：缸盖底面是平的，活塞顶部下凹（ω型、浅盆型、球型、U型）  图5-2 ω型燃烧室（图5-3）：柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑内，喷射的柴油雾化要好，而且要均匀地分布在空气中。要求喷射压力高，一般17～22MPa，要求雾化质量高，因此，采用多孔喷咀，孔数一般为6～12个。  图5-3 优点：形状简单，结构紧凑，燃烧室与水套接触面积小，散热少，可减少热损失，热效率高，经济性较好。 缺点：工作粗暴，喷射压力高，制造困难，喷孔易堵 球形燃烧室（图5-4）：空气由缸盖螺旋形进气道以切线方向进入气缸，绕气缸轴线作高速螺旋转动，并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线方向喷入柴油，使绝大部分柴油直接喷射在燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中，并迅速蒸发燃烧，形成火源。油膜一方面受灼热的燃烧室壁面的加温，同时又受已燃柴油的高温辐射，使柴油机逐层蒸发，与涡流空气边混合边燃烧。  图5-4 优点：工作柔和，噪音小，又叫轻声发动机。 缺点：起动困难，螺旋形进气道，结构复杂，制造困难。 分隔式燃烧室由两部分组成，一部分位于活塞顶与气缸底面之间，称为主燃烧室，另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。这两部分由一个或几个孔道相连。 分隔式燃烧室的常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。 涡流室式燃烧室（图5-5）:它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积约占燃烧室总容积的50%～80%，涡流室有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程中，气缸内的空气被活塞推挤，经过通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高速旋转运动（几百转/分）柴油喷入涡流室中，在空气涡流的作用下，形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧，已然与未然的混合气高速（经通道）喷入主燃烧室，借活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。 要求：顺气流方向喷射，由于涡流运动促进了混合气的形成与燃烧，可采用较大孔径的喷油器，喷射压力也较低（12～14 MPa）  图5-5 优点：所以工作柔和，空气利用率较高，喷射压力也较低。 缺点：热损失大，经济性差，起动困难。 预燃室燃烧室（图5-6）: 缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的1/3，预燃室与主燃室有通道，活塞为平顶。因为通道不是切向的，所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的孔道直径较小，由于节流作用产生压力差，使预燃室内形成紊流运动，油束大部分射在预燃室的出口处，只有少部分与空气混合（出口处较浓，而上部较稀），上部着火后，产生高压，已燃的和出口处较浓的混合气一同高速喷入主燃烧室，在主燃烧室内产生强烈的燃烧拢流运动，使大部分燃料在主燃烧室内混合和燃烧。  图5-6 优缺点与涡流室燃烧室基本相同。 第三节 喷油器 1．功用、要求与型式 功用：喷油器（injector）将喷油泵供给的高压柴油，以一定的压力，呈雾状喷入燃烧室。 要求：①雾化均匀 ②具有一定的喷射压力和射程，及合适的喷注锥角 ③断油迅速、无滴漏现象 型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式喷油器（hole type injector）和轴针式喷油器(pintle injector)两种。  (hole type injector) 1.喷油器体 2.调压螺钉 3.调压弹簧 4.回油管螺栓 5.进油管接头 6.滤芯 7.顶杆 8.针阀 9.针阀体 图5-8  (needle assembly) 图5-9 3．轴针式喷油器（图5-10） 工作原理与孔式相同 构造：针阀下端的密封锥面以下还向下延伸出一个轴针，其形状有倒锥形和圆柱形，轴针伸出喷孔外，使喷孔成为圆环状的狭缝。一般只有一个喷孔,直径1～3mm，喷油压力较低12～14MPa 特点： （1）不喷油时针阀关闭喷孔，使高压油腔与燃烧室隔开，燃烧气体不致冲入油腔内引起积炭堵塞。 （2）喷孔直径较大，便于加工且不易堵塞。 （3）针阀在油压达到一定压力时开启，供油停止时，又在弹簧作用下立即关闭，因此，喷油开始和停止都干脆利落，没有滴油现象。 不能满足对喷油质量有特殊要求的燃烧室的需要。  图5-10 第四节 喷油泵 喷油泵(injection pump)是柴油供给系中最重要的零件，它的性能和质量对柴油机影响极大。 1．功用、要求、型式 功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油。 要求： （1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。 （2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。 （3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。 （4）供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀。 （5）供油规律应保证柴油燃烧完全。 （6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。 类型：车用柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵(jerk fuel injection pump)、喷油泵- 喷油器(unit injector)和转子分配式喷油泵(rotor distributor fuel injection pump)三类。 2．柱塞泵的泵油原理 柱塞泵的泵油机构包括两套精密偶件：柱塞（plunger）+柱塞套(barrel)构成柱塞偶件(plunger and barrel assembly)（图5-11）、出油阀（delivery valve）和出油阀座(delivery valve seat)构成出油阀偶件(delivery valve assembly)（图5-12）  图5-11 图5-12 柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.002～0.003mm 柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。 柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。 出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01mm 。 出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。 出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。 出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。 泵油原理 (图5-13) 工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。  图5-13 进油过程 当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。 供油过程 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力>出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。 回油过程 柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。 结论：通过上述讨论，得出下列结论 ① 柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。 ② 柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,供油行程不受凸轮轴控制是可变的。 ③ 供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。 ④ 转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。 3. 国产系列柱塞式喷油泵 国产系列柱塞泵主要有A、B、P、Z和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号等系列。系列化是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程，泵缸中心距和结构型式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。 国产系列喷油泵的工作原理和结构型式基本相同，以A型泵为例介绍柱塞式喷油泵的构造和工作原理。 柱塞泵由四大部分组成：分泵、油量调节机构、传动机构和泵体。 分泵（图5-14）是带有一幅柱塞偶件的泵油机构，分泵的数目与发动机的缸数相等。每个气缸都有一个分泵，各缸的分泵结构尺寸完全一样。 分泵的主要另件有柱塞偶件，柱塞弹簧，弹簧下座出油阀偶件，出油阀弹簧，减容器，出油阀压紧座等。  图5-14 油量调节机构是根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。多缸机还要注意各缸供油均匀性的调整。A型泵采用齿杆式油量调节机构（），另外，还有一种油量调节机构-拨叉拉杆式（图5-16）。  图5-15  图5-16 传动机构由凸轮轴和滚轮体总成（图5-17）（图5-18）组成。 喷油泵凸轮轴是曲轴通过齿轮驱动的，曲轴转两圈，各缸喷油一次，凸轮轴只需转一圈就喷油一次，二者速比为2﹕1。  图5-17 图5-18 喷油泵供油的迟早决定喷油器喷油的迟早，喷油提前角的调整是通过对喷 油泵的供油提前角的调整而实现的。 喷油泵的结构相当复杂，但只要抓住供油压力的建立，供油量的调整和供油时刻的调节三个问题，使能掌握基本构造原理。 国产型泵构造，基本工作原理与A型泵相同，只是结构参数有所改变，以适用于不同缸径的柴油机 第五节 调速器 1． 喷油泵的速度特性 喷油泵每个工作循环的供油量主要取决于调节拉杆的位置。此外，还受到发动机转速的影响。在调节拉杆位置不变时，随着发动机曲轴转速的增大，柱塞有效行程略有所增加，而供油量也略有增大；反之，供油量略有减少。这种供油量随转速变化的关系称为喷油泵的速度特性。 2． 调速器的功用、形式 功用：喷油泵的速度特性对工况多变的柴油机是非常不利的。当发动机负荷稍有变化时，导致发动机转速变化很大。当负荷减小时，转速升高，转速升高导致柱塞泵循环供油量增加，循环供油量增加又导致转速进一步升高，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越高，最后飞车；反之，当负荷增大时，转速降低，转速降低导致柱塞泵循环供油量减少，循环供油量减少又导致转速进一步降低，这样不断地恶性循环，造成发动机转速越来越低，最后熄火。 要改变这种恶性循环，就要求有一种能根据负荷的变化，自动调节供油量。使发动机在规定的转速范围内稳定运转的自动控制机构。移动供油拉杆，可以改变循环供油量，使发动机的转速基本不变。因此，柴油机要满足使用要求，就必须安装调速器 调速器是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化。 型式：按功能分有两速调速器、全速调速器、定速调速器和综合调速器；按转速传感分有气动式调速器、机械离心式调速器和复合式调速器。 3． 机械离心式调速器的工作原理 机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。 反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量减小的方向移动，循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力平衡。 两速调速器 作用：两速调速器适用于一般条件下使用的汽车柴油机，它只能自动稳定和限制柴油机最低与最高转速，而在所有中间转速范围内则由驾驶员控制。 工作原理：结构：（图5-19）1-飞块 2-支持杠杆 3-控制杠杆 4-滚轮 5-凸轮轴 6-浮动杠杆 7-调速弹簧 8-速度调定杠杆 9-供油调节齿杆 10-拉力杠杆 11-速度调整螺栓 12-起动弹簧 13-连杆 14-导动杠杆 15-怠速弹簧 16-滑套  图5-19 工作原理：机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。当负荷减小时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环供油量减少的方向移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。 第六节 喷油提前角调节装置 1.喷油提前角 影响：喷油提前角的大小对柴油机影响极大，若其过大，将导致发动机工作粗暴；过小，最高压力和热效率下降，排气管冒白烟。 最佳喷油提前角：即在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。供油量越大，转速越高，则最佳喷油提前角越大；最佳喷油提前角还与发动机的结构有关。 2．供油提前角自动调节器（图5-20） 喷油提前角由喷油泵的供油提前角保证。为使最佳喷油提前角随转速升高而增大，近年来国内外车用柴油机常用机械离心式供油提前角自动调节器，可根据转速变化自动改变喷油提前角。 结构：（图5-20）调节器位于联轴节和喷油泵之间。驱动盘与联轴节相连。驱动盘前端面压装两个销钉，两个飞块即套在此销钉上。飞块另一端各压装一个销钉，每个销钉上松套着一个滚轮和内座圈。筒状从动盘的毂部用半月键与喷油泵凸轮轴相连。从动盘两臂的弧形侧面与滚轮接触，平侧面压在两个弹簧上。弹簧另一端支于松套在驱动盘销钉上的弹簧座上。  图5-20 工作原理：（图5-21）发动机工作时，驱动盘旋转，飞块活动端向外甩开，滚轮则迫使从动盘相对驱动盘超前一个转过一个角度α，直到弹簧力与飞块离心力相平衡为止，驱动盘与主动盘同步旋转。转速越高，α越大，从而使喷油提前角越大。  图5-21 3．喷油泵联轴节(图5-22)  图5-22 连接喷油泵凸轮轴和驱动它的齿轮轴的联轴节兼起调整喷油提前角的作用。结构如图5-22。旋松螺钉4和7分别转动主动凸缘盘或供油提前角自动调节器，来改变初始供油提前角。 本章思考题： 柴油机燃料供给系与汽油机燃料供给系有什么区别？ 柴油机可燃混合气的形成和燃烧有哪些特点？燃烧过程分哪几个阶段？ 柴油机燃烧室主要有哪些类型？有何特点？ 喷油器的功用是什么？对喷油器有什么要求？ 喷油泵的功用是什么？试述柱塞式喷油泵的泵油原理和改变循环供油量的方法。 6．什么是喷油泵的速度特性？柴油机上为什么要装调速器？两速式调速器所控制的速度范围是什么？ 第六章 发动机点火系 第一节 概述 1.作用 汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由火花塞点燃的，从而燃烧对外作功，为此，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系(igniting system)（图8-1）。点火系的功用就是按照气缸的工作顺序定时地在火花塞两电极间产生足够能量的电火花。  图8-1 2.分类 点火系按照组成和产生高压电方法不同，可以分为 分类与组成 电 源 产生高压的方法  1．蓄电池点火系 蓄电池或发电机 点火线圈和断电器  2．半导体点火系 蓄电池或发电机 点火线圈和半导体元件  3．磁电机点火系 磁电机    3.要求 （1）在火花塞两电极间产生足够高的次级电压。 （2）火花具有一定的能量。 （3）在任何工况下，均获得最佳点火提前角。 （4）汽车发动机的点火系同汽车上的其它电器设备一样采用单线制连接，即一端搭铁。 无论是正极搭铁还是负极搭铁，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负，因为，热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极较侧电极温度高。 第二节 蓄电池点火系的组成及工作原理 1．组成（图8-2） 蓄电池点火系主要由蓄电池(storage battery)、发电机(generator)、点火开关（igniting switch）、点火线圈(ignition coil)、断电器(contact breaker)、配电器(distributor)、电容器(capacitor)、火花塞（spark plug）、高压导线（high tension cable）、阻尼电阻(suppressor resistor)等组成。  图8-2 2．工作原理(图8-3)  图8-3 电源是蓄电池，其电压为12 V 或24 V ，由点火线圈和断电器共同产生高压10000 V 以上。分初级回路和次极回路。点火线圈实际上是一个变压器，主要由初级绕组(primary winding),次极绕组(secondary winding)和铁芯组成。断电器是一个凸轮操纵的开关。断电器凸轮由发动机配气凸轮驱动，并以同样的转速旋转，即曲轴齿轮每转两圈，凸轮轴转一圈，为了保证曲轴转两圈各缸轮流点火一次，断电器凸轮的凸棱数一般等于发动机的气缸数，断电器的触点与点火线圈的初级绕组串联，用来切断或接通初级绕组的电路。 触点闭合时，初级电路通电，初级电流从蓄电池的正极经点火开关、点火线圈的初级绕组、断电器触点臂、触点，搭铁流回蓄电池的负极，为低压电路。(图8-4)。  图8-4 触点断开时，在初级绕组通电时，其周围产生磁场，并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时，初级电路被切断，初级电路迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失，因而在匝数多，导线细的次极绕组中感应出很高的电压，使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。 初级绕组中电流下降的速度愈大，铁芯中磁通的变化就愈大，次极绕组中的感应电压也就愈高。 初级电路为低压电路，次极电路为高压电路。 在断电器触点分开瞬间，次极电路中分火头恰好与侧电极对准，次极电流从点火线圈的次极绕组，经蓄电池正极、蓄电池，搭铁、火花塞侧电极、火花塞中心电极、高压导线，配电器流回次极绕组。（图8-5）  图8-5 第三节 点火提前 1．为什么要点火提前 点火时刻对发动机性能影响很大，从火花塞点火到气缸内大部分混合气燃烧，并产生很高的爆发力需要一定的时间，虽然这段时间很短，但由于曲轴转速很高，在这段时间内，曲轴转过的角度还是很大的。若在压缩上止点点火，则混合气一面燃烧，活塞一面下移而使气缸容积增大，这将导致燃烧压力低，发动机功率也随之减小。因此要在压缩接近上止点点火，即点火提前。把火花塞点火时，曲轴曲拐位置与活塞位于压缩上止点时曲轴曲拐位置之间的夹角称为点火提前角(spark advance angle)。 2.点火提前的影响因素 最佳的点火提前角随许多因素变化，最主要的因素是发动机转速和混合气的燃烧速度，混合气的燃烧速度又和混合气的成分、燃烧室形状、压缩比等因素有关。 当发动机转速一定时，随着负荷的加大，节气门开大，进入气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大。 当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。点火提前角应随转速增高适当加大。 另外，点火提前角还和汽油的抗暴性能有关，使用辛烷值高，抗爆性能好的汽油，点火提前角应较大。 3.点火提前角调节装置（结构及原理详见下节） 自动调节装置：离心式点火提前调节装置 ?????????????? 真空式点火提前调节装置 手动调节装置：辛烷值校正器 第四节 蓄电池点火系的主要元件 分电器（图8-6）  图8-6 功用： (1)接通或断开初级电路 (2)将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞 (3)根据发动机转速和负荷自动调节点火时刻 组成：分电器是由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组成。 断电器的功用是周期地接通和断开初级电路，使初级电流发生变化，以便在点火线圈中感应生成次极电压。断电器的触点间隙一般为0.35～0.45 mm，可以通过调整固定触点的位置来改变触点间隙（图8-7）。  图8-7 配电器的功用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的工作顺序轮流分配到各气缸的火花塞上（图8-8）。  图8-8 电容器(图8-9)与断电器触点并联，其功用是在点火线圈初级电路断开时，减小触点间产生的电火花，防止触点烧损，并可加速点火线圈中的磁通变化率，提高点火电压。  图8-9 点火提前调节装置位于分电器下部，由离心式点火提前调节装置（图8-10）和真空式点火提前调节装置（图8-11）组成。  图8-10  图8-11 辛烷值校正器 作用：换用不同牌号汽油时，改变初始点火提前角。 方法：首先将分电器外壳固定螺栓旋松，若想增大点火提前角，则使分电器外壳逆分电器轴旋向转一个角度，反之则顺旋转方向转一个角度（带动触点相对凸轮移动一个角度）。然后，将固定螺栓拧紧。 2.点火线圈（图8-12） 点火线圈把电源的低压电转变成火花塞点火所需要的高压电。按其铁芯结构型式有两种： 开磁路点火线圈：开磁路点火线圈采用柱形铁芯，其上下两端没有连接在一起，磁力线通过空气形成磁回路。 闭磁路点火线圈：闭磁路点火线圈的铁芯用"口"字形或"日"字形的铁片叠制而成。磁路闭合。  图8-12 3.火花塞（图8-13） 功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。 自净温度>500～600℃以上，裙部温度，若低于此温度，落在绝缘体裙部的油粒便不能立即燃烧掉，形成积炭而引起漏电。 炽热点<800～900℃,温度若太高，则混合气与这样炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞产生火花之前就自行着火，从而引起发动机早燃，发生化油器，回火现象。 不同发动机使用的火花塞裙部受热是不一样的，就要求绝缘体裙部长度不同，根据裙部长度不同，又把火花塞分成冷型（裙部长度等于8mm）；中 型（裙部长度等于11mm和14mm）；热型（裙部长度等于16mm和20mm）（图8-14）。  图8-13  图8-14 第五节 电子点火系 1.半导体点火系概述 蓄电池点火系工作时，断电器触点分开瞬间，会在触点处产生火花，烧损触点。当火花塞积炭时，易漏电，次极电压上不去，不能可靠地点火，产生高速缺火现象。半导体点火系（图8-15）克服了这些缺点，具有较强地跳火能力，使点火可靠。 半导体点火系统大体分为以下3类:  图8-15 1、由电磁、红外或霍尔元器件构成的非接触式断电器组成的点火系统称为无触点点火器，其放大电路又分晶体管电路和电容放电电路两种。 ? ? 2、ECU(Electronic Control Unit)控制的点火系由ECU中的微处理器根据曲轴转角传感器的信号确定点火时刻，因而它没有断电器，只有分电器，根据ECU送来的信号直接控制点火线圈初级电路的通断。 ? ? 3、无分电器点火系统(Distributor-Less Ignition)是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸识别信号，从而使点火系统能向指定的汽缸在指定的时刻送去点火信号，这就要求每缸配有独立的点火线圈，但如果是六缸机则1，6缸、2，5缸和3，4缸分别共用一个点火线圈，即共有三个点火线圈，显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火，检测时应注意到这一点。 无触点点火系统能使用低阻抗电感线圈，从而大幅度提高初级电流，使次级电压高达30kV以上，增强点火能量以提高点燃稀混合气的能力，在改善燃料经济性的同时也降低排气污染。无分电器点火系统完全是电子器件而无机械运动部件，彻底解决了凸轮和轴承磨损以及触点烧蚀间隙失调而引起的一系列故障。 2.信号发生器(传感器) 半导体点火系的工作原理与蓄电池点火系工作原理基本相同，只是半导体点火系与蓄电池点火系产生高压的方法不同，它利用了一些半导体元件替代了蓄电池点火系中的断电器，产生脉冲信号点火。例如，在无触点半导体点火系中使用了点火发生器（传感器）代替了断电器，常用的传感器有霍尔式、电磁式和光电式。 1.霍尔式传感器（图8-16）:由信号盘叶片、永久磁铁、霍尔芯片及霍尔传感器槽等构成。当叶片从槽中移出时，点火线圈初级线圈由导通状态变为断路状态，使次级线圈产生高电压。  图8-16 2.电磁式传感器（图8-17、图8-18）：由转子和线圈组成。转子固定在分电器轴上，线圈固定在分电器壳体上。永久磁铁的磁力线经转子、线圈、托架构成封闭回路，转子旋转时，由于转子凸起与托架间的磁隙不断变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。在实用结构中，常将发动机转速和曲轴位置传感器一同装于分电器上，使用复合转子和耦合线圈。  图8-17  图8-18 3．光电式传感器(图8-19和图8-20)：主要由发光二级管、光敏二级管、遮光盘和控制电路组成。发光二级管和光敏二级管位置相对，分别位于遮光盘两侧。遮光盘固定在凸轮轴上，与凸轮轴一同旋转。当遮光盘挡住发光二级管的光线时，光敏二级管截止，控制电路输出低电平。当缝隙对准发光二级管与光敏二级管时，光线照射到光敏二极管上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号，此信号作为向电脑输入的转速信号。  图8-19  图8-20 3.电子点火器（图8-21）  图8-21 电子点火器是电子点火系的核心，其基本作用是将点火脉冲发生器的信号放大，以控制初级回路的通断状态。此外，有些系统还对初级回路的闭和角和初级电流进行控制，并设有初级回路自动切断功能，以防止点火线圈在停车时长期通电而损坏。图8-22是一个简化的电子点火器的内部原理图。此电路与电磁式传感器配合使用。主要包括四个部分：稳压部分A、脉冲整形部分B、通电角控制部分C、复合管输出级D。  图8-22 现在为了增加点火器的可靠性、减小体积以及增加控制功能，一般点火器的内部电路采用厚膜电路技术，将大规模集成电路IC及其外围元件和大功率三级管作在一个厚膜电路上，大大提高了点火控制器可控制功能。 4.点火系统的微机控制 电子控制单元(ECU)是点火系统的核心。它根据发动机各种传感器信号经过计算求出最佳点火时刻和初级线圈通电时间，并在适当时候给发火器发出点火信号。CPU首先据转速信号和吸气量求出基本的点火提前角。再根据水温、起动信号、车速信号、空调开关等对基本点火提前角进行修正，主要包括暖机修正、过热修正、怠速稳定性修正及爆震修正。ECU通过控制初级回路的断电时间来实现通电时间的控制。 本章思考题： 发动机工作时，点火系的电路中形成几条支路？具体路径是什么？ 试述蓄电池点火系的组成和工作原理 。 为什么点火系必须设置离心式点火提前和真空式点火提前调节装置？ 半导体点火系与蓄电池点火系比较有哪些优点？ 无触点半导体点火系中传感器的作用是什么？ 6．常用哪些类型的传感器？ 第七章 发动机润滑系 第一节 概述 发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系(lubrication system)。（图7-1）  图7-1 1. 功用 润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗； 清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物； 冷却作用：机油在润滑系内循环还可带走摩擦产生的热量，起冷却作用； 密封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油； 防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈； 液压作用：润滑油还可用作液压油，如液压挺柱，起液压作用； 减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。 2. 润滑方式（图7-2）  图7-2 由于发动机各运动零件的工作条件不同，对润滑强度的要求也就不同，因而要相应地采取不同的润滑方式。 压力润滑(full pressure oiling)：利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承等处承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机油输送到摩擦面的间隙中，方能形成油膜以保证润滑。这种润滑方式称为压力润滑。 飞溅润滑(splash oiling)：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。这种润滑方式可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁，相对滑动速度较小的活塞销，以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。 定期润滑：发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种方式定期润滑。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替加注润滑脂的轴承。 3. 润滑油(oil) 发动机的润滑剂有润滑油和润滑脂。 润滑油习惯上称为机油，品种很多。 汽油机和柴油机使用的润滑油不同，汽油机润滑系使用的润滑油俗称汽油机机油，柴油机润滑系使用的润滑油俗称柴油机机油。 机油的粘度随温度变化而变化，温度高则粘度小，温度低则粘度大，因此，要根据季节选用不同牌号的润滑油。 第二节 润滑系的组成及油路 1．组成（图7-3） 润滑系一般由机油泵(oil pump)、机油盘(oil pan)、润滑油管(oil pipe)、润滑油道（oil gallery)、机油滤清器(oil filter)、机油散热器(oil radiator)、各种阀(valve)、传感器(sensor）和机油压力表（oil gauge)、温度表(temperature gauge)等组成。现代汽车发动机润滑系的组成及油路布置方案大致相似，只是由于润滑系的工作条件和具体结构的不同而稍有差别。  图7-3 2．发动机润滑部位及油路（图7-4） 发动机的润滑部位主要有曲柄连杆机构、配气机构以及正室齿轮室。油路如图。   图7-4 第三节 润滑系的主要零部件 润滑系的主要部件有机油泵、机油滤清器，各种阀，机油散热器以及检视设备。 1. 机油泵(oil pump) 功用：提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环，目前发动机润滑系中广泛采用的是外啮合齿轮式机油泵和内啮合转子式机油泵两种。 齿轮式机械泵(gear pump)（图7-5）  图7-5 齿轮式机油泵由主动轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮、壳体等组成，两个齿数相同的齿轮相互啮合，装在壳体内，齿轮与壳体的径向和端面间隙很小。主动轴与主动齿轮用键连接，从动齿轮空套在从动轴上。 工作时，主动齿轮带动从动齿轮反向旋转。两齿轮旋转时，充满在齿轮齿槽间的机油沿油泵壳壁由进油腔带到出油腔，在进油腔一侧由于齿轮脱开啮合以及机油被不断带出而产生真空，使油底壳内的机油在大气压力作用下经集滤器进入进油腔，而在出油腔一侧由于齿轮进入啮合和机油被不断带入而产生挤压作用，机油以一定压力被泵出。 齿轮式机油泵结构简单，机械加工方便，工作可靠，使用寿命长，应用较广泛。 (2) 转子式机油泵(rotary pump)（图7-6） 转子式机油泵由壳体、内转子、外转子和泵盖等组成。内转子用键或销子固定在转子轴上，由曲轴齿轮直接或间接驱动，内转子和外转子中心的偏心距为e，内转子带动外转子一起沿同一方向转动。内转子有4个凸齿，外转子有5个凹齿，这样内、外转子同向不同步的旋转。 转子齿形齿廓设计得使转子转到任何角度时，内、外转子每个齿的齿形廓线上总能互相成点接触。这样内、外转子间形成4个工作腔，随着转子的转动，这4个工作腔的容积是不断变化的。在进油道的一侧空腔，由于转子脱开啮合，容积逐渐增大，产生真空，机油被吸入，转子继续旋转，机油被带到出油道的一侧，这时，转子正好进入啮合，使这一空腔容积减小，油压升高，机油从齿间挤出并经出油道压送出去。这样，随着转子的不断旋转，机油就不断地被吸入和压出。 转子式机油泵结构紧凑，外形尺寸小，重量轻，吸油真空度较大，泵油量大，供油均匀度好，成本低，在中、小型发动机上应用广泛。  图7-6 2. 机油滤清器 发动机工作时，金属磨屑和大气中的尘埃以及燃料燃烧不完全所产生的炭粒会渗入机油中，机油本身也因受热氧化而产生胶状沉淀物，机油中含有这些杂质。如果把这样的脏机油直接送到运动零件表面，机油中的机械杂质就会成为磨料，加速零件的磨损，并且引起油道堵塞及活塞环、气门等零件胶结。因此必须在润滑系中设有机油滤清器，使循环流动的机油在送往运动零件表面之前得到净化处理。保证摩擦表面的良好润滑，延长其使用寿命。 一般润滑系中装有几个不同滤清能力的滤清器，集滤器、粗滤器和细滤器，分别串联和并联在主油道中。与主油道串联的滤清器称为全流式滤清器，一般为粗滤器；与主油道并联的滤清器称为分流式滤清器，一般为细滤器，过油量约为10～30％。 集滤器(pickup)（图7-7）  图7-7 集滤器是具有金属网的滤清器，安装于机油泵进油管上，其作用是防止较大的机械杂质进入机油泵。 浮式集滤器飘浮于机油表面吸油，能吸入油面上较清洁的机油，但油面上的泡沫易被吸入，使机油压力降低，润滑欠可靠，目前应用不多。固定式集滤器淹没在油面之下，吸入的机油清洁度较差，但可防止泡沫吸入，润滑可靠，结构简单，逐步取代浮式集滤器。 机油粗滤器（oil coarse filter） 粗滤器用于滤去机油中粒度较大的杂质，机油流动阻力小，它通常串联在机油泵与主油道之间，属于全流式滤清器。粗滤器是过滤式滤清器，其工作原理是利用机油通过细小的孔眼或缝隙时，将大于孔眼或缝隙的杂质留在滤芯的外部。根据滤芯的不同，有各种不同的结构形式。传统的粗滤器多采用金属片缝隙式和绕线式，现多采用纸质式和锯末式。 金属片缝隙式粗滤器（图7-8）  图7-8 这种粗滤器的滤芯是由薄钢片制成的滤清片、隔片和刮片等组成。它们彼此相同地套在滤芯轴上，用上、下盖板及螺母压紧。由于滤清片之间有隔片，形成了一定的间隙，机油可通过此间隙流入滤芯，再经上盖出油道流向主油道，机油流动方向如图中箭头所示。在上盖设有旁通阀，当滤芯堵塞时，旁通阀被机油压力顶开，润滑油不经滤芯而直接流入主油道，保证供油不会中断。 纸质滤芯式机油粗清器（图7-9） 金属片式粗滤器是一种永久性滤清器。由于它质量大、结构复杂、制造成本高等缺点，已基本被淘汰。纸质滤清器的滤芯是用微孔滤纸制成的，为了增大过滤面积，微孔滤纸一般都折叠成扇形和波纹形（图7-10）。微孔滤纸经过酚醛树脂处理，具有较高的强度，抗腐蚀能力和抗水湿性能，具有质量小、体积小、结构简单、滤清效果好、过滤阻力小、成本低和保养方便等优点。得到了广泛地应用。  图7-9  图7-10 c. 锯末滤芯式机油粗滤清器 锯末滤芯式粗滤器滤芯为酚醛树脂粘结的锯末滤芯，它阻力小，滤清效果好，使用寿命长。 (3) 机油细滤器（oil fine filter） (图7-11) 机油细滤器用以清除细小的杂质，这种滤清器对机油的流动阻力较大，故多做成分流式，它与主油道并联，只有少量的机油通过它滤清后又回到油底壳。细滤器有过滤式和离心式两种，过滤式机油细滤器存在着滤清能力与通过能力的矛盾。为此多数发动机采用离心式细滤器。  图7-11 3. 机油散热器和冷却器 发动机运转时，由于机油粘度随温度的升高而变稀，降低了润滑能力。因此，有些发动机装用了机油散热器或机油冷却器。其作用是降低机油温度，保持润滑油一定的粘度。 机油散热器(oil radiator)（图7-12）  图7-12 机油散热器由散热管、限压阀、开关、进出水管等组成。其结构与冷却水散热器相似。 机油散热器一般安装在冷却水散热器的前面，与主油道并联。机油泵工作时，一方面将机油供给主油道，另一方面经限压阀、机油散热器开关，进油管进入机油散热器内，冷却后从出油管流回机油盘，如此循环流动。 机油冷却器(oil cooler)（图7-13）  图7-13 将机油冷却器置于冷却水路中，利用冷却水的温度来控制润滑油的温度。当润滑油温度高时，靠冷却水降温，发动机起动时，则从冷却水吸收热量使润滑油迅速提高温度。机油冷却器由铝合金铸成的壳体、前盖、后盖和铜芯管组成，如图 所示。为了加强冷却，管外又套装了散热片。冷却水在管外流动，润滑油在管内流动，两者进行热量交换。也有使油在管外流动，而水在管内流动的结构。 4. 阀门（图7-14） 在润滑系中都设有几个限压阀和旁通阀，以确保润滑系正常工作。 (1) 限压阀(pressure-control valve) 随发动机转速增加而增高的，并且当润滑系中油路淤塞、轴承间隙过小或使用的机油粘度过大时，也将使供油压力增高。因此，在润滑系机油泵和主油道中设有限压阀，限制机油最高压力，以确保安全。 当机油泵和主油道上机油压力超过预定的压力时，克服限压阀弹簧作用力，顶开阀门，一部分机油从侧面通道流入油底壳内，使油道内的油压下降至设定的正常值后，阀门关闭。 (2) 旁通阀(bypass valve) 旁通阀用以保证润滑系内油路畅通，当机油滤清器堵塞时，机油通过并联在其上的旁通阀直接进入润滑系的主油道，防止主油道断油。旁通阀与限压阀的结构基本相同，只是其安装位置、控制压力，溢流方向不同，通常旁通阀弹簧刚度要比限压阀弹簧刚度小得多。  图7-14 5. 油尺和机油压力表 油尺是用来检查油底壳内油量和油面高低的。它是一片金属杆，下端制成扁平，并有刻线。机油油面必须处于油尺上下刻线之间。 机油压力表用以指示发动机工作时润滑系中机油压力的大小，一般都采用电热式机油压力表，它由油压表和传感器组成，中间用导线连接。传感器装在粗滤器或主油道上，它把感受到的机油压力传给油压表。油压表装在驾驶室内仪表板上，显示机油压力的大小值。 第四节 曲轴箱通风 发动机工作时，一部分可燃混合气和废气经活塞环泄漏到曲轴箱内。泄漏到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后，将使润滑油变稀。同时，废气的高温和废气中的酸性物质及水蒸汽将侵蚀零件，并使润滑油性能变坏。另外，由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的压力增大，温度升高，易使机油从油封、衬垫等处向外渗漏。为此，一般汽车发动机都有曲轴箱通风装置，以便及时将进入曲轴箱内的混合气和废气抽出，使新鲜气体进入曲轴箱，形成不断地对流。曲轴箱通风方式一般有两种，一种是自然通风，另一种是强制通风。 ? 自然通风（图7-15）  图7-15 从曲轴箱抽出的气体直接导入大气中的通风方式称为自然通风。柴油机多采用这种曲轴箱自然通风方式。在曲轴箱连通的气门室盖或润滑油加注口接出一根下垂的出气管，管口处切成斜口，切口的方向与汽车行驶的方向相反。利用汽车行驶和冷却风扇的气流，在出气口处形成一定真空度，将气体从曲轴箱抽出。 2. 强制通风（图7-16） 从曲轴箱抽出的气体导入发动机的进气管，吸入气缸再燃烧。这种通风方式称为强制通风，汽油机一般都采用这种曲轴箱强制通风方式，这样，可以将窜入曲轴箱内的混合气回收使用，有利于提高发动机的经济性。  图7-16 本章思考题： 润滑系的功用是什么？由哪些机件组成？ 试述齿轮式机油泵和转子式机油泵的构造和工作原理。 发动机通常采用哪几种机油滤清器？它们应该串联？还是并联？为什么？ 润滑油路中如果不装限压阀将引起什么后果？ 5．曲轴箱通风的作用是什么？通风方式有几种？汽油机常采用哪种通风方式？为什么? 第八章 冷却系 第一节 概述 1.作用 冷却系(cooling system)的主要功用是把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。 2．分类 冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷（图6-1），如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。  图6-1 第二节 水冷系的组成和水路 1.组成 水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它由散热器(radiator)、水泵(water pump)、风扇(fan)、冷却水套(water jaket)和温度调节装置等组成（图6-2）。  图6-2 2.水路 散热器内的冷却水经水泵加压后通过分水管压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却（图6-3）。  图6-3 第三节 水冷系主要部件的构造 散热器（radiator）（图6-4）  图6-4 功用：增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低10～15℃，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。 结构:散热器又称为水箱，由上贮水室、散热器芯和下贮水室等组成。 散热器上水贮室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上贮水室和下贮水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下贮水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。 散热器芯由许多冷却水管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式（图6-5）和管带式（图6-6）两种。  图6-5  图6-6 管片式散热器芯冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下贮水室，是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高。 管带式散热器芯采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。这种散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一般多为轿车发动机采用，近年来在一些中型车辆上也开始采用。 对散热器的要求是，必须有足够的散热面积，而且所有材料导热性能要好，因此，散热器一般用铜或铝制成。 目前汽车发动机多采用闭式水冷系，这种冷却系的散热器盖具有自动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。在冷却水系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖，如图6-7。一般情况下，两阀借弹簧关闭。当散热器中压力升高到一定值（约为0.026～0.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中产生的真空度达一定值（约为0.01时～0.02Mpa）时，空气阀开启。  图6-7 对于加注防锈，防冻液的汽车发动机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采用散热器＋副水箱结构（图6-8）。副水箱的上方用一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。当散热器内蒸汽压力升高到某一值时，其盖上的压力阀打开，冷却液通过压力阀通过溢流管进入副水箱；当温度下降时，冷却液又从副水箱通过真空阀流回到散热器内部。这样可以防止冷却水损失。副水箱内部印有两条液面高度标记线，副水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间。  图6-8 风扇(fan)（图6-9）  图6-9 功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生抽吸作用，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯（图6-10），使流经散热器芯的冷却水加速冷却。  图6-10 车用发动机的风扇有两种形式，轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。 水泵(water pump)（图6-11）  图6-11 功用：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。 离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，轮叶一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6－9片。 当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。 4.冷却强度调节装置 冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。改变冷却强度通常有两种调节方式，一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变冷却液的循环流量和循环范围。 (1) 改变通过散热器的空气流量 通常利用百叶窗(fan blind)和各种自动风扇离合器(fan clutch)来实现改变通过散热器的空气流量。 百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。 风扇离合器是置于风扇传动机构中的离合机构,可根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。常见的风扇离合器形式有硅油风扇离合器、机械式风扇离合器、电磁风扇离合器及液力偶合器等。硅油风扇离合器应用的比较广泛。 硅油风扇离合器（图6-12） 硅油风扇离合器由主动板、从动板、双金属感温器及壳体等构成。风扇装于壳体上。从动板与壳体之间的空间为工作腔，从动板与前盖之间为贮油腔，硅油存于其中。从动板上有进油孔，由感温阀片和双金属感温器控制。从动板外缘有一个由球阀控制的回油孔。冷却水温较低时，通过散热器的空气温度不高，进油孔关闭，贮油腔的硅油不能进入工作腔，离合器分离。冷却水温较高时，双金属感温器受热变形，从而带动阀片轴和阀片转过一定角度，将进油孔打开，硅油进入工作腔，由于硅油粘度大，主动板通过硅油带动壳体和风扇一起转动，使风扇转速迅速升高。  图6-12 (2) 改变通过散热器的冷却水的流量 通常利用节温器（thermostat）来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚膨胀筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。 蜡式节温器（图6-13）  图6-13 蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到80℃以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器，而进行大循环。 膨胀筒式节温器（图6-14）  图6-14 膨胀筒式节温器是由具有弹性的、折叠式的密闭圆筒（用黄铜制成），内装有易于挥发的乙醚。主阀门和侧阀门随膨胀筒上端一起上下移动。膨胀筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化，故圆筒高度也随温度而变化。 当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却水温低于70℃时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔(bypass hole)流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却水温在70～80℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。 风冷却系（图6-15） 风冷却系是利用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面，把从气缸内部传出的热量散发到大气中去，以保证发动机在最有利的温度范围内工作。 发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。 由于汽车发动机功率较大，需要冷却的热量较多，多采用功率、流量较大的轴流式风扇以加强发动机的冷却。为了有效地利用空气流和保证各缸冷却均匀，在发动机上装有导流罩和分流板和气缸导流罩。  图6-15 虽然风冷却系与水冷却系比较，具有结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。 本章思考题： 发动机为什么要冷却？最佳水温范围一般是多少？ 水冷却系中为什么要装节温器？什么叫大循环？什么叫小循环？ 冷却系中水温过高或水温过低有哪些原因？ 4．汽车上为什么要采用风扇离合器？试述硅油风扇离合器的工作原理。 第九章 发动机起动系 第一节 发动机的起动 使发动机从静止状态过渡到工作状态的全过程，叫发动机的起动。完成起动所需要的装置叫起动系（图9-1）。  图9-1 1．起动条件 ① 起动转矩：能够使曲转旋转的最低转矩称为起动转矩，起动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。 ② 起动转速：能使发动机起动的曲轴最低转速称为起动转速，在0~20℃时，汽油机的起动转速为30～40 r/min，柴油机的起动转速为150～300r/min。 2.起动方式 转动曲轴使发动机起动的方式很多，汽车发动机常用的有两种： ① 人力起动：起动最为简单，只须将起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，以人力转动曲轴。 ② 电动机起动：电动机起动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为电源。 第二节 起动辅助装置 发动机在严寒冬季起动困难，这是由于机油粘度增高，起动阻力矩增大，蓄电池工作能力降低，以及燃油气化性能变坏的缘故。为使之便于起动，在冬季应设法将进气、润滑油和冷却水预热。柴油机冬季起动困难尤大。车用柴油机为了能在低温下迅速可靠的起动，常采用一些用以改善燃料着火条件和降低起动转矩的起动辅助装置，如电热塞、进气预热器、起动液喷射装置以及减压装置等。 电热塞（图9-2）  图9-2 一般在采用涡流室式或预燃室式燃烧室的发动机中装有电热塞，以便在起动时对燃烧室内的空气进行预热。螺旋形的电阻丝一端焊于中心螺杆上，另一端焊在耐高温不锈钢制造的发热钢套底部，在钢套内装有具有一定绝缘性能、导热好、耐高温的氧化铝填充剂。各电热塞中心螺杆用导线并联，并连接到蓄电池上。在发动机起动以前，先用专用的开关接通电热塞电路，很快红热的发热钢套使汽缸内空气温度升高，从而提高了压缩终了时的空气温度，使喷入汽缸的柴油容易着火。 进气预热器（图9-3）  图9-3 在中、小功率柴油机上常采用进气预热器作为冷起动的辅助装置。 空心阀体由膨胀系数较大的金属材料制成。其一端与进油管接头相连，另一端有内螺纹与一端带有外螺纹的阀芯相连。阀芯的锥形端在预热器不工作时将油管接头的进油口堵塞。阀体外绕有外表面绝缘的电热丝。 柴油机起动时，接通预热器电路后，电热丝发热，同时加热阀体，阀体受热伸长，带动阀芯移动，使阀芯的锥形端离开进油孔。燃油流进阀体内腔受热气化，从阀体的内腔喷出，并被炽热的电热丝点燃生成火焰喷入进气管，使进气得以预热。当关闭预热开关时，电路切断，电热丝变冷，阀体冷却收缩，其锥形端又堵住进油孔而截止燃油的流入，于是火焰熄灭，预热停止。 3. 减压装置（图9-4） 为了降低起动力矩，提高发动机转速，在某些车用柴油机上采用减压装置。发动机起动时，首先通过手柄驱使调整螺钉旋转，并略微顶开气门（气门一般下降1-1.25mm），以降低初压缩阻力。这样在柴油机起动前起动机转动曲轴比较容易。 当曲轴转动起来后，各零件工作表面温度升高，润滑油粘度降低，摩擦阻力减小，从而降低了起动阻力矩。这时将手柄扳回原来位置，柴油机即可顺利起动。  图9-4 起动液喷射装置（图9-5）  图9-5 在低温起动时，可根据需要装用起动液喷射装置 在柴油机进气管内安装一个喷嘴，起动液压力喷射罐内充有压缩气体（氮气）和易燃燃料（乙醚、丙酮、石油醚等）。当低温起动柴油机时，将喷射罐倒立，罐口对准喷嘴上端的管口。轻压起动液喷射罐，即打开喷射罐口处的单向阀，则起动液通过单向阀、喷嘴喷入柴油机进气管，并随同进气管内的空气一起被吸入燃烧室。因为起动液是易燃燃料，故可在较低的温度和压力下迅速着火，从而点燃喷入燃烧室的柴油。 第三节 起动机 1． 组成：  直流电动机常采用串激直流电动机，其特点是低速时转矩很大，随转速n↑，转矩T↓，这一特征非常适合发动机起动的要求。 汽油机用起动机 功率为1.5kw 电压为12v 柴油机用起动机 功率为5kw 电压为24v 2．操纵机构 直接操纵：由驾驶员通过起动踏板和杠杆机构直接操纵起动开关并使传动齿轮副进入啮合。结构简单、使用可靠、但操作不便，且当驾驶员座位距起动机较远时难以布置，目前以很少使用。 电磁操纵：由驾驶员通过起动开关操纵继电器（电磁开关），而由继电器操纵起动机电磁开关和齿轮副或通过起动开关直接操纵起动机电磁开关和齿轮副。 布置灵活、使用方便、适宜于远距离操纵，目前，车用汽油机或柴油机均采用电磁操纵式起动机。起动机齿较与飞轮齿圈传动比为10～15。 3．离合机构 起动机应该只在起动时才与发动机曲轴相联，而当发动机开始工作之后，起动机应立即与曲轴分离。否则，随着发动机转速的升高，将使起动机大大超速，产生很大的离心力，而使起动机损坏（起动机电枢绕组松弛，甚至飞散）。 因此，起动机中装有离合机构。在起动时，它保证起动机的动力能够通过飞轮传递给曲轴；起动完毕，发动机开始工作时，立即切断动力传递路线，使发动机不可能反过来通过飞轮驱动起动机以高速旋转。 滚柱式离合机构是常用的离合机构（图9-6）。  图9-6 滚柱式离合机构由开有楔形缺口的外座圈、内座圈、滚子以及连同弹簧一起装在外座圈孔中的柱塞组成。作为内座圈毂的套筒和起动机轴用花键连接。固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一起转动，驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转。 当电枢连同内座圈依箭头所示方向旋转时，滚子借摩擦力和弹簧推力而楔紧在内外座圈之间的楔形槽的窄端。于是起动机轴上的转矩便可通过楔紧的滚子传到外座圈，因此固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一同旋转，驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转。 当发动机开始工作，曲轴转速升高以后，即有飞轮齿圈带动起动机齿轮高速旋转的趋势。此时虽然齿轮的旋转方向不变，但已由主动轮变成了从动轮。于是，滚子在摩擦力的作用下克服弹簧张力而向楔形槽较宽的一端滚动，从而，高速旋转的小齿轮与电枢轴脱开，防止了起动机超速的危险。 4．起动过程（图9-7） 起动时，接通起动开关，起动机电路通电，继电器的吸引线圈和保持线圈通电，产生很强的磁力，吸引铁芯左移，并带动驱动杠杆绕其销轴转动，使齿轮移出与飞轮齿圈啮合。与此同时，由于吸引线圈的电流通过电动机的绕组，电枢开始转动，齿轮在旋转中移出，减小冲击。 如果齿轮与飞轮齿端相对，不能马上啮合，此时弹簧压缩，当齿轮转过一个角度后，齿轮与飞轮迅速啮合。当铁芯移动到使短路开关闭合的位置时，短路线路接通，吸引线圈被短路，失去作用，保持线圈所产生的磁力足以维持铁芯处于开关吸合的位置。  图9-7 5．减速起动机（图9-8） 在起动机的电枢轴与驱动小齿轮之间装有齿轮减速器的起动机称为减速起动机。当起动机功率一定时，提高电机转速，降低转矩，可以减小其体积。因此，在采用小型、高速、低转矩的起动机时，靠装在电机轴上的齿轮减速器（速比为3-4）将电机转速降低后再驱动飞轮。减速起动机与同功率的起动机相比，它具有体积小、重量轻、驱动转矩大的优点。  图9-8 本章思考题： 什么是发动机的起动？起动所必须的条件是什么？车用发动机一般采用哪种起动方式？ 常用起动预热装置有哪些？它们是怎样起预热作用的？ 起动齿轮与飞轮齿圈的传动比一般为多少？ 为什么车用起动机的轴上都装有单向离合器？说明滚柱式单向离合器的结构和工作原理。