汽車原理及維修講義(二)

1-空氣濾清器；2—化油器；3－進(jìn)油針閥；4—喉管；5—浮子；6—浮子室；7-主量孔；8-主噴管；9—進(jìn)氣預(yù)熱套管；10—進(jìn)氣支管；11-進(jìn)氣門；12—?dú)飧组T；13—節(jié)氣門；14—化油器混合室圖2-11可燃混合氣的形成過程二、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況對(duì)可燃混合氣成分的要求1、可燃混合氣的形成過程汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可燃混合氣形成時(shí)間很短，從進(jìn)氣過程開始算起到壓縮過程結(jié)束為止，總共也只有0.01-0.02s的時(shí)間。要在這樣短的時(shí)間內(nèi)形成均勻的可燃混合氣，關(guān)鍵在于汽油的霧化和蒸發(fā)。所謂霧化就是將汽油分散成細(xì)小的油滴或油霧。良好的霧化可以大大增加汽油的蒸發(fā)外表積，從而提高汽油的蒸發(fā)速度。另外，混合氣中汽油與空氣的比例應(yīng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的需要。因此，混合氣形成過程就是汽油霧化、蒸發(fā)以及與空氣配比和混合的過程。在進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門開啟，空氣經(jīng)空氣濾清器1、化油器2、進(jìn)氣支管10和進(jìn)氣門11流進(jìn)氣缸12(圖4-2)。在整個(gè)空氣流道中，喉管4的喉部截面積較小，空氣流過時(shí)流速增大，靜壓力減小，從而造成喉部壓力低于大氣壓力。浮子室6與大氣相通，故浮子室液面上的壓力根本上是大氣壓力。主噴管8的出口位于喉管4的喉部，因此其出口壓力等于喉部壓力。在大氣壓力與喉部壓力之差(即喉管真空度)的作用下，汽油從浮子室6經(jīng)主量孔7和主噴管8噴人喉管4中，并受到流經(jīng)喉管的高速空氣流的沖擊，分散成細(xì)小的油滴。這些細(xì)小的油滴在隨空氣流動(dòng)的過程中不斷蒸發(fā)汽化并與空氣混合，其中粒徑較大的油滴將沉積在進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁上形成油膜。油膜在氣流的推動(dòng)下緩慢地流向氣缸。為了促使油膜在流進(jìn)氣缸之前蒸發(fā)殆盡，在進(jìn)氣歧管外壁附設(shè)進(jìn)氣預(yù)熱套9，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或循環(huán)冷卻液對(duì)進(jìn)氣歧管加熱，以加速油膜蒸發(fā)。汽油蒸發(fā)并與空氣混合形成均勻可燃混合氣的過程將一直持續(xù)到壓縮過程結(jié)束。汽車在行駛當(dāng)中情況不斷變化，要求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率也作相應(yīng)的變化。欲改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率需改變供入氣缸內(nèi)的可燃混合氣數(shù)量，為此，化油器中設(shè)有節(jié)氣門13。節(jié)氣門開度不同，進(jìn)人氣缸內(nèi)的混合氣數(shù)量也不同。當(dāng)節(jié)氣門開大時(shí)，空氣流動(dòng)阻力減小，空氣流量增加。流速增大，其靜壓力進(jìn)一步下降，喉管真空度相應(yīng)增大，這時(shí)通過主噴管噴出的汽油數(shù)量增多。即當(dāng)節(jié)氣門開大時(shí)，進(jìn)入氣缸的混合氣數(shù)量增多，發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨之增加。節(jié)氣門通過一系列桿件與駕駛室內(nèi)的加速踏板相連，駕駛員通過踩踏加速踏板來改變節(jié)氣門的開度。為了保證可燃混合氣中空氣與汽油的比例符合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的要求，需控制空氣流量和汽油流量。在氣缸真空度一定時(shí)，空氣流量決定于喉管的形狀和尺寸。在喉管真空度一定時(shí)，汽油流量決定于主量孔的形狀和尺寸。因此，這兩個(gè)零件都是單獨(dú)加工制成之后安裝到化油器上的。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)主量孔的形狀和尺寸一定時(shí)，通過主量孔的汽油流量決定于主量孔前后的壓力差。主量孔前的壓力根本恒定，主量孔后的壓力取決于喉管真空度或主量孔后的真空度的大小。換言之，通過主量孔的汽油流量決定于喉管真空度或主量孔后真空度的大小。2、可燃混合氣成分的表示法可燃混合氣中空氣與燃油的比例稱為可燃混合氣成分或可燃混合氣濃度，通常用過量空氣系數(shù)和空燃比表示。1.過量空氣系數(shù)燃燒1kg燃油實(shí)際供應(yīng)的空氣質(zhì)量與完全燃燒1kg燃油的化學(xué)計(jì)量空氣質(zhì)量之比為過量空氣系數(shù)，記作φa。即的可燃混合氣稱為理論混合氣；<1的稱為濃混合氣；>1的那么稱為稀混合氣。2．空燃比可燃混合氣中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比為空燃比，記作α。即按照化學(xué)反響方程式的當(dāng)量關(guān)系，可求出1kg汽油完全燃燒所需空氣質(zhì)量即化學(xué)計(jì)量空氣質(zhì)量約為14.8kg。顯然,α=14．8的可燃混合氣為理論混合氣；α<14．8的為濃混合氣；α>14.8的為稀混合氣?？杖急?。α=14．8稱為理論空燃比或化學(xué)計(jì)量空燃比。過量空氣系數(shù)與空燃比α在數(shù)值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所列。與α數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系0.60.70.80.91.01.11.21.31.4α8.910.411.813.314.816.317.819.220.7試驗(yàn)證明，當(dāng)燃用的可燃混合氣時(shí)，燃燒完全，燃油消耗率最低，故稱這種混合氣為經(jīng)濟(jì)混合氣，其混合比為經(jīng)濟(jì)混合比。當(dāng)時(shí)，混合氣燃燒速度最快，熱損失最小。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率最大，故稱此種混合氣為功率混合氣，其混合比為功率混合比。實(shí)驗(yàn)還證明，混合氣過濃或過稀都不能著火燃燒。在一般情況下，混合氣濃到或混合氣稀到火焰便不能傳播。通常稱前者為火焰?zhèn)鞑ド舷?，稱后者為火焰?zhèn)鞑ハ孪?。如上所述，可燃混合氣成分直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且使用同一種成分的混合氣不可能同時(shí)獲得最大功率和最低燃油消耗率。3、化油器特性及發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況對(duì)混合氣成分的要求1．冷起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)，因溫度低汽油不容易蒸發(fā)汽化，再加上起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速低(50-100r／min)，空氣流過化油器的速度很低，汽油霧化不良，致使進(jìn)入氣缸的混合氣中汽油蒸氣太少，混合氣過稀，不能著火燃燒。為使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠順利起動(dòng)，要求化油器供應(yīng)φa約為0．2—0．6的濃混合氣，以使進(jìn)入氣缸的混合氣在火焰?zhèn)鞑ソ缦拗畠?nèi)。2．怠速怠速是指發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外無功率輸出的工況。這時(shí)可燃混合氣燃燒后對(duì)活塞所作的功全部用來克服發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的阻力，使發(fā)動(dòng)機(jī)以低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，汽油機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速為700-900r／min。在怠速工況，節(jié)氣門接近關(guān)閉，吸入氣缸內(nèi)的混合氣數(shù)量很少。在這種情況下氣缸內(nèi)的剩余廢氣量相對(duì)增多，混合氣被廢氣嚴(yán)重稀釋，使燃燒速度減慢甚至熄火。為此要求供應(yīng)φa=0．6-0．8的濃混合氣，以補(bǔ)償廢氣的稀釋作用。3.小負(fù)荷小負(fù)荷工況時(shí)，節(jié)氣門開度在25％以內(nèi)。隨著進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣數(shù)量的增多，汽油霧化和蒸發(fā)的條件有所改善，剩余廢氣對(duì)混合氣的稀釋作用相對(duì)減弱。因此，應(yīng)該供應(yīng)φa=0．7—0．9的混合氣。雖然，比怠速工況供應(yīng)的混合氣稍稀，但仍為濃混合氣，這是為了保證汽油機(jī)小負(fù)荷工況的穩(wěn)定性，如圖2-12中曲線3的小負(fù)荷段所示。圖2-12化油器特性1.相應(yīng)于最大功率時(shí)的φa值；2.相應(yīng)于最低燃油消耗率時(shí)的φa值；3.理想化油器特性4．中等負(fù)荷中等負(fù)荷工況節(jié)氣門的開度在25％—85％范圍內(nèi)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大局部時(shí)間在中等負(fù)荷下工作，因此應(yīng)該供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)混合氣，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。從小負(fù)荷到中等負(fù)荷，隨著負(fù)荷的增加，節(jié)氣門逐漸開大，混合氣逐漸變稀(圖2-12曲線3的中負(fù)荷段)。5．大負(fù)荷和全負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷或全負(fù)荷工作時(shí)，節(jié)氣門接近或到達(dá)全開位置。這時(shí)需要發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率以克服較大的外界阻力或加速行駛。為此應(yīng)該供應(yīng)的功率混合氣。從中等負(fù)荷轉(zhuǎn)入大負(fù)荷時(shí)，混合氣由經(jīng)濟(jì)混合比加濃到功率混合比，如圖2-12中曲線3的大負(fù)荷段所示。6.加速汽車在行駛過程中，有時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)迅速提高車速。為此，駕駛員要猛踩加速踏板，使節(jié)氣門突然開大，以期迅速增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。這時(shí)雖然空氣流量迅速增加，但是由于汽油的密度比空氣密度大得多，即汽油的流動(dòng)慣性遠(yuǎn)大于空氣的流動(dòng)慣性，致使汽油流量的增加比空氣流量的增加滯后一段時(shí)間。另外，節(jié)氣門開大，進(jìn)氣支管的壓力增加，不利于汽油的蒸發(fā)汽化。因此，在節(jié)氣門突然開大時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)混合氣瞬時(shí)變稀的現(xiàn)象。這不僅不能使發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加、汽車加速，反而有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。為了防止發(fā)生此種現(xiàn)象，保證汽車有良好的加速性能，在節(jié)氣門突然開大空氣流量迅速增加的同時(shí)，由化油器中附設(shè)的特殊裝置瞬時(shí)快速地供應(yīng)一定數(shù)量的汽油，使變稀的混合氣得到重新加濃。綜上所述，對(duì)于經(jīng)常在中等負(fù)荷下工作的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，為了保持其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，從小負(fù)荷到中等負(fù)荷要求化油器能隨著負(fù)荷的增加，供應(yīng)由濃逐漸變稀的混合氣，直到供應(yīng)經(jīng)濟(jì)混合氣，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性。從大負(fù)荷到全負(fù)荷階段，又要求混合氣由稀變濃，最后加濃到功率混合氣，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大功率。滿足上述要求的化油器特性稱為理想化油器特性，圖2-12中的曲線3即為理想化油器特性。在進(jìn)行化油器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配試驗(yàn)時(shí)，理想化油器特性是化油器調(diào)整的依據(jù)，也是確定化油器結(jié)構(gòu)方案、選擇各種油量孔和空氣量孔尺寸的根底，所以一個(gè)調(diào)整好的化油器，其實(shí)際供油特性應(yīng)當(dāng)和理想化油器特性根本相符。圖2-13浮子系統(tǒng)示意圖1.浮子室；2.主量孔；3.主噴管；4.平衡孔；5.浮子；6.通氣孔；7.進(jìn)油針閥；8.針閥座；9.油面第三節(jié)汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)汽油噴射系統(tǒng)的分類汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)簡(jiǎn)稱汽油噴射系統(tǒng)，它是在恒定的壓力下，利用噴油器將一定數(shù)量的汽油直接噴入氣缸或進(jìn)氣管道內(nèi)的汽油機(jī)燃油供應(yīng)裝置。目前，在國(guó)產(chǎn)汽車上特別是中型貨車上還廣泛采用化油器，因?yàn)樗ぷ骺煽?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便和本錢低廉。但是化油器不能滿足對(duì)現(xiàn)代汽車提出的降低排污，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的迫切要求。自20世紀(jì)90年代以來，電子控制的汽油噴射系統(tǒng)在一些興旺國(guó)家生產(chǎn)的汽車上已占統(tǒng)治地位，在轎車上已取代了傳統(tǒng)的化油器。我國(guó)政府也已規(guī)定，從2001年7月起，禁止生產(chǎn)化油器類轎車和5座客車。也就是說，這類汽車應(yīng)取消化油器，全部采用汽油噴射式的燃油系統(tǒng)。與化油器相比，汽油噴射系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化供應(yīng)最正確空燃比的混合氣；2)供應(yīng)各氣缸內(nèi)的混合氣，其空燃比相同，數(shù)量相等；3)由于進(jìn)氣管道中沒有狹窄的喉管，因此進(jìn)氣阻力小，充氣性能好。因此，汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，良好的排放性。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)有所減輕，汽車的加速性也有顯著改善。車用汽油噴射系統(tǒng)有多種類型，可按不同方法進(jìn)行分類：1〕按汽油噴射系統(tǒng)的控制方法分為機(jī)械控制式；電子控制及機(jī)電混合控制式3種。近十年來電子控制汽油噴射系統(tǒng)得到了迅速而又充分的開展，本錢大幅度下降，使用可靠性和可維修性都到達(dá)了相當(dāng)高的水平。2〕按噴射部位的不同可分為缸內(nèi)噴射和缸外噴射兩種。缸內(nèi)噴射是通過安裝在氣缸蓋上的噴油器，將汽油直接噴人氣缸內(nèi)。這種噴射系統(tǒng)需要較高的噴射壓力，約3-5MPa。因而噴油器的結(jié)構(gòu)和布置都比擬復(fù)雜，目前極少應(yīng)用。缸外噴射系統(tǒng)是將噴油器安裝在進(jìn)氣管或進(jìn)氣支管上，以0.20－0.35MPa的噴射壓力將汽油噴入進(jìn)氣管或進(jìn)氣道內(nèi)。前者稱進(jìn)氣管噴射，后者稱進(jìn)氣道噴射。進(jìn)氣管噴射系統(tǒng)的噴油器安裝在節(jié)氣門體上(圖2-14)，而節(jié)氣門體安裝在進(jìn)氣支管的上部，相當(dāng)于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)安裝化油器的位置。因此，進(jìn)氣管噴射又稱節(jié)氣門體噴射(TBI)。由于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)只裝有1或2個(gè)噴油器在節(jié)氣門體上，所以又稱這種噴射方式為單點(diǎn)噴射(SPI)。進(jìn)氣道噴射(PFI)系統(tǒng)是每個(gè)氣缸設(shè)置一個(gè)噴油器，各個(gè)噴油器分別向各缸進(jìn)氣道(進(jìn)氣門前方)噴油(圖2-15)。這種噴射方式又稱多點(diǎn)噴射(MPI)。3)按噴射的連續(xù)性將汽油噴射系統(tǒng)分為連續(xù)噴射式和間歇噴射，連續(xù)噴射是指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，噴油器連續(xù)不斷地向進(jìn)氣道內(nèi)噴油，且大局部汽油是在進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)噴射的。這種噴射方式大多用于機(jī)械控制式或機(jī)電混合控制式汽油噴射系統(tǒng)。間歇式噴射是指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，汽油被間歇地噴人進(jìn)氣道內(nèi)。電子控制汽油噴射系統(tǒng)都采用間歇噴射方式。間歇噴射還可按各缸噴射時(shí)間分為同時(shí)噴射、分組噴射和按序噴射等三種形式。同時(shí)噴射是電控單元發(fā)出同一個(gè)指令控制各缸噴油器同時(shí)噴油。分組噴射是指各缸噴油器分成兩組，每一組噴油器共用一根導(dǎo)線與電控單元連接，電控單元在不同時(shí)刻先后發(fā)出兩個(gè)噴油指令，分別控制兩組的噴油器交替噴射。按序噴射那么是指噴油器按發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的工作順序進(jìn)行噴射。電控單元根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)，區(qū)分各缸的進(jìn)氣行程，適時(shí)發(fā)出各缸噴油指令以實(shí)現(xiàn)按序噴射。圖2-14進(jìn)氣管噴射〔節(jié)氣門體噴射〕1.空氣閥；2.油壓調(diào)節(jié)器；3.回油管；4.噴油器；5.節(jié)氣門體；6.節(jié)氣門圖2-15進(jìn)氣道噴射1.進(jìn)氣支管；2.進(jìn)氣道；3.進(jìn)氣門；4.密封圈；5.噴油器；6.接線柱第四節(jié)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)一、柴油及其使用性能柴油和汽油一樣都是石油制品。在石油蒸餾過程中，溫度在200-35001．輕柴油的牌號(hào)和規(guī)格輕柴油按其質(zhì)量分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)又按柴油的凝點(diǎn)分為10、0、—10、—20、—35和—50等六種牌號(hào)。2．輕柴油的使用性能為了保證高速柴油機(jī)正常、高效地工作，輕柴油應(yīng)具有良好的發(fā)火性、低溫流動(dòng)性、蒸發(fā)性、化學(xué)安定性、防腐性和適當(dāng)?shù)恼扯鹊戎T多的使用性能。1)發(fā)火性指柴油的自燃能力，用十六烷值評(píng)定。柴油的十六烷值大，發(fā)火性好，容易自燃。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輕柴油的十六烷值不小于45。2)蒸發(fā)性指柴油蒸發(fā)汽化的能力，用柴油餾出某一百分比的溫度范圍即餾程和閃點(diǎn)表示。比方，50％餾出溫度即柴油餾出50％的溫度，此溫度越低，柴油的蒸發(fā)性越好。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此溫度不得高于3000為了控制柴油的蒸發(fā)性不致過強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閃點(diǎn)的最低數(shù)值。柴油的閃點(diǎn)指在一定的試驗(yàn)條件下，當(dāng)柴油蒸氣與周圍空氣形成的混合氣接近火焰時(shí)，開始出現(xiàn)閃火的溫度。閃點(diǎn)低，蒸發(fā)性好。3)低溫流動(dòng)性用柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)評(píng)定低溫流動(dòng)性。凝點(diǎn)是指柴油失去流動(dòng)性開始凝固時(shí)的溫度，而冷濾點(diǎn)那么是指在特定的試驗(yàn)條件下，在lmin內(nèi)柴油開始不能流過過濾器20mL時(shí)的最高溫度。一般柴油的冷濾點(diǎn)比其凝點(diǎn)高4—604)粘度是評(píng)定柴油稀稠度的一項(xiàng)指標(biāo)，與柴油的流動(dòng)性有關(guān)。粘度隨溫度而變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，粘度減小，流動(dòng)性增強(qiáng)；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，粘度增大，流動(dòng)性減弱。GB／T252—2000中規(guī)定的實(shí)際膠質(zhì)、10％蒸余物殘?zhí)亢脱趸捕ㄐ?，總不溶物等三?xiàng)指標(biāo)，是柴油安定性的評(píng)定指標(biāo)。柴油的防腐性那么用硫含量、硫醇硫含量、酸度、銅片腐蝕及水溶性酸或堿等指標(biāo)來評(píng)定。柴油中的灰分、水分和機(jī)械雜質(zhì)，是評(píng)定柴油清潔性的指標(biāo)，汽車柴油機(jī)應(yīng)使用各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的柴油。二、柴油機(jī)混合氣形成特點(diǎn)柴油機(jī)以柴油為燃料。由于柴油的蒸發(fā)性和流動(dòng)性都比汽油差，因此柴油機(jī)不能像汽油機(jī)那樣在氣缸外部形成可燃混合氣。柴油機(jī)的混合氣只能在氣缸內(nèi)部形成，即在接近壓縮行程終點(diǎn)時(shí)，通過噴油器把柴油噴人氣缸內(nèi)，柴油油滴在熾熱的空氣中受熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散，并與空氣混合形成可燃混合氣，最終自行發(fā)火燃燒。三、柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的功用1)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻將一定數(shù)量的潔凈柴油增壓后以適當(dāng)?shù)囊?guī)律噴人燃燒室。噴油定時(shí)和噴油量各缸相同且與柴油機(jī)運(yùn)行工況相適應(yīng)。噴油壓力、噴注霧化質(zhì)量及其在燃燒室內(nèi)的分布與燃燒室類型相適應(yīng)。2)在每一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，各氣缸均噴油一次，噴油次序與氣缸工作順序一致。3)根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)供油量，以保證柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其要穩(wěn)定怠速，限制超速。4)儲(chǔ)存一定數(shù)量的柴油，保證汽車的最大續(xù)駛里程。四、柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的組成柴油機(jī)燃油系統(tǒng)包括噴油泵、噴油器和調(diào)速器等主要部件及柴油箱、輸油泵、油水別離器、柴油濾清器、噴油提前器和高、低壓油管等輔助裝置。圖2-16柴油機(jī)燃料系統(tǒng)第五節(jié)進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置一、進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)的功用是盡可能多和盡可能均勻地向各氣缸供應(yīng)可燃混合氣或純潔的空氣。一般進(jìn)氣系統(tǒng)主要包括空氣濾清器和進(jìn)氣歧管。在化油器式和節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上通常還裝有進(jìn)氣預(yù)熱裝置。為了增進(jìn)進(jìn)氣效果，有的進(jìn)氣系統(tǒng)還裝有諧振器。在汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中還包括空氣計(jì)量裝置。1、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(jìn)入氣缸，假設(shè)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(dòng)機(jī)使用壽命。實(shí)踐證明，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)人氣缸。另外，空氣濾清器也有消減進(jìn)氣噪聲的作用。〔二)空氣濾清器結(jié)構(gòu)空氣濾清器一般由進(jìn)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(dòng)機(jī)上的空氣濾清器仍有多種結(jié)構(gòu)形式。1．油浴式空氣濾清器油浴式空氣濾清器用于在多塵條件下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)上，如越野車發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2-17所示為油浴式空氣濾清器的結(jié)構(gòu)圖，2．紙濾芯空氣濾清器紙濾芯空氣濾清器被廣泛用于各類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，圖2-18所示為紙濾芯空氣濾清器結(jié)構(gòu)圖，3．離心式及復(fù)合式空氣濾清器：如圖2-19所示，多用于大型載貨汽車上。圖2-17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.蝶形螺母圖2-18干式紙濾芯空氣濾清器圖2-19雙級(jí)復(fù)合式空氣濾清器a〕濾清器總成；b〕紙濾芯1.濾芯；2.濾清器外殼；3.濾清器蓋；4.蝶性形螺母；1.卡簧；2.紙濾芯；3.濾清器上蓋；4.密封墊；5.進(jìn)氣導(dǎo)流管；6.金屬網(wǎng)；7.打褶濾紙；8.濾芯下密5.密封墊；.密封圈；7.上體；8.出氣口；封面；9.濾芯上密封面10.進(jìn)氣口；11.旋流管；12.下體；14.集灰盤；15.卡箍；16.懸流管螺旋導(dǎo)向面二、排氣系統(tǒng)1、單排氣系統(tǒng)及雙排氣系統(tǒng)直列型發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣行程期間，氣缸中的廢氣經(jīng)排氣門進(jìn)入排氣歧管，再由排氣歧管進(jìn)入排氣管、催化轉(zhuǎn)換器和消聲器，最后由排氣尾管排到大氣中。這種排氣系統(tǒng)稱作單排氣系統(tǒng)(圖2-20)。V型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)排氣歧管，在大多數(shù)裝配V型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上仍采用單排氣系統(tǒng)，即通過一個(gè)叉形管將兩個(gè)排氣歧管連接到一個(gè)排氣管上。來自兩個(gè)排氣歧管的廢氣經(jīng)同一個(gè)排氣管、同一個(gè)消聲器和同一個(gè)排氣尾管排出(圖2-21a)。但有些V型發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)單排氣系統(tǒng)，即每個(gè)排氣歧管各自都連接一個(gè)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)。雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更為順暢，氣缸中剩余的廢氣較少，因而可以充入更多的空氣-燃油混合氣或潔凈的空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)地有所提高。圖2-20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.排氣尾管圖2-21V型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)示意圖圖2-22不銹鋼排氣歧管單排氣系統(tǒng)；b〕雙排氣系統(tǒng)〔豐田汽車〕1.發(fā)動(dòng)機(jī)；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.連通管圖2-23鑄鐵排氣歧管〔捷達(dá)轎車〕圖2-24消聲器的根本結(jié)構(gòu)形式a〕吸收式；b〕干預(yù)式；c〕擴(kuò)張式；d〕共振式圖2-25消聲器結(jié)構(gòu)示意圖〔紅旗轎車〕前消聲器；b〕中消聲器；c〕后消聲器1.進(jìn)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、消聲器發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力約為0.3-0．5MPa，溫度約500—700oC，這說明排氣有一定的能量。同時(shí)，由于排氣的間歇性，在排氣管內(nèi)引起排氣壓力的脈動(dòng)。假設(shè)將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣直接排放到大氣中，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的、頻譜比擬復(fù)雜的噪聲，其頻率從幾十赫到一萬赫以上。排氣消聲器的功用是消減排氣噪聲。消聲器通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動(dòng)，使排氣能量耗散殆盡。消聲器有四種根本結(jié)構(gòu)形式，如圖3-24所示。實(shí)際應(yīng)用的消聲器多為這些根本形式的組合。四、排氣凈化裝置隨著汽車保有量的與日俱增，汽車排氣對(duì)人類健康的危害及對(duì)環(huán)境的污染也日甚一日。對(duì)此，世界各國(guó)都制定了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以期把汽車有害排放物控制在較低的水平。1、二次空氣噴射系統(tǒng)很多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝有二次空氣噴射系統(tǒng)。雖然二次空氣噴射系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)，但其功用卻根本相同，即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(jìn)一步氧化或燃燒成為二氧化碳(C02)和水(H20)。圖2-26二次空氣噴射系統(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、催化轉(zhuǎn)換器催化轉(zhuǎn)換器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NO。轉(zhuǎn)換為對(duì)人體無害的氣體的一種排氣凈化裝置，也稱作催化凈化轉(zhuǎn)換器。金屬鉑、鈀或銠均可作催化劑。在化學(xué)反響過程中，催化劑只促進(jìn)反響的進(jìn)行，不是反響物的一局部。催化轉(zhuǎn)換器有氧化催化轉(zhuǎn)換器和三效催化轉(zhuǎn)換器。氧化催化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的C0和HC氧化為C02和H20，因此這種催化轉(zhuǎn)換器也稱做二效催化轉(zhuǎn)換器。必須向氧化催化轉(zhuǎn)換器供應(yīng)二次空氣作為氧化劑，才能使其有效地工作。三效催化轉(zhuǎn)換器可同時(shí)減少CO、HC和N0x的排放，它以排氣中的CO和HC作為復(fù)原劑，把N0x。復(fù)原為氮(N2)和氧(02)，而CO和HC在復(fù)原反響中被氧化為C02和H20。當(dāng)同時(shí)采用兩種轉(zhuǎn)換器時(shí)，通常把兩者放在同一個(gè)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，局部未被氧化的CO和HC繼續(xù)在氧化催化轉(zhuǎn)換器中與供人的二次空氣進(jìn)行氧化反響。圖2-27三效催化轉(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3、柴油機(jī)微粒過濾器微粒是柴油機(jī)排放的突出問題。對(duì)車用柴油機(jī)排氣微粒的處理，主要采用過濾法。微粒過濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率。排氣穿過多孔陶瓷濾芯進(jìn)入排氣管，而微粒那么滯留在濾芯上。過濾器工作一段時(shí)間后，需及時(shí)去除存積在濾芯上的微粒，以恢復(fù)過濾器的工作能力和減小排氣阻力。為此，在過濾器入口處設(shè)置一個(gè)燃燒器，通過噴油器向燃燒器內(nèi)噴人少量燃油，并供入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點(diǎn)燃，將滯留在濾芯上的微粒燒掉。第六節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，也要防止冬季發(fā)動(dòng)機(jī)過冷。在冷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，盡快到達(dá)正常的工作溫度。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，最高燃燒溫度可能高達(dá)2500℃，即使在怠速或中等轉(zhuǎn)速下，燃燒室的平均溫度也在10000C以上。因此，與高溫燃?xì)饨佑|的發(fā)動(dòng)機(jī)零件受到強(qiáng)烈的加熱。在這種情況下，二、水冷系統(tǒng)的組成發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)尤其是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)大都采用水冷系統(tǒng)，只有少數(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用風(fēng)冷系統(tǒng)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷系統(tǒng)均為強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)流動(dòng)。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(bǔ)償水桶、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套以及其它附加裝置等。冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)路徑如圖2-29所示。冷卻液在水泵5中增壓后，經(jīng)分水管10進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)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(jìn)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。．在汽車行駛或冷卻風(fēng)扇工作時(shí)，空氣從散熱器周圍高速流過以增強(qiáng)對(duì)冷卻液的冷卻。銅制或不銹鋼制的分水管或直接鑄在機(jī)體上的分水道，沿其縱向開有出水孔，并與機(jī)體水套相通，離水泵越遠(yuǎn)出水孔越大，其數(shù)目通常與氣缸數(shù)相同。分水管或分水道的作用是使多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的冷卻強(qiáng)度均勻一致。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷系，其冷卻液的循環(huán)流動(dòng)方向與上述相反，可稱其為逆流式水冷系。在這種水冷系中，溫度較低的冷卻液首先被引入氣缸蓋水套，然后才流過機(jī)體水套。由于它改善了燃燒室的冷卻而允許發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的壓縮比，從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和功率。三、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，否那么將在發(fā)動(dòng)機(jī)水套中產(chǎn)生水垢，使傳熱受阻，易造成發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。純潔水在OoC時(shí)結(jié)冰。如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的水結(jié)冰，將使冷卻水終止循環(huán)而引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱。尤其嚴(yán)重的是水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，可能將機(jī)體、氣缸蓋和散熱器脹裂。為了適應(yīng)冬季行車的需要，在水中參加防凍劑制成冷卻液以防止循環(huán)冷卻水的凍結(jié)。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(diǎn)也不同(表2-1)。50％的水與50％的乙二醇混合而成的冷卻液，其冰點(diǎn)約為—35．5℃在水中參加防凍劑還同時(shí)提高了冷卻液的沸點(diǎn)。例如，含50％乙二醇的冷卻液在大氣壓力下的沸點(diǎn)是103℃防凍劑中通常含有防銹劑和泡沫抑制劑。防銹劑可延緩或阻止發(fā)動(dòng)機(jī)水套壁及散熱器的銹蝕或腐蝕。冷卻液中的空氣在水泵葉輪的攪動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生很多泡沫，這些泡沫將阻礙水套壁的散熱。泡沫抑制劑能有效地抑制泡沫的產(chǎn)生。在使用過程中，防銹劑和泡沫劑會(huì)逐漸消耗殆盡，因此，定期更換冷卻液是十分必要的。再冷卻液中一般還要參加著色劑，使冷卻液呈藍(lán)綠色或黃色以便識(shí)別。冷卻液冰點(diǎn)／℃乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(％)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(％)密度(kg／m3)一10—20—30—40一50—6026．436．445．652．658．063．173,663．854．447．742．036．91．03401．05061.06271．07131．07801．0633表2-1圖2-28汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水冷卻系統(tǒng)的組成圖2-29冷卻液在強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)中的流動(dòng)1.散熱器；2.散熱器蓋；3.補(bǔ)償水桶；4.散熱器出1.百葉窗；2.散熱器；3.散熱器蓋；4.風(fēng)扇；5.水泵水軟管；5.風(fēng)扇傳動(dòng)帶；6.暖風(fēng)機(jī)出水軟管；7.管6.節(jié)溫器；7.氣缸蓋水套；8.水溫表；9.機(jī)體水套箍；8.暖風(fēng)機(jī)芯；9.暖風(fēng)機(jī)進(jìn)水軟管；10.節(jié)溫器10.分水管；11.放水閥11.水泵；12.冷卻風(fēng)扇；13.護(hù)風(fēng)圈；14.散熱器進(jìn)水軟管發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)一、潤(rùn)滑系統(tǒng)的功用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，很多傳動(dòng)零件都是在很小的間隙下作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，如曲軸主軸頸與主軸承，曲柄銷與連桿軸承，凸輪軸頸與凸輪軸承，活塞、活塞環(huán)與氣缸壁面，配氣機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副及傳動(dòng)齒輪副等。盡管這些零件的工作外表都經(jīng)過精細(xì)的加工，圖2-30但放大來看這些外表卻是凹凸不平的(圖2-30)。假設(shè)不對(duì)這些外表進(jìn)行潤(rùn)滑，它們之間將發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦。金屬外表之間的干摩擦不僅增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗，加速零件工作外表的磨損，而且還可能由于摩擦產(chǎn)生的熱將零件工作外表圖2-30潤(rùn)滑系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)連續(xù)不斷地把數(shù)量足夠、溫度適當(dāng)?shù)臐崈魴C(jī)油輸送到全部傳動(dòng)件的摩擦外表，并在摩擦外表之間形成油膜，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機(jī)件磨損，以到達(dá)提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性和耐久性的目的。二、潤(rùn)滑方式由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)件的工作條件不盡相同，因此，對(duì)負(fù)荷及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不同的傳動(dòng)件采用不同的潤(rùn)滑方式。1)壓力潤(rùn)滑壓力潤(rùn)滑是以一定的壓力把機(jī)油供人摩擦外表的潤(rùn)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(fù)荷較大的摩擦外表的潤(rùn)滑。2)飛濺潤(rùn)滑利用發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)件濺潑起來的油滴或油霧潤(rùn)滑摩擦外表的潤(rùn)滑方式，稱飛濺潤(rùn)滑。該方式主要用來潤(rùn)滑負(fù)荷較輕的氣缸壁面和配氣機(jī)構(gòu)的凸輪、挺柱、氣門桿以及搖臂等零件的工作外表。3)潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑通過潤(rùn)滑脂嘴定期加注潤(rùn)滑脂來潤(rùn)滑零件的工作外表，如水泵及發(fā)電機(jī)軸承等。三、潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成及油路圖2-31汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)〔上海桑塔納轎車〕1.旁通閥；2.機(jī)油泵；3.集濾器；4.油底殼；5.放油塞;6.平安閥；7.機(jī)油濾清器；8.主油道；9.分油道；10.曲軸；11.中間軸；12.限壓閥；13.凸輪軸潤(rùn)滑系統(tǒng)由機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器、集濾器等組成。此外，潤(rùn)滑系統(tǒng)還包括機(jī)油壓力表、溫度表和機(jī)油管道等。現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的油路大致相同。圖2-31所示為桑塔納轎車Ⅳ型1．8L發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的示意圖。在此系統(tǒng)中，曲軸的主軸頸、曲柄銷、凸輪軸頸及中間軸(分電器和機(jī)油泵的傳動(dòng)軸)頸均采用壓力潤(rùn)滑，其余局部那么用飛濺潤(rùn)滑或潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，機(jī)油從油底殼4經(jīng)集濾器3被機(jī)油泵2送人機(jī)油濾清器7。如果油壓太高，那么機(jī)油經(jīng)機(jī)油泵上的平安閥6返回機(jī)油泵人口。全部機(jī)油經(jīng)濾清器濾清之后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)主油道8。濾清器蓋上設(shè)有旁通閥，當(dāng)濾清器堵塞時(shí)，機(jī)油不經(jīng)過濾清器濾清由旁通閥直接進(jìn)入主油道。機(jī)油經(jīng)主油道進(jìn)入五條分油道9，分別潤(rùn)滑五個(gè)主軸承。然后，機(jī)油經(jīng)曲軸上的斜油道，從主軸承流向連桿軸承潤(rùn)滑連桿軸頸。主油道中的局部機(jī)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(jī)油濾清器出油口的一條油道供油潤(rùn)滑。主油道的另一條分油道直通凸輪軸軸承潤(rùn)滑油道，此油道也有五個(gè)分油道，分別向五個(gè)凸輪軸軸承供油。在凸輪軸軸承潤(rùn)滑油道的后端，也就是整個(gè)壓力潤(rùn)滑油路的終端裝