汽车为什么会跑
2011-04-02
汽车为什么会跑汽车为什么会跑发动机是将燃料燃烧产生的热能转变成机械能的机器。在每次转换过程中,必须经过进气、压缩、膨胀作功和排出废气四个行程,完成了它的一个工作循环.发动机内部主要运动部件是活塞,它的运动方式有绕自身转动的;也有往复运动的。凡活塞运动往复经过上述四个行程完成一个工作循环的,称之为四行程发动机。经过两个行程完成一个循环的称之为二行程发动机。燃料为汽油的发动机,凡是先使汽油和空气在化油器内混合成混合气再送处气缸,经过上述行程而产生动力的称之为化油器式汽油机;凡将汽油直接喷入气缸或进气管内再与空气混合成混合气,经过上述各行程的,称之为直接喷射汽油机。燃料为柴油的发动机,一般是利用喷油泵将柴油直接喷入气缸,经过与压缩空气相混合后,在高温高压下自动燃烧而产生动力称之为压燃式柴油机。在当今全世界能源短缺和环保的要求下,还有用其他清洁燃料如天然气、液化石油气等的发动机。但其工作原理是相似的。下面让我们具体地谈谈每个行程。混合气如遇到火星就很容易爆炸。在汽车发动机中正是利用这种爆炸所产生的力,将气缸内的活塞从最上的位置推到最下。活塞从最上到最下所走的距离称之为行程。上
述的第一个行程收进气行程(见图2a),活塞被曲轴通过连杆向下拉,混合气通过进气门进入气缸活塞的顶部。第二个行程叫压缩行程(见图2b),此时进气门和排气门都关闭。活塞向上行,将吸入的混合气再次被曲轴下拉时为止。第三个行程叫作功行程(见图2c)。此时两个气门仍被关闭,由分电器供给的高压电使燃烧室内的火花塞打出火花,点燃混合气,产生爆炸力推动活塞下行,此时气缸内充满炽热的浓烟。待到活塞再次上行时,排气门打开。这些浓烟被活塞挤出气缸燃烧室,进入排气管。这就是最后一个行程称排气地程(见图2d)。之后,发动机又开始了下一个工作循环的第一个行程,如此循环不已地工作下去。为了更进一步了解发动机的工作状况,有必要将其各部件的功能介绍如下:气缸体和气缸盖发动机部件中以气缸体(见图3)最重,体积最大。它是将发动机各机构、各系统组装成一体的基本部件。气缸体内有几个圆柱形空筒,那是活塞运动的空间,称之为气缸。有几个空筒就叫有几缸。一般有四个的就叫4缸发动机。当然还有更多的,如6缸、8缸甚至12缸的。缸数愈多,发动机的劲头愈大。但是,让活塞在气缸内和缸筒全面接触,它的运动阻力还是不小的。为了减少相互接触
的面积,于是在活塞上套上几道活塞环。让活塞环和缸筒壁接触,这就大大地减少了活塞运动的阻力。一般的活塞上有不止一道的活塞环,其中有气环和油环两类。由于缸筒表面经常和高温高压的燃烧气相接触,又有活塞在其上作高速往复运动,因此制造筒的材质必须耐高温、
耐磨损、耐腐蚀。为了满足这些要求,一般采用加入少量镍、钼、铬、磷等合金元素的优质合金铸铁,并经珩磨加工,获得粗糙度、形状和尺寸精度很高的工作表面。然而,如果气缸体全部都采用上述优质材料来制造,未免过于浪费了。因为除了这些工作表面外,气缸体的其余部分并没有这样高的要求。所以发动机上都广泛采用活络可拆装的工作表面,即缸套。它本身可用优质材料制造,气缸体则可用普通铸铁或轻合金铸造。缸套以和冷却水接触与否而分干套和湿套两类。后者的优点是铸造方便,拆装容易,冷却效果好。缺点是刚性差,易漏水。在气缸体上部有一个将缸筒盖住的气缸盖(见图3)。它的主要功用是封闭气缸体上部,并和活塞顶部及缸筒一起构成燃烧室。
内含水套。通过螺栓与气缸体拧在一一般用灰铸铁或合金铸铁以及铝合金制成,
起。为了密封,在它们之间通常还加一层气缸垫。在气缸盖上每个气缸都有自己的进气门、排气门、火花塞座孔或喷油器座孔以及气门导管孔等。缸盖数量大各种发动机上也不尽相同,有整个一块的,也有分成几个缸一块的。前者优点是能缩短发动机整体长度。缺点是刚性差、受热受力容易变形,影响密封,损坏后须整体更换。由缸盖部分构成的燃烧室,它的形状对发动机工作的影响很大。因而对它的基本要求有:结构紧凑,冷却表面小,让混合气在燃烧
前产生涡流。其目的是为了减少热量损失,缩短火焰扩散的行程,提高燃烧速度,保证及时和充分地燃烧,以获得最大的动力和减少排出废气内含的有害物质。一般用水冷却的发动机,在气缸体下部有一个铸成一体的曲轴箱。它的内部是曲轴运动的空间。曲轴就吊挂在曲轴箱的下边。在曲轴箱的下部还有一个类似盘子的部件,叫作油底壳(见图4)。主要用来贮存机油和封闭曲轴箱的。机油泵就设在油底壳内。油底壳还设有挡板,以防止机油晃动过甚。在底部装有磁性放油塞,以吸收机油中的金属屑。在油底壳的一侧,还有一把机油尺,用来检验油底壳的机油量。曲轴活塞连杆组发动机内最主要的运动部件就是曲轴、活塞和连杆。它由曲轴、活塞、活塞环、活塞销、连杆及飞轮等部件组成。(1)曲轴它是一根拐了几道弯的轴(图1)。曲拐数取决于发动机有几个气缸以及它的排列方式,一根连杆连一个曲拐的,其曲拐数等于气缸数;两根连杆连一个曲拐的,其曲拐数为气缸数的一半。曲轴要求耐冲击、耐磨,一般都用中碳钢或中碳合金钢锻造而成,也有用球墨铸铁铸造成的曲轴。图1所示是一根带飞轮的曲轴。位于转动中心的主轴颈,它借
汽车平衡块
助一坟轴瓦和曲轴箱相连。不在转动中心的轴颈叫连杆轴颈或曲柄销,它借助于连杆轴瓦和螺栓与连杆相连。由于曲轴要在高速下旋转,所以它需要不间断地用机油对磨擦表面加以润滑。因此在曲轴的主轴颈、连杆轴颈的曲轴本体内都钻
以便机油能通过这些油道,润滑这些部位。由于曲轴的形状很不规则,转有油道,
动起来就会晃动,行家称这种现象为不平衡。如果发动机工作时人造棉其发展,不但会产生极大的噪声,而且机件的寿命也大大地缩短。造成不平衡的主要原因是曲轴旋转时产生了不规则的离心力和离心力矩,另外还有活塞往复运动的惯性力。对于气缸数不同的发动机,这些力和力矩有的存在,有的不存在。因此需要根据具体的结构设置平衡块加以平衡。有的平衡块和曲轴制成一体,也有用螺栓固定在曲轴上的。我们知道,一个质量很大的轮子,一旦转起来,如果没有阻力,它就会一直不停地转动下去。因此在曲轴的后端装上一个用灰铸铁或球墨铸铁、
这是一个转起来惯性很大的圆盘,其边缘既宽又厚。它的功能铸钢制成的飞轮,
主要有贮存发动机给的动能、克服曲轴连杆组运动的阻力,克服短时间的过载,保证发动机输出的扭矩和转速均匀。此外它还是磨擦式离合器的驱动件,因此它也需要和曲轴一起进行平衡。(2)活塞它像一个倒扣着的杯子,杯底朝上,构成燃烧室的一个部分,杯壁有圆孔,可穿入活塞销。从杯口穿入连杆,通过活塞销和活塞相连。它的主要作用是将混合气燃烧所产生的爆炸力通过活塞销传给连杆,来推动曲轴的曲柄,令曲轴旋转(图2)活塞的工作条件很苛刻,顶部
和高温燃气接触,承受带冲击性的高压和因高速往复运动带来的惯性力,整个活塞各部分受到拉、压、弯的综合力和力矩,而受热也不均匀。因此要求活塞的质量要小,热膨胀量小,传热性好,耐磨。用铝合金制的活塞兼备以上性能,是当前的汽车活塞选用材料。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分。活塞顶部有平顶、凹顶之分,表面力求光洁。活塞头部有几道矩形断面的环槽,用来安置各种活塞环,环槽底部钻有许多径向小孔,可使从缸壁上刮下的机油,通过这些孔流向油底壳。活塞头部承受并传递混合气燃烧后的爆发力;能传导混合气燃烧后产生的热量;与活塞环一道构成部分的燃烧室。活塞的裙部是指从活塞环槽到杯口的好个部分。它的主要功能是活塞在缸筒内往复运动中起着导向作用,以及承受缸壁给它的侧压力。活塞在气缸内工作时,受热受力是很不均匀的,因而会带来不均匀的变形,遂使活塞与气缸筒壁之间的缝隙有的很大,有的很小,也会出现漏气现象和擦伤缸壁表面的可能。严重时会卡死,将活塞损坏。为了使活塞在正常的工作温度下和气缸筒壁有较均匀的间隙,虽然气缸筒本身仍是圆柱形的,而活塞则制成椭圆形,令活塞在工作时能膨胀成类似的圆柱形。所以活塞在普通状态下为上
端直径小,下端直径大的近似圆锥形或椭圆形。当然,你如果留心,还会发现有的活塞裙部开有纵向和横向的沟槽。开横向槽的目的主要是阻断从活塞顶部传向裙部的热量,迫使裙部的
膨胀不致过大。如横向横位于油环槽内,尚可起到油孔的作用。开纵向槽的作用是在活塞冷状态下装配时获得尽可能小的与气缸筒壁间的间隙;在热状态下,活塞不致在气缸筒内卡死。纵向槽的方向与活塞运动方向不平行,斜槽可以防止活塞划伤缸壁。(3)活塞环活塞必须与缸壁的配合很紧密,在活塞上嵌入活塞环正是针对这个问题所采取的措施。活塞环分气环和油环两种,前者防止燃烧混合气窜入曲轴箱;后者防止合金铸铁制成,开有斜口,富有弹怀,套在活塞上时,有向外张紧贴在气缸筒壁的特性。如果密封状态被破坏出现漏气现象,发动机就会丧失部分动力,燃料和机油损耗增加,活塞和燃烧室的表面出现严重积碳,并造成环境污染。一般活塞上装2~3道气环,1~2道油环,在保
应尽量减少环的数量。气环虽有好几个,但对各个环的要求也证密封的要求下,
不尽相同。离顶部最近的是第一道气环,由于它靠近燃烧室,在温度压力最高及润滑最难的环境下工作,所以在它的工作表面上一般都镀上多孔性铬,此举不但提高了表面硬度,尚能贮存少量机油改善润滑条件,提高使用寿命。其他各气环一般只镀锡或作磷化处理。由于第一道气环的工作温度高,它的切口间隙也较大。当将各道活塞环装在活塞上时,须将它们各自的切口相互错开,这对气缸的密封是有所裨益的。(4)活塞销它是活塞与连杆小头的连接件(见图2)
,起着将活塞蝗受力传给连杆的作用。因为在高温条件下承受周期性的冲击力,而且润滑条件又差,所以要求它有足够的刚度、强度和耐磨性。为了减少惯性,一般将它制成空心圆柱体,以减小它的质量。活塞销一般用低碳钢制成,表面渗碳,再加以珩磨和抛光,以提高其表面的硬度和整体的韧性。活塞销装入活塞销孔和连杆小头孔内是浮动的,在发动机工作时,它可以在销座孔内绕自身主轴缓缓转动,以获得较为均匀的磨损。为了防止活塞销沿主轴方向窜动,在活塞销孔内淫卡环嵌在销座凹槽内予以限位。(5)连杆(图4)它以上端的小头连接活塞销,以下端的大头连接曲轴,可将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。它正像你骑自行车时大腿的运动状态那样。连杆一般采用中碳钢或合金钢材料经锻造、机加工和热处理而成。因为连杆工作时受到压缩、拉伸和弯曲的周期性变化的力量,所以要求它质量尽可能小,而又足够的刚度和强度,如果刚度不够会造成大头孔失圆,轴瓦润滑不良而烧毁;杆身弯由会造成气缸漏气、窜油等现象。连杆大头一般都制两个半圆块,一块是连杆大头的下端,另一块叫连杆盖,用连杆螺栓将两者拧在一起(图5)。这两块是一起进行加工(镗孔)的,大头孔的表面为了和轴瓦紧密配合,