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发动机的五大系统


发动机的五大系统. 一、起动系统 如果要使发动机从静止状态变为工作状态,首先需要借用外力转动发动机的 曲轴,使活塞能够作重复运动,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。发动才能自行运转,工作循环才能自行进行。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, 被称为发动机的起 动,完成起动过程中所需的装置,称为发动机的起动系。


起动条件 1、启动转矩:能够使曲转旋转的最低转矩称为启动转矩。 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 30~40r/min,柴油机的起动转速为 150~300r/min。 起动方式 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。 起动系统主要组成部件

起动机是起动系统的核心部件。起动机由直流串励电动机、传·动机构和控制装置 三大部分组成。1-电磁开关,2-触点,3-蓄电池接线柱,4-动触点,5-前端盖,6-电刷弹 簧,7-换向器,8-电刷,9-机壳,10-磁极,11-电枢,12-磁场绕组,13-导向环,14-止推 环,15-单向离合器,16-电枢轴,17-驱动齿轮,18-传动机构,19-制动盘,20-啮合弹簧, 21-拨叉,22-活动铁心,23-复位弹簧,24-电磁开关 起动系统中的分类 在起动机的三个组成部分中,电动机部分一般没有本质的差别,按照所用直流电动 机的形式可分为普通起动机和永磁起动机;控制装置和传动机构则有很大差异,因此一 般是按控制装置和传动机构的不同来分类的。(1)按控制装置分类 ①直接操纵式起动 机 它是由脚踏或手拉杠杆联动机构直接控制起动机的主电路开关来接通或切断主电 路,也称机械式起动机。这种方式虽然结构简单、工作可靠,但由于要求起动机、蓄电 池靠近驾驶室,而受安装布局的限制,而且操作不便,已很少采用;②电磁操纵式起动 机 它是由按钮或点火开关控制继电器,再由继电器控制起动机的主开关来接通或切断 主电路,也称电磁控制式起动机。这种方式可实现远距离控制,工作方便,在现代汽车 上广泛采用。 (2)按传动机构的啮合方式分类 : 惯性啮合式--已淘汰 强制啮合式--工作可靠、操纵方便、广泛应用 电枢移动式--结构较复杂,大功率柴油车 齿轮移动式--电磁开关推动啮合杆 减速式--质量体积小,结构工艺复杂

二、燃料供给系统 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,供入气缸内部,并将燃烧之后的飞起从气缸内排出;柴油机燃料供给系的 功用是把柴油和空气分别供入气缸内,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃 烧后的废气排出。

结构部件: 汽油供给装置:油箱(储存燃油)、汽油泵(泵油)、油管(输送)、汽油滤清 器(清洁)、燃油压力调节器(恒定油压) 空气供给装置:空气滤清器、轿车上进气消声器 可燃气混合气形成装置:化油器、喷油器 可燃混合气供给和废弃排放装置:进气管、排气管、排气消声器 汽油机燃烧方式: 汽油机燃料供给系的任务是将汽油经过雾化和蒸发(汽化)并和空气按一定比 例均匀混合成可燃混合气, 再根据发动机各种不同工况的要求,向发动机气缸内 供给不同质(即不同浓度)和不同量的可燃混合气,以便在临近压缩终了时点火燃 烧而放出热量燃气膨胀作功,最后将气缸内废气排至大气中。 目前汽油机的燃料供给系有: 化油器式燃料供给系; 汽油喷射式燃料供给系; 液化石油气燃料供给系以及其它混合燃料供给系统等。 化油器式燃料供给系是汽 油机传统的供给系仍在广泛应用, 而汽油喷射式燃料供给系在汽油机上的使用已 经普及。

三、冷却系统 冷却系的功用是将受热的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。

那是怎么进行冷却的呢?主要通过水泵使环绕在气缸水套中的冷却液加快 流动,通过行驶中的自然风和电动风扇,使冷却液在散热器中进行冷却,冷却后 的冷却液再次引入到水套中,周而复始,实现对发动机的冷却。 冷却系统主要组成部件 冷却系统配件包含:散热器、水泵、散热器电子扇总成、节温器、水泵总成、 散热器补水壶、散热器风扇、散热器下护板、散热器盖、散热器上护板、节温器 盖、水泵皮带轮、散热器风扇叶、三通、散热器水温传感器、散热器风圈、散热 器风扇、水管、散热网、散热器风扇电机、上下水管、散热器风扇偶合器、散热 器支架、温控开关等。

冷却系统分类 液冷 液冷汽车的冷却系统通过发动机中的管道和通路进行液体的循环。 当液体 流经高温发动机时会吸收热量,从而降低发动机的温度。 液体流过发动机后, 转而流向热交换器(或散热器),液体中的热量通过热交换器散发到空气中。 风冷 某些早期的汽车采用风冷技术,但现代的汽车几乎不使用这种方法了。 这 种冷却方法不是在发动机中进行液体循环, 而是通过发动机缸体表面附着的铝片 对气缸进行散热。 一个功率强大的风扇向这些铝片吹风,使其向空气中散热, 从而达到冷却发动机的目的。 因为大多数汽车采用的是液冷,所以本文将着重对 液冷系统进行说明。 汽车中的冷却系统中有大量管道。 我们从泵开始逐一考察 整个系统,在下一节,我们将对系统的各个部件进行详细说明。泵将液体输送至 发动机缸体后,液体便开始在气缸周围的发动机通道里流动。 接着,液体又通过发动机的气缸盖返回。 恒温器位于液体流出发动机的位 置。 如果恒温器关闭,则液体将经过恒温器周围的管道直接流回到泵。 如果恒 温器打开,液体将首先流入散热器,然后再流回泵。加热系统也有一个单独的循 环过程。 该循环从气缸盖开始输送液体,使其流经加热器风箱,然后又流回泵。 对于配备有自动变速器的汽车, 通常会有一个独立的循环过程来冷却内置于散热 器的变速器油液。 变速器油液由变速器通过散热器内另一个热交换器抽吸得到。

汽车可以在远低于零摄氏度到远高于 38℃的宽泛温度范围内工作。 因此,不管使用何种液体对发动机进行降温,其必须具有非常低的凝固点、 很高的沸点以及能吸收大量热量。水是吸收热量的最有效的液体之一,但水的凝 固点太高,不适用于汽车发动机。 大多数汽车使用的液体是水和乙二烯乙二醇 的混合液(C2H6O2),也称为防冻液。 通过将乙二烯乙二醇添加到水中,可以 显著提高沸点、降低凝固点。

四、润滑系统 在我们日常养车中,定期更换机油机滤、检查水箱水是必不可少的项目,这 对发动机的工作性能有着重要的影响。机油、水箱水分别是发动机润滑系和冷却 系的重要载体,那它们是怎样对发动机进行润滑的呢? 润滑系的功用是相对运动的零件表面输送定量的情景润滑油, 以实现液体摩 擦,减少摩擦阻力,减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通 常都是由润滑油道、机油滤清器、汽油泵和一些阀门等组成。

发动机内部有许多相互摩擦运动的零件,如曲轴主轴颈与主轴承、凸轮轴颈 与凸轮轴承、活塞、活塞环与气缸壁面等等,这些部件运动速度快,工作环境恶

劣,它们之间需要有适当的润滑,才能降低磨损,延长发动机的寿命。机油作为 发动机的“血液”,对发动机油具有润滑、冷却、清洗、密封和防锈等作用,定 期地更换机油对发动机有着重要的作用。

机油主要存储在油底壳中, 当发动机运转后带动机油泵,利用泵的压力将机 油压送至发动机各个部位。 润滑后的机油会沿着缸壁等途径回到油底壳中,重复 循环使用。

反复重复润滑的机油中, 会带有磨损的金属末或灰尘等杂质,如不清理反而 加速零件间的磨损。 所以在机油油道上必须安装机油滤清器进行过滤。但时间过

长,机油一样会变脏,因此在车辆行驶一定里程后必须更换机油机滤。

五、点火系统 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,点火系通常是由发电机、蓄电池、分电器、点火线圈 和火花塞等零件组成。 点火系统作用 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。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

点火系统的工作要求 能产生足以击穿火花塞间隙的电压 火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。 点火系产生的次 级电压必须高于击穿电压, 才能使火花塞跳火。 击穿电压的大小受很多因素影响, 其中主要有: 1)火花塞电极间隙和形状:火花塞电极的间隙越大,击穿电压就越高;电 极的尖端棱角分明,所需的击穿电压低。 2)气缸内混合气体的压力和温度:混合气的压力越大,温度越低,击穿电 压就越高。 3)电极的温度:火花塞电极的温度越高,电极周围的气体密度越小,击穿 电压就越低。[2] 火花应具有足够的能量 发动机正常工作时,由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度,仅需要 1~5mJ 的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时,发动机起动、怠速或节气门急 剧打开时, 则需要较高的火花能量。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要 求的提高,都迫切需要提高火花能量。因此,为了保证可靠点火,高能电子点火 系一般应具有 80~100mJ 的火花能量,起动时应产生高于 100mJ 的火花能量。 点火时刻应适应发动机的工作情况 首先,点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。其次,必须在最有利的时 刻进行点火。 由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间, 所以混合气不应在压缩行程上止 点处点火,而应适当提前,使活塞达到上止点时,混合气已得到充分燃烧,从而 使发动机获得较大功率。 点火时刻一般用点火提前角来表示,即从发出电火花开 始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。 如果点火过迟, 当活塞到达上止点时才点火,则混合气的燃烧主要在活塞下 行过程中完成, 即燃烧过程在容积增大的情况下进行,使炽热的气体与气缸壁接 触的面积增大,因而转变为有效功的热量相对减少,气缸内最高燃烧压力降低, 导致发动机过热,功率下降。如果点火过早,由于混合气的燃烧完全在压缩过程 进行,气缸内的燃烧压力急剧升高,当活塞到达上止点之前即达最大,使活塞受

到反冲,发动机作负功,不仅使发动机的功率降低,并有可能引起爆燃和运转不 平稳现象,加速运动部件和轴承的损坏。 点火系统的分类 传统点火系 电源是蓄电池,其电压为 12V 或 24V ,由点火线圈和断电器共同产生高压 10000V 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。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。

电子点火系 传统点火系工作时,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。 半导体点火系克服了这些缺点,具有较强的跳火能力,使点火可靠。 电子式点火系统大体分为以下 3 类: (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 向指定的气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。


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