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电源、电起动、拖拉机汽车的照明、音响信号、监视仪表等。
2、拖拉机按其结构型式分为手扶拖拉机、转式拖拉机、假带式拖拉机、船式拖拉机。
第一章:
内燃机
第一节:
概述
一、内燃机的定义:
是燃料在汽缸内部燃烧,把所产生的热能转变为机械能的一种动力装置。
二、内燃机分类:
(1)按燃烧种类:
液体燃料(柴油、汽油)、气体燃料(天然气)。
(2)按着火方式:
压燃式、点燃式
(3)按完成一个工作循环的行程数:
四行程内燃机、二行程内燃机。
(4)按汽缸数目:
单缸、多缸
(5)按汽缸排列形式:
直列式、卧式、V式、W式。
(6)按冷却方式:
水冷、风冷。
(7)按进气方式:
增压、非增压
二、外燃机的定义:
燃料在发动机外部燃烧,将热能转变为机械能的机器,如蒸汽机、汽轮机等。
三、内燃机和外燃机相关比,具有哪些优点。
1、热效率高、增压柴油机最高热效率可达46%,而蒸汽机只有11%-16%
2、功率范围广,适应性好,最小的不到1KW,最大的可达35000KW。
3、结构紧凑,重量轻,尺寸小
4、使用操作方便,起动快,一般在3-5秒即能起动。
5、运转安全
二内燃机制系列和型号
1E40F汽油机、195柴油机
第二节:
内燃机的工作原理
一、基本名词和术语
1:
上止点:
活塞在汽缸内作往复运动,活塞顶面距曲轴旋转中心最远的位置。
2:
下止点:
活塞在汽缸内作往复运动,活塞顶面距曲轴旋转中心最近的位置。
3:
活塞行程:
活塞在上止点与下止点之间移动的距离。
常用符号“S”表示S=2R(R为曲轴的曲柄半径)
4:
燃烧容积:
活塞在上止点时,活塞顶上方的封闭容积。
5:
气缸工作容积:
活塞从上止点移动到下止点所经过的空间。
6:
气缸总容积:
活塞位于下止点时,活塞顶上方的封闭容积。
7:
压缩比:
汽缸总容积与燃烧容积之比。
(柴油机一般为16~20,汽油机一般为5~9)。
8:
总排量:
汽缸工作容积之和。
二、单缸四行程柴油机的工作过程
柴油机的基本工作原理:
先将新鲜空气吸入汽缸并压缩,然后将柴油以高压喷射到燃烧室,利用被压缩后的高温空气使柴油着火燃烧。
高温、高压的燃气推动活塞做功,使柴油机运转,把柴油燃烧产生的热能转变为机械能。
进气行程:
(1)曲轴转角:
0°
—180°
。
(2):
活塞运动方向:
上止点→下止点移动。
此时,活塞顶上方的汽缸容积增大,压力减小。
(3):
进、排气门的状况:
进气门打开,排气门关闭。
(4):
曲轴旋转的动力:
飞轮惯性力。
(5):
汽缸压力和温度:
汽缸压力为0.08~0.095MP(标准大气压为0.0981MP),温度为300~340K(27℃~67℃)。
压缩行程:
曲轴转角:
180°
—360°
下止点→上止点移动。
此时,活塞顶上方的汽缸容积减少,压力逐渐增大。
进气门关闭,排气门关闭。
汽缸压力为3~5MP,温度为750~950K(547℃~747℃)。
为柴油喷入汽缸后能自行着火燃烧创造了良好条件(柴油自然温度为320℃左右)。
作功行程:
360°
—540。
燃气压力。
汽缸最高压力达到6~9MP,最高温度达到1900~2300K(1727~2127)。
排气行程:
540—720。
进气门关闭,排气门打开。
汽缸压力为0.1~0.12MP,温度为700~900K(527~727)。
二、实际柴油机的进气门都是在活塞到达上止点前打开,并且延迟到下止点以后关闭,以便吸入更多的新鲜空气(意思为:
排气末了前打开进气门,压缩刚开始时进气门未关闭)。
三、实际柴油机的排气门是在活塞达到下止点前打开,上止点后关闭,以便排除更多的废气(意为:
在做功行程末了就打开了排气门,进气行程刚开始时排气门未关闭)。
表1-1单缸四行程柴油机的工作过程
行程顺序
行程名称
活塞运动方向
气门位置
曲轴旋转角度
曲轴旋转动力
进气门
排气门
1
进气
向下止点
开
关
0-180℃
飞轮惯性力
2
压缩
向上止点
180-360℃
3
作功
360-540℃
气体压力
4
排气
540-720℃
三、单缸四行程汽油机的工作过程
1、汽油机制基本工作原理:
先将汽油和新鲜空气组成的可燃混合气体吸入汽缸并压缩,然后用电火花点火,使混合气燃烧。
高温、高压的燃气推动活塞做功,使汽油机运转,把汽油燃烧产生的热能转变为机械能。
2、汽油机和柴油机的工作过程相比较有什么不同之处
(1):
柴油机;
进入汽缸的是纯空气。
汽油机;
进入汽缸的是空气和汽油的可燃混合气体。
压缩比不一样,柴油机大,汽油机小。
柴油机属于压燃式,汽油机属于点燃式。
结构不同:
柴油机;
有喷油泵和喷油器等。
汽油机有火花塞和磁电机等。
四、单缸二行程汽油机的工作过程
五、多缸四行程内燃机的工作过程
四缸机作功顺序有两种:
1-3-4-2和1-2-4-3。
常见的是1-3-4-2。
曲轴每转动两圈(720度)各缸都要完成一个工作循环,为了保证转速均匀地分布在720°
曲轴转角内。
作功行程的间隔角如何确定。
例如:
4缸机作功行程的间隔角为:
720°
÷
4=180°
6缸机作功行程的间隔角为:
6=120°
8缸机作功行程的间隔角为:
8=90°
12缸机作功行程的间隔角为:
12=60°
六、内燃机的组成
1、内燃机的结构组成:
由曲柄连杆机构,进排气系统与配气机构,燃料供给系,润滑系统,冷却系统,起动系统,汽油机上还有点火等。
第三节:
曲柄连杆机构
一、曲柄连杆机构的功用和组成
1、功用:
把活塞在汽缸中的往复运动变为曲轴的旋转运动,又将曲轴的旋转运动变为活塞的往复运动,以实现工作循环并输出动力。
2、组成:
活塞、连杆、曲轴及飞轮等
二:
机体组
1、机体的形式有:
无裙式,龙门式和隧道式
(1)无裙式:
机体下平面与曲轴中心线基本上在同一平面。
特点:
高度小,加工比较方便,刚度较差,用于轻型汽油机上,如NJ70汽油机。
(2)龙门式:
机体平面大大低于曲轴中心线。
刚度和强度较好,应用较广如4125ACA6102EQ6100-1等。
(3)隧道式:
主轴承座为整体式,特点:
机体刚度、强度好,拆装不方便,如:
4856135Q
2、气缸与气缸套:
(1)对气缸套的要求:
有足够的强度和刚度,耐磨性和抗腐蚀能力强,工作表面在较高的精度与较低的粗慥度,常用材料为高磷铸铁。
(2)汽缸套的分类:
分为干式汽缸套和湿式汽缸套。
3、气缸盖和气缸盖付垫
(1)功用:
气缸盖用以密封气缸构成燃烧室,气缸衬垫保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止燃气泄漏。
气缸垫多采用金属一石棉缸垫,中间用石棉纤维,外面包以铜皮成钢皮。
三:
活塞连杆组
1、活塞连杆组的构成:
活塞、活塞环、活塞销、连杆等。
2、活塞的功用:
(1)与汽缸、汽缸盖构成工作容积和燃烧室
(2)承受燃气压力并通过连杆传给曲轴
(3)密封气缸,防止燃气泄漏。
3、活塞的材料:
一般用铝合金铸造,极少数采用铸铁。
主要原因:
铝合金比重小(仅为铸铁的1/3)导热性好(导热系数比铸铁高1-2倍)缺点,热膨胀系数大,热强度低,抗磨性和抗蚀性较差,为了改善此使用性能,广泛采用热膨胀系数较低的硅铝合金,提高耐磨性(阳极氧化处理):
对活塞裙部喷涂石墨和二硫化钼。
4、活塞的构造分为四个部份
(1)活塞顶部:
汽油机一般采用平顶活塞,特点制造铜单,吸热面积小,而柴油机的活塞顶部形状较多。
(2)活塞环分类;
分为气环和油环
气环的功用:
保持活塞与汽缸之间的密封,防止燃气泄漏。
油环的功用:
刮油和布油的作用
对活塞环的要求:
由于在高温,高压、高速条件下工作,加之润滑条件较差,则需要达到有良好的弹性和耐磨性,对第一道气环采取镀铬或喷钼处理。
密封的效果与气环数量的关系:
据测定,气体穿过第一道气环时,环内气体压力为活塞顶气体压力70%,第二道0.5%,第三道0.02%。
气环的种类:
1’平环:
断面为矩形,也称矩形环,特点:
构造简单,制造方便,应用广泛。
2’锥形环:
断面呈锥形,特点:
不宜作第一道环,原因是:
在气体压力作用下,有被推离气缸壁缩向环槽的趋势。
安装时不能装反,否则将会引起机油上窜。
3’扭曲环:
断面上被切去一部分:
有内切环和外切环之分,特点:
由于断面不对称,会产有利于不平衡力的作用,易发生扭曲变形。
4’梯形环:
断面成梯形:
能把胶状沉积物从环槽中挤出,加工困难。
5’桶面环:
这种环的外圆面为凸圆弧形:
是近年出现的一种新结构。
易使润滑油进入摩擦面而减少磨损与气缸成圆弧接触,对气缸表面和活塞偏摆的适应性较好,加工困难。
(4)油环的种类:
整体式和组合式
1’端间隙:
活塞环切口处保留的间隙,其大小与缸径有关(一般为0.25~0.8㎜)。
2’边间隙:
活塞环与环槽之间的间隙(一般为0.04~0.15㎜)。
(5)活塞销:
连结方式有3种
1’活塞销固定在活塞销座上:
紧固式,很少用。
2’半浮式:
活塞销固定在连杆小头上。
很少用。
3’浮动式(全浮式)活塞销浮动于销座及连杆小头中,运用较多。
四、曲轴飞轮组
1、曲轴的功用:
(1)把活塞的往复运动变为旋转运动
(2)把连杆传来的切向力转变为扭矩
(3)对外输出功率和驱动各辅助系统
所用材料:
优质中碳钢或合金钢铸造,轴颈表面经精加工和热处理。
蔼第四节配气机构
一、配气机构的功用和类型
按照内燃机工作循环的要求:
(1)定时开启和关闭进、排气门,及时吸进新鲜空气和排出废气;
(2)当气缸处于压缩和作功行程时,气门应具有足够的密封性。
2、类型:
两种
(1)气门式配气机构:
它由凸轮驱动,通过传动机构来控制进、排气门,常用于四行程内燃机(可分为顶置式配气机构和侧置式配气机构)
(2)气孔式配气机构:
它在气缸壁上开有进,排气孔,通过活塞位移来控制进,排气过程,常用二行程内燃机
二、顶置式配气机构
1、组成:
由气门组,传动组和驱动组组成。
2、工作过程:
曲轴旋转时,通过正时齿轮带动凸轮轴旋转,凸轮的凸起部分将挺柱和推杆举起,再通过摇臂将气门打开。
当凸轮的凸起部分转过以后,气门在气门弹簧的作用下立即关闭。
3、特点:
(1)燃烧室结构紧凑,
(2)可提高压缩比,(3)充气良好,(4)热损失小,(5)换气效率高,动力性,经济性较好,(6)结构复杂。
三、侧置式配气机构
凸轮轴、挺柱、气门导管、气门、气门弹簧
2、特点:
结构简单。
气道拐弯多,气流阻力大,燃烧室不紧凑,热损失大。
四、配气机构的使用维护要点
1、定期清除气缸盖:
2、检查和调整气门间隙:
(1)气门间隙定义:
当气门处于完全关闭状态时,气门杆尾端与摇臂之间的间隙,
(2)功用:
给配气机构零件受热时留出膨胀余地,(3)如果没有气门间隙或间隙过小:
零件受热膨胀后,会使气门关闭不严而漏气,且气门易被高温气体烧坏。
(4)气门隙过大:
将使气门开度减小,气门开启的延续时间缩短,影响气缸内废气排除与新鲜空气的进入,增加零件之间的撞击,缩短使用生命。
(5)195型柴油机冷车气门间隙是:
进气门为0.35㎜,排气门为0.45㎜。
热车气门间隙是:
进气门为0.25㎜,排气门为0.35㎜,汽油机气门间隙是:
进气门为0.25㎜,排气门为0.25㎜。
第五节:
燃料供给系
一、柴油机的燃料供给系
1、柴油的主要使用性能有哪些:
(1)着火性:
(2)粘度:
由于粘度较大而不易蒸发,所以利用喷油设备,在很高的喷射压力作用下(电控喷射压力达150-160Mpa,以很高的速度(100-300m/s)
(3)凝点:
(4)柴油的牌号与选用:
2、柴油机混合气形成的特点
(1)时间短:
指混合气形成的时间极短,以曲轴转角计约为15°
-35°
CA左右,柴油机转速为2000r/min,时间大概为0.0013-0.003s
(2)柴油挥性差:
(3)缸内形成:
混合气的形成仅仅是在燃烧室内进行,形成方式与燃烧室形状有关。
(4)喷油不可能各处均匀一致。
(5)燃烧与喷油交错进行。
3、柴油机燃料供给系的功用与组成
根据柴油机工作要求,将具有一定压力的干净的适量的柴油,在适当的时间,以良好的雾化质量喷入燃烧室,并使它与空气迅速而良好的混合和燃烧。
(2)组成:
柴油供给部分,空气供给部分,废气排出等三部分组成。
4、可燃烧混合气形成与燃烧室
(1)过量空气系数:
燃烧1㎏燃料时实际供给的空气是与理论上使1㎏燃料完全燃烧所需的空气量之比。
(2)燃烧室
5、空气滤清器
清除流向气缸中的空气所含的灰尘杂质,以减少气缸,活塞和活塞环等零件的磨损。
6、油箱、燃油滤清器和输油泵
1、油箱的功用:
(2)数量一般为一个,越野汽车,大型汽车常有主副两个油箱,(3)容积的大小,汽车保证连续行驶800km以上,拖拉机:
大负荷,连续工作10小时以上。
(4)蒸汽空气阀:
当油箱压力降到96Kpa以下,空气阀被大气压开,使空气进入油箱,而当油箱内压力大于108Kpa时,蒸汽阀被顶开,部分汽油蒸汽便泄漏到大气中。
2、燃油滤清器的功用:
清除燃油中的机械杂质和水份,以保证燃油的高度清洁。
包括;
沉淀杯,燃油滤清器。
汽油机一般只设一个滤清器,柴油机为保证柴油的清洁,多设有粗细两级滤清器。
3、输油泵:
常见的输油泵有活塞式和膜片工两种
(1)活塞式输油泵:
4、喷油泵:
(1)喷油泵的功用:
将滤清后的燃油由低压变成高压,并按柴油机工作需要,定时定量地输送到喷油器,以规定的喷射压力喷入燃烧室。
(2)喷油泵的种类:
柱塞式喷油泵和分配式喷油泵。
目前应用最多的是柱塞式喷油泵。
(3)柱塞式喷油泵:
1’泵油机构:
柱塞偶件,出油阀偶件。
2’油量控制机构:
常用的油量控制机构有拨叉式和齿条式两种
3’传动机机构:
4’柱塞式喷油泵的工作原理:
1”进油阶段:
当凸轮凸起的部分未顶滚轮体→柱塞受到柱塞弹簧的作用下行→柱塞上腔因容积增大而压力减小而产生吸力→此时出油阀关闭→低压油从柱塞套上的进油孔被吸入泵腔→直到柱塞运动到下止点。
2”泵油阶段:
当凸轮凸起的部分顶滚轮体→柱塞弹簧被压缩→柱塞向上运动→首先关闭柱塞套上的两个进油孔→柱塞上方形成密封油腔→柱塞继续上行,空间变小,油压迅速升高→当油压高于出油阀弹簧的弹力和高压油管中的剩余压力之和时→出油阀被顶开,高压油进入到高压油管。
3”回油阶段:
当柱塞上行泵油一直延续到柱塞斜槽与柱塞套上的回油孔相通为止→柱塞上方泵腔内的柴油沿轴向孔、径向孔流回到低压油路→泵腔内压力迅速下降→出油阀在出油阀弹簧的作用下立即关闭,泵油停止。
减压环带的作用:
1”不会出现漏油滴
2”不会出现二次喷射
3”骤然减小高压油管的压力
5、喷油器
将来自喷油泵的柴油雾化,并按一定的要求(一定的压力,雾形,合适的油束形状等)把柴油喷射到燃烧室中,并且停止喷油干脆,不发生滴漏现象。
(2)分类:
两大类,开式喷油器和闭式喷油器。
1’开式喷油器:
喷油器内部没有隔断装置,喷孔始终与燃烧室相通,特点:
喷射质量差,喷油开始和终了时刻不准确,容易产生滴漏和积碳。
结构简单易制造,很少采用。
2’闭式喷油器分类:
轴针式和无轴针式(孔式)
3’针阀与针阀体为一对精密偶件(针阀偶件),间隙为0.001~0.025mm
(3)轴针式喷油器的工作原理:
高压油经油道进入针阀体下方的环形油腔时,油压作用在针阀锥面上,产生向上的推力。
当推力超过弹簧预紧力,针阀升起,打开喷孔,高压柴油从喷孔喷入燃烧室。
当喷油泵停止供油时,由于油压迅速下降,针阀在弹簧作用下立即关闭喷孔,喷油立即停止。
思考题:
小型柴油机在起动时,供油系统出现故障,试分析可能是哪一些部件出问题,参述自己的观点。
第6节润滑系
润滑系的功用:
(1)减少磨损和摩擦所消耗的功,
(2)冷却和净化摩擦表面,(3)防止氧化和腐蚀,(4)密封作用。
2、润滑油的使用性:
(1)种类:
机油齿轮油润滑脂(黄油)弹子油等。
(2)润滑油的选号:
(3)内燃机润滑油的主要性能参数:
1’粘度:
是机油最主要的性能参数,一般以运动粘度表示,即用一定量的机油在一定压力下流过毛细管粘度计的时间来确定,所需时间长则粘度愈大。
反之则粘度愈小。
2’酸值和腐蚀性:
酸值是中和1g机油中含酸性物质所需要的氢氧化钾(KOH)mg数。
含酸带来的危害,对零件有腐蚀作用,加速机油的氧化。
腐蚀性:
用国家标准方法测定每平方米金属片经腐蚀后失重的程度。
3’热氧化安定性:
判断金属表面上薄层机油在高温和空气中氧的作用下,生成胶膜的倾向。
造成使机油色泽变黑。
4’闪点:
机油在规定条件下加热到它的蒸汽与火焰接触发生闪火时的最低温度,闪点是机油贮存运输的安全指标,闪点愈低机油愈易蒸发。
5’凝点:
在规定条件下机油开始完全丧失流动性的温度称为凝点,凝点是在低温条件下保证机油流动性和过滤性的指标。
3、润滑方式:
(1):
压力润滑:
润滑油在机油泵的作用下以一定的压力输送到摩擦表面。
润滑的部位:
主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承、气门摇臂。
工作可靠,润滑效果好,清洗和冷却作用好,但结构复杂(机油泵,在箱体内铸造一些油道等)。
飞溅润滑:
利用内燃机运动零件飞溅起来的油滴或油雾进行润滑的方式称为飞溅润滑。
气缸壁,配气机构的凸轮、挺杆等。
结构简单,消耗功力少,润滑不可靠。
综合润滑:
以压力润滑为主,飞溅润滑为辅的润滑方式,特点:
工作既可靠,结构又不太复杂。
油雾润滑:
采用在汽油中混有一定比例的机油(一般按15~25:
1)然后通过汽化器雾化后进入曲轴箱和气缸内,利用机油油雾的凝结而润滑各零件的摩擦表面,特点:
不能充分保证和可靠润滑(适用于一些二行程汽油机)。
滴油润滑:
被压送或飞溅到高处的润滑油,靠其自身重量滴落在摩擦零件的表面进行润滑。
4、润滑系的组成:
盛油的装置:
油底壳,容量的大小根据工作中最大循环量,机油自然散热的需要来决定。
输油装置,:
主要有机油泵,油管和油道。
滤油装置:
包括集滤器,机油滤清器(粗、细滤器)。
检示装置:
包括机油压力表,机油温度表和机油标尺。
安全装置:
包括限压阀,旁通阀(安全阀)和回油阀。
(6):
机油散热器:
功用保持机油适宜的工作温度
5、润滑系的主要机件:
(1)机油泵的功用:
提高机油压力和保证足够的循环油量,通常有
机油泵的分类:
转子式的机油泵和齿轮式的机油泵。
(3)转子式机油泵:
1’组成:
泵壳,内转子、外转子、转子轴:
内转子有四个凸齿,外转子有五个凹齿,内外转子有一定的偏心距。
2’工作原理:
内转子带动外转子向同一方向转动,在进油边一侧,由于转子齿是离开啮合,空腔容积逐渐增大,机油被吸入腔内,当转子继续旋转,机油被带到出油道一侧时,转子齿进入啮合空腔容积减小,机油从出油道压出。
3’特点:
结构紧凑,吸油真空度较高,供油均匀,适用于装在曲轴箱外且位置较高的内燃机上(195型柴油机)。
(4)齿轮式机油泵:
1’泵体,主动齿轮,从动齿轮,主动轴,从动轴,限压阀
主动齿轮顺时针旋转带动从动齿轮逆时针旋转,进油腔容积由于轮齿向脱离啮合方向运动而增大,产生一定真空度而吸入机油,出油腔一侧轮齿则是进入啮合,容积减小,油压升高而经出油道送出。
结构简单:
易制造且工作可靠,工作性能对机油粘度变化的敏感性小(汽车)。
(5)机油滤清器
为什么要使用机油滤清器:
在内燃机工作中,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况沉淀物,,这些杂质使零件加速磨损,引起油道堵塞及活塞环,气门零件胶结。
功用:
滤去机油中的金属屑末,胶质及其它杂质,防止油道堵塞,减少零件磨损。
6、润滑系的使用维护要点:
第8节冷却系
一冷却系的功用和冷却方式
把零件吸收的多余热量散发出去,保持正常的工作温度(70℃~90℃)。
2、分类:
按采用的冷却介质不同分为:
水冷式和风冷式两种。
按冷却介质向外界散热方式,闭式冷却式和开式冷却式。
3、风冷系:
利用空气作为冷却介质对内燃机直接进行冷却。
组成:
散热片、风扇、导流罩等组成。
散热片的作用:
增加散热面积,增强冷却效果。
结构简单,重量轻,噪音大。
4、水冷却系统:
(1)分类:
水冷:
循环式、冷凝水冷式、蒸发式。
(2)蒸发式:
是利用冷却水吸收热量后,一部分蒸发汽化,将热量带走而散发到大气中去,属于开式冷却系统。
特点:
结构简单、不消耗内燃机的功率,经常加水,适用小型内燃机。
(3)冷凝水冷式:
组成:
冷凝器、风扇、挡板
原理:
曲轴通过皮带传动,带动风扇高速旋转,给冷凝器扇风冷却,水套中的冷却从受热零件上吸收大量热量,随着水温升高而向上流动逐渐化为水蒸气,水蒸气通过冷凝器时,又冷却凝结为水。
耗水量小,提高内燃机的热效率,结构复杂,成本高,消耗一部分功率,
(4)循环式水冷却