汽车原理

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汽车的总体构造
　　　　通常都是由发动机、底盘、车身、电气设备四大部分组成。典型轿车的整体结构如图2-9所示。
         
发动机可以说是汽车整车的“心脏”，是车辆行驶的动力源，燃料的化学能在气缸内燃烧变成热能推动活塞运动转变成机械能。国内外汽车采用的发动机大多数为活塞式内燃机，它一般由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系(汽油机采用)、冷却系、润滑系、启动系等部分组成。
底盘是汽车的基础，由传动系、行驶系、转向系和制动系组成，而与其相关的所有机件都装在底盘上，发动机也安装在底盘上。
传动系的功用是将发动机的动力传递给驱动车轮，包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥(含主减速器、差速器及半轴)等部件。
行驶系的功用是将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起承担作用，以保证汽车正常行驶，包括车架、悬架、车桥壳体、车轴、车轮等部件。
转向系的功用是确保汽车按照驾驶员选择的方向行驶，包括转向盘、转向器及转向传动装置。
制动系的功用是使汽车迅速减速或停车，并保证驾驶员离去后汽车能可靠地停住，每辆汽车的制动系都包括若干个相互独立的制动系统，每个制动系统都由供能装置、控制装置、传动装置及制动器组成。
   车身是汽车的壳体，是驾驶员工作的地方，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操作条件，并为乘客提供舒适安全的环境和保证货物完好无损。轿车和客车通常是一个整体车身，而货车车身常由驾驶室和货箱组成。
电气设备一般由电源(蓄电池、发电机)、启动系统、点火系统、空调以及照明、信号装置、音响等用电设备构成。但是，现在汽车上越来越多的装用各种电子设备，如发动机电控燃油喷射系统、电控点火系统、巡航系统等，底盘的电控转向系统、ABS系统、SRS系统等，它们用以管理汽车各部分的工作，显著提高了汽车的性能。
一、发动机结构与原理
  发动机是汽车动力的核心总成， 燃料在气缸内燃烧，使燃料的化学能转化成热能，最终转变为机械能并输出。
1．发动机分类
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和柴油机。
2) 按照行程分类
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。
   　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和风冷发动机。
    4) 按照气缸数目分类
内燃机按照气缸数不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。
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。
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)式发动机和强制进气(增压式)发动机。
2．发动机工作原理
  汽油通过化油器雾化后与空气混合成一定空燃比的混合气，在进气行程被吸入气缸，经压缩点火燃烧而变成热能，燃烧后的气体所产生的高温高压，作用于活塞顶部，推动活塞作直线运动，同时通过曲柄连杆机构而变为旋转的机械能，对外输出动力。
　　汽油机的工作过程可分为：进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程，如图所示。


① 进气行程。在进气行程开始时，活塞于上止点，进气门开启，排气门关闭。曲轴转动活塞从上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，压力降低，可燃混合气在压力差作用下进入气缸。
　　② 压缩行程。压缩行程开始，进、排气门关闭，活塞从下止点向上止点移动。活塞上方容积缩小，压缩混合气，使其压力和温度升高到易燃的程度。
③ 作功行程。作功行程时，进、排气门仍然关闭，当压缩接近终了时，火花塞发出电火花，点燃混合气，燃烧后产生的高温高压推动活塞向下运动。
　　④ 排气行程。排气行程开始，进气门仍关闭，排气门开启，使活塞由下止点向上止点移动，把燃烧后的废气排出气缸。
　　发动机完成进气、压缩、作功、排气一个循环，曲轴转两周。







3．发动机基本结构
1) 曲柄连杆机构
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。
2) 配气机构
配气机构是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进、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。
3) 燃料供给系统
燃料供给系统是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，进入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出。
4) 润滑系统
润滑系统是向运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。
5) 冷却系统
冷却系统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。
6) 点火系统
在汽油机燃烧室中，装有火花塞，按点火顺序在火花塞电极间产生电火花点燃混合气。
7) 启动系统
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。







二、曲柄连杆机构
1．机体组
　　发动机机体组包括气缸体、气缸套、气缸盖、气缸垫、油底壳等零件，如图2-13所示。

    发动机机体是发动机的装配基体，它支撑着发动机的运动件，安装着各种附件，承受着发动机工作时产生的内、外作用力，必须要有足够的强度和刚度，且对于冷却液、润滑油和混合气有良好的耐腐蚀性。
    1) 气缸体
　　气缸体是发动机的基础骨架，承受着高温高压气体的作用力，具有高强度和刚度，在正常使用情况下缸体一般不易损坏。
2) 气缸套
气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，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。目前几乎所有的发动机都采用了镶入式缸套代替气缸体充当气缸的工作表面，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寿命。
3) 气缸盖
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。
4) 气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，主要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。
5) 油底壳
油底壳在气缸体下部用来贮存润滑油，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。
2．活塞连杆组
　　活塞连杆组包括活塞、活塞销、活塞环、连杆和连杆轴瓦等，如图2-14所示。




(1) 活塞。主要是承受燃烧气体的作用力，并将此力通过活塞销传递给连杆以推动曲轴旋转，活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同构成燃烧室。
(2) 活塞销。连接活塞和连杆，把活塞所承受的力传给连杆，因此活塞销要有足够的刚度和较轻的重量。
(4) 连杆。接受活塞通过活塞销传来的力，并将力传给曲轴，推动曲轴转动，从而使活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。
(5) 连杆轴瓦。又称做连杆轴承或曲轴小瓦，装在连杆大头和连杆盖处。
连杆轴瓦属易损件，损坏应成组更换。
3．曲轴飞轮组
　　曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮及装在曲轴上的各零件(曲轴正时齿轮、轴瓦、止推轴瓦片、V形皮带轮)等，如图2-15所示。
  
1) 曲轴、曲轴轴瓦、油封
　　曲轴用来承受活塞连杆组传来的力，并将它转变为绕自身轴线的扭矩，然后传给汽车传动系。
曲轴轴瓦为对开式，轴瓦钢背上镀有3层合金，底层镀铝锡钢，表层是巴氏合金，中间层为镍，曲轴的轴向定位采用止推垫片。
油封，以防止机油沿前、后端流到机体外。油封有填料油封、自紧油封、挡油盘、回油螺纹及迷宫式油封等。
2) 飞轮
　　飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，飞轮一般由本体和外齿圈组成，飞轮本体与汽车离合器压盘一起组成离合器的驱动件。飞轮上有上止点标记，当飞轮上标记与飞轮壳上记号对齐时，则表示一缸为上止点位置。更换新装的飞轮时，因备件飞轮上只有上止点标记而没有点火正时标记，故必须标出相应的点火正时标记。
  
三、配气机构
　　1．气门组
气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等零件组成，如图2-16所示。






2-16        气门组
更换气门时，一般应
成组更换，并应同时更换气门油封，修整或更换气门座。气门导管只有在与气门的配合间隙过大时才需要更换。气门弹簧、气门弹簧座、锁片等属于非易损件，一般不予更换。
2．气门传动组
气门传动组的作用是使进、排气门按规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。它主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、摇臂轴、摇臂以及推杆等零件，如图2-17所示。

1) 凸轮轴
　　凸轮轴用来驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。
2) 正时链轮或正时齿轮
　　曲轴正时齿轮一般采用45钢或40Cr钢制造，为了减小发动机的噪声，凸轮轴正时齿轮多采用铸铁、夹布胶木或尼龙材料制造。
3) 挺柱、推杆、摇臂
　　挺柱又叫挺杆，是介于凸轮和推杆之间的传动件，是将凸轮的推力传给推杆(或气门杆)的零件，在采用液压挺杆的配气机构中，装配、使用和维修时不需在气门和传动机构中留气门间隙或调整气门间隙，简化了保养程序，同时清除了由于气门间隙引起的噪声及冲击，还可减少凸轮型面和挺杆顶面的摩擦磨损。挺柱、挺杆和摇臂在发动机正常情况下，一般不易损坏，如果发生损坏，不能进行修理，只能进行更换。
四、燃油供给系统
1．汽油机供给系统
现代汽车一般采用电控燃油喷射系统，主要部件有油箱、油量传感器、燃油泵、汽油滤清器、燃油压力调节器、喷油器、燃油管和油管接头等，
1) 油箱
　　油箱贮存供给发动机所需的燃料，可以用塑料或钢制造。在正常使用情况下油箱一般不易损坏，但有锈蚀、腐蚀、震动或晃动冲击导致的损坏。
　2) 油量传感器
油量传感器用来监测油箱的存油量，并把信号传给仪表板上的燃油表。
3)燃油泵将汽油从油箱中吸出，并使之具有一定的压力输送到喷油器。燃油泵现代发动机大都采用内置电动燃油泵。电动燃油泵的直流电动机和油泵做成一体，密封在一个泵壳中，置于油箱下部。
4) 汽油滤清器
　　汽油滤清器外壳有塑料和金属两种，其滤芯有尼龙布、聚合粉末塑料和纸质滤芯、金属片缝隙式以及多孔陶瓷式滤芯若干种。
　　多孔陶瓷式滤芯能够清洗，可重复使用，多用于高级轿车；金属滤芯由于滤清质量差，已趋于淘汰；纸质滤芯滤清效果好，抗水性强，成本低。目前汽车的汽油滤清器多采用纸质滤芯，大部分汽油滤清器都是整体更换。
5) 燃油压力调节器
　　燃油压力调节器的主要功能是使系统油压与进气歧管内压力之差保持恒定，从而使喷油器喷出的燃油量唯一取决于喷油器的开启时间，确保电子控制单元(ECU)能够精确控制喷油量。
6) 喷油器
　　喷油器是电控燃油喷射系统中的重要执行器，是一种电磁阀，它接受来自发动机控制模块的信号，精确地喷射燃油。喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，一般不容易损坏，喷油器喷油质量下降后通常使用专用的喷油器清洗器进行清洗。
7) 燃油管和燃油管接头
　　燃油管可由钢、尼龙或橡胶制造。燃油管接头可以是快拆卸的、带螺纹及O形圈的，也可以是卡箍式和扩口的。橡胶燃油管容易老化、破裂，如有损坏，应予以更换。
五、点火系统
　　点火系统根据发动机工作循环和发火顺序，按时在火花塞两电极之间产生电火花，点燃混合气。
按照点火线圈的控制方法，可将其分为传统点火系统和电子点火系统。
传统点火系统与电子点火系统虽然组成部件不尽相同，但也有相同部件，如火花塞、点火线圈等在每种点火系统中都存在，有的则是某点火系统所特有的零部件，如分电器。
   
六、润滑系统
　　润滑系统主要由油底壳、机油集滤器、机油泵、机油滤清器、机油冷却器和润滑油道等组成，如图2-21所示。

1．润滑系统的主要作用
1) 润滑减摩作用：降低了功率损耗，并减轻了零件的磨损。
2) 冷却作用：机油吸收和带走一定的热量，防止摩擦表面过热而烧毁。
3) 清洗作用
机油冲洗零件的工作表面，带走磨损产生的金属屑和其他脏杂物，以防止形成磨料而加剧磨损。
4) 密封作用
利用机油的粘性，附着于运动零件表面，形成油封，提高了零件的密封效果。
5) 防锈作用
机油能吸附在金属零件表面，防止水、空气和酸性气体与零件表面接触而发生氧化和腐蚀。
6) 消除冲击负荷作用
当气缸压力急剧上升时，突然作用到活塞、活塞销、连杆、曲轴和它们的轴承上的力很大，这个负荷经过轴承的传递时，轴承间隙里机油承受冲击负荷，从而起到缓冲的作用。
2．润滑系统组成部件
1) 油底壳
油底壳是用来贮存机油并封闭曲轴箱的，一般由钢板冲压而成。由于油底壳位于车身的底部，易受到外界硬物的撞击而发生变形、破裂，因此它属于易损件。油底壳在变形不大的情况下可以采用钣金修复，油底壳在更换时还需同时更换油底壳衬垫。
2) 机油集滤器
集滤器一般是滤网式的，装在机油泵的前面，以防止粒度大的杂质进入机油泵。
3) 机油泵
机油泵的作用是把一定压力和数量的润滑油供到主油道。机油泵一般在汽车行驶30万千米以上才可能出现损坏而被更换。
4) 机油滤清器
机油滤清器是用来滤除机油中的金属碎屑和各种杂质，以免使之进入润滑系统磨损机件。旋装式滤清器密封好，易于更换，过滤效果高，寿命长，现在国内轿车几乎全部采用此种结构形式的机油滤清器。
机油滤清器经过一段时间使用之后，滤芯上会聚集许多油泥和金属碎屑，造成滤清器堵塞，阻碍润滑系统正常工作。此时，应及时清洗或更换机油滤清器的滤芯。
5) 机油冷却器
　　机油冷却器用于降低机油温度以利于防止机油氧化。
七、冷却系统
　　冷却系统根据冷却介质的不同可分为水冷系统和风冷系统两种。

1．散热器
　　散热器主要由上贮水室、下贮水室和散热器芯管等部分组成。
2．水泵
　　水泵是用来对冷却液加压，使之在冷却系统中加速循环流动。
3．节温器
　　通常利用节温器来控制通过散热器的冷却水流量。
八、启动系统
　　启动系统主要是使发动机从静止状态过渡到工作状态，一般由启动机、启动开关、蓄电池等组成，而启动机又由电磁开关、传动装置、电动机、单向离合器驱动齿轮等组成，如图2-23所示。

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