场车动力系统.docx

目前在场（厂）内专用机动车辆上广泛使用的动力装置主要有两种：一是内燃机；二是电动机一、传统工业用内燃机内燃机是热力发动机的一种，其特点是燃料直接在发动机内部燃烧燃料在发动机外部燃烧的热力发动机称为外燃机，如蒸气机、气轮机等等内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、起动迅速等优点，因而广泛地应用在各种场（厂）内专用机动车辆上一）内燃机的分类及组成按燃料不同可分为汽油机（化油器式发动机）、柴油机（压燃式发动机）、天然气机及甲醇、乙醇、液化石油气等代用燃料发动机；按活塞运动方式可分为往复式和旋转式内燃机；按冷却方式可分为水冷式发动机和空气冷却式（风冷式）发动机；按工作循环可分为二冲程发动机和四冲程发动机；按气缸数目可分为单缸和多缸两类；按排列方式可分为直列立式、直列卧式、V型、对置气缸式、X型、星型和对动活塞式等几种；按进气方式可分为非增压（自然吸气）与增压内燃机；按额定转速可分为：高速（1000r/min以上）、中速（600〜1000r/min）、低速（600r/min以下）内燃机尽管内燃机结构形式多种多样，但任何一台内燃机在工作时必须完成进气、压缩、作功、排气四个过程为此，需要各结构、系统协调工作以保证内燃机工作的可靠。

二）内燃机的基本术语1. 工作循环 内燃机内每一次将热能转化为机械能都必需经过进气、压缩、作功和排气这样一个连续过程，称为内燃机的一个工作循环图 2.1 为单缸内燃机示意图图」」羊址冋燃肌产爲罔 1憑气门2.排气门3.气缸L活龛5连杆i曲轴中心 工曲轴2.缸径气缸的直径（mm）3.上止点活塞顶部距离曲轴中心的最远点，即活塞最高位置4.下止点活塞顶部距离曲轴中心的最近点，即活塞最低位置5•活塞行程（冲程）活塞上、下止点之间的距离（mm）6. 汽缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积7. 发动机工作容积（发动机排量） 多缸发动机所有气缸工作容积之和8. 燃烧室容积 活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积9. 气缸总容积 活塞在下止点时，活塞上方的全部气缸容积，其值等于气缸工作容积与燃烧室容积之和10. 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比三）内燃机工作原理一般把完成一次吸气、压缩、作功和排气的过程称为内燃机的一个工作循环对于活塞式内燃机，活塞在气缸内往复运动四次完 成一个工作循环的，称为四冲程发动机；活塞在气缸内往复运动二次完成一个工作循环的，则称为二冲程发动机现以四冲程汽油机为例说明内燃机工作原理。

其工作原理如图2.2图2.2 四冲程汽油机工作原理1. 进气门 2.排气门进气冲程如图2.2a，活塞通过曲柄和连杆，依靠飞轮的惯性从上止点向下止点运动此时，进气门打开，排气门关闭，活塞上 方的容积不断增大，气缸中压力降到低于大气压力，在气缸中产生吸力，可燃混合气（按一定比例的汽油与空气混合物）从化油器经 过进气门被吸入气缸压缩冲程 如图2.2b，在进气冲程终了以后，进、排气门均关闭，仍靠飞轮的惯性，活塞从下止点向上止点运动，气缸容积逐渐 减小，可燃混合气在气缸内被压缩，使其温度和压力同时上升作功冲程 如图2.2c，在压缩冲程末期，活塞将要到达上止点时，火花塞产生电火花，点燃被压缩的可燃混合气气缸内温度和压力急剧升高推动活塞下移，从而通过连杆使曲轴旋转，对外输出动力进、排气门继续保持关闭排气冲程如图2.2d，在飞轮的惯性作用下，活塞再次从下止点向上止点运动，把作功后的废气经排气门、排气管和消声器排入 大气中此冲程中，进气门关闭，排气门打开以上四个冲程完成一个工作循环后，曲轴依靠飞轮的旋转惯性作用仍继续旋转，上述四个冲程又重复进行，周而复始地不断运转 并输出功率柴油机的燃料是柴油，粘度比汽油大，不易挥发，而其自燃温度却低于汽油，可燃混合气的形成是在气缸内部，混合气不是靠电 火花点燃，而是靠自身温度的升高，达到自燃，又称压燃，必须采用比汽油机大的压缩比。

四）内燃机的主要性能指标（以动力性和经济性表示）以下介绍三种主要性能指标1.有效扭矩内燃机飞轮上对外输出的扭矩，称为有效扭矩它是指燃料作功所产生的力，除了克服各部分摩擦阻力和驱动各辅助装置（水泵油泵、风扇、发电机等）之外，最后在飞轮上可以供给外界使用的扭矩单位：牛顿•米（=0.102千克力•米）2. 有效功率内燃机在单位时间内对外所作的功，称为有效功率单位：千瓦（=1.36马力）我国根据内燃机的不同用途规定有四种标定功率，其名称、定义和主要用途如下：（1） 15min功率：为内燃机允许连续运转15min的最大有效功率适用于汽车、摩托车等用途内燃机的功率标定2） lh功率：为内燃机允许连续运转lh的最大有效功率适用于叉车、工业用拖拉机、工程机械、内燃机车、船舶等用途内燃机的功率标定3） 12h功率：为内燃机允许连续运转12h的最大有效功率适用于农业用拖拉机、农业排灌、内燃机车、内河船舶等用途内燃机的功率标定4）持续功率：为内燃机允许长期连续运转的最大有效功率适用于船舶、电站等3. 有效燃料消耗率内燃机每发出一千瓦有效功率，在1小时内所消耗的燃料量（克），称为有效燃料消耗率（简称油耗），单位为克千瓦•小时（1 克/千瓦•小时= 0.736克/马力•小时）。

五）内燃机的总体构造内燃机的基本原理相似，基本结构大同小异汽油机通常由两大机构五个系统组成，即机体-曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和起动系统如图2.3 （a）柴油机由两大机构四个系统组成，因所用的柴油与汽油不同，混合气形成和点燃方式不同，没有点火系统，没有化油器、分电器、火花塞，而另设喷油泵和喷气器等，如图2.3 （b）图2.3 内燃机的基本结构（1）汽油机基本结构 （2）柴油机基本结构1.机体—曲柄连杆机构是内燃机的主要组成部分其功用是：将燃料在气缸内燃烧放出的热能变为机械能，即将活塞承受的爆发压力，通过活塞销、曲柄等传给曲轴，使活塞的往复直线运动，变成曲轴的旋转运动机体—曲柄连杆机构由以下三部分组成：1）机体组 通常由气缸体、气缸垫、气缸盖和油底壳组成（图 2.4）机体构成了内燃机的骨架，在机体内外安装着内燃机所有主要的零部件和附件田Nd MH”；•■!!牛il■肝E "1>1>戸广1£曲*耳购*"Eh出s Mi!! 1-4fa<■ arlMifci^-i-taAl- 3 £T> taSi « MlUh 1计.比朴 ilFiP ■鼬 » «M1（2）活塞连杆组 由活塞、活塞环、活塞销、连杆机构组成。

活塞（图 2.5）的功用是承受气缸内的工作气体的压力，并将该力通过活塞销、连杆等部件传给曲轴，使曲轴旋转活塞基本上可分为顶部、头部和裙部等三部分连杆（图 2.6）的功用是将活塞承（a）全剖；（b）轴侧局部剖视图1. 活塞顶；2.活塞头；3.活塞环；4.活塞销座；5.活塞销；6.活塞销锁环；7.活塞裙；8.加强筋；9.环槽（3）曲轴飞轮组（图 2.7） 曲轴的功用是承受连杆传来的力，并将其变为旋转的转矩，通过飞轮驱动车辆的传动系，同时还驱动配气机构及其它辅助装置飞轮的功用是将在作功冲程中输入曲轴动能的一部分储存起来，用以克服其它冲程中的阻力，使发动机运转平稳，并提高发动机短时期的超负荷工作能力另外，飞轮又是离合器的主动件2. 配气机构配气机构的功用是：按发动机每一气缸的工作循环和点火次序，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）及时进入气缸，燃烧后的废气及时从气缸内排出配气机构由气门组和气门传动组组成按气门的安装位置，配气机构可分为顶置气门式和侧置气门式两种基本形式1） 顶置气门式配气机构（图 2.8）顶置气门式配气机构具有进、排气路线短，气流阻力小，气门升程大等优点。

因此，目前在车用汽油机和柴油机上得到了广泛应用2） 侧置气门式配气机构（图 2.9）侧置气门式配气机构的特点是进、排气门都安装在气缸体的一侧3. 内燃机燃料供给系统（1）柴油机燃料供给系统（图 2.10）其功用是：1）按气缸工作顺序与不同工况，将燃油加压，在适当时刻，以适应的油来喷入燃烧室，形成雾状或油膜，并与空气混合成可燃混合气2）滤去燃油内的机械杂质与尘土3）储存一定容量的燃油，保证车辆行驶所需的最大路程或工作时间s .： io 匕角机搐抽供绐用抚l :«曲治：nn ::m： ?. a:袖ism 祚：4. its ::m： &. U<3«i H.tSJiJG 7. 3.乩*飞说■: 30.cp.ftMi 3L.（2）汽油机燃料供给系统（图 2.11）其功用是：按发动机不同工况要求，配置出一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧后的废气排到大气中去由以下装置组成：-汽油供给装置：-空气供给装置：-可燃混合气形成装置：-可燃混合气供给和废气排出装置：（3）电喷汽油机化油器式发动机因其不能满足要求越来越高的发动机排放法规以及动力性和竞技性方面的需求，已被电子控制汽油喷射式发动机（电喷汽油机）所取代。

电喷汽油机用电脑精确控制空燃比和点火提前角，在任何工况下都能获得最佳空燃比的混合气和最佳点火提前角另外，在结构上取消了化油器，各缸的喷油器把雾化良好的汽油直接喷射在进气管内，使混合气的各缸分配均匀性变好降低了排气污染，提高了动力性和经济性电喷系统的基本结构如下图所示由电子控制单元，燃油控制单元和进气单元构成4. 内燃机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，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞组成它按气缸点火次序定时地向火花塞提供足够能量的高压电，使火花塞电极间产生火花，从而点燃气缸内被压缩的可燃混合气5. 内燃机润滑系统（图 2.13）其功用是：将机油不断供给到发动机各零件的摩擦表面上，以减少摩擦磨损，并带走磨屑等杂质，清洁和冷却摩擦表面，提高气缸的密封性和耐磨性润滑系的组成：•机油供给装置；•机油滤清装置；机油散热器和机油压力表发动机工作时，油底壳内的机油从机油泵压送出来后，分两路循环：一路（很少一部分机油）进入细滤器，经滤清后又流回油底壳，另一路（绝大部分机油）进入粗滤器，经滤清后，由主油道分配到各摩擦表面。

详细循环路线见图 2.146. 内燃机冷却系统（图 2.15）其功用是：将在高温条件下工作的发动机零件的热量散发到大气中去，以保持发动机能在最适宜的温度范围内工作水冷系的组成是：风扇、百叶窗、散热器、风扇带、水泵、水套、分水管、节温器和水温表7. 内燃机起动系统起动系统一般由起动电动机及其控制装置组成用来使静止的发动机起动电动机的功用是将蓄电池的电能转化成机械转矩，并传至发动机的飞轮，带动发动机的曲轴转动起动机由串励直流电动机、传动装置和操作控制装置三部分组成，如图2.16 所示图 2.16 起动机结构示意图（六）内燃机的特性1. 一般工业内燃车的内燃机的特性1）汽油机的外特性曲线（见图 2.17）汽油机在节气门开度不变的情况下，其转矩、功率、燃油消耗率等随转速变化的关系称为速度特性图 2.17 汽油机外特。