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江苏省交通技师学院JIANGSU COMMUNICATION TECHNICIAN COLLEGE毕 业 设 计 (论 文)汽车转向系统检测与维修 Testing and Maintenance of Auto Steering System系 名： 车辆工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月 目 录第一章 汽车转向系统的历史与组成 汽车转向系统的历史 汽车转向系统的组成 转向操纵机构 转向器 转向传动机构 4第二章 汽车转向系统的分类 液压助力转向系统 电控液压助力转向系统 电动助力转向系统 线控转向系统 7第三章 汽车转向系统检测与维修 转向沉重 故障现象 故障原因及处理办法 方向盘自由行程过大 故障现象 故障原因及处理办法 转向轮抖动 故障现象 故障原因及处理办法 助力转向机构检测与维修 9结论 11致谢 12参考文献 13 汽车转向系统检测与维修 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称：摘要 汽车转向系统是汽车相当重要的组成部分，对汽车的操纵稳定性起着非常重要的作用，从最早的纯机械的转向系统到现在的电控转向系统，他们各自的优点也有各自的缺点。 文论述了汽车转向系统的分类，包括机械式转向系统，液压式转向系统，电控液压式助力转向系统和电控助力转向系统及线控转向系统。并简单的介绍了他们各自的工作原理，以及优缺点。最后对汽车转向系统经常出现的故障进行了分析，尤其是助力转向机构的检测与维修。关键词： 汽车 转向系统 检测 维修Testing and Maintenance of Auto Steering SystemAbstract The steering system is a very important part of the car. It plays a very important role in the handling and stability of the car. From the earliest mechanical steering system to the electronically controlled steering system, they have their own advantages and disadvantages. This article main discusses the classification of automotive steering systems, including mechanical steering system, hydraulic steering system, electronically controlled hydraulic power steering system and electronically controlled power steering system and by-wire steering introduce their working principles as well as the advantages and disadvantages. Finally, the steering system failures are analysed, especially in the detection and repair of the assistance steering words Automobile Steering System Testing Maintenance 汽车转向系统检测与维修引言汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。一个完整的转向系统包括转向操纵机构，转向器和转向传动机构，根据转向器的不同又分为机械转向系统和动力转向系统。本文系统的分析了转向系统的各自的组成以及他们的故障检测与维修，为以后人们对汽车转向系统的研究提供了一定的参考。第一章 汽车转向系统的历史与组成 汽车转向系统的历史汽车在行驶过程中，需要驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一定专设的机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称为汽车转向系统。因此，汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意志而进行转向行驶。最好的转向系统为纯机械系统，由于机械系统在转向阻力非常大时，驾驶员需要很大的放线盘转向力，频繁的转向会使驾驶员感觉劳累。后来出现了液压助力转向系统，它能较好的帮助驾驶员解决转向劳累的问题，但是它不能较好的协调转向轻便和转向路感之间的矛盾，而且在能耗方面表现的不是很好。随着电子技术的发展，出现了电控液压助力转向系统，它用电机代替了液压助力转向系统中的发动机，能较好的解决了能耗的问题，而且也解决了转向轻便和转向路感之间的矛盾。但是电控液压助力转向系统中液压油的泄漏和液压系统的能耗的问题也一直没有解决掉。目前应用前景最好的是电控助力转向，它真正实现了按需转向。 汽车转向系统的组成汽车转向系统主要由转向操纵机构，转向器和转向传动机构组成。 转向操纵机构转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。主要由转向盘，转向管柱和转向传动轴等组成。下图1为某款汽车的转向操纵机构与转向器的布置图。 图1东风EQ1090E型汽车转向操纵机构与转向器布置图Fig1 The Dongfeng EQ1090E vehicle steering control mechanism and steering layout 1．转向盘转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，转向盘上都装有喇叭按钮，有些轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。 2．转向轴、转向柱管及其吸能装置 转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。轿车除要求装有吸能式转向盘外，还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击的吸能装置。转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是：当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴产生错位等方式，吸收冲击能量。Mazda 6轿车转向柱管吸能装置的工作原理是：发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。此外，转向柱管通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置，当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时，网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形，吸收冲击能量。 转向器1.转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率。 （1）正效率功率由转向轴输入，由转向传动机构（如转向横拉杆或摇臂）输出的情况下求得的传动效率称为正效率，显然，正效率越高越好。（2）逆效率功率由转向传动机构输入，由转向轴输出的情况下求得的传动效率称为逆效率。（3）可逆式转向器逆效率很高的转向器称为可逆式转向器。其特点是路面传到转向传动机构的反力很容易传到转向轴和转向盘上，利于汽车转向结束后转向轮和转向盘的自动回正，但也能将坏路面对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手”情况。常用于轿车、客车和货车。 （4）不可逆式转向器逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。不可逆式转向器使转向轮不能自动回正、没有路感。由于上述特性，在汽车上很少采用。（5）极限可逆式转向器逆效率略高于不可逆式转向器称为极限可逆式转向器。其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间，接近于不可逆式。采用这种转向器时，驾驶员有一定路感，可以实现转向轮自动回正，只有路面冲击力很大时，才能部分地传到转向盘。常用于越野车和矿用自卸汽车。2.齿轮齿条转向器齿轮齿条式转向器是以齿轮和齿条传动作为传动机构，适合与麦弗逊式独立悬架配用，常用于轿车、微型货车和轻型货车。目前，轿车普遍采用的都是齿轮齿条式转向器。 3.循环球式转向器循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。常用于各种轻型和中型货车，也用于部分轻型越野汽车。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿轴向移动。同时，在螺杆、螺母和钢球间的摩擦力矩作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。4.涡杆曲柄指销式转向器具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的球轴承上，蜗杆与锥形指销相啮合，指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中。当转向蜗杆随转向盘转动时，指销沿蜗杆螺旋槽上下移动，并带动曲柄及摇臂轴转动。 转向传动机构从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1.转向传动机构的组成 转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件共同组成，其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁共同构成。 2.转向摇臂循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴的外端连接，小端通过球头销与转向直拉杆作空间铰链连接。3.转向直拉杆转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。4.转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其特点是长度可调，通过调整横拉杆的长度，可以调整前轮前束。第二章 汽车转向系统的分类汽车转向系统根据转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两大类。机械转向系统的所有传力件都是机械的，主要由转向操纵机构，转向器和转向传动机构三大部分组成。上一章已经对其进行了分析。下面主要讨论动力转向系统。动力转向系统又分为，液压助力系统，电动助力转向系统和线控转向系统。液压助力转向系统1.常压式液压助力转向系统其特点是无论转向盘处于中立位置还是转向位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，系统工作管路中总是保持高压。2.常流式液压助力转向系统其特点是转向油泵始终处于工作状态，但液压助力系统不工作时，基本处于空转状态。多数汽车都采用常流式液压助力转向系统。电控液压助力转向系统在传统液压助力转向系统的基础上加装电控系统，使辅助转向力的大小不仅与转向盘的转角增量（或角速度）有关，还与车速有关，就形成了电控液压助力转向系统。与传统液压助力转向系统相比，增加了液压反应装置和液流分配阀，而加设的电控系统则包括动力转向ECU、电磁阀和车速传感器等。电控液压助力转向系统利用电控单元根据车速调节作用在转向盘上的阻力，通过控制转向控制阀的开启程度以改变液压助力系统辅助力的大小，从而实现辅助转向力随车速而变化的助力特性。下图2为电控液压助力转向系统的示意图。 图2电控液压助力转向系统示意图Fig2 Electronically controlled hydraulic power steering system 电动助力转向系统直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元（ECU），ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，并将指令传递给电动机，通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统（转向轴）中，从而完成实时控制的助力转向。下图3为电动助力转向系统示意图。 图3电动助力转向系统示意图Fig3 Electric power steering system schematic 目前应用前景最好的也是电动助力转向系统，相比其他几种转向助力系统有下列的优缺点。1.优点（1）效率高、能量消耗少；（2）系统内部采用刚性连接，反应灵敏，滞后小，驾驶员的“路感”好；（3）结构简单，质量小；（4）系统便于集成，整体尺寸减小；省去了油泵和辅助管路，总布置更加方便；（5）无液压元件，对环境污染少。2.缺点（1）直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小，难以用于大型车辆；（2）减速机构、电动机等部件会影响汽车的操纵稳定性，正确匹配整车性能至关重要；（3）使用电动机、减速机构和转矩传感器等部件，增加了系统的成本。线控转向系统线控转向系统用传感器记录驾驶员的转向意图和车辆的行驶状况，通过数据线将信号传递给车载电脑，电脑据此做出判断并控制液压激励器提供相应的转向力，使转向轮偏转相应角度实现转向。下图4为线控转向的组成示意框图。 图4线控转向组成示意框图Fig4 By-wire steering system diagram第三章 汽车转向系统检测与维修汽车转向系的性能直接关系到汽车行驶的稳定性和安全性。汽车在长期的运行中，前桥和转向系各零件会发生各种耗损，如磨损，变形，裂纹和车轮定位角改变。这些都会破坏正常运行，使汽车在行驶中，发生不同程度的转向沉重，方向不稳，行驶跑偏，前轮摇摆等故障。这将增加驾驶员的劳动强度，甚至影响到安全行驶，所以一定要重视转向系的维修与调整。常见的故障包括：转向沉重，转向盘自由行程过大和转向轮抖动。转向沉重 故障现象汽车行驶中，驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；汽车低速转弯行驶和调头时，转动转向盘感到非常沉重，甚至打不动。 故障原因及处理办法转向沉重的根本原因是转向轮气压不足或定位不准，转向系传动链中出现配合过紧或卡滞而引起摩擦阻力增大。具体原因主要有：（1）转向轮轮胎气压不足，应按规定充气。（2）转向轮本身定位不准或车轴、车架变形造成转向轮定位失准，应校正车轴和车架，并重新调整转向轮定位。（3）转向器主动部分轴承调整过紧或从动部分与衬套配合太紧，应予调整。（4）转向器主、从动部分的啮合间隙调整过小，应予调整。（5）转向器缺油或无油，应按规定添加润滑油。（6）转向器壳体变形，应予校正。（7）转向管柱转向轴弯曲或套管凹瘪造成互相碰擦，应予修理。（8）转向纵、横拉杆球头连接处调整过紧或缺油，应予调整或添加润滑脂。（9）转向节主销与转向节衬套配合过紧或缺油，或转向节止推轴承缺油，应予调整或添加润滑脂等。方向盘自由行程过大 故障现象汽车保持直线行驶位置静止不动时，转向盘左右转动的游动角度太大。具体表现为汽车转向时感觉转向盘松旷量很大，需用较大的幅度转动转向盘，方能控制汽车的行驶方向；而在汽车直线行驶时又感到行驶方向不稳定。 故障原因及处理办法转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动轴中—处或多处的配合因装配不当、磨损等原因造成松旷。具体原因主要有：（1）转向器主、从动啮合部位间隙过大或主、从动部位轴承松旷，应予调整或更换。（2）转向盘与转向轴连接部位松旷，应予调整。（3）转向垂臂与转向垂臂轴连接松旷，应予调整。（4）纵、横拉杆球头连接部位松旷，应予调整或更换。（5）纵、横拉杆臂与转向节连接松旷，应予调整或更换。（6）转向节主销与衬套磨损后松旷，应予更换。（7）车轮轮毂轴承间隙过大，应予更换等。转向轮抖动 故障现象汽车在某低速范围内或某高速范围内行驶时，出现转向轮各自围绕自身主销进行角振动的现象。尤其是高速时，转向轮摆振严重，握转向盘的手有麻木感，甚至在驾驶室可看到汽车车头晃动。 故障原因及处理办法转向轮抖动的根本原因是转向轮定位不准，转向系连接部件之间出现松旷，旋转部件动不平衡。具体原因主要有：（1）转向轮旋转质量不平衡或转向轮轮毂轴承松旷，应予校正动平衡或更换轴承。（2）转向轮使用翻新轮胎，应予更换。（3）两转向轮的定位不正确，应予调整或更换部件。（4）转向系与悬挂的运动发生干涉，应予更换部件。（5）转向器主、从动部分啮合间隙或轴承间隙太大，应予调整或更换轴承。（6）转向器垂臂与其轴配合松旷或纵、横拉杆球头连接松旷，应予调整或更换。（7）转向器在车架上的连接松动，应予紧固。（8）转向轮所在车轴的悬挂减振器失效或左右两边减振器效能不一，应予更换。（9）转向轮所在车轴的钢板弹簧U形螺栓松动或钢板销与衬套配合松旷，应予紧固或调整。（10）转向轮所在车轴的左右两悬挂的高度或刚度不一，应予更换等。助力转向机构检测与维修大多数中级以上的现代轿车，为同时满足转向省力和转向灵敏度的要求，普遍采用液压式动力转向系统。按时和正确的维护是转向系统能正常工作，减小故障和延长使用寿命的主要手段，是保证行车安全的重要措施之一。1.油液的及时补充和更换（1）经常检查储液罐的液面高度是否在油位标志的范围。检查时要注意热和冷标志。如果发现油液面高度低于规定标志时，要及时补充。还应该经常注意观察油液中是否有泡沫，有则说明系统内有空气或者液面太低，要排气或者补充油液。油液在使用和存放过程中，其品质会不断下降，严重时会直接影响转向系统的工作，甚至引起故障。故必须保障使用保质期内的油液，并按照油液使用说明书规定的行驶里程定期更换。必须使用指定的油液，不能随意更换。同时注意不能将两种不同的油液混合使用。（2）油液的排放和加注。把车水平停放，顶起前桥，支撑好汽车，是方向盘处于中间位置，打开储液罐的盖，排出罐内油液。（3）系统排气的方法。如发现系统内有空气，或者更换油液和维修液压回路时，应对系统进行排气。方法如下：把车水平停放，顶起前桥，支撑好汽车。将油液补充到标定范围，如发现下降，应及时补充足。重新接上高压线，启动发动机并使之怠速运转，将方向盘回转到左右极限位置数次，在这过程中，注意观察液面位置。2.动力转向系统的检查（1）方向盘的检查检查自由间隙。在发动机熄火，方向盘处于中间位置时，用拉力计沿方向盘的切线方向施加5N的拉力，检查方向盘的自由间隙，标准值为25-50mm。如不符合，检查转向器齿轮的啮合间隙和传动机构球头的间隙。检查回正性能。此项检查需在宽阔的场地路试，实验前应确保轮胎气压正常。首先慢性，分别向左，向右轻轻地小角度转向，检查左右转向力有无明显的不同及方向盘的回正情况，不正常则维修。如果正常，以35km/h的速度行驶，将方向盘顺（逆）时针转过90°，1-2s后放开方向盘，如果回正度超过70°，说明其回正性能良好。检查原地转向力。将汽车停于硬质的平面上，确保轮胎气压符合要求，使方向盘处于中间位置。起动发动机，使之怠速运转。用拉力计顺时针和逆时针分别拉动方向盘115度，切向力应小于37N。如果拉力过大，则检查油泵的皮带是否过松，损坏，油液是否不足，系统内有无空气，软管是否扭曲等。（2）系统油压的测试油压测试的目的是检查液压系统及其主要元件的性能。在测试之前，应确保油泵的驱动装置是正常的。检测时，在油泵出口与转向器进口之间连接专用的测试工具，连接顺序为油泵出油口-压力表-关闭阀-转向器进油口。起动发动机，对系统进行排气，并把油液补充到标志范围，原地左，右转动方向盘几次，使油温升高到50-60℃，然后让发动机怠速运转，依次做下面的检查。检查油泵的输出压力。关闭阀门，此时表上的压力即为泵的输出压力，标准值不小于8MPa。如果过低，说明油泵内部泄露严重，应大修或更换油泵。检查不同转速下系统的压力差。完全开通阀门，提高发动机转速，分别记录发动机转速为1000r/min和3000r/min时的压力值，两者之差应小于，如果不符合，则应维修或更换流量控制阀。检查无负荷时的压力。完全开通阀门，此时系统处于无负荷状态，压力值标准为。油压如果过大，说明液压系统内部有堵塞。检查方向盘极限位置的压力。完全开通阀门，原地分别向左和向右转动方向盘极限位置，此时表上的压力值不应小于8MPa，如果压力过小，说明转向器内漏严重，需要大修或者更换。转向压力开关的检测。油泵上安装有一路开关，其作用是，当汽车在发动机怠速或者低速转弯时接通，提高发动机的怠速转速。使发动机熄火，拨开压力开关的接头，在油泵的插座上连接欧姆表，再重新起动发动机。逐渐关闭阀门，使油压升高，然后观察开关接通时的压力值是否为115-210MPa，逐渐打开阀门，使油压降低，然后观察开关接通时的压力值是否为107-112MPa。如果有一项不符合，更换开关。压力检查完后，拆下专用测试工具，接好油管后，要注意重新给系统排气，补足油液。 结论论文分析了不同种类汽车的转向系统，以及他们各自的工作原理和优缺点。最后分析了转向系统的常见故障，对不同的故障现象提出了各自的解决办法。论文在最后对液压助力转向机构的故障进行了特别的分析。致谢在学院学习生活的三年里，我在各位老师孜孜不倦地教诲下，通过自己的努力，顺利完成了大学三年的学习任务。首先，应当感谢学院的各级领导给我们营造了良好的学习氛围和舒适的生活环境，以及对我们学业上的重视与关怀，特别是对本次毕业设计给予了大量人力、物力的支持。在本次毕业设计中，我的指导教师严谨细致、不辞辛劳和精益求精的教学态度，使我深受感动，这对我在本次毕业设计中取得的成绩起了决定性的作用，在此致以衷心的感谢。当然，也要感谢在设计中关心帮助过我的各位同学。我知道我的这次设计还存在着许多缺陷和不完善的地方，将会在今后的生活和工作中不断的去学习。参考文献[1] 丛树林,张彬.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2011.[2] 陈德阳.汽车底盘构造图册.北京：人民交通出版社.2010.[3] 蔡兴旺.付晓光.汽车构造与原理(上册)[M].北京：机械工业出版社.2010.[4] 蔡兴旺.付晓光.汽车构造与原理(下册)[M].北京：机械工业出版社.2010.[5] 屠卫星.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2010.[6] 李家本.汽车底盘构造与维修实训[M].北京：中央广播电视大学出版社.2010.[7] 宋年秀,王东杰,刘超.图解汽车底盘构造与拆装[M].北京：中国电力出版社.2008.[8] 图解新型汽车底盘构造与拆装[M].北京：机械出版社.2011.[9] 黎亚洲.汽车底盘构造与维修图解[M].北京：电子工业出版社.2009.[10] 刘文苹.汽车底盘构造与检修[M].北京：化学工业出版社.2010.[11] 张立飞,赵健.汽车底盘构造与维修[M]. 北京：北京理工大学出版社.2010.[12] 黄华友.汽车底盘构造与维修[M].北京：电子工业出版社.2010.[13] 孔令来.汽车底盘构造与维修[M].北京：机械工业出版社.2010.[14] 王家青.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2011.

关于汽车发动机的探讨学生姓名： X X 学号：xxxxxxxxxxx入学时间： 2004 年 9 月指导老师： x x 职称： 讲师 学 校： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 目 录第一节 发动机的分类……………………………………………3第二节 发动机的总体构造………………………………………4第三节 四冲程发动机的工作原理………………………………6第四节 二冲程发动机的工作原理………………………………10第五节 发动机的主要性能指标与特性…………………………13致谢…………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………171关于汽车发动机的探讨内容提要：目前汽车普遍采用的是往复活塞式内燃机，发动机是汽车的心脏，它以其热效率高、结构紧凑、机动性强、运动维护简便的优点著称于世。本文针对发动机作出详细的讲解，包括发动机的分类、发动机的结构、发动机的工作原理，并据此分析汽车发动机的性能及主要指标。关键词：汽油机 柴油机 二冲程 四冲程 性能指标 特性2第一节 发动机的分类 发动机是将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转化为机械能的发动机，称为热力发动机(简称热机)，其中的热能是由燃料燃烧所产生的。内燃机是热力发动机的一种，其特点是液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。另一种热机是外燃机，如蒸汽机、汽轮机或燃气轮机等，其特点是燃料在机器外部燃烧以加热水，产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。 内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、质量小、便于移动、起动性能好等优点，因此广泛应用于飞机、船舶以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是内燃机一般要求使用石油燃料，且排出的废气中所含有害气体成分较高。为解决能源与大气污染的问题，目前国内外正致力于排气净化以及其他新能源发动机的研究开发工作。 根据车用内燃机将热能转化为机械能的主要构件形式的不同，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式不同分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛，是本文的主要讨论对象。汽车发动机(指汽车用活塞式内燃机)可以根据不同的特征分类： (1)按着火方式分类 可分为压燃式与点燃式发动机。压燃式发动机为压缩气缸内的空气或可燃混合气，产生高温，引起燃料着火的内燃机；点燃式发动机是将压缩气缸内的可燃混合气，用点火器点火燃烧的内燃机。 (2)按使用燃料种类分类可分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机及多种燃料发动机等。 (3)按冷却方式分类可分为水冷式、风冷式发动机。以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式发动机；以空气为冷却介质的称作风冷式发动机。(4)按进气状态分类可分为非增压(或自然吸气)和增压发动机。非增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气未经压气机压缩的发动机，仅带扫气泵而不带增压器的二冲程发动机亦属此类；增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气已经在压气机内压缩，藉以增大充量密度的发动机。3 (5)按冲程数分类 可分为二冲程和四冲程发动机。在发动机内，每一次将热能转变为机械能，都必须经过吸人新鲜充量(空气或可燃混合气)、压缩(当新鲜充量为空气时还要输入燃料)，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排出气缸这样一系列连续过程，称为一个工作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复四个单程(或曲轴旋转两转)完成一个工作循环的称为四冲程发动机；活塞往复两个单程(或曲轴旋转一转)完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 (6)按气缸数及布置分类仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机；根据气缸中心线与水平面垂直、呈一定角度和平行的发动机，分别称为立式、斜置式与卧式发动机；多缸发动机根据气缸间的排列方式可分为直列式(气缸呈一列布置)、对置式(气缸呈两列布置，且两列气缸之间的中心线呈180。)和V形(气缸呈曲列布首，且两列气缸之问夹角为V形)等发动机。第二节 发动机的总体构造 发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形式很多，即使是同一类型的发动机，其具体构造也是各种各样的。我们可以通过一些典型汽车发动机的结构实例来分析发动机的总体构造。下面以CA1014系列轻型货车用的CA488Q型汽油发动机为例，介绍四冲程剐机的一般构造(图1-1)。(1) 机体组 CA488Q型发动机的机体组包括气缸盖14、气缸体7及油底壳37。有的发动机将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。机体组的作用足作为发动机各机构、各系统的装配基体，而且其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统和润滑系统的组成部分。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的机件。在进行结构分析时，常把机体组列入曲柄连杆机构。(2) 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构包括活塞13、连杆10、带有飞轮28的曲轴5等。它是将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动力的机构。(3) 配气机构 配气机构包括进气门19、排气门15、摇臂45、气门间隙调节器46、凸轮轴25以及凸轮轴定时带轮20(由曲轴定时带轮6驱动)等。其作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。4 图2-1 解放CA488Q型汽油机的构造5(4) 供给系统 供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器38、空气滤清器、进气管39、排气管53、排气消声器等。其作用是把汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。 (5) 点火系统 点火系统的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。其中包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分电器、点火线圈与火花塞等。 （6） 冷却系统 冷却系统主要包括水泵、散热器、风扇22、分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔——水套等。其功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。 (7) 润滑系统 润滑系统包括机油泵50、机油集滤器51、限压阀、润滑油道、机油滤清器等，其功用是将润滑油供给作相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。 (8) 起动系统 包括起动机及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。 车用汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。第三节 四程发动机的工作原理一、四冲程汽油机工作原理 现代汽油发动机的构造如图3-1所示。气缸内装有活塞10，活塞通过活塞销、连杆11与曲轴12相连接。活塞存气缸内作往复运动，通过连杆推动 曲轴转动。为了吸入新鲜充量和排除废气，设有进、排气系统等。图3-2所示为发动机示意图。活塞往复运动时，其顶面从一个方向转为相反方向的转变点的位置称为止点。活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，称为上止点(TDC——Top Dead Center)；活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点称为下止点(BDC——Bottom Dead Centel)，活塞运行的上、下两个止点之间的距离s称为活塞行程。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离月称为曲柄半径。对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机，活塞行程5等于曲柄半径R的两倍。6四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程：进气行程、压缩冲程、作功行程、和排气行程。（1） 进气行程 汽油机将空气与燃料先在气缸的外部的化油器中、节气门体处或进气道内进行混合，形成可燃混合气后被吸入气缸。进气过程中进气门开启，节气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积变大，从气缸内的压力将到大气压以下，即在气缸内形成真空度。这样可眼燃混合气便经进气门被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时气缸内的气体压力约为～。 (2) 压缩行程 为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高，故需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，称为压缩行程。活塞到达上止点时压缩终了，此时，混合气被压缩到活塞上方很小的空间，即燃烧室中。可燃混合气压力升高到～，温度可达600～700K。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。7现代汽油发动机的压缩比一般为6～9(轿车有的达到9～11)。如一汽一大众捷达轿车EA827型发动机的压缩比为，而EA113型发动机的压缩比为。 压缩比越大，在压缩终了时混合气压力和温度越高，燃烧速度增快，因而发动机发出的功率增大，热效率提高，经济性越好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁而时就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时，甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂、活塞烧顶、火花塞绝缘体击穿等机件损坏现象。表面点火是由于燃烧室内炽热表面(如排气门头，火花塞电极，积炭)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧现象。表面点火发生时，也伴有强烈的敲击声(较沉闷)，产生的高压会使发动机机件承受的机械负荷增加，寿命降低。因此，在提高发动机压缩比的同时，必须注意防止爆燃和表面点火的发生。此外，发动机压缩比的提高还受到排气污染法规的限制。(3) 作功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸体(或气缸盖)上的火化塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，其压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力p，约为3～5MPa，相应温度则为2200～2800K。高温、高压燃气推动活塞从上止点向F止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。它除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。(4) 排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个工作循环。当膨胀接近终了时，排气门丌启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废气排尽，这一8部分留下的废气称为残余废气。综上所述，四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期问活塞在上、下止点问往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。二、四冲程柴油机工作原理现代柴油发动机的构造如图3-3所示。四冲程柴油机(压燃式发动机)的每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其粘度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及着火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程吸人的是纯空气。存压缩行程接近终了时，柴油机喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷人气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，这种发动机的可燃混合气是在气缸内部形成的。由于柴油机的压缩比高(一般为16～22)，所以压缩终了时气缸内的空气压力可达～，同时温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度。因此，柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混合便立即自行发火燃烧。气缸内气压急剧上升到6～9MPa，温度也升到2000～2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动帅轴旋转而作功。废气同样经排气管排人大气中。柴油机与汽油机比较，各有特点。汽油机具有转速高(目前轿车汽油机最高9转速达5000～6000r／min，货车汽油机转速达4000r／min左右)、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故存轿车和轻型货车及越野车上得到广泛的应用；其不足之处是燃油消耗率高，燃油经济性差。柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低20％～30％左右，且柴油价格较低，所以燃油经济性好。一般装载质量为5t以上的货车大都采用柴油机；其缺点是转速较汽油机低(一般最高转速在2500～3000r／min左右)、质量大、制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求高)。但目前柴油机的这些缺点正在逐渐得到克服，其应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外有的轿车也采用柴油机，其最高转速可达5000r／min。由此可见，四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功的辅助行程。因此，在单缸发动机内，曲轴每转两周中只有半周是由于膨胀气体的作用使曲轴旋转，其余一周半则依靠飞轮惯性维持转动。显然，作功行程时．曲轴的转速比其他三个行程内的曲轴转速要高，所以曲轴转速是不均匀的，因而发动机运转就不平稳。为了解决这个问题，飞轮必须做成具有很大的转动惯量，而这样做将使整个发动机质量和尺寸增加。显然，单缸发动机工作振动大。采用多缸发动机可以弥补上述缺点。因此，现在汽车上基本不用单缸发动机。用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有气缸的作功行程并不同时发生。例如，在4气缸发动机内，曲轴每转半周便有一个气缸在作功；在8缸发动机内，曲轴每转1／4周便有一个作功行程。气缸数越多，发动机的工作越平稳。但发动机气缸数增多，一般将使其结构复杂，尺寸及质量增加。第四节 二冲程发动机的工作原理一、二冲程汽油机工作原理二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间完成的。发动机气缸上有三个孔，这三个孔可分别在一定的时刻为活塞所关闭。进气孔与化油器相连通，可燃混合气经进气孔流入曲轴箱，继而可经扫气孔进入气缸内，而废气则可经过与排气管连通的排气孔被排出。10活塞向上移动，到活塞将三孔都关闭时，开始压缩在上一循环即已吸入缸内的可燃混合气，同时在活塞下面的曲轴箱内形成真空度(这种发动机的曲轴箱必须足密封的)。当活塞继续上行时，进气孔开启，在大气压力作用下，可燃混合气便自化油器流入曲轴箱。活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的混合气。高温、高压气体膨胀迫使活塞向下移动。进气孔逐渐被关闭，流人曲轴箱的混合气则因活塞的下移而被预先压缩。当活塞接近下止点时，排气孔开启，废气经过排气孔、排气管、消声器流到大气中。受到预压的新鲜混合气便自曲轴箱经扫气孔流入缸内，并扫除废气。废气从气缸内被新鲜混合气扫除并取代的过程，称为气缸的换气过程。由上述可知，在二冲程发动机内，一个工作循环所包含的两个行程是： (1) 第一行程 活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。 (2) 第二行程 活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 为了防止新鲜混合气大量与废气混合并随废气一起排出气缸而造成浪费，活塞顶做成特殊的形状，使新鲜混合气的气流被引向上部。这样还可以利用新鲜混合气来扫除废气，使排气更为彻底。但是在二冲程发动机中，要完全避免可燃混合气的损失是很困难的。 图4-1为二冲程发动机示功图。它的工作循环如下：活塞由下止点向上止点运动，当将排气孔(a点)关闭时，压缩过程开始。到上止点前开始点火燃烧，缸内压力迅速增高，叮段即燃烧过程。接着活塞下行膨胀作功，一直到6点，排气孔被打开，开始排气。此时，缸内压力较高，一般为0．3～0．6MPa，11故废气以声速从缸内排出，压力迅速下降。当活塞继续下移将换气孔打开，曲轴箱内的新鲜可燃混合气进入气缸。这段时问里的排气称为自由排气。排气一直延续到活塞下行到下止点后再向上将排气孔关闭为止。示功图bda曲线为二冲程发动机的换气过程，大约占130度～150度曲轴转角。接着活塞继续向上，便重复压缩过程，进行新的循环。 二冲程化油器式发动机与四冲程化油器式发动机相比较，其主要优点如下： 1)曲轴每转—周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于四冲程发动机的2倍。 2)由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较均匀平稳。 3)由于没有专门的换气机构，所以其构造较简单，质量也比较小。 4)使用方便。因为附属机构少，所以易受磨损和经常需要修里理的运动部件数量也比较少。 由于构造上的原因，二冲程发动机的最大缺点是不易将废气自气缸内排除得较干净，并且在换气时减少了有效工作行程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的2倍，只等于～倍；而且在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，因此二冲程发动机不如四冲程发动机经济。 由于上述缺点，二冲程化油器式发动机存汽车上较少被采用。但这种发动机的制造费用低廉，构造简单，质量小，所以在摩托车上广泛应用。二冲程发动机可以通过减少扫气损失来改善燃油经济性差的缺点，因此电控喷射的二冲程发动机在汽车上得到了发展。二、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机的工作过程和二冲程化油器式发动机的工作过程相似。所不同的是进入柴油机气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。空气由扫气泵提高压力以后，经过装在气缸外部的空气室和气缸壁(或气缸套)上的许多小孔进入气缸内，废气经由气缸盖上的排气门排出。在第一行程中，活塞自下止点向上止点移动。行程开始前不久，进气孔和排12气门均已开启，利用自扫气泵流出的空气(压力约为～)使气缸换气。当活塞继续向上移动，进气孔被遮盖，排气门也被关闭，空气受到压缩。当活塞接近上止点时，气缸内的压力增到3MPa，温度约升至850～1000K，燃油在高压(约17～20Mpa)下喷入气缸内，致使燃油自行着火燃烧，使气缸内压力增高。在第二行程中，活塞受燃烧气体膨胀作用自上止点向下止点移动而作功。活寒卜行2／3行程时排气门开启，排出废气，此后气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气。换气一直继续到活塞向上移动1／3行程的距离，直到进气孔完全被遮盖为止。这种形式的发动机称为气门—窗孔直流扫气柴油机。与四冲程柴油机比较，二冲程柴油机的优缺点与上面讨论二冲程汽油机时所指出的优缺点基本相同，但由于二冲程柴油机用纯空气扫除废气，没有燃料损失，故经济件较高。第五节 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标有动力性能指标（有效转矩、有效功率、转速等）、经济性能指标(燃油消耗率)和运转性能指标(排气品质、噪声和起动性能等)。一、动力性能指标（1）有效转矩发动机通过飞轮对外输出的平均转矩称为有效转矩。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。（2）有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机曲轴转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随曲轴转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况，称为标定工况。标定功率是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车13发动机应能在标定工况下连续运行300～1000h。二、经济性能指标发动机每发出1 kw有效功率，在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位)，称为燃油消耗率。 发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机特性。三、运转性能指标发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性能等。由于这些性能不仅与使用者利益相关，更关系到人类的健康，因此必须指定共同遵守的统一标准，并给予严格控制。（1）排气品质发动机的排气中含有对人体有害的物质，它对大气的污染已形成公害。为此，各国采取了许多对策，并制定相应的控制法规。发动机排出的有害排放物，主要有氮氧化合物，碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等以及排气颗粒。（2）噪声噪声会刺激神经，使人心情烦躁，反应迟钝，甚至造成耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病，因此，也必须用法规形式进行限制。汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给予控制。在我国制定的汽车加速行驶车外噪声限值标准(GBl495--2002)中，对不同分类的汽车以及同一分类中不同总质量及发动机不同额定功率的汽车，详细制定了噪声限值。（3）起动性能起动性能好的发动机在一定温度下能可靠地发动，起动迅速，起动消耗的功率小，起动期磨损少。发动机起动性能的好坏除与发动机结构有关外，还与发动机工作过程相联系，它直接影响汽车机动性、操作者的安全和劳动强度。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机要能自行运转。四、发动机的速度特性当燃料供给调节机构位置固定不变时，发动机性能参数(有效转矩、功率、燃油消耗率等)随转速改变而变化的曲线，称为速度特性曲线。14如果改变燃料供给调节机构的位置又可得到另外一组特性曲线，则当燃料供给调节机构位置达到最大时，所得到的是总功率特性，也称发动机外特性；而把燃料供给调节机构其他位置下得到的特性称为部分速度特性。外特性曲线下标出的发动机最大功率和最大有效转矩及其相应的转速，是表示发动机性能的重要指标。要联系汽车使用条件，诸如道路情况所要求克服的阻力数值、最高车速等，来分析发动机外特性曲线是否符合要求。五、发动机工作状况发动机运转状态或工作状态(简称发动机工况)常以功率和转速来表征，有时也用负荷与转速来表征。 发动机负荷是指发动机驱动从动机械所耗费的功率或有效转矩的大小；也可表述为发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。15致 谢本论文的设计历时三个多月的时间。在此我要向我的讲师x老师表示最诚挚的感谢。从课题的设计方案、课题的编辑到论文的撰写和修改的各个阶段，都得到了钱老师的认真指导、严格要求。钱老师渊博的学识、严谨的治学精神以及平易近人的态度，使我在学习知识的同时，如浴春风。在整个课题的研究和设计过程中，也得到了同组的其它同学的支持和帮助，大家一起克服了一个又一个难题，在此表示感谢。在大学四年的学习过程中，我的学识有了长进，能力有了提高。为此我要感谢我的家人,以及所有教导过我的老师和长辈们，是他们鼓励着我前进。另外我要感谢我的朋友和同学，使我每天都轻松、愉快。16【参考文献】1、陈家瑞 《汽车构造 上 》 机械工业出版社2、陈家瑞 《汽车构造 下 》 机械工业出版社3、扶爱民 《汽车运用基础》 电子工业出版社4、扶爱民 《汽车发动机构造与维护》 电子工业出版社5、巫安达 乔国荣 《汽车维护技术》 高等教育出版社6、凌凯汽车资料编写组 《汽车原理》 北京邮电大学出版社17