汽车拆装与维护 课件 2. 动力总成的拆装与维护

汽车拆装与维护新编21世纪高等职业教育精品教材·汽车类目录概述01020403动力总成的拆装与维护汽车底盘系统的拆装与维护汽车电气系统的拆装与维护动力总成的拆装与维护02任务一曲柄连杆机构的拆装与维护任务二配气机构的拆装与维护任务三燃油供给系统的拆装与维护任务四润滑系统的拆装与维护任务五冷却系统的拆装与维护任务六点火系统和起动系统的拆装与维护任务七电机驱动系统的拆装与维护2.1曲柄连杆机构的拆装与维护一、曲柄连杆机构的功能曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力矩转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动车辆行驶。机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体，它把发动机的各个机构和系统组成一个整体，保证了它们之间必要的相互关系。活塞连杆组主要的作用是：活塞把来自燃烧室的化学能转变为往复运动的机械能，然后传递给连杆，连杆再将往复运动传递给曲轴使之做旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。连杆是发动机的传动件，把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。曲轴飞轮组将旋转运动通过离合器传递给变速箱，为汽车的行驶和其他需要动力的机构输出扭矩，同时还储存能量，用以克服非做功行程的阻力，使发动机运转平稳。2.1曲柄连杆机构的拆装与维护二、曲柄连杆机构的基本结构曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成，具体如下：（1）机体组包括气缸体、气缸盖、气缸垫、气缸盖罩和油底壳。（2）活塞连杆组一般包括活塞、活塞环（包括第一道气环、第二道气环、油环）、活塞销、连杆、连杆盖、连杆衬套、连杆轴瓦（包括上、下瓦）、连杆螺栓等。（3）曲轴飞轮组（见图213）一般包括曲轴、曲轴轴瓦（包括上、下瓦）、飞轮、飞轮螺栓等。2.2配气机构的拆装与维护一、配气机构的功能配气机构的功能是按照发动机各缸的做功次序和每一气缸工作循环的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，配合发动机各缸实现进气、压缩、做功和排气的工作过程。2.2配气机构的拆装与维护二、配气机构的基本结构（一）配气机构的位置配气机构位于汽车发动机气缸盖上，其大部分被气缸盖罩盖住，气门传动组部分位于发动机前端。2.2配气机构的拆装与维护二、配气机构的基本结构（二）配气机构的组成发动机配气机构形式多种多样，其主要区别在于气门布置形式和数量、凸轮轴布置形式和驱动方式。按气门的布置形式，主要有气门顶置式和气门侧置式。凸轮轴的布置形式可以分为下置、中置和上置三种，三者都可以用于气门顶置式配气机构。曲轴与凸轮轴之间的驱动方式有齿轮传动、链传动和带传动。双凸轮轴结构有利于布置更多的气门，气门数多，能提高发动机的进、排气效率，可以进一步提高压缩比，提高发动机的转速。这种双凸轮轴多气门的配气机构，是现代高速汽车发动机配气机构的主要形式。2.2配气机构的拆装与维护二、配气机构的基本结构（二）配气机构的组成双凸轮轴结构的配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。气门组由气门、气门座、气门导管、气门油封、气门弹簧、气门锁片座圈、气门锁片、液压挺柱等组成，其功用主要是维持气门的关闭。气门传动组由凸轮轴、半圆键、凸轮轴油封、凸轮轴正时齿形带轮、正时齿形带、曲轴正时齿形带轮等组成，其作用是定时驱动气门使其开闭。2.3燃油供给系统的拆装与维护一、燃油供给系统的功能汽油机燃油供给系统电控单元通过安装在进气歧管上的进气压力传感器或安装在空气滤清器后的空气流量计的信号计算进气量，并根据进气量和发动机的转速得到基本喷油量和基本点火提前角，又通过控制喷油器通电喷油持续时间来控制喷油量，然后通过对冷却液温度、进气温度、节气门开启角度、蓄电池电压等各种工作参数进行修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间或最佳点火提前角。柴油机燃油供给系统主要通过发动机转速和加速踏板开度来决定喷油器喷油量及点火提前角，实现功率输出。当发动机转速恒定时，加速踏板开度增加，喷油量增加；当加速踏板开度恒定时，发动机转速增加，喷油量增加。电控发动机的主要功能是控制进气量与喷油量的空燃比、喷油时刻与点火时刻，除此之外，还控制发动机的冷热车起动、怠速转速、最大转速、排气再循环（如有）、二次空气喷射、爆燃、故障自诊断以及给其他电控系统发送状态信号等。2.3燃油供给系统的拆装与维护二、燃油供给系统的基本结构燃油供给系统主要由燃油箱（含电动燃油泵）、燃油滤清器、燃油分配管、喷油器、油压调节器以及相关燃油管路（如进油管、回油管）等组成。对于歧管喷射燃油供给系统，燃料通过燃油泵从燃油箱中吸出，由燃油滤清器过滤，然后通过燃油管路输送到燃油分配管。燃油分配管将燃油分配给每个喷油器，燃油从喷油器中喷射出来，在进气歧管处与空气混合，最后从进气门进入气缸。在油压调节器的作用下，由弹簧拉动的隔膜阀将燃油压力调整为一定值，多余的燃油回流到燃油箱。2.3燃油供给系统的拆装与维护二、燃油供给系统的基本结构汽油机缸内直喷燃油供给系统相对于歧管喷射燃油供给系统，增加了高压油泵和高压油管，同时增加了高压燃油的压力传感器（布置在油轨上）和燃油计量阀（执行器，布置在高压油泵上），减少了回油管路，依靠高压油泵上的燃油计量阀进行燃油供给的精准控制。柴油机燃油供给系统相对于汽油机燃油供给系统，减少了燃油箱内的低压油泵，高压油泵相对于汽油机高压油泵体积变大，安装位置不同：汽油机高压油泵一般位于凸轮轴上，由凸轮轴驱动；柴油机高压油泵一般位于缸体上，通过链轮/齿轮由曲轴驱动。2.4润滑系统的拆装与维护一、润滑系统的功能发动机润滑是由润滑系统来完成的，润滑系统的功能就是在发动机工作将数量足够、压力和温度适当的洁净润滑油输送到全部运动副的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。（1）润滑：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗。（2）清洗：机油在润滑系统内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其他异物。（3）冷却：机油在润滑系统内循环带走摩擦产生的热量，起到冷却作用。（4）密封：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油。（5）防锈蚀：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈。（6）液压：润滑油可用作液压油，起液压作用。（7）减振缓冲：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减振缓冲作用。2.4润滑系统的拆装与维护二、润滑方式压力润滑：利用机油泵，将具有一定压力的机油源源不断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承等处形成油膜以保证润滑。飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁、相对滑动速度较小的活塞销，以及配气机构的凸轮表面等得到润滑。润滑脂润滑：对于负荷较小的发动机辅助装置只需定期、定量加注润滑脂进行润滑，如水泵及发电机轴承等。这不属于润滑系统的工作范畴。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如二硫化钼等）的轴承来代替加注润滑脂的轴承。2.4润滑系统的拆装与维护三、机油类型发动机机油，根据不同成分、质量等级、使用环境要求等，有多种分类方式，选择合适的机油品质、牌号对于保证发动机的性能和延长使用寿命非常关键。2.4润滑系统的拆装与维护三、机油类型（一）根据成分划分按照机油的来源及成分，机油分为矿物质机油、半合成机油和全合成机油。矿物质机油是从矿物中提取的机油，以前使用的较多，现在逐渐被合成机油取代。全合成机油和半合成机油都属于合成机油，是通过化学方式配合而成的机油。全合成机油的顺滑性和清洁度很好，性能上也是最好的，更换周期一般为1年或1万千米以上，是三个类型机油里更换周期最长的，也是动力、清洁力和油膜保护力最好的，但是成本也是最高的。2.4润滑系统的拆装与维护三、机油类型（二）根据质量等级划分美国石油学会（APD）标准是国际上比较通用的机油质量等级标准，以“S”开头代表汽油机机油，以“C”开头代表柴油机机油；第二个字母越往后，质量等级越高，性能越好。当“S”“C”同时存在时，表示此机油为汽柴通用型。图所示为按API标准划分的汽油机机油质量等级，SL等级之前的汽油机机油在国内已经被淘汰，当前国内机油质量等级最高的，按照API标准划分为SP等级机油。SP等级的机油在性能上比SN等级的机油更出色，但SN等级的机油足以满足大多数发动机的需求。在选择机油时，最重要的是选择符合自己车辆发动机需求的机油，而不是单纯地追求高等级。不同发动机对机油的要求是不同的，如果使用不符合发动机需求的机油，可能会导致发动机性能下降，甚至会损坏发动机。2.4润滑系统的拆装与维护三、机油类型（二）根据质量等级划分API标准对柴油机机油质量等级的分类如图2-4-3所示，CH-4等级以下的柴油机机油基本被淘汰，目前等级最高的为CK等级柴油机机油。机油分类的另一个标准是欧洲汽车制造商协会（ACEA）标准。欧洲标准比美国标准更为严格，欧标基于美标，在挥发性、热稳定性、黏度调节等方面都优于美标。ACEA标准是用一个字母后面加数字来表示等级的，其中字母“A”代表汽油发动机，“B”代表轻型柴油机，“C”代表带尾气处理装置的柴油机，“E”代表重型柴油机。ACEAA/B系列适用于汽油机和轻负荷柴油机，包括A3/B4、A5/B5、A7/B7三个标准。最新ACEA-2023版本删除了A1/B1、A3/B3两个低级别标准，在A5/B5的基础上升级了一个新标准A7/B7，性能更高、燃油经济性更好，拥有更多、更新的台架测试要求，属于高灰分产品中的高性能产品。C系列是低灰分机油，最新版的ACEA标准中的机油等级删除了C1，新增了C6和C7，能有效地避免颗粒捕集器的堵塞。2.4润滑系统的拆装与维护三、机油类型（三）根据使用环境划分机油牌号指机油适用环境的温度范围，只标明数字20、30、40、50的，表示夏季用油，数字越大，其黏度越大，适用的温度越高。英文冬季的首字母，W前面的数字越小，黏度越小，低温流动性越好，适用的温度越低；标明5W40、10W30、15W40等字样的，表示夏冬通用油，这种机油适用的温度范围广。在满足发动机需要的基础上选择合适的质量等级以及对应的成分后，更换机油时最重要的是选择合适的牌号。2.4润滑系统的拆装与维护四、润滑系统的基本结构润滑系统主要由油底壳、机油泵（含机油集滤器）、机油滤清器（简称机滤）、加油口盖、机油尺总成和相关润滑油管等组成。润滑系统在机油泵上一般会装有限压阀或者安全阀，确保高转速时油压不超过限值，在机油滤清器上装有旁通阀，确保紧急情况下发动机的润滑功能不受影响。随着发动机功率密度的不断提高，其润滑系统结构越来越复杂，尤其是涡轮增压、可变气门、缸内直喷等一系列技术的应用，使润滑系统有了更为复杂的结构。2.4润滑系统的拆装与维护四、润滑系统的基本结构2.4润滑系统的拆装与维护四、润滑系统的基本结构由于发动机排量日益减小，但功率日益增大，发动机热负荷较高，润滑系统需要布置机油冷却器来避免行驶过程中机油过热，一般汽油机会集滤清器和冷却器为一个整体，合称为机油模块。发动机将化学能转化为机械能的过程中，将释放出大量的热量，发动机本身将被加热，需要冷却系统使其在各个运行工况都保持在适当的温度范围内。冷却系统要保障发动机既不能过热也不能过冷，不仅要在起动后快速暖机，达到正常的工作范围，还要在达到一定温度时及时开启风扇进行降温。发动机正常运行时最高燃烧温度可达2500℃，即使怠速或中速时，燃烧室温度也可达1000℃，如果冷却系统不正常工作，发动机很快就会发生异常机械故障。冷却系统主要根据发动机冷却液温度实现不同的冷却液循环，在低温状态下，一般在60~65℃时，发动机进行小循环，此时发动机散热器不参与冷却液循环。当发动机冷却液温度上升到85~90℃时，发动机一般会进行大循环。此时流经发动机的所有冷却液都经过散热器散热后才能再次进入发动机。2.5冷却系统的拆装与维护一、冷却系统的功能随着发动机性能的不断提升，冷却系统日趋复杂化，尤其是涡轮增压器在发动机上逐渐普及，发动机冷却系统工作不仅要考虑工作负荷，还需兼顾停机后的冷却。图为涡轮增压发动机冷却系统，其中循环路线2→3→14、1→12→9→10、15→9→16→5流动的是冷却后的低温水，循环路线14→2、6→13→1、6→13→9、6→5→10、6→7→8→10→11流动的是高温冷却液。2.5冷却系统的拆装与维护二、发动机冷却系统的基本结构汽油发动机正常工作的要素为良好的可燃混合气、很高的压缩压力、正确的点火正时和强烈的火花。点火系统中所产生的强烈的火花在最佳点火正时点燃可燃混合气。点火系统通过点火线圈产生的高电压产生火花，点燃已经被压缩的可燃混合气。可燃混合气在气缸内被压缩、点燃并燃烧，从而产生发动机的推动力。对于点火系统来说，合适的点火时刻以及足够的点火能量是发动机能顺利输出功率的重要保证。为了使静止的发动机进入工作状态，必须先用外力转动发动机曲轴，使活塞开始上下运动，气缸内吸入可燃混合气，并将其压缩、点燃，体积迅速膨胀产生强大的动力，推动活塞运动并带动曲轴旋转。发动机的曲轴在外力作用下开始转动到发动机怠速运转的全过程，称为发动机的起动过程。起动系统的作用是驱动发动机飞轮旋转，使发动机曲轴达到必需的起动转速，以使发动机进入正常运转状态。当发动机进入正常运转状态后，起动系统结束任务，停止工作。能使发动机顺利起动所必需的曲轴转速，称为起动转速。根据缸数和排量不同，汽油发动机一般要求起动转速不低于50~70r/min。柴油发动机一般要求起动转速不低于150~300r/min。2.6点火系统和起动系统的拆装与维护一、点火系统和起动系统的功能传统分电器式点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、火花塞以及高低压导线等组成。传统分电器式点火系统可靠耐用，但在点火时刻的控制方面不能保证时刻处于最佳工况，目前已基本被市场淘汰。2.6点火系统和起动系统的拆装与维护二、点火系统和起动系统的基本结构电子点火系统或者说电控点火系统直接由电控单元根据相关的发动机信号，包括转速、凸轮轴位置、节气门位置、进气温度、车速等多种信号，并根据标定数据，采用最优点火时刻，确保发动机有最佳功率输出。各缸独立点火，避免了高压导线漏电风险；互不干扰，降低了故障率。2.6点火系统和起动系统的拆装与维护二、点火系统和起动系统的基本结构起动系统主要由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关等组成，起动继电器通断受整车及发动机诸多控制因素影响，只有满足起动条件时，起动继电器才能吸合，起动机驱动发动机飞轮旋转，车辆起动。2.6点火系统和起动系统的拆装与维护二、点火系统和起动系统的基本结构电机驱动系统在车辆中的地位相当于传统汽车中的发动机，为车辆提供驱动力。电机驱动系统一般由驱动电机、电机控制器（功率变换器）等组成，部分车辆还有减速器与驱动电机匹配。驱动电机是以磁场为媒介进行电能和机械能互相转换的电磁装置，在新能源汽车驱动过程中作为电动机运行将动力蓄电池中存储的电能转换为机械能，在制动或减速过程中作为发电机运行将机械能转化为电能存储在动力蓄电池中。电机控制器（功率变换器）输出特定的电压和电流调节驱动电机的运行以产生所需的转矩和转速。在能量转换过程中存在电能、机械能和磁场能量损失，这会影响能量转换效率，但是一般来说，驱