與傾斜調整機構相同,可操作手柄解除或固定伸縮動作,一部分車也采用電動式計算機控制的全自動伸縮式轉向機構。
第四節 轉向器
轉向器(也常稱為轉向機)是完成由旋轉運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構,同時也是轉向系中的減速傳動裝置。歷史上曾出現過許多種形式的轉向器,目前較常用的有齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式、循環球-齒條齒扇式、循環球曲柄指銷式、蝸桿滾輪式等。其中第二、第四種分別是第一、第三種的變形形式,而蝸桿滾輪式則更少見。我們只介紹目前最常用,最有代表性的兩種形:齒輪齒條式和循環球式。
齒輪齒條式:齒輪齒條方式的最大特點是剛性大,結構緊湊重量輕,且成本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉向盤,所以具有對路面狀態反應靈敏的優點,但同時也容易產生打手和擺振等現象。齒輪與齒條直接嚙合,將齒輪的旋轉運動轉化為齒條的直線運動,使轉向拉桿橫向拉動車輪產生偏轉。齒輪并非單純的平齒輪,而是特殊的螺旋形狀,這是為了盡量減小齒輪與齒條之間的嚙合間隙,使轉向盤的微小轉動能夠傳遞到車輪,提高操作的靈敏性,也就是我們通常所說的減小方向盤的曠量。不過齒輪嚙合過緊也并非好事,它使得轉動轉向盤時的操作力過大,人會感到吃力。
循環球式:這種轉向裝置是由齒輪機構將來自轉向盤的旋轉力進行減速,使轉向盤的旋轉運動變為渦輪蝸桿的旋轉運動,滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合,因而滾珠螺桿的旋轉運動變為直線運動,螺母再與扇形齒輪嚙合,直線運動再次變為旋轉運動,使連桿臂搖動,連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動,改變車輪的方向。
這是一種古典的機構,現代轎車已不再使用,但又被最新方式的助力轉向裝置所應用。它的原理相當于利用了螺母與螺栓在旋轉過程中產生的相對移動,而在螺紋與螺紋之間夾入了鋼球以減小阻力,所有鋼球在一個首尾相連的封閉的螺旋曲線內循環滾動,循環球式故而得名。
第五節 動力轉向機構
動力轉向機是利用外部動力協助司機輕便操作轉向盤的裝置。隨著最近汽車發動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用,使車重和轉向阻力都加大了,因此動力轉向機構越來越普及。值得注意的是,轉向助力不應是不變的,因為在高速行駛時,輪胎的橫向阻力小,轉向盤變得輕飄,很難捕捉路面的感覺,也容易造成轉向過于靈敏而使汽車不易控制。所以在高速時要適當減低動力,但這種變化必須平順過度。
(一)液壓式動力轉向裝置
液壓式動力轉向裝置重量輕,結構緊湊,利于改善轉向操作感覺,但液體流 量的增加會加重泵的負荷,需要保持怠速旋轉的機構。
(二)電動式動力轉向裝置
電動式動力轉向裝置是最新形式的轉向裝置,由于它節能,故受到人們的重視。它是利用蓄電池轉動電機產生推力。由于不直接使用發動機的動力,所以大大降低了發動機的功率損失(液壓式最大損失5-10馬力),且不需要液壓管路,便于安裝。尤其有利于中置發動機后輪驅動的汽車。但目前電動式動力轉向裝置所得動力還比不上液壓式,所以只限用于前輪軸輕的中置發動機后驅動的汽車上。
(三)電動液壓式動力轉向裝置
即由電機驅動轉向助力泵并由計算機控制的方式,它集液壓式和電動式的優點于一體。因為是計算機控制,所以轉向助力泵不必經常工作,節省了發動機的功率。這種方式結構緊湊,便于安裝布置,但液壓產生的動力不能太大,所以適用排量小的汽車。
發動機的分類
發動機按照它不同的特點有很多種分類方法。
1. 按燃料分
可分為柴油機、汽油機和天然氣機等
2. 按實現循環的行程數分
a) 四沖程發動機:活塞移動四個行程或曲軸轉兩圈氣缸內完成一個工作循環
b) 二沖程發動機:活塞移動兩個行程或曲軸轉一圈氣缸內完成一個工作循環
3. 按冷卻方式分
a) 水冷式發動機:以水為冷卻介質
b) 風冷式發動機:以空氣作為冷卻介質(適合缺水地區使用,如沙漠國家)
4. 按點火方式分
a) 壓燃式發動機:利用氣缸內空氣被壓縮后產生的高溫,使燃油自燃。如柴油機。
b) 點燃式發動機:利用火花塞發出的電火花強制點燃燃料,使燃料強行著火燃燒。如汽油機、煤氣機。
5. 按可燃混合氣形成的方法分
a) 外部形成混合氣的發動機:燃料和空氣在外先混合然后進入氣缸。如使用化油器的汽油機。
b) 內部形成混合氣的內燃機:燃料在臨近壓縮終了時才噴入氣缸,在氣缸內與空氣混合。如柴油機。
6. 按進氣方式分
a) 自然吸氣式發動機:空氣靠活塞的抽吸作用進入氣缸內。
b) 增壓式發動機:為增大功率,在發動機上裝有增壓器,使進入氣缸的氣體預先經過壓氣機壓縮后再進入氣缸。
7. 按氣缸數目分
a) 單缸發動機
b) 多缸發動機:按氣缸的排列型式又可分為
i. 直列立式發動機:所有氣缸中心線在同一垂直平面內。
ii. 直列臥式發動機:所有氣缸中心線在同一水平平面內。
iii. V型發動機:氣缸中心線分別在兩個平面內,且兩平面相交呈V型。
iv. 對置式發動機:V型夾角為180°時又稱為對置式。
v. 其它:還有H型,X型、星型等,但在車輛上應用很少.
比較汽油機與柴油機
發動機按所使用的燃料進行分類,可以分為汽油機和柴油機。
汽油與柴油相比較,汽油的沸點低、容易氣化,而柴油的自燃溫度低。
柴油機采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度,使空氣溫度超過柴油的自燃測試,這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。德國人狄塞爾想出了這個辦法并取得了專利權,所以柴油機又叫狄塞爾發動機。
與汽油機相比,柴油機的優點是柴油價格便宜,經濟性好,并且它沒有點火系統,所以故障較少。
但柴油機由于工作壓力大,要求各有關零件具有較高的結構強度和剛度,所以柴油機比較笨重,體積較大;柴油機的噴油泵與噴嘴制造精度要求高,所以成本較高;另外,柴油機工作粗暴,振動噪聲大;柴油不易蒸發,冬季冷車時起動困難。
所以,現在的轎車中主要裝備汽油機。
發動機的基本名詞術語
1. 活塞止點與行程:
a) 活塞在氣缸內作往復運動的兩個極端位置稱為止點。活塞離曲軸放置中心最遠位置稱為上止點,離曲軸放置中心的位置稱為下止點。
b) 上下止點之間的距離稱為活塞的行程。曲軸轉動半圈,相當于活塞移動一個行程。
2. 排量
a) 活塞在氣缸內作往復運動,氣缸內的容積不斷變化。當活塞位于上止點位置時,活塞頂部與氣缸蓋內表面所形成的空間稱為燃燒室。這個空間容積稱為燃燒室容積。
b) 活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為氣缸排量,如果發動機有若干個氣缸,所有氣缸工作容積之和稱為發動機排量。
c) 當活塞在下止點位置時,活塞頂上部的全部氣缸容積稱為氣缸總容積。
3. 壓縮比
a) 氣缸總容積與燃燒室容積的比值稱為壓縮比。壓縮比表示了活塞從下止點移動到上止點時,氣體在氣缸內被壓縮的程度。
b) 壓縮比越大,氣體在氣缸內受壓縮的程度越大,壓縮終點氣體的壓力和溫度越高,功率越大,但壓縮比太高容易出現爆震。
c) 壓縮比是發動機的一個重要結構參數。由于燃料性質不同,不同類型的發動機對壓縮比有不同的要求。柴油機要求較大的壓縮比,一般在12-29之間,而汽油機的壓縮比較小,在6-11之間。選用高標號的汽油可以部分地提高壓縮比。
四沖程汽油機的工作原理
四沖程汽油機的工作過程是一個復雜的過程,它由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四個行程組成。
一. 進氣行程
此時,活塞被曲軸帶動由上止點向下上止點移動,同時,進氣門開啟,排氣門關閉。當活塞由上止點向下止點移動時,活塞上方的容積增大,氣缸內的氣體壓力下降,形成一定的真空度。由于進氣門開啟,氣缸與進氣管相通,混合氣被吸入氣缸。當活塞移動到下止點時,氣缸內充滿了新鮮混合氣以及上一個工作循環未排出的廢氣。
二. 壓縮行程
活塞由下止點移動到上止點,進排氣門關閉。曲軸在飛輪等慣性力的作用下帶動旋轉,通過連桿推動活塞向上移動,氣缸內氣體容積逐漸減小,氣體被壓縮,氣缸內的混合氣壓力與溫度隨著升高。
三. 燃燒膨脹行程
此時,進排氣門同時關閉,火花塞點火,混合氣劇烈燃燒,氣缸內的溫度、壓力急劇上升,高溫、高壓氣體推動活塞向下移動,通過連桿帶動曲軸旋轉。在發動機工作的四個行程中,只有這個在行程才實現熱能轉化為機械能,所以,這個行程又稱為作功行程。
四. 排氣行程
此時,排氣門打開,活塞從下止點移動到上止點,廢氣隨著活塞的上行,被排出氣缸。由于排氣系統有阻力,且燃燒室也占有一定的容積,所以在排氣終了地,不可能將廢氣排凈,這部分留下來的廢氣稱為殘余廢氣。殘余廢氣不僅影響充氣,對燃燒也有不良影響。
排氣行程結束時,活塞又回到了上止點。也就完成了一個工作循環。隨后,曲軸依靠飛輪轉動的慣性作用仍繼續旋轉,開始下一個循環。如此周而復始,發動機就不斷地運轉起來。
空燃比
空燃比A/F(A:air-空氣,F:fuel-燃料)表示空氣和燃料的混合比。空燃比是發動機運轉時的一個重要參數,它對尾氣排放、發動機的動力性和經濟性都有很大的影響。
理論空燃比:即將燃料完全燃燒所需要的最少空氣量和燃料量之比。燃料的組成成分對理論空燃比的影響不大,汽油的理論空燃比大體約為14.8,也就是說,燃燒1g汽油需要14.8g的空氣。 一般常說的汽油機混合氣過濃過稀,其標準就是理論空燃比。空燃比小于理論空燃比時,混合氣中的汽油含量高,稱作過濃;空燃比大于理論空燃比時,混合氣中的空氣含量高,稱為過稀。
混合氣略微過濃時,即空燃比為13.5-14時汽油的燃燒最好,火焰溫度也最高。因為燃料多一些可使空氣中的氧氣全部燃燒。
而從經濟性的角度來講,混合氣稀一些時,即空燃比為16時油耗最小。因為這時空氣較多,燃料可以充分燃燒。
從發動機功率上講,混合氣較濃時,火焰溫度高,燃燒速度快,當空燃比界于12-13之間時,發動機功率最大。
多氣門發動機
1886年1月29日,德國人卡爾·本茨將自己研制的四沖單缸燃油發動機裝上了一輛三輪的車子并獲得專利權,世界從這一天開始才真正有了汽車。可以說,是發動機創造了汽車。發動機的基本構造(如圖)是由氣缸1、活塞2、連桿3、曲軸4等主要機件組成,每一個氣缸至少有兩個氣門,一個進氣門(藍色)和一個排氣門(橙色)。
氣門裝置是發動機配氣機構的一個組成部分,在發動機工作起非常重要的作用。燃油發動機的工作運轉由進氣,壓縮,作功和排氣四個工作過程組成。要使發動機連續運轉就必須使這四個工作過程周而復始,順序定時地循環工作。
其中的兩個工作過程,進氣和排氣過程,需要依靠發動機的配氣機構準確地按照各氣缸的工作順序輸