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1、灭火救援装备士官培训教材（一）第一章 灭火救援装备基础知识灭火救援装备是指公安消防部队用于完成执勤训练、灭火救援、战勤保障等任务的消防车辆、消防船艇、消防飞行器、消防员个人防护装备、灭火救援器材、药剂及其它专用装备与附属设施、设备。在这些装备器材的构成中，蕴含了发动机、电动机、机械传动、液压传动、流体机械等多门类学科的原理与技术。第一节 发动机知识发动机是指能够将某种形式的能量转变为机械能的机器，是汽车、机动器械的心脏，为汽车、机动器械提供动力。灭火救援装备中，消防车辆、消防船艇、机动消防泵、机动破拆器材、机动排烟机、机动照明装置等装备器具都使用各种了发动机。一、发动机分类发动机一般为往复活塞
2、式内燃发动机（简称内燃机），是将液体或气体燃料与空气混合后在发动机内燃烧而产生热能，然后再将热能转化为机械能，燃烧产生热能的过程在机内完成，也因此称之为内燃机，内燃机是热力发动机中的一类。内燃机具有热效率高、结构紧凑、体积小、便于装车，且启动性能好等优点；往复活塞式内燃机，工作时活塞在汽缸内做往复直线运动，利用曲柄连杆机构将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动，它以以技术先进、可靠性高而被广泛使用。另外还有一种出现较晚的转子式发动机，具有结构紧凑、质量小、回转平稳、噪声小等许多优点，但仍有一些技术问题尚待解决。发动机种类繁多，通常按使用的燃料、工作循环、冷却方式等特征来加以分类。（一）按其使用的
3、燃料分发动机可以分为汽油机和柴油机，以及使用代用燃料甲醇、乙醇、液化石油气的发动机。以汽油为燃料的发动机称为汽油机；以柴油为燃料的发动机称为柴油机；以液化气为燃料的发动机称为液化气发动机。汽油机工作原理是利用化油器使汽油与空气混合后吸入发动机汽缸内，用电火花强制点燃混合气，使其燃烧后产生热能而作功的机器。特点是汽油沸点低，容易汽化和点燃。因此，汽油机采用高压电火花点火，使空气和汽油混合形成的可燃混合气燃烧作功。汽油发动机按混合气形成方式不同分为化油器式汽油机和电子控制燃油喷射式汽油机。柴油机工作原理是利用喷油泵使柴油产生高压后由喷油器直接喷入发动机汽缸内，并与汽缸内压缩空气混合形成混合气，柴油
4、自燃后产生热能而作功的机器。特点是柴油与汽油相比馏分较重，不易汽化和点燃。但柴油在高温、高压下的自燃温度低。因此，柴油机采用压缩空气的办法提高压力和温度，使压缩空气温度超过柴油的自燃温度，这时再喷入柴油，经短暂的油气混合过程后自行发火燃烧。这一构想是德国人狄塞尔发明的，所以柴油机又叫狄塞尔发动机。有时也按点火方式的不同，把发动机分为点燃式和压燃式两类，前面介绍的柴油发动机属于压燃式发动机。消防装备器材中，常用汽油机。（二）按完成一个工作循环所需活塞的行程数分类发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机。工作循环是指在汽缸内进行的每一次将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的一系列过程，称为发动机的一个
5、工作循环。四冲程发动机是指活塞上下往复四个行程完成一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机。二冲程发动机是指活塞上下往复两个行程完成一个工作循环的发动机，称为二冲程发动机。（三）发动机按冷却方式的不同发动机可分为水冷式发动机和风冷式发动机。现代汽车发动机绝大多数采用水冷却方式，并且用冷却液代替水作冷却介质。冷却液是水和乙二醇的混合液，既可防止发动机过热，又可防止冬季结冰，损坏发动机。消防装备中，一些抢险器材考虑到人工操作要轻便灵活，常用风冷式发动机。汽油发动机按混合气形成方式不同分为化油器式汽油机和电子控制燃油喷射式汽油机。47二、发动机基本结构发动机结构复杂、类型繁多，但基本组成相近。汽油发动
6、机由曲柄连杆机构、配气机构两大机构和燃料系、润滑系、冷却系、点火系、起动系五个系统组成，柴油发动机无点火系。（一）汽油机总体构造以单缸四冲程汽油机为例，发动机基本结构为：活塞装在汽缸内，通过活塞销和连杆相连，连杆的另一端套在曲轴的连杆轴颈上，曲轴两端支承在曲轴箱的轴承上，活塞在汽缸中作往复直线运动时，通过连杆带动曲轴作旋转运动，如图1-1-1所示。活塞顶部和汽缸盖之间的空间构成密闭的燃烧室，为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门和排气门。图 1-1-1 单缸四冲程汽油机结构示意图汽油机利用化油器使汽油和空气混合后形成可燃混合气，经进气门吸入汽缸内，用火花塞产生的电火花强制点燃混合气，混合气燃烧
7、膨胀推动活塞，带动曲轴旋转，输出动力。1曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现热功转换的核心机构，主要由汽缸体、汽缸盖、油底壳、活塞、连杆、曲轴和飞轮等机件组成，是发动机的主体部分。汽缸体的上部是汽缸，下部是曲轴箱。汽缸体是发动机各工作机构和附件的装配基体，且本身又是曲柄连杆机构、配气机构以及润滑系和冷却系的组成部分。汽缸盖装在汽缸体的上部，汽缸盖、汽缸壁与活塞顶部的空间构成燃烧室，燃料在其中燃烧产生热能。活塞位于汽缸之中，并通过活塞销与连杆小头相连接，连杆另一端装在曲轴上，曲轴安装在汽缸体下部的曲轴箱中。当活塞在燃烧膨胀压力作用下在汽缸中做往复直线运动时，连杆就推动曲轴旋转向外输出转矩。曲轴的
8、后端装有飞轮，飞轮的作用是利用其转动惯性平稳发动机的转速。2配气机构配气机构的作用是根据发动机工作过程和各个缸工作次序的要求适时地开闭进气门、排气门。主要由气门组件、凸轮轴、液压挺柱、齿形带传动机构等零部件组成。进、排气门安装在汽缸盖上，分别控制进气通道和排气通道。曲轴通过正时齿形带传动机构驱动凸轮轴控制气门的开闭。配气机构的结构型式较多，是发动机的两大核心机构之一。3燃料供给系传统化油器式燃料供给系一般由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气装置等组成。其作用是把燃油和空气混合成一定比例的可燃混合气，并送入汽缸，燃烧后的废气排出发动机。化油器利用喷雾原理使汽油与吸入的空气按一
9、定比例混合成可燃混合气经进气门进入汽缸。可燃混合气的供给量由进气通道中的节气门来控制。汽油机电控燃油喷射装置的出现，改变了传统汽油机燃料供给系的组成，它包括燃料供给系统、进气系统和电子控制系统。电控燃油喷射装置在计算机指令下工作，适时、定量地向进气歧管内喷射燃油，并与经空气流量计控制进入的空气相混合，配制成高精度的混合气体。燃料供给系统的作用是电动汽油泵将汽油加压后输送给各缸汽油喷嘴，并让多余汽油返回油箱。它主要由电动汽油泵、压力调节器、输油管等组成。进气系统的作用则是根据节气门的开度控制发动机的进气量。它主要由空气流量传感器、节气门及节气门体等组成。电子控制系统的主体是一台微型计算机和若干个
10、传感器。电子控制系统的作用是收集发动机各工况下的各种信息，按给定程序计算出最佳汽油喷射量和最佳喷射时刻，并在其发出的指令控制下，由喷嘴完成燃油喷射任务。4点火系汽油机靠点火系统产生的高压电火花适时点燃汽缸内的可燃混合气。点火系一般由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈、火花塞和点火开关等组成 。其作用是保证按规定时刻及时点燃汽缸中被压缩的可燃混合气。5冷却系汽缸内可燃混合气燃烧产生的热能约有 30 % 左右作功对外输出，剩余的热量一部分随废气排出缸外，另一部分则被燃烧室壁面、汽缸内壁和活塞顶部所吸收。水冷式发动机靠网状水套中冷却水的不断循环来实现对上述部位的冷却，以确保发动机在适宜的温度下工作。水
11、冷却系一般由水泵、散热器、风扇、循环水套、分水管等组成。 其作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。6润滑系发动机主要运动副表面均靠润滑系提供的压力润滑机油进行润滑。机油泵把机油加压后送往各润滑部位，循环中的机油最终又流回油底壳内, 反复循环使用。某些零件特别是活塞还靠机油来冷却。润滑系一般由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器和机油冷却器等组成。其作用是润滑发动机运动副，减轻磨损，同时冷却、清洗零件。7起动系起动系包括起动电机及其附属装置，其作用是用来起动发动机。（二）柴油机的总体构造四冲程水冷式柴油机的总体构造包含二大机构和四个系统，其机体组与曲柄连杆机构、配气机构、
12、润滑系和冷却系与前面介绍的汽油机十分相似，这里就不再重述。所不同的是柴油机的燃料供给系与汽油机不相同，此外，柴油机没有点火系。车用四冲程柴油机燃料供给系主要由柴油箱、柴油滤清器、输油泵、高压油泵、调速器、喷油器、空气滤清器、进排气装置等组成。增压柴油机进气系统还装有废气涡轮增压器，利用排放废气驱动涡轮旋转，涡轮与进气系统中的空气压缩机联为一体，带动压缩机工作，通过增加进气量来提高发动机的功率。目前广泛采用的废气涡轮增压器可以使发动机的功率提高2030。（三）发动机基本术语发动机常用基本术语如图112所示。上止点指活塞上行到达最高点处的位置，称为活塞上止点。此时，活塞顶部距离曲轴回转中心最远。下
13、止点指活塞下行到达最低点处的位置，称为活塞下止点。此时，活塞顶距离曲轴的回转中心最近。活塞冲程指活塞由一个止点向另一个止点运动一次的过程，称为活塞一个冲程。活塞行程指活塞由一个止点到另一个止点移动的距离，称活塞行程，用S表示。曲柄半径指曲轴与连杆下端（大头）的连接中心至曲轴回转中心的距离，称为曲柄半径，用R表示。燃烧室容积指活塞在上止点时，活塞顶部与汽缸盖之间的容积称为燃烧室容积，用表示。汽缸工作容积指一个汽缸中活塞从上止点到下止点所扫过的汽缸容积，汽缸工作容积，用表示。 式中：D汽缸直径（cm）S活塞行程（cm）i汽缸数发动机排量是指多缸发动机各汽缸工作容积的总和称为发动机排量，用表示。汽缸
14、总容积是指活塞在下止点时，活塞上方的容积，称为汽缸总容积，用表示。它等于汽缸工作容积与燃烧室容积之和。压缩比是指汽缸总容积和燃烧室容积的比值，称为压缩比，即。压缩比反映了活塞由下止点运动到上止点时，汽缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时汽缸内的压力和温度就越高，燃烧过程便越快，燃烧后产生的膨胀压力也越大，所以说，压缩比越高，功率越大。燃烧室的结构直接影响压缩比的大小，采用紧凑型燃烧室有利于提高发动机的压缩比。但在汽油机中，压缩比太高，则容易出现爆震燃烧和表面点火等不正常现象。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内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的燃烧。车用汽油机
15、的压缩比一般为710，选用高标号的汽油有利于提高压缩比。柴油机为保证柴油自燃，最小压缩比为12，一般取1622，高于汽油机，以便压缩终了时，使缸内的压力和温度超过柴油的自燃温度而迅速着火燃烧。 图 1-1-2 发动机的基本术语三、发动机工作原理（一）四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机每个工作循环要经过进气、压缩、作功、排气四个活塞行程，如图1-1-3所示。图 1-1-3 四冲程汽油机的工作循环1进气行程进气门打开、排气门关闭。由于曲轴和飞轮的旋转惯性，活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，曲轴旋转半周（180），由于活塞上方的汽缸容积逐渐增大、产生真空吸力，可燃混合气经进气管道和进气门被吸入汽缸。2压缩行程进气门、排气门均关闭。曲轴和飞轮的惯性将活塞从下止点推向上止点，曲轴旋转半周（180），可燃混合气被压缩，温度和压力同时升高，并进一步均匀混合。3作功行程进、排气门继续保持关闭。在压缩行程接近终了，活塞将要到达上止点时，火花塞产生电火花点燃混合气，混合气迅速燃烧，体积膨胀，温度、压力迅速升高，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆驱动曲轴旋转，对外输出机械能。4排气行程在做功行程终了时，排气门打开，进气门保持关闭状态。在曲轴和飞轮的惯性作用下，曲轴推动活塞再次从下止点向上止点运动，把燃烧后的废气排出汽缸。排气行程结束时，排气门关闭
