汽車發(fā)動機的工作原理及總體構(gòu)造

1、汽車發(fā)動機的工作原理及總體構(gòu)造第一章第一節(jié) 汽車發(fā)動機的類型 1.按活塞運動方式的不同，活塞式內(nèi)燃機可分為往復活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。 2.根據(jù)所用燃料種類，活塞式內(nèi)燃機主要分為汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機三類。以汽油和柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機分別稱作汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機稱作氣體燃料發(fā)動機。 3.按冷卻方式的不同，活塞式內(nèi)燃機分為水冷式和風冷式兩種。以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)的稱作水冷式內(nèi)燃機，而以空氣為冷卻介質(zhì)的則稱作風冷式內(nèi)燃機。4.往復活塞式內(nèi)燃機還按其在一個工作循環(huán)期間活塞往復運動的行程數(shù)進行分類?；钊絻?nèi)燃機每完成一個工作循環(huán)，便對外做功一

2、次，不斷地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。在一個工作循環(huán)中活塞往復四個行程的內(nèi)燃機稱作四沖程往復活塞式內(nèi)燃機，而活塞往復兩個行程便完成一個工作循環(huán)的則稱作二沖程往復活塞式內(nèi)燃機。5.按照氣缸數(shù)目分類可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。6.內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩

3、列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。7.按進氣狀態(tài)不同，活塞式內(nèi)燃機還可分為增壓和非增壓兩類。若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。目前，應用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動機為水冷、四沖程往復活塞式內(nèi)燃機，其中汽油機用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動機多為柴油機。少數(shù)轎車和輕型客、貨車發(fā)動機也有用柴油機的。以風冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機為動力的汽車為數(shù)不多。特別是從20世紀

4、80年代起，在世界范圍內(nèi)，就不再有以二沖程活塞式內(nèi)燃機為動力的轎車了。第二節(jié) 往復活塞式內(nèi)燃機的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語 一、基本結(jié)構(gòu) 往復活塞式內(nèi)燃機的工作腔稱作氣缸，氣缸內(nèi)表面為圓柱形。在氣缸內(nèi)作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機構(gòu)。因此，當活塞在氣缸內(nèi)作往復運動時，連桿便推動曲軸旋轉(zhuǎn)，或者相反。同時，工作腔的容積也在不斷的由最小變到最大，再由最大變到最小，如此循環(huán)不已。氣缸的頂端用氣缸蓋封閉。在氣缸蓋上裝有進氣門和排氣門，進、排氣門是頭朝下尾朝上倒掛在氣缸頂端的。通過進、排氣門的開閉實現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向氣缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸控制。凸

5、輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪或鏈條驅(qū)動。進、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機構(gòu)。通常稱這種結(jié)構(gòu)形式的配氣機構(gòu)為頂置氣門配氣機構(gòu)。現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機無一例外地都采用頂置氣門配氣機構(gòu)。構(gòu)成氣缸的零件稱作氣缸體，支承曲軸的零件稱作曲軸箱，氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機體。二、基本術(shù)語 1. 工作循環(huán) 活塞式內(nèi)燃機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。周而復始地進行這些過程，內(nèi)燃機才能持續(xù)地作功。 2.上、下止點 活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。3.活塞行程 上、下止點間的距離 S 稱為活塞行程

6、。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑 R 稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機，其 S2R 4.氣缸工作容積 上、下止點間所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積。5.內(nèi)燃機排量 內(nèi)燃機所有氣缸工作容積的總和稱為內(nèi)燃機排量。6.燃燒室容積 活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。7.氣缸總?cè)莘e 氣缸工作容積與燃燒室容積之和為氣缸總?cè)莘e。8.壓縮比 氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比 e 。 壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力

7、和溫度就越高。9.工況 內(nèi)燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內(nèi)燃機輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速。 10.負荷率 內(nèi)燃機在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數(shù)表示。負荷率通常簡稱負荷。 第三節(jié) 往復活塞式內(nèi)燃機工作原理 一、四沖程汽油機工作原理 四沖程往復活塞式內(nèi)燃機在四個活塞行程內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。1.進氣行程 活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時排氣門關(guān)閉，進氣門開啟。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)形成一定

8、的真空度?？諝夂推偷幕旌衔锿ㄟ^進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進一步混合形成可燃混合氣。 2.壓縮行程 進氣行程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動活塞由下止點移至上止點。這時，進、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。 3.作功行程 壓縮行程結(jié)束時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點燃，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點移至下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。這時，進、排氣門仍舊關(guān)閉。 4.排氣行程 排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連

9、桿帶動活塞由下止點移至上止點，此時膨脹過后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。二、 四沖程柴油機工作原理 四沖程柴油機的工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，在各個活塞行程中，進、排氣門的開閉和曲柄連桿機構(gòu)的運動與汽油機完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油機和汽油機在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。 1.進氣行程 在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。 2.壓縮行程 因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力高。 3.作功行程 在壓縮行程結(jié)束時，噴油泵將柴

10、油泵入噴油器，并通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣的運動，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)的溫度遠高于柴油的自燃點，因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。 4.排氣行程 排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，燃燒后的廢氣排出氣缸。 三、汽油機與柴油機四沖程內(nèi)燃機的比較以上敘述了各類往復活塞式內(nèi)燃機的簡單工作原理，從中可以看出汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內(nèi)燃機的若干異同之處。四沖程汽油機與四沖程柴油機的

11、共同點是：1)每個工作循環(huán)都包含進氣、壓縮、作功和排氣等四個活塞行程，每個行程各占180°曲軸轉(zhuǎn)角，即曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周完成一個工作循環(huán)。2)四個活塞行程中，只有一個作功行程，其余三個是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉(zhuǎn)的角速度要比其他三個行程時大得多，即在一個工作循環(huán)內(nèi)曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性，可在曲軸上安裝轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪或采用多缸內(nèi)燃機并使其按一定的工作順序依次進行工作。兩者不同之處是：1)汽油機的可燃混合氣在氣缸外部開始形成并延續(xù)到進氣和壓縮行程終了，時間較長。柴油機的可燃混合氣在氣缸內(nèi)部形成，從壓縮行程接近終了時開始，并占小部分作功行程，時間很短。2

12、)汽油機的可燃混合氣用電火花點燃，柴油機則是自燃。所以又稱汽油機為點燃式內(nèi)燃機，稱柴油機為壓燃式內(nèi)燃機。第四節(jié) 發(fā)動機的總體構(gòu)造 發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發(fā)動機，還是二行程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機，要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。 汽油機由以下兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火

13、系。1.曲柄連桿機構(gòu) 曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。2.配氣機構(gòu) 配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。(如下圖) 3.冷卻系統(tǒng) 冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。4.燃料供給系統(tǒng) 汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去

14、；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。5.潤滑系統(tǒng) 潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。6.點火系統(tǒng) 在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。7.起動系統(tǒng) 要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用

15、外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。第五節(jié) 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標用來表征發(fā)動機的性能特點，并作為評價各類發(fā)動機性能優(yōu)劣的依據(jù)。同時，發(fā)動機性能指標的建立還促進了發(fā)動機結(jié)構(gòu)的不斷改進和創(chuàng)新。因此，發(fā)動機構(gòu)造的變革和多樣性是與發(fā)動機性能指標的不斷完善和提高密切相關(guān)的。一、動力性指標動力性指標是表征發(fā)動機作功能力大小的指標，一般用發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、

16、轉(zhuǎn)速和平均有效壓力等作為評價發(fā)動機動力性好壞的指標。1.有效轉(zhuǎn)矩發(fā)動機對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，記作 Te，單位為 N·m 。有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角位移的乘積即為發(fā)動機對外輸出的有效功。2.有效功率發(fā)動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率，記作 pe 單位為 KW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。發(fā)動機的有效功率可以用臺架試驗方法測定，也可用測功器測定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度，然后用公式計算出發(fā)動機的有效功率 pe：式中：Te有效轉(zhuǎn)矩，N·m； n曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。 3.發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，用 n 表示，單位為 r/min 。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的高低

17、，關(guān)系到單位時間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動機有效功率的大小，即發(fā)動機的有效功率隨轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說明發(fā)動機有效功率的大小時，必須同時指明其相應的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動機產(chǎn)品標牌上規(guī)定的有效功率及其相應的轉(zhuǎn)速分別稱作標定功率和標定轉(zhuǎn)速。發(fā)動機在標定功率和標定轉(zhuǎn)速下的工作狀況稱作標定工況。標定功率不是發(fā)動機所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動機用途而制定的有效功率最大使用限度。同一種型號的發(fā)動機，當其用途不同時，其標定功率值并不相同。有效轉(zhuǎn)矩也隨發(fā)動機工況而變化。因此，汽車發(fā)動機以其所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩及其相應的轉(zhuǎn)速作為評價發(fā)動機動力性的一個指標。4.平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功稱為平均有效壓力

18、，記作 pme，單位為 MPa 。顯然，平均有效壓力越大，發(fā)動機的作功能力越強。二、 經(jīng)濟性指標發(fā)動機經(jīng)濟性指標包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。1.有效熱效率燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù)稱為有效熱效率，記作 e。顯然，為獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動機的經(jīng)濟性越好。2.有效燃油消耗率發(fā)動機每輸出 1kW 的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記作 be，單位為 g/（kW·h）。式中：B發(fā)動機在單位時間內(nèi)的耗油量，kg/h；Pe發(fā)動機的有效功率，kW。 顯然，有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟性越好。三、強化指標強化指標是指發(fā)動機承受熱負荷和機械負

19、荷能力的評價指標，一般包括升功率和強化系數(shù)等。1.升功率發(fā)動機在標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效功率稱為升功率。升功率大，表明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷都高。2.強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)?；钊骄俣仁侵赴l(fā)動機在標定轉(zhuǎn)速下工作時，活塞往復運動速度的平均值。四、緊湊性指標緊湊性指標是用來表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)緊湊程度的指標，通常用比容積和比質(zhì)量衡量。1.比容積發(fā)動機外廓體積與其標定功率的比值稱為比容積。2.比質(zhì)量發(fā)動機的干質(zhì)量與其標定功率的比值稱為比質(zhì)量。干質(zhì)量是指未加注燃油、機油和冷卻液的發(fā)動機質(zhì)量。比容積和比質(zhì)量越小，發(fā)動機結(jié)構(gòu)越緊

20、湊。五、環(huán)境指標環(huán)境指標用來評價發(fā)動機排氣品質(zhì)和噪聲水平。由于它關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國政府都制定出嚴格的控制法規(guī)，以期消減發(fā)動機排氣和噪聲對環(huán)境的污染。六、可靠性指標 可靠性指標是表征發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標?？煽啃杂卸喾N評價方法，如首發(fā)故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。 七、耐久性指標 耐久性指標是指發(fā)動機主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間。通常用發(fā)動機的大修里程，即發(fā)動機從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數(shù)來衡量。 八、工藝性指標 工藝性指標是指評價發(fā)動機制造工藝性和維修工藝性好壞的指標。發(fā)動機結(jié)構(gòu)工藝性好，則便于制造

21、，便于維修，就可以降低生產(chǎn)成本和維修費用。 九、內(nèi)燃機速度特性 汽車發(fā)動機的工況在很廣泛的范圍內(nèi)變化。當發(fā)動機的工況(即功率和轉(zhuǎn)速)發(fā)生變化時，其性能(包括動力性、經(jīng)濟性、排放性和噪聲等)也隨之改變。因此，在評價和選用發(fā)動機時就必須考察它在各種工況下的性能，才能全面判斷其好壞及能否滿足汽車的要求。 發(fā)動機性能指標隨調(diào)整狀況及運行工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動機特性，利用特性曲線可以簡單而又方便地評價發(fā)動機性能。 發(fā)動機的有效功率 Pe、有效轉(zhuǎn)矩 Te 和有效燃油消耗率 be 隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速 n 的變化關(guān)系稱為發(fā)動機速度特性。發(fā)動機負荷率的定義，如果利用發(fā)動機的速度特性來說明負荷率或負荷的概念就更為清楚

22、。曲線I為外特性，曲線II、III為部分速度特性。在 n3500r/min時，若節(jié)氣門全開，可得到該轉(zhuǎn)速下可能發(fā)出的最大功率45KW。但如果不全開而開到II和III的位置，則同樣轉(zhuǎn)速下只能發(fā)出32KW和20KW的功率。根據(jù)上述定義，可求出 a、b、c 和 d 四個工況下的負荷值： 工況 a 負荷為零(稱為發(fā)動機空轉(zhuǎn)工況)； 工況 b 負荷20/45×10044.4； 工況 c 負荷32/45 ×10071.1； 工況 d 負荷45/45×100100(即發(fā)動機全負荷)。第二章 機體組及曲柄連桿機構(gòu) 功用：曲柄連桿機構(gòu)是內(nèi)燃機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動機構(gòu)，用

23、來傳遞力和改變運動方式。工作中，曲柄連桿機構(gòu)在作功行程中把活塞的往復運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，對外輸出動力，而在其他三個行程中，即進氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成活塞的往復直線運動?？偟膩碚f曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機借以產(chǎn)生并傳遞動力的機構(gòu)。通過它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 工作條件：發(fā)動機工作時，曲柄連桿機構(gòu)直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉(zhuǎn)速度又很高，活塞往復運動的線速度相當大，同時與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機構(gòu)還受到化學腐蝕作用，并且潤滑困難?？梢?，曲柄連桿機構(gòu)的工作條件相當惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學腐蝕作用。 組成：曲柄連桿機構(gòu)的主要零件可以分為三

24、組，機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。第一節(jié) 曲柄連桿機構(gòu)中的作用力及力矩 作用在曲柄連桿機構(gòu)上的力有氣體力和運動質(zhì)量慣性力。 氣體力作用于活塞頂上，在活塞的四個行程中始終存在，但只有作功行程中的氣體力是發(fā)動機對外作功的原動力。氣體力通過連桿、曲柄銷傳到主軸承。氣體力同時也作用于氣缸蓋上，并通過氣缸蓋螺栓傳給機體。作用于活塞上和氣缸蓋上的氣體力大小相等、方向相反，在機體中相互抵消而不傳至機體外的支承上，但使機體受到拉伸。 曲柄連桿機構(gòu)可視為由往復運動質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量組成的當量系統(tǒng)。往復運動質(zhì)量包括活塞組零件質(zhì)量和連桿小頭集中質(zhì)量，它沿氣缸軸線作往復變速直線運動，產(chǎn)生往復慣性力；旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量包括

25、曲柄質(zhì)量和連桿大頭集中質(zhì)量，它繞曲軸軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力，也稱離心力。往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力通過主軸承和機體傳給發(fā)動機支承。第二節(jié) 機體組 一、機體組的功用及組成 現(xiàn)代汽車發(fā)動機機體組主要由機體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、氣缸襯墊、主軸承蓋以及油底殼等組成。鑲氣缸套的發(fā)動機，機體組還包括干式或濕式氣缸套。機體組是發(fā)動機的支架，是曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)和發(fā)動機各系統(tǒng)主要零部件的裝配基體。氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室。另外，氣缸蓋和機體內(nèi)的水套和油道以及油底殼又分別是冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的組成部分。 二、機體 1機體的工作條件及要求 機體是氣缸體與曲軸箱的連鑄體。絕大多數(shù)水冷

26、發(fā)動機的氣缸體與曲軸箱連鑄在一起，而且多缸發(fā)動機的各個氣缸也合鑄成一個整體。風冷發(fā)動機幾乎無一例外地將氣缸體與曲軸箱分別鑄制。在發(fā)動機工作時，機體承受拉、壓、彎、扭等不同形式的機械負荷，同時還因為氣缸壁面與高溫燃氣直接接觸而承受很大的熱負荷。因此，機體應具有足夠的強度和剛度，且耐磨損和耐腐蝕，并應對氣缸進行適當?shù)睦鋮s，以免機體損壞和變形。機體也是最重的零件，應該力求結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，以減小整機的尺寸和質(zhì)量。 2機體材料 機體一般用高強度灰鑄鐵或鋁合金鑄造。最近，在轎車發(fā)動機上采用鋁合金機體的越來越普遍。 3機體構(gòu)造機體的構(gòu)造與氣缸排列形式、氣缸結(jié)構(gòu)形式和曲軸箱結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。氣缸排列形式有3種：

27、直列式、V型和水平對置式。氣缸內(nèi)表面由于受高溫高壓燃氣的作用并與高速運動的活塞接觸而極易磨損。為了提高氣缸的耐磨性和延長氣缸的使用壽命而有不同的氣缸結(jié)構(gòu)形式和表面處理方法。氣缸結(jié)構(gòu)形式也有3種，即無氣缸套式、干氣缸套式和濕氣缸套式。干氣缸套式機體是在一般灰鑄鐵機體的氣缸套座孔內(nèi)壓入或裝入干式氣缸套式氣缸套不與冷卻液接觸。干式氣缸套的外圓表面和氣缸套座孔內(nèi)表面均須精加工，以保證必要的形位精度和便于拆裝。濕氣缸套式機體，其氣缸套外壁與冷卻液直接接觸。用合金鑄鐵制造的濕式氣缸套的壁厚一般為58mm。濕式氣缸套下部用13道耐熱耐油的橡膠密封圈進行密封，防止冷卻液泄漏。濕式氣缸套上部的密封是利用氣缸套裝

28、入機體后，氣缸套頂面高出機體頂面0.050.15mm。風冷發(fā)動機氣缸體結(jié)構(gòu)。由于金屬對空氣的換熱系數(shù)僅是金屬對水的換熱系數(shù)的1/33。因此必須在風冷氣缸的外壁鑄制散熱片，以增加散熱面積，增強散熱能力。按曲軸箱結(jié)構(gòu)形式的不同機體有平底式、龍門式和隧道式3種。平底式機體的底平面與曲軸軸線齊平。這種機體高度小、質(zhì)量輕、加工方便。但與另外兩種機體相比剛度較差。 龍門式機體是指底平面下沉到曲軸軸線以下的機體機體底平面到曲軸軸線的距離稱作龍門高度。龍門式機體由于高度增加，其彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度均比平底式機體有顯著提高。機體底平面與油底殼之間的密封也比較簡單。 隧道式機體是指主軸承孔不剖分的機體結(jié)構(gòu)。這種機體

29、配以窄型滾動軸承可以縮短機體長度。隧道式機體的剛度大，主軸承孔的同軸度好，但是由于大直徑滾動軸承的圓周速度不能很大，而且滾動軸承價格較貴，因此限制了隧道式機體在高速發(fā)動機上的應用。三、氣缸蓋 1氣缸蓋工作條件及要求 氣缸蓋承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷，同時還由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷。為了保證氣缸的良好密封，氣缸蓋既不能損壞，也不能變形。為此氣缸蓋應具有足夠的強度和剛度。為了使氣缸蓋的溫度分布盡可能的均勻，避免進、排氣門座之間發(fā)生熱裂紋，應對氣缸蓋進行良好的冷卻。 2氣缸蓋材料 氣缸蓋一般都由優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄造，轎車用的汽油機則多采用鋁合金氣缸蓋。 3氣缸蓋構(gòu)造氣

30、缸蓋是結(jié)構(gòu)復雜的箱形零件。其上加工有進、排氣門座孔，氣門導管孔，火花塞安裝孔(汽油機)或噴油器安裝孔(柴油機)。在氣缸蓋內(nèi)還鑄有水套、進排氣道和燃燒室或燃燒室的一部分。若凸輪軸安裝在氣缸蓋上，則氣缸蓋上還加工有凸輪軸承孔或凸輪軸承座及其潤滑油道。 水冷發(fā)動機的氣缸蓋有整體式、分塊式和單體式3種結(jié)構(gòu)形式。在多缸發(fā)動機中，全部氣缸共用一個氣缸蓋的，則稱該氣缸蓋為整體式氣缸蓋；若每兩缸一蓋或三缸一蓋，則該氣缸蓋為分塊式氣缸蓋；若每缸一蓋，則為單體式氣缸蓋。風冷發(fā)動機均為單體式氣缸蓋。4燃燒室 當活塞位于上止點時，活塞頂面以上、氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室。在汽油機氣缸蓋底面通常鑄有形狀各異的

31、凹坑，習慣上稱這些凹坑為燃燒室。 在汽油機上廣泛應用的燃燒室有： 1)浴盆形燃燒室，結(jié)構(gòu)簡單，氣門與氣缸軸線平行，進氣道彎度較大。壓縮行程終了能產(chǎn)生擠氣渦流。 2)楔形燃燒室，結(jié)構(gòu)比較緊湊，氣門相對氣缸軸線傾斜，進氣道比較平直，進氣阻力小。壓縮行程終了時能產(chǎn)生擠氣渦流。 3)半球形燃燒室，結(jié)構(gòu)最緊湊，燃燒室表面積與其容積之比(面容比)最小。進排氣門呈兩列傾斜布置，氣門直徑較大，氣道較平直?；鹧?zhèn)鞑ゾ嚯x較短，不能產(chǎn)生擠氣渦流。 4)多球形燃燒室是由兩個以上半球形凹坑組成的，其結(jié)構(gòu)緊湊，面容比小，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，氣門直徑較大，氣道比較平直，且能產(chǎn)生擠氣渦流。 5)篷形燃燒室，是近年來在高性能多氣門

32、轎車發(fā)動機上廣泛應用的燃燒室。 柴油機的分隔式燃燒室有兩種類型： 1)渦流室燃燒室，其主、副燃燒室之間的連接通道與副燃燒室切向連接，在壓縮行程中，空氣從主燃燒室經(jīng)連接通道進入副燃燒室，在其中形成強烈的有組織的壓縮渦流，因此稱副燃燒室為渦流室。燃油順氣流方向噴射。 2)預燃室燃燒室，其主、副燃燒室之間的連接通道不與副燃燒室切向連接，且截面積較小。在壓縮行程中，空氣在副燃燒室內(nèi)形成強烈的無組織的紊流。燃油迎著氣流方向噴射，并在副燃燒室頂部預先發(fā)火燃燒，故稱副燃燒室為預燃室。四、氣缸襯墊 1氣缸襯墊的功用、工作條件及要求 氣缸襯墊是機體頂面與氣缸蓋底面之間的密封件。其作用是保持氣缸密封不漏氣，保持由

33、機體流向氣缸蓋的冷卻液和機油不泄漏。氣缸襯墊承受擰緊氣缸蓋螺栓時造成的壓力，并受到氣缸內(nèi)燃燒氣體高溫、高壓的作用以及機油和冷卻液的腐蝕。氣缸襯墊應該具有足夠的強度，并且要耐壓、耐熱和耐腐蝕。另外，還需要有一定的彈性，以補償機體頂面和氣缸蓋底面的粗糙度和不平度以及發(fā)動機工作時反復出現(xiàn)的變形。 2氣缸襯墊的分類及結(jié)構(gòu) 按所用材料的不同，氣缸襯墊可分為金屬石棉襯墊、金屬復合材料襯墊和全金屬襯墊等多種。五、 油底殼 油底殼的主要功用是儲存機油和封閉機體或曲軸箱。 油底殼用薄鋼板沖壓或用鋁鑄制而成。油底殼內(nèi)設有擋板，用以減輕汽車顛簸時油面的震蕩。此外，為了保證汽車傾斜時機油泵能正常吸油，通常將油底殼局部

34、做得較深。油底殼底部設放油螺塞。有的放油螺塞帶磁性，可以吸引機油中的鐵屑。六、 發(fā)動機的支承 發(fā)動機一般通過機體和飛輪殼或變速器殼上的支承支撐在車架上。發(fā)動機的支承方法，一般有三點支承和四點支承兩種。三點支承可布置成前一后二或前二后一。采用四點支承法時，前后各有兩個支承點。第三節(jié) 曲柄連桿機構(gòu) 一、曲柄連桿機構(gòu)的功用及組成 曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機的主要運動機構(gòu)。其功用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，同時將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動汽車車輪轉(zhuǎn)動。曲柄連桿機構(gòu)由活塞組、連桿組和曲軸飛輪組的零件組成。 二、活塞組 (一)活塞 1活塞的功用及工作條件 活塞的主要功用是承受燃

35、燒氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。此外活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。 活塞是發(fā)動機中工作條件最嚴酷的零件。作用在活塞上的有氣體力和往復慣性力?；钊斉c高溫燃氣直接接觸，使活塞頂?shù)臏囟群芨摺；钊趥?cè)壓力的作用下沿氣缸壁面高速滑動，由于潤滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴重。 2活塞材料 現(xiàn)代汽車發(fā)動機不論是汽油機還是柴油機廣泛采用鋁合金活塞，只在極少數(shù)汽車發(fā)動機上采用鑄鐵或耐熱鋼活塞。 3活塞構(gòu)造 活塞可視為由頂部、頭部和裙部等3部分構(gòu)成。1)活塞頂部。汽油機活塞頂部的形狀與燃燒室形狀和壓縮比大小有關(guān)。大多數(shù)汽油機采用平頂活塞，其優(yōu)點是受熱面積小，加工簡單。采用凹頂活

36、塞，可以通過改變活塞頂上凹坑的尺寸來調(diào)節(jié)發(fā)動機的壓縮比。柴油機活塞頂部形狀取決于混合氣形成方式和燃燒室形狀。在分隔式燃燒室柴油機的活塞頂部設有形狀不同的淺凹坑，以便在主燃燒室內(nèi)形成二次渦流，增進混合氣形成與燃燒。 柴油機還有另一類燃燒室，稱為直噴式燃燒室。其全部容積都集中在氣缸內(nèi)，且在活塞頂部設有深淺不一、形狀各異的燃燒室凹坑。在直噴式燃燒室的柴油機中，噴油器將燃油直接噴入燃燒室凹坑內(nèi)，使其與運動氣流相混合，形成可燃混合氣并燃燒。2)活塞頭部。由活塞頂至油環(huán)槽下端面之間的部分稱為活塞頭部。在活塞頭部加工有用來安裝氣環(huán)和油環(huán)的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。在油環(huán)槽底部還加工有回油孔或橫向切槽，油環(huán)從氣缸壁上刮

37、下來的多余機油，經(jīng)回油孔或橫向切槽流回油底殼。 活塞頭部應該足夠厚，從活塞頂?shù)江h(huán)槽區(qū)的斷面變化要盡可能圓滑，過渡圓角 R 應足夠大，以減小熱流阻力，便于熱量從活塞頂經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸壁，使活塞頂部的溫度不致過高。 在第一道氣環(huán)槽上方設置一道較窄的隔熱槽的作用是隔斷由活塞頂傳向第一道活塞環(huán)的熱流，使部分熱量由第二、三道活塞環(huán)傳出，從而可以減輕第一道活塞環(huán)的熱負荷，改善其工作條件，防止活塞環(huán)粘結(jié)?；钊h(huán)槽的磨損是影響活塞使用壽命的重要因素。在強化程度較高的發(fā)動機中，第一道環(huán)槽溫度較高，磨損嚴重。為了增強環(huán)槽的耐磨性，通常在第一環(huán)槽或第一、二環(huán)槽處鑲嵌耐熱護圈。在高強化直噴式燃燒室柴油機中，在第一環(huán)槽

38、和燃燒室喉口處均鑲嵌耐熱護圈，以保護喉口不致因為過熱而開裂。3)活塞裙部。 活塞頭部以下的部分為活塞裙部。裙部的形狀應該保證活塞在氣缸內(nèi)得到良好的導向，氣缸與活塞之間在任何工況下都應保持均勻的、適宜的間隙。間隙過大，活塞敲缸；間隙過小，活塞可能被氣缸卡住。此外，裙部應有足夠的實際承壓面積，以承受側(cè)向力。活塞裙部承受膨脹側(cè)向力的一面稱主推力面，承受壓縮側(cè)向力的一面稱次推力面。發(fā)動機工作時，活塞在氣體力和側(cè)向力的作用下發(fā)生機械變形，而活塞受熱膨脹時還發(fā)生熱變形。這兩種變形的結(jié)果都是使活塞裙部在活塞銷孔軸線方向的尺寸增大。因此，為使活塞工作時裙部接近正圓形與氣缸相適應，在制造時應將活塞裙部的橫斷面加

39、工成橢圓形，并使其長軸與活塞銷孔軸線垂直?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機的活塞均為橢圓裙。 在活塞銷座處鑲鑄恒范鋼片的活塞稱恒范活塞。由于恒范活塞在銷座處只靠恒范鋼片與活塞裙相連且恒范鋼的熱膨脹系數(shù)只有鋁合金的1/10左右，因此當溫度升高時，在恒范鋼片的牽制下，裙部在活塞銷孔軸線方向的熱膨脹量很小。若將普通碳素鋼片鑄在銷座處的鋁合金層內(nèi)側(cè)形成雙金屬壁，則由于兩種金屬的熱膨脹系數(shù)不同，當溫度升高時雙金屬壁發(fā)生彎曲，而鋼片兩端的距離基本不變，從而限制了裙部的熱膨脹量。因為這種控制熱膨脹的作用隨溫度升高而增大，所以稱這種活塞為自動熱補償活塞。在現(xiàn)代汽車發(fā)動機上廣泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。在保證裙部有足夠

40、承壓面積的條件下，將不承受側(cè)向力一側(cè)的裙部部分地去掉，即為半拖鞋式裙部；若全部去掉則為拖鞋式裙部。優(yōu)點是： 質(zhì)量輕，比全裙式活塞輕1010，適應高速發(fā)動機減小往復慣性力的需要。 裙部彈性好，可以減小活塞與氣缸的配合間隙。 能夠避免與曲軸平衡重發(fā)生運動干涉?；钊N孔軸線通常與活塞軸線垂直相交。這時，當壓縮行程結(jié)束、作功行程開始，活塞越過上止點時，側(cè)向力方向改變，活塞由次推力面貼緊氣缸壁突然轉(zhuǎn)變?yōu)橹魍屏γ尜N緊氣缸壁，活塞與氣缸發(fā)生“拍擊”，產(chǎn)生噪聲，且有損活塞的耐久性。在許多高速發(fā)動機中，活塞銷孔軸線朝主推力面一側(cè)偏離活塞軸線12mm。壓縮壓力將使活塞在接近上止點時發(fā)生傾斜，活塞在越過上止點時，將

41、逐漸地由次推力面轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍魍屏γ尜N緊氣缸壁，從而消減了活塞對氣缸的拍擊。 4活塞的冷卻 高強化發(fā)動機尤其是活塞頂上有燃燒室凹坑的柴油機，為了減輕活塞頂部和頭部的熱負荷而采用油冷活賽。用機油冷卻活塞的方法有： 1)自由噴射冷卻法。 從連桿小頭上的噴油孔或從安裝在機體上的噴油嘴向活塞頂內(nèi)壁噴射機油。 2)振蕩冷卻法。 從連桿小頭上的噴油孔將機油噴入活塞內(nèi)壁的環(huán)形油槽中，由于活塞的運動使機油在槽中產(chǎn)生振蕩而冷卻活塞。 3)強制冷卻法。 在活塞頭部鑄出冷卻油道或鑄入冷卻油管，使機油在其中強制流動以冷卻活塞。強制冷卻法廣為增壓發(fā)動機所采用。5活塞的表面處理 根據(jù)不同的目的和要求，進行不同的活塞表面處理，

42、其方法有： 1)活塞頂進行硬模陽極氧化處理，形成高硬度的耐熱層，增大熱阻，減少活塞頂部的吸熱量。 2)活塞裙部鍍錫或鍍鋅，可以避免在潤滑不良的情況下運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，也可以起到加速活塞與氣缸的磨合作用。 3)在活塞裙部涂覆石墨，石墨涂層可以加速磨合過程，可使裙部磨損均勻，在潤滑不良的情況下可以避免拉缸。(二)活塞環(huán)1活塞環(huán)的功用及工作條件 活塞環(huán)分氣環(huán)和油環(huán)兩種。氣環(huán)的主要功用是密封和傳熱。保證活塞與氣缸壁間的密封，防止氣缸內(nèi)的可燃混合氣和高溫燃氣漏入曲軸箱，并將活塞頂部接受的熱傳給氣缸壁，避免活塞過熱。油環(huán)的主要功用是刮除飛濺到氣缸壁上的多余的機油，并在氣缸壁上涂布一層均勻的油膜?；钊h(huán)工

43、作時受到氣缸中高溫、高壓燃氣的作用，并在潤滑不良的條件下在氣缸內(nèi)高速滑動。由于氣缸壁面的形狀誤差，使活塞環(huán)在上下滑動的同時還在環(huán)槽內(nèi)產(chǎn)生徑向移動。這不僅加重了環(huán)與環(huán)槽的磨損，還使活塞環(huán)受到交變彎曲應力的作用而容易折斷。 2活塞環(huán)材料及表面處理 根據(jù)活塞環(huán)的功用及工作條件，制造活塞環(huán)的材料應具有良好的耐磨性、導熱性、耐熱性、沖擊韌性、彈性和足夠的機械強度。目前廣泛應用的活塞環(huán)材料有優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶等。第一道活塞環(huán)外圓面通常進行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鉻層硬度高，并能儲存少量機油，可以改善潤滑減輕磨損。鉬的熔點高，也具有多孔性，因此噴鉬同樣可以提高活塞環(huán)的耐磨性。 3氣環(huán) 1)氣

44、環(huán)的密封原理：活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是正圓形，其外廓尺寸比氣缸直徑大。當活塞環(huán)裝入氣缸后，在其自身的彈力作用下環(huán)的外圓面與氣缸壁貼緊形成第一密封面，氣缸內(nèi)的高壓氣體不可能通過第一密封面泄漏。高壓氣體可能通過活塞頂岸與氣缸壁之間的間隙進入活塞環(huán)的側(cè)隙和徑向間隙中。進入側(cè)隙中的高壓氣體使環(huán)的下側(cè)面與環(huán)槽的下側(cè)面貼緊形成第二密封面，高壓氣體也不可能通過第二密封面泄漏。進入徑向間隙中的高壓氣體只能環(huán)的外圓面與氣缸壁更加貼緊。這時漏氣的惟一通道就是活塞環(huán)的開口端隙。如果幾道活塞環(huán)的開口相互錯開，那么就形成了迷宮式漏氣通道。由于側(cè)隙、徑向間隙和端隙都很小，氣體在通道內(nèi)的流動阻力很大，致使氣體壓力迅速下降，最

45、后漏入曲軸箱內(nèi)的氣體就很少了，一般僅為進氣量的0.21.0。 2)氣環(huán)開口形狀： 開口形狀對漏氣量有一定影響。直開口工藝性好，但密封性差；階梯形開口密封性好，工藝性差；斜開口的密封性和工藝性介于前兩種開口之間，斜角一般為30°或45°。3)氣環(huán)的斷面形狀：氣環(huán)的斷面形狀多種多樣，根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點和強化程度，選擇不同斷面形狀的氣環(huán)組合，可以得到最好的密封效果和使用性能。常見的氣環(huán)斷面形狀如上右圖 矩形環(huán)斷面為矩形。形狀簡單，加工方便，與氣缸壁接觸面積大，有利于活塞散熱。但磨合性差，而且在與活塞一起作往復運動時，在環(huán)槽內(nèi)上下竄動，把氣缸壁上的機油不斷地擠入燃燒室中，產(chǎn)生“泵

46、油作用”，使機油消耗量增加，活塞頂及燃燒室壁面積炭。錐面環(huán)，環(huán)的外圓面為錐角很小的錐面。理論上錐面環(huán)與氣缸壁為線接觸，磨合性好，增大了接觸壓力和對氣缸壁形狀的適應能力。當活塞下行時，錐面環(huán)能起到向下刮油的作用。當活塞上行時，由于錐面的油楔作用，錐面環(huán)能滑越過氣缸壁上的油膜而不致將機油帶入燃燒室。錐面環(huán)傳熱性差，所以不用作第一道氣環(huán)。由于錐角很小，一般不易識別，為避免裝錯，在環(huán)的上側(cè)面標有向上的記號。扭曲環(huán)斷面不對稱的氣環(huán)裝入氣缸后，由于彈性內(nèi)力的作用使斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn)，故稱扭曲環(huán)。扭曲環(huán)斷面扭轉(zhuǎn)原理?；钊h(huán)裝入氣缸之后，其斷面中性層以外產(chǎn)生拉應力，斷面中性層以內(nèi)產(chǎn)生壓應力。拉應力的合力F1指向活塞

47、環(huán)中心，壓應力合力F2的方向背離活塞環(huán)中心。由于扭曲環(huán)中性層內(nèi)外斷面不對稱，使 F1 與 F2 不作用在同一平面內(nèi)而形成力矩M。在力矩M的作用下，使環(huán)的斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn)。若將內(nèi)圓面的上邊緣或外圓面的下邊緣切掉一部分，整個氣環(huán)將扭曲成碟子形，則稱這種環(huán)為正扭曲環(huán)；若將內(nèi)圓面的下邊緣切掉一部分，氣環(huán)將扭曲成蓋子形，則稱其為反扭曲環(huán)。在環(huán)面上切去部分金屬稱為切臺。當發(fā)動機工作時，在進氣、壓縮和排氣行程中，扭曲環(huán)發(fā)生扭曲，其工作特點一方面與錐面環(huán)類似，另一方面由于扭曲環(huán)的上下側(cè)面與環(huán)槽的上下側(cè)面相接觸，從而防止了環(huán)在環(huán)槽內(nèi)上下竄動，消除了泵油現(xiàn)象，減輕了環(huán)對環(huán)槽的沖擊而引起的磨損。在作功行程中，巨大的燃氣

48、壓力作用于環(huán)的上側(cè)面和內(nèi)圓面，足以克服環(huán)的彈性內(nèi)力使環(huán)不再扭曲，整個外圓面與氣缸壁接觸，這時扭曲環(huán)的工作特點與矩形環(huán)相同。(如上右圖) 梯形環(huán)，斷面為梯形。其主要優(yōu)點是抗粘結(jié)性好。當活塞頭部溫度很高時，竄入第一道環(huán)槽中的機油容易結(jié)焦并將氣環(huán)粘住。在側(cè)向力換向活塞左右擺動時，梯形環(huán)的側(cè)隙、徑向間隙都發(fā)生變化將環(huán)槽中的膠質(zhì)擠出。楔形環(huán)的工作特點與梯形環(huán)相似，且由于斷面不對稱，裝入氣缸后也會發(fā)生扭曲。梯形環(huán)多用作柴油機的第一道氣環(huán)。 桶面環(huán)，環(huán)的外圓面為外凸圓弧形。其密封性、磨合性及對氣缸壁表面形狀的適應性都比較好。桶面環(huán)在氣缸內(nèi)不論上行或下行均能形成楔形油膜，將環(huán)浮起，從而減輕環(huán)與氣缸壁的磨損。

49、開槽環(huán)，在外圓面上加工出環(huán)形槽，在槽內(nèi)填充能吸附機油的多孔性氧化鐵，有利于潤滑、磨合和密封。頂岸環(huán)，斷面為“L”形。因為頂岸環(huán)距活塞頂面近，作功行程時，燃氣壓力能迅速作用于環(huán)的上側(cè)面和內(nèi)圓面，使環(huán)的下側(cè)面與環(huán)槽的下側(cè)面、外圓面與氣缸壁面貼緊，有利于密封；由于同樣的原因，頂岸環(huán)可以減少汽車尾氣HC的排放量。頂岸環(huán)，斷面為“L”形。因為頂岸環(huán)距活塞頂面近，作功行程時，燃氣壓力能迅速作用于環(huán)的上側(cè)面和內(nèi)圓面，使環(huán)的下側(cè)面與環(huán)槽的下側(cè)面、外圓面與氣缸壁面貼緊，有利于密封；由于同樣的原因，頂岸環(huán)可以減少汽車尾氣HC的排放量。3)槽孔撐簧式油環(huán)。 在槽孔式油環(huán)的內(nèi)圓面加裝撐簧即為槽孔撐簧式油環(huán)。一般作為油

50、環(huán)撐簧的有螺旋彈簧、板形彈簧和軌形彈簧三種。這種油環(huán)由于增大了環(huán)與氣缸壁的接觸壓力，而使環(huán)的刮油能力和耐久性有所提高。4)鋼帶組合油環(huán)。 其結(jié)構(gòu)形式很多， 鋼帶組合油環(huán)由上、下刮片和軌形撐簧組合而成。撐簧不僅使刮片與氣缸壁貼緊，而且還使刮片與環(huán)槽側(cè)面貼緊。這種組合油環(huán)的優(yōu)點是接觸壓力大，既可增強刮油能力，又能防止上竄機油。另外，上下刮片能單獨動作，因此對氣缸失圓和活塞變形的適應能力強。但鋼帶組合油環(huán)需用優(yōu)質(zhì)鋼制造，成本高。 (三)活塞銷 1活塞銷的功用及工作條件 活塞銷用來連接活塞和連桿，并將活塞承受的力傳給連桿或相反?；钊N在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負荷，且由于活塞銷在銷孔內(nèi)擺動角度不

51、大，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強度和耐磨性，質(zhì)量盡可能小，銷與銷孔應該有適當?shù)呐浜祥g隙和良好的表面質(zhì)量。在一般情況下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發(fā)生彎曲變形，可能使活塞銷座損壞。 2活塞銷材料及結(jié)構(gòu) 活塞銷的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼，如20、20Mn、15Cr、20Cr或20MnV等。外表面滲碳淬硬，再經(jīng)精磨和拋光等精加工。這樣既提高了表面硬度和耐磨性，又保證有較高的強度和沖擊韌性。 活塞銷的結(jié)構(gòu)形狀很簡單，基本上是一個厚壁空心圓柱。其內(nèi)孔形狀有圓柱形、兩段截錐形和組合形。圓柱形孔加工容易，但活塞銷的質(zhì)量較大；兩段截錐形孔的活塞銷質(zhì)量較小，且因為

52、活塞銷所受的彎矩在其中部最大，所以接近于等強度梁，但錐孔加工較難。三、連桿組 連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸承等零件。習慣上常常把連桿體、連桿蓋和連桿螺栓合起來稱作連桿，有時也稱連桿體為連桿。 1連桿組的功用及工作條件 連桿組的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起作往復運動；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動，因此在發(fā)動機工作時連桿作復雜的平面運動。連桿組主要受壓縮、拉伸和彎曲等交變負荷。最大壓縮載荷出現(xiàn)在作功行程上止點附近，最大拉伸載荷出現(xiàn)在進氣行程上止點附近。在壓縮載荷和連桿組作平面運動時產(chǎn)生的橫向慣性力

53、的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形。 2連桿組材料 連桿體和連桿蓋由優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼，如45、40Cr、42CrMo或40MnB等模鍛或輥鍛而成。連桿螺栓通常用優(yōu)質(zhì)合金鋼40Cr或35CrMo制造。一般均經(jīng)噴丸處理以提高連桿組零件的強度。纖維增強鋁合金連桿以其質(zhì)量輕、綜合性能好而備受注目。在相同強度和剛度的情況下，纖維增強鋁合金連桿比用傳統(tǒng)材料制造的連桿要輕30。 3連桿構(gòu)造 連桿由小頭、桿身和大頭構(gòu)成。1) 連桿小頭 小頭的結(jié)構(gòu)形狀取決于活塞銷的尺寸及其與連桿小頭的連接方式。在汽車發(fā)動機中連桿小頭與活塞銷的連接方式有兩種，即全浮式和半浮式。全浮式活塞銷工作時，在連桿小頭孔和活塞銷孔中

54、轉(zhuǎn)動，可以保證活塞銷沿圓周磨損均勻。為防止活塞銷兩端刮傷氣缸壁 ，在活塞銷孔外側(cè)裝置活塞銷擋圈。半浮式活塞銷是用螺栓將活塞銷夾緊在連桿小頭孔內(nèi)，這時活塞銷只在活塞銷孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，在小頭孔內(nèi)不轉(zhuǎn)動。小頭孔不裝襯套，銷孔中也不裝活塞銷擋圈。2) 連桿桿身 桿身斷面為工字形，剛度大、質(zhì)量輕、適于模鍛。工字形斷面的Y-Y軸在連桿運動平面內(nèi)。有的連桿在桿身內(nèi)加工有油道，用來潤滑小頭襯套或冷卻活塞。如果是后者，須在小頭頂部加工出噴油孔。3) 連桿大頭 連桿大頭除應具有足夠的剛度外，還應外形尺寸小，質(zhì)量輕，拆卸發(fā)動機時能從氣缸上端取出。連桿大頭是剖分的，連桿蓋用螺栓或螺柱緊固，為使結(jié)合面在任何轉(zhuǎn)速下都能緊密結(jié)合

55、，連桿螺栓的擰緊力矩必須足夠大。結(jié)合面與連桿軸線垂直的為平切口連桿，而結(jié)合面與連桿軸線成30°60°夾角的為斜切口連桿。平切口連桿體大端的剛度較大，因此大頭孔受力變形較小，而且平切口連桿制造費用較低。汽油機均采用平切口連桿。柴油機連桿既有平切口的也有斜切口的。一般柴油機由于曲柄銷直徑較大，因此連桿大頭的外形尺寸相應較大，欲在拆卸時能從氣缸上端取出連桿體，必須采用斜切口連桿。連桿蓋裝合到連桿體上時須嚴格定位，以防止連桿蓋橫向位移。平切口連桿利用連桿螺栓上一段精密加工的圓柱面與精密加工的螺栓孔來實現(xiàn)連桿蓋的定位。斜切口連桿的連桿螺栓由于承受較大的剪切力而容易發(fā)生疲勞破壞。為此，

56、應該采用能夠承受橫向力的定位方法。4) 連桿螺栓 工作時連桿螺栓承受交變載荷，因此在結(jié)構(gòu)上應盡量增大連桿螺栓的彈性，而在加工方面要精細加工過渡圓角，消除應力集中，以提高其抗疲勞強度。連桿螺栓用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，如40Cr、35CrMo等。經(jīng)調(diào)質(zhì)后滾壓螺紋，表面進行防銹處理。4V型發(fā)動機連桿 V型發(fā)動機左右兩個氣缸的連桿安裝在同一個曲柄銷上，其結(jié)構(gòu)隨安裝形式的不同而不同。 1)并列連桿 兩個完全相同的連桿一前一后并列地安裝在同一個曲柄銷上。連桿結(jié)構(gòu)與上述直列式發(fā)動機的連桿基本相同，只是大頭寬度稍小一些。并列連桿的優(yōu)點是前后連桿可以通用，左右兩列氣缸的活塞運動規(guī)律相同。缺點是兩列氣缸沿曲軸縱向須相互

57、錯開一段距離，從而增加了曲軸和發(fā)動機的長度。 2)主副連桿 一個主連桿一個副連桿組成主副連桿，副連桿通過銷軸鉸接在主連桿體或主連桿蓋上。一列氣缸裝主連桿,另一列氣缸裝副連桿，主連桿大頭安裝在曲軸的曲柄銷上。主副連桿不能互換，且副連桿對主連桿作用以附加彎矩。兩列氣缸中活塞的運動規(guī)律和上止點位置均不相同。采用主副連桿的V型發(fā)動機，其兩列氣缸不需要相互錯開，因而也就不會增加發(fā)動機的長度。 3)叉形連桿 指一列氣缸中的連桿大頭為叉形；另一列氣缸中的連桿與普通連桿類似，只是大頭的寬度較小，一般稱其為內(nèi)連桿。叉形連桿的優(yōu)點是兩列氣缸中活塞的運動規(guī)律相同，兩列氣缸無需錯開。缺點是叉形連桿大頭結(jié)構(gòu)復雜，制造比

58、較困難，維修也不方便，且大頭剛度較差。四、曲軸飛輪組 (一)曲軸 1曲軸的功用及工作條件 曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，用以驅(qū)動汽車的傳動系統(tǒng)和發(fā)動機的配氣機構(gòu)以及其他輔助裝置。曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷。因此，曲軸應有足夠的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強度和剛度；軸頸應有足夠大的承壓表面和耐磨性；曲軸的質(zhì)量應盡量?。粚Ω鬏S頸的潤滑應該充分。 2曲軸材料 曲軸一般由45、40Cr、35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼模鍛而成，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，最后進行精加工?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。球墨鑄鐵價格便宜，耐磨性能好，

59、軸頸不需硬化處理，同時金屬消耗量少，機械加工量也少。為提高曲軸的疲勞強度，消除應力集中，軸頸表面應進行噴丸處理，圓角處要經(jīng)滾壓處理。 3曲軸構(gòu)造 曲軸基本上由若干個單元曲拐構(gòu)成。一個曲柄銷，左右兩個曲柄臂和左右兩個主軸頸構(gòu)成一個單元曲拐。單缸發(fā)動機的曲軸只有一個曲拐，多缸直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)與氣缸數(shù)相同，V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。將若干個單元曲拐按照一定的相位連接起來再加上曲軸前、后端便構(gòu)成一根曲軸。多數(shù)發(fā)動機的曲軸，在其曲柄臂上裝有平衡重。按單元曲拐連接方法的不同，曲軸分為整體式和組合式兩類。4曲拐布置與多缸發(fā)動機的工作順序 各曲拐的相對位置或曲拐布置取決于氣缸數(shù)、氣缸排列形式和發(fā)動機工作順序。當氣缸數(shù)和氣缸排列形式確定之后，曲拐布置就只取決于發(fā)動機工作順序。在選擇發(fā)動機工作順序時，應注意以下幾點： 1)應該使接連作功的兩個氣缸相距盡可能的遠，以減輕主軸承載荷和避免在進氣行程中發(fā)生搶氣現(xiàn)象。