发动机机械结构（PDF39页）

EngineMechanic发动机机械结构基础知识：内燃机说明内燃机是热力机。在这种机器里面，有用的能量以热的形式释放出来，推动活塞运动，转化成机械运动。功能活塞运动产生一个可变的压缩空间，里面包含了一些可燃混合气。随着活塞向上运动，混合气的体积小了。这样引起汽缸内的压力上升。同时里面的温度也上升了。在如此极端的压力和温度条件下可燃混合气达到了燃烧极限。汽油机汽缸内的可燃混合气经过外部的施加条件（火花塞）使之燃烧。而柴油机内的可燃混合气在极端的高压高温条件下燃烧，这个成为自燃。热能释放后推动活塞的运动。活塞驱动曲轴。此时由于离合器断开动力传动，因此没动力传递到变速箱。内燃机的分类1内燃机的一种是根据系统相关来分类的：工作方法，缸数和控制方法，混合气的形成方式，点火和气体进入。根据工作方法来分类：每个工作行程完成后，汽缸内的气体必须进行更换，这就意味着废气必须排走，新的可燃混合气要重新进来。这个叫气体交换过程。通常的方法有两种：•二冲程原理•四冲程原理柴油机和汽油机都有采用这两种的方法。在此，我们会讲述四冲程内燃机的工作原理，对于二冲程的我们只是会扼要描述。四冲程工作原理：这四个工作的冲程是：第一冲程：吸气冲程第二冲程：压缩冲程第三冲程：工作冲程第四冲程：排气冲程四个冲程的工作简介：第一冲程吸气冲程：活塞向下移动到曲轴，这样活塞把新鲜空气带了进来（柴油机或者是缸内直喷的汽油机）或者是可燃混合气（汽油机）。第二冲程压缩冲程：活塞向上运动，同时所有的阀门关闭，缸内的气体被压缩，直到某点气体就会被点燃或者自燃。第三冲程工作冲程：燃烧引起的气体膨胀把活塞向下推，从而推动曲轴。第四冲程排气冲程：活塞向上运动，阀门打开，经过燃烧的废气通过这个打开的阀门排走。内燃机的分类2因此，冲程是取决于：•曲轴转角和活塞位置•阀门的位置曲轴转角是相对于两个基准点用角度来表示：第一缸的上止点（TDC），指活塞的最高位置（看下图1和4），此时活塞距离阀门的距离最短。活塞下止点是指活塞在汽缸的最低位置（看下图2和3），此时活塞距离阀门的距离最长。曲轴的位置是以“°”来表示在上/下止点的前/后位置的。由于一个行程需要180°曲轴转角，对一个4冲程的发动机就需要2个曲轴转角（合720°）。对一个充气循环就需要有一个控制。这个控制通常是用阀来完成的。阀门的开启关闭用角度来表示，是取决于曲轴角度：进气开启角：10~15°上止点提前进气关闭角：40~60°下止点延后废气开启角：45~60°下止点延后进气开启角：5~20°上止点提前内燃机的分类3四冲程工作原理详解：位置是在上止点。进气阀在上止点15°前已经微微开启。排气阀也微微开启，因为它必须待到5~20°上止点前才完全关闭。这里算是开始点。现在，在第一个冲程，活塞往下止点运动。它的运动带入了可燃混合气（如果是柴油机就是新鲜空气），这些气体是从进气阀进入的。这些进入的气体也把残留的废气彻底排出去。进气冲程是在到达下止点时完成。然后就是压缩冲程。因为进气阀要到下止点后40~60°才能完全关闭，所以会有一点点的混合气被压回到进气歧管里。如果当进气阀关闭的时候，燃烧室就会被完全密封，在上止点的时候压缩比会达到最大。此刻的曲轴转角是360°。经过一段时间，在活塞到达上止点的之前，混合气点燃了（通过火花塞或者是柴油机的自燃）。这个时刻的点火是点火上止点。气体开始膨胀。此刻，和活塞的向下运动一道，第三冲程开始了。排气阀会在下止点前40~60°时开启，在上止点后5~20°关闭。随着活塞向上运动，在上止点前10~15°时进气阀会打开，这样第四个冲程结束。内燃机的分类4四冲程发动机原理的阀门开启和关闭的图可以用以下的图来表示。这样有助于理解：下面有几点是需要强调的：•最大的输出功率•最大的输出扭矩•废气的状况•燃油的消耗•运行的平和性二冲程原理：工作的冲程是：第一冲程：压缩，进气第二冲程：工作，预压缩超级位置中间冲程，从第二冲程转换到第一冲程的过程，输出，溢出。功能：一个完整的工作冲程需要360°曲轴转角。气体的排出靠活塞完成，同时需要一个清扫的辅助装置（活塞底有一个风机）。内燃机的分类5根据内燃机控制方法和排布来进行分类：•发动机汽缸轴线的位置•汽缸的布置•凸轮轴和阀门的分布发动机汽缸轴线：它们有立式，卧式，和吊式几种。发动机汽缸排布：它们有直线式，V型，旋转式引擎，VR发动机，boxerengine（水平对卧式引擎）和放射式发动机。内燃机的分类6汽缸的命名由于发动机内不是所有汽缸都能够在同一时间内到达上止点，所以会有不同的点火顺序。这个顺序就是叫点火顺序。为了说明点火的关系，必须对各缸起一个名字。定义各缸的排列是遵循普通的顺序原则。从动力输出端的反向端开始，假想有一条纵向的通过曲轴的轴线。对于直列的发动机第一缸，就是指输出端反向端的末端那缸。对于V型的发动机，第一缸就在左侧的末端。凸轮轴和气门的排布：按照这个分类一般有控制机构顶置式和控制机构底置式两种。控制机构底置式发动机又叫气门侧置式。阀门的关闭装置和汽缸内活塞的一样朝着下止点运动。底控式发动机有立式的阀体。内燃机的分类7为了控制发动机，阀门的关闭系统在活塞向上止点运动的时候同时工作。此时凸轮轴的位置不用考虑。顶置式发动机是用悬垂的阀门。这种阀门有三种：悬垂阀（ohv-engine），顶置凸轮轴（ohc-engine），双顶置式凸轮轴（dohc-engine）。ohc-enginedohc-engine按照点火和混合气形成的方式来分类：为了产生燃烧去推动活塞，需要形成可燃混合气。这个可燃混合气是由燃料（柴油或汽油）与混合而成。因此内燃机都需要有一个可燃混合气的生成装置。在曲轴的某个位置可燃混合气会由外部（汽油机）引燃和内部（柴油机）自燃。而且，柴油机和汽油机的可燃混合气形成都不尽相同。汽油机汽油机内混合气的形成是在燃烧室外形成的，除了汽油机直喷外。这些或多或少的混合气会被压缩。在达到最大压缩比的时候，会由外部点火装置点燃混合气。内燃机的分类8它有一个区别是：化油器式液态的燃料在化油器的作用下与空气混合。燃油喷射式发动机（进气歧管）液态的汽油喷射到进气歧管。在进气歧管，进入的空气气流产生旋涡，同时产生强烈的气流扰动。这样就能够安全的形成可燃混合气。这个完全混合了的混合气叫均一的混合气。稀燃式发动机稀燃式发动机是在混合气浓度非常低的情况下工作的发动机。燃料的消耗比普通的汽油喷射式发动机减少了许多。但会产生很多的氮氧化合物，以及不能够完全保证燃烧的顺利进行。汽油直接喷射式发动机在汽油直喷的发动机，可燃混合气是在缸内形成的。因此，只有空气被吸入，直到缸内的气压被升高到50到120bar的情况下才会喷油。柴油机柴油机是一种燃烧室内形成可燃混合气的发动机，压缩行程内压缩的只是空气。当压缩空气达到最大压力值时才会喷出燃料并且迅速燃烧。内燃机的分类9带预燃室的柴油机这种柴油机带一个预燃室，它有一个或者几个窄道通到燃烧室，燃料会预先喷射到预燃室。这里还会配备有一个预热塞作为启动辅助用。带旋涡燃烧室的柴油机这种柴油机有一个旋涡腔，它被连到燃烧室内，连接处的开口很大，液态的燃料被喷射到这个室内。在强烈的压缩过程当中空气在这个室内产生涡流。同样这种机器也会有预热塞，但图中没显示。直喷式柴油机这种柴油机的柴油会直接地喷射到燃烧室内，而不会经过其他的中间环节。根据进气系统的不同来进行分类：根据这个分类的方法我们可以分出两种发动机自然进气式发动机：新鲜空气从发动机外自燃地进入，废气就从废气管直接排出去。超级增压式发动机：新鲜空气被压进进气管，这样空气的数量和强度都有所增加，使得动力和力矩提升。内燃机的部件1曲轴驱动说明曲轴驱动包括活塞（1）、活塞环（2），活塞销（3）、连杆（4），曲轴（5）和一些连接、轴承等的零部件。和发动机管理系统一道，曲轴也代表了发动机的灵活的部分。功能曲轴把燃烧产生的动力传输出去。活塞、活塞环、活塞销31245活塞、活塞环、活塞销12675431活塞底部2活塞环安装位3运行表面4裙部5活塞销中心6压力环7分油环内燃机的部件2活塞活塞是内燃机动力传输链的第一环。它是需要经过特殊加工，因为内燃机对它的热要求和压力要求很高。机械传递是摩擦力和内部力。为了使读者明确，就是说燃烧室内的最大温度是1800~2600°C，压力是17吨。热张力很大一部分的工作热会在工作冲程被活塞底和汽缸壁吸收。而经过活塞环散出的热量大概占总量的40~70%。而一小部分的热会传递到刚进入的新鲜的可燃混合气或者是空气当中。进入到活塞的润滑油或冷却油就会把剩下的热量给带走。还有就是图例当中的活塞那样的辅助冷却方法，活塞里面安装有冷却用的水道，给冷却油走。最简单的从活塞散热的方法是给活塞喷射冷却液。而快速运行的发动机能够经过连杆把发动机油带上活塞壁。但这个的冷却效果不好，最有效的是活塞内建立冷却油通道。上止点下止点内燃机的部件3机械张力活塞的结构和形状会在活塞工作的时候产生噪音和磨损。为了弥补此缺陷，工作的表面要有一些碳例如石墨做润滑的。这些必要的控制在活塞底部（1），活塞环部（2）有连通桥，而活塞销芯孔（3）和裙部（4）等压力阀系统。活塞销芯孔用于放活塞销。它也是活塞的压力部件之一。泵的裙部有导向的作用。3124活塞坏的功能密封燃烧室：燃烧室必须有效地被活塞环密封分离。另外，高温高压的废气也不能够到活塞环桥处。因为这样的话会在高温高压的情况下把密封破坏并且增加了磨损。上油环就是为了把这个给密封住。另外，在汽缸室内用作润滑的发动机油也需要挡着不能够进入燃烧室。这个也是由上油环来完成。燃烧室散热：活塞环也有把活塞身上的热量散发的任务。润滑油消耗的控制：当今，对燃烧产物的限制是越来越多了（燃烧生成物，HC等等）。活塞环就是对这个燃烧产物生成的最有效控制者。一个关键的因素是活塞环必须有足够的润滑，但又不能够在润滑区域有太多润滑油。如果润滑油太多的话，这些油有可能会进入燃烧室，这样会使润滑油燃烧。活塞坏上活塞环被称为“顶环”或者是第一环。中环是压力环，而下环就是油分离环。内燃机的部件4首先，活塞环被压在缸壁上，这个力是来自于它们的弹力。下沉的力会被燃烧室内的气体压力支持着。在活塞运动时，活塞环从下到上改变自己的位置。由于安装的需要，活塞环必须有一个口，而这个口往往就是漏的地方。这个口必须设计得不泄漏热的燃烧的气体，同时也不能够因为热膨胀的缘故使活塞运动产生阻塞。活塞环的构造活塞环在设计和制造的时候，对材料和工业的要求非常严格。材料通常有生铁、球墨铸铁或者是钢。表面需要渗入碳、坚硬的镀铬表层或者是钼合金来增加抗磨损性能。压缩环截面通常都被设计成近似于方形。图中展示的是一系列的不同压缩环。根据不同的用途，它们都做成有预压力的元件。通常，分油环是一个环槽来的。在此，过量的油被分离出来。从那个地方油大部分地流向活塞的内侧再回到油盘。为了加强向下的力，不同种类的支承弹簧会被采用，因为这个分油环没有足够的气体压力去支持它。活塞销功能活塞销用它的很厚的壁把动力从活塞传递到连杆。而这个安装活塞销的孔的位置是非常讲究的，它还必须使活塞销在工作的时候能够转动。连杆2135内燃机的部件51连杆盖2连杆轴承3连杆脚4连杆衬套5连杆孔眼6连杆46功能连杆把活塞和曲轴连接在一起，并且把动力传递到曲轴的轴颈。连杆有纵向的轴孔去润滑活塞销和维持活塞销的冷却。活塞销插到连杆的连杆眼里面是连杆和活塞相连。通常，连杆脚是不能够调换的。这种连杆就“破裂”了的连杆。在这个例子里连杆被生产成“裂开”的两块。连杆就像断开的一样。两半是用螺丝上在一起。“裂开”的断口保证了连杆和连杆脚能够吻合在一起，配合精度更高。内燃机的部件6曲轴：描述：曲轴是曲轴驱动和发动机控制的连接部分。在多汽缸的发动机曲轴是由缸型的曲轴对应各缸而成的。在皮带轮驱动的另外一侧，则是安装了飞轮。作用：吸收连杆的动力。把动力送到驱动系统或飞轮。用平衡块平衡曲轴。驱动发动机的辅助设备（风扇、水泵、发动机、伺服泵、油泵等等）。低负载发动机每两个轴颈间会提供一个轴承。高负载的则是每个轴颈会提供一个轴承。