汽车发动机构造与维修2

汽车发动机构造与维修单元2机体—曲柄连杆机构2.1概述2.2机体2.3活塞连杆组2.4曲轴飞轮组知识目标：1.了解机体-曲柄连杆机构中各部件的定义和种类；2.掌握机体-曲柄连杆机构中各部件的功用。能力目标：1.掌握机体-曲柄连杆机构各部件的组成及相对位置；2.掌握机体-曲柄连杆机构各部件的构造及结构特点。建议学时：10学时2.1概述2.1.1功用与组成2.1.2工作条件及受力分析2.1.1发动机的定义一、组成二、功用一、组成不动件包括机体（零件）组：体、盖、垫、箱、壳等运动件活塞连杆组：塞、销、杆、轴承曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、轴承二、功用不动件：发动机骨架、安装各机构系统的基础运动件：主要工作机构，实现能量、运动转换2.1.2工作条件及受力分析一、工作条件二、受力及影响分析三、旋转惯性力的平衡一、工作条件高温：瞬时2800K（汽）热负荷：零件易变形、配合关系破坏、热应力上升。高压：瞬时5~10MPa，气体压力十~几十吨！高速且变速：n上升使惯性力上升，且变化。惯性力是运动件质量数千倍！化学腐蚀：氧化、SO2、酸碱性物质等。机构冲击、振动。与燃烧有关的零件——热负荷影响为主。曲连机构——机械负荷（气体压力、惯性力）影响为主。二、受力及影响分析受力分析如图所示。高温、高压、高速条件下，各构件的受力情况十分复杂。三、旋转惯性力的平衡•离心惯性力的平衡2.2机体2.2.1汽缸盖2.2.2汽缸垫2.2.3燃烧室2.2.4汽缸体2.2.5汽缸套2.2.6油底壳（1）发动机的主要部分就是发动机本体。（2）发动机本体的两大组件为汽缸盖与汽缸体。（3）发动机本体方面的结构。•丰田8A发动机2.2.1汽缸盖一、汽缸盖的安装位置二、汽缸盖的结构一、汽缸盖的安装位置（1）汽缸盖装在汽缸体的上方，两者之间以汽缸垫保持密封。（2）活塞在上止点时，汽缸盖的底部与活塞的顶部之间，形成燃烧室。•汽缸盖结构二、汽缸盖的结构（1）二气门发动机汽缸盖，早期发动机所采用，通常是以铸铁制成，重量较重。四气门发动机汽缸盖，近代小型车多采用以铝合金为材料的汽缸盖，质量轻，且冷却效果好。•四气门发动机的汽缸盖（2）汽缸盖内装有进气门、排气门、进气门导管、排气门导管及火花塞等，其上还装有凸轮轴、进气门摇臂、排气门摇臂、进气歧管及排气歧管等；汽缸盖内部还装有水套，以帮助散热，如图所示。•汽缸盖内外的零件（3）风冷式发动机汽缸盖的结构，如图所示，在汽缸盖的周围装有散热片，以帮助发动机的散热。2.2.2汽缸垫（1）汽缸盖与汽缸体之间必须使用汽缸垫来保持密封，以防止漏气、漏水或漏油。汽缸垫必须具备良好的强度，耐压性和耐热性。（2）全不锈钢片式汽缸垫示，由三层不锈钢薄片所组成，以承受燃烧室产生的高压，并能有效防止冷却液与机油泄漏，为现代发动机所采用。•全不锈钢片式汽缸垫2.2.3燃烧室一、燃烧室的设计要求二、燃烧室的种类一、燃烧室的设计要求（1）活塞在上止点时，活塞顶部与汽缸盖底部之间所形成的空间，称为燃烧室。（2）现代汽油发动机燃烧室的设计要求①容积效率要高；②空气与汽油的混合效果要良好；③不易产生爆震现象；④有害气体产生量应少。二、燃烧室的种类1.盆形燃烧室2.楔形燃烧室3.半球形燃烧室4.多气门燃烧室1.盆形燃烧室进、排气门成一线排列，垂直安装在汽缸盖上，如图所示。气门配置结构简单，混合气压缩时涡流强；但由于进、排气门锥面积大，进、排气孔弯曲弧度大，故容积效率较低。2.楔形燃烧室进、排气门成一线排列，约与汽缸孔中心线倾斜20°装在汽缸盖上，燃烧室呈三角形，如图所示。气门配置结构简单，气体流动圆滑，涡流强，且火焰传播距离较短，不易产生爆震；但由于燃烧室表面积大，故热损失较多。3.半球形燃烧室进、排气门分别斜置在汽缸盖的一侧，如图所示。进、排气流动顺畅，容积效率高，气门座的冷却效果好，且火花塞与燃烧室各部位的距离短并且距离相等；但配气机构较复杂，且压缩涡流弱。4.多气门燃烧室进、排气门也是分别斜置在汽缸盖的一侧，但气门中心线与汽缸孔中心线的夹角较小，且为多气门的设计，如图所示。燃烧室表面积最小，热损失少，且因多气门，故进、排气效率很高；但配气机构最复杂。•多气门燃烧室2.2.4汽缸体一、汽缸体的结构二、水冷式与风冷式汽缸体一、汽缸体的结构（1）汽缸体为发动机的主要骨架，是由汽缸部分与曲轴箱部分合制而成。其上部安装汽缸套，下部连接油底壳，内部装有曲轴、轴承片、机油泵等零件；同时起动机、空调压缩机、变速器等都以汽缸体为支架装在其上面。•汽缸体的结构（2）现代发动机汽缸体大多以铝合金压铸而成。因汽缸壁及水套均采用薄型化设计，故各汽缸孔间的中心距离缩短，以达到整个发动机质量减轻的目的，如图所示。二、水冷式与风冷式汽缸体（1）水冷式发动机的汽缸体，均为合铸式，各汽缸合铸成一体。（2）风冷式发动机的汽缸体，多以铝合金制成，且采用分铸式。•水冷式与风冷式汽缸体2.2.5汽缸套一、概述二、干式与湿式汽缸套一、概述（1）汽缸体中汽缸的要求。•汽缸体中的汽缸，必须是正圆筒形•因活塞在内部以极快的速度往复运动，故耐磨性要好•且混合气燃烧的温度极高，故必须导热性能良好，以保持正常的工作温度。（2）通常在汽缸中另镶入表面镀耐磨金属的汽缸套，磨损后可更换汽缸套。二、干式与湿式汽缸套1.干式汽缸套•汽缸套不与冷却液直接接触，厚度较薄。2.湿式汽缸套•汽缸套与冷却液直接接触，其上部有凸缘，利用汽缸盖压紧在汽缸体上，以避免松动。•干式与湿式汽缸套2.2.6油底壳（1）汽缸体的下方为油盆，又称油底壳，如图所示，两者以螺栓连接，中间为软木垫片，或使用硅质密封胶，以防机油泄漏。（2）有的发动机油底壳制成上下两部分，上部为铝合金制成，下部仍为钢板压成，称为两段式油底壳，如下页图所示。•两段式油底壳的结构2.3活塞连杆组2.3.1活塞与活塞销2.3.2活塞环2.3.3连杆总成•活塞连杆组构成2.3.1活塞与活塞销一、概述二、活塞的种类三、活塞销一、概述（1）活塞在汽缸中做往复运动，将燃烧产生的动力，经活塞销及连杆，传到曲轴，使曲轴做旋转运动，如图所示。活塞为圆筒形，上方周围有槽，槽中安装活塞环，以防止漏气及机油进入燃烧室；活塞下方为裙部，支承在汽缸壁上，以防止活塞在运动时产生摇摆，如图所示。（2）活塞的冲击面。因连杆与曲轴间角度变化的关系，在压缩行程与做功行程时，活塞在汽缸内左右推移，会对汽缸壁产生拍击的情形。压缩行程时压缩冲击面的受力较小，称为次推力面；做功行程时动力冲击面的受力较大，称为主推力面，如图所示。•压缩冲击面与动力冲击面二、活塞的种类1.按照活塞断面形状分类2.按照活塞顶部形状分类3.按照活塞裙部形状分类4.特殊结构的活塞1.按照活塞断面形状分类正圆活塞：其材质多采用铸铁或合金钢，制成正圆筒形，现已不采用。椭圆活塞：其材质多采用铝合金，且活塞的裙部加工成椭圆形。•椭圆活塞的结构活塞冷时仅一部分与汽缸壁接触，温度升高后，因活塞销孔方向的膨胀较多，使接触面积逐渐增加；当发动机达到正常工作温度时，活塞即成正圆形，而与汽缸壁全面接触，如图所示。•椭圆活塞与汽缸壁的接触情形2.按照活塞顶部形状分类平顶式：此种形式结构最简单。凸顶式：高压缩比发动机使用较多。凹顶式：直接喷射式柴油发动机使用。特殊顶式式：直接喷射式汽油发动机使用，或某些发动机是为提高涡流或避免活塞顶部与气门头部相互撞击而采用此种形式。•各种活塞顶部的形状3.按照活塞裙部形状分类实裙式裂裙式拖鞋式实裙式：又称全筒式活塞，其优点为坚固，但质量较重，如图所示。裂裙式：又称为开槽式活塞，在活塞裙部开直槽，以允许活塞的膨胀；或活塞上方开横槽，以减少活塞顶部的热传到活塞裙部，故活塞与汽缸壁的间隙可保持较窄，以减少冷发动机运转时产生的拍击噪声，如图所示。拖鞋式：将活塞销孔方向的裙部削除，而推力方向的裙部也缩短，以减小活塞的尺寸及重量，因而减少往复运动的惯性阻力，来降低发动机的振动及噪声，并可避开曲轴配重，如图所示。4.特殊结构的活塞恒范钢片活塞偏位活塞恒范钢片活塞：铝合金活塞在铸造时，在活塞销毂处镶入特种合金钢片，即成为恒范钢片活塞，其优点是增加强度，并用以控制活塞的膨胀，如图所示。偏位活塞：活塞销中心线与汽缸的中心线不在同一直线上，每100mm外径约有1～2mm向动力冲击面偏移，这种活塞称为偏位活塞，如图所示。三、活塞销1.概述2.活塞销的固定方式1.概述活塞销连接活塞及连杆小头，承受很大的冲击负荷，因此必须强度大；且活塞销随活塞运动，故必须质量轻，以减少惯性及提高运动速度。因此通常使用铬钼或镍铬合金钢管制成；表面淬硬磨光，以增加耐磨性。2.活塞销的固定方式固定式：活塞销以螺栓固定在活塞上，连杆小头与活塞销之间可以滑动。半浮式：活塞销固定在连杆小头上，活塞与活塞销之间可以滑动。全浮式：活塞销不固定在活塞上，也不固定在连杆小头上，是在活塞销毂两端以弹性卡环扣住，以防止活塞销滑出。•活塞销的固定方式2.3.2活塞环一、概述二、活塞环的表面处理三、气环的种类四、油环的种类五、衬环六、活塞环的作用一、概述（1）活塞环为铸铁制的圆环，安装在活塞环槽中，如图所示。（2）活塞环具有张力，对汽缸壁加压，使气密良好；同时发动机运转时，活塞头部所承受的热，必须经活塞环传到汽缸壁；另外活塞环也须将汽缸壁过多的机油刮除，以免进入燃烧室中。（3）以气密为主要目的的活塞环，称为气环，装在上方，约有二至三条；以控制汽缸壁的适当油膜为主要目的，而将多余机油刮除的环，称为油环，装在下方，约有一至二条，二冲程汽油发动机则无油环。为了增加第二道气环及油环的张力，有些活塞在环的内部再加装衬环。二、活塞环的表面处理（1）镀硬金属•如镀铬，以增加耐磨性。（2）镀软金属•如镀锡、氧化铁等，以帮助与新汽缸壁的磨合，且因含油，故可减少拖曳现象。三、气环的种类1.以开口形状分2.以断面形状分1.以开口形状分直切口：结构简单，密封性较差，但使用最多。斜切口：如图所示。阶梯口：密封性较好，但加工困难。封闭口：密封性最好，但加工最困难。•气环的开口形状2.以断面形状分矩形环：多用于第一道环。锥形环：常用于第二道环。内斜边式扭曲环：常用于第一道或第二道环。外切口式扭曲环：常用于第二道环。带锥扭曲环：常用于第二道环。•气环的断面形状四、油环的种类1.整体式2.组合式1.整体式以合金铸铁制成，在环的中央开槽，以利机油流动，如图所示，为整体式油环的断面形状。2.组合式由两片铬合金钢片及弹性衬环组成，如图所示。弹性衬环使铬合金钢片向上、向下及向外作用。五、衬环衬环又称衬簧，通常装在油环或第二道气环之内，以增加环的张力。•衬环的结构及作用六、活塞环的作用1.矩形环2.锥形环3.内斜边式扭曲环4.油环的主要作用1.矩形环表面经常与汽缸壁全部接触，以本身的张力使环压紧在汽缸壁上。在做功及压缩行程时，燃烧气体及压缩气体的压力，从环的上面及内面加压于环侧及环底，以强大的压力使环与环槽下缘及汽缸壁保持密封，因此可以防止漏气，但在与活塞一起做往复运动时，在环槽内上下窜动，把汽缸壁上的机油不断地挤入燃烧室，产生“泵油作用（又称为“上机油”）”，如图所示。•矩形环的泵油作用矩形环的泵油作用，使机油消耗量增加，活塞顶及燃烧室壁面积炭。•矩形环的作用2.锥形环环的尖端，与汽缸壁成为线接触，因此容易磨合，大多用在第二道气环。当活塞上行时，环从机油面上滑过，以避免向燃烧室泵油；而在活塞下行时，环将机油刮下，以维持一定的油膜；此外其气密性也相当良好，如图所示。•锥形环的作用3.内斜边式扭曲环在做功行程时，加上燃烧气体的压力，其作用与矩形环相同。当进气行程无燃烧气体加压时，变成线接触，即可将机油刮下，且机油不会从环的底面进入燃烧室。•内斜边式扭曲环的作用4.油环的主要作用控制汽缸壁的油膜厚度，油环能将多余的机油刮走，刮掉的机油会从油环的中央槽孔，再经活塞油环环槽的油孔流回油底壳。•油环的作用2.3.3连杆总成一、概述二、连