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1、1,第二章 曲柄连杆机构与机体组（目录）,2.1 曲轴连杆机构的运动与受力,2.2 机体组,2.2.1 机体组的功用及组成,2.2.2 机体,2.2.3 汽缸盖,2.2.4 汽缸衬垫,2.4.5 油底壳,2.3 曲柄连杆机构,2.3.1 曲柄连杆机构的功用及组成,2.3.2 活塞组,2.3.3 连杆组,2.4 曲轴飞轮组,2.4.1 曲轴,2.4.2 曲轴前密封,2.4.3 飞轮,2.4.4 曲轴扭振减振器,2.4.5 滑动轴承,第二章 曲柄连杆机构与机体组,3,2.1 曲柄连杆机构的运动与受力,式中 连杆比， 一般在1/31/4; 曲轴角速度,4,图22 活塞运动规律,5,2.1.2 曲柄连
2、杆机构受力分析,气体作用力,a）做功行程 b）压缩行程,6,2 往复惯性力与离心惯性力,a）活塞在上半行程的惯性力 b）活塞在下半行程的惯性力,7,3. 摩擦力,在任何一对相互接触并作相对运动的零件表面之间，必定存在摩擦力，其大小决定于上述力对摩擦表面形成的正压力和摩擦系数。,8,2.2 机体组,2.2.1 机体组的功用及组成 现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成（图2-5）。镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿式气缸套。,9,3.1 概述 3.2 气门间隙 3.3 配气相位 3.4 配气机构主要零部件 3.5 可变配气系统 思考题,10,2.
3、2.2 机体,1、机体的工作条件及要求 在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。,11,2、机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。与铸铁机体相比，铝合金机体有下列优点： 全铝机体与铝活塞的热膨胀系数相同，因此，活塞与气缸的间隙可以控制到最小，从而可以降低噪声和机油消耗量。 由于铝合金的导热性很好，因此采用全铝机体可以提高压缩比，有利于提高发动机的功率。 铝
4、合金机体质量轻，有利于前置发动机前轮驱动的轿车前后轮载荷的合理分配。 由于铝合金机体散热性能好，可以减少冷却液容量，减小散热器尺寸，使整个发动机轻量化。 铝合金机体的缺点是成本高。,12,3、机体构造,机体是结构极为复杂的箱形零件，其大部分壁厚均为铸造工艺许用的最小壁厚。在机体侧壁和前后壁的内外表面以及缸间的横隔板上均有加强肋，旨在减小机体质量的同时，保证机体有足够的强度和刚度。在机体的前后壁和缸间横隔板上铸有支承曲轴的主轴承座或主轴承座孔以及满足润滑需要的纵、横油道。在水冷发动机气缸的外壁铸有冷却水套和布水室，以增强散热。,13,1）气缸排列形式有3种： 直列式、V型和水平对置式,直列式发动
5、机机体（WD615）,14,V8发动机机体（凯迪拉克）,15,水平对置式机体（富士重工SCX）,16,2) 气缸结构形式有3种，即无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式,无气缸套式机体即不镶嵌任何气缸套的机体，在机体上直接加工出气缸（图2-11）。其优点是可以缩短气缸中心距，从而使机体的尺寸和质量减小。另外，机体的刚度大，工艺性好。其缺点是为了保证气缸的耐磨性，整个铸铁机体须用耐磨的合金铸铁制造，这就既浪费了贵重的材料又提高了制造成本。气缸内表面经珩磨加工成深度为4-6.5m的网纹，以改善气缸的润滑性和磨合性,17,18,干式气缸套外壁不直接与冷却水接触，缸套的壁厚很薄，为1-3mm的薄壁圆筒,干
6、缸套,湿缸套,湿气缸套为壁厚56mm的圆筒，上部有凸缘，外壁直接与冷却水接触,19,镶嵌干式气缸套的优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻和加工工艺简单。缺点是传热较差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。,湿气缸套的优点是冷却效果好，而且气缸套内壁是事先加工好的，制造和维修非常方便。但它使发动机的缸心距加大，而且可能出现冷却水密封和气缸套穴蚀问题。,20,风冷发动机气缸体,21,3）按曲轴箱结构形式,分为龙门式、一般式和隧道式三种形式,22,龙门式机体是指底平面下沉到曲轴轴线以下的机体。机体底平面到曲轴轴线的距离称作龙门高度。龙门式机体由于高度增加，其弯曲刚度和扭转刚度均比平底式机体有显著提高
7、。机体底平面与油底壳之间的密封也比较简单。 龙门式机体广泛用于各类汽车发动机上，如解放C6102、东风EQ6100-1等货车发动机以及上海桑塔纳JV、捷达EA827、富康TU等型国产轿车发动机均采用龙门式机体。,23,平底式机体的底平面与曲轴轴线齐平（图2-8）。这种机体高度小、质量轻、加工方便。但与另外两种机体相比刚度较差，且机体前后端与油底壳之间的密封比较复杂。通常轿车和轻型货车发动机多采用平底式机体。例如，BJ492Q和CA488-3等型汽油机的机体即为此种结构。,24,隧道式机体是指主轴承孔不剖分的机体结构。这种机体配以窄型滚动轴承可以缩短机体长度。隧道式机体的刚度大，主轴承孔的同轴度
8、好，但是由于大直径滚动轴承的圆周速度不能很大，而且滚动轴承价格较贵，因此限制了隧道式机体在高速发动机上的应用。国产6135Q型柴油机即采用隧道式机体。,25,2.2.3 气缸盖,1、气缸盖工作条件及要求 气缸盖承受气体力和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。为了保证气缸的良好密封，气缸盖既不能损坏，也不能变形。为此气缸盖应具有足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度分布尽可能的均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹，应对气缸盖进行良好的冷却。,26,2、气缸盖材料,气缸盖一般都由优质灰铸铁或合金铸铁铸造、轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖。铝合金导热性好，有利
9、于提高发动机的压缩比。其次，铸造性能优异，适于浇铸结构复杂的零件。但必须注意铝合金气缸盖的冷却、控制其底平面的温度在300C以下。否则，底平面一旦过热将产生塑性变形而翅曲。目前国产轿车发动机均采用铝合金气缸盖。,27,3、气缸盖构造,气缸盖是结构复杂的箱形零件。其上加工有进、排气门座孔、气门导管孔，火花塞安装孔（汽油机）或喷油器安装孔（柴油机）。在气缸盖内还铸有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。若凸轮轴安装在气缸盖上，则气缸盖上还加工有凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。 显然，气缸盖的构造受许多结构因素的影响，如每缸气门数、凸轮轴位置、冷却方式以及进排气道及燃烧室形状等。,28,水冷发
10、动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。在多缸发动机中，全部气缸共用一个气缸盖的，则称该气缸盖为整体式气缸盖；若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分块式气缸盖；若每缸一盖，则为单体式气缸盖, 风冷发动机均为单体式气缸盖。,29,解放CA6102型汽油机为整体式气缸盖,30,夏利TJ376Q型汽油机是铝合金整体式气缸盖,31,6120Q型柴油机铜钼合金铸铁分块式气缸盖,32,MAN D2866LF型六缸柴油机和太脱拉T-924型风冷柴油机的单体式气缸盖,33,4、燃烧室,汽油机气缸盖火力面凹陷下的部分和活塞顶、气缸构成了汽油机的燃烧室，其结构形式主要由气缸盖火力面上凹陷部分的形状来决定
11、，它对发动机的性能影响很大。汽油机的燃烧室主要满足面容比最小，结构紧凑，保证可燃混合气及时充分燃烧，以提高热效率、降低废气污染物的排放和降低噪声。,34,汽油机常用的燃烧室有三种：楔形燃烧室、浴盆形燃烧室和半球形燃烧室,楔形燃烧室结构简单、紧凑。面容比小，压缩终点时能形成挤气涡流，进气阻力小，充气效率高，因气门斜置，增加了配气机构的复杂性，但可以增大气门尺寸。,切诺基2.5L汽油机和CA6102汽油机采用这种燃烧室。,35,浴盆型燃烧室具有结构紧凑，热损失小，进气阻力小及制造方便等优点，但气门平行于气缸中心线，气门头部尺寸受到燃烧室限制，充气性能在高速时受到影响。,桑塔纳1.8L汽油机、奥迪1
12、00 1.8L汽油机以及EQ6100-1汽油机均采用这种燃烧室,36,半球形燃烧室结构最紧凑，火花塞可以布置在燃烧室中央，火焰形成短，宜于提高压缩比，加快燃烧速度。由于气门双行排列，可以增大气门直径，使充气系数增大，也更有利于多气门的布置。由于燃烧室面容比小，相对散热面积小有利于燃料的完全燃烧和减少有害气体排放。但是，采用这种燃烧室后，要求进、排气门分别布置于气缸盖两侧，使配气机构复杂化。,夏利TJ376Q汽油机、富康TU汽油机和标致2L汽油机等所采用的燃烧室接近于这种型式的燃烧室。,37,与气缸盖直接有关的柴油机燃烧室是分隔式燃烧室的副燃烧室，即涡流室和预燃室,涡流室占全部燃烧室容积的508
13、0，它与主燃烧室之间有一个较大的切向通道相连，通道截面积约为活塞顶面积的1.23.5。在压缩行程中，空气从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室，在其中形成强烈的有组织的压缩涡流。燃油顺气流方向喷射。,多用于轿车和轻型汽车的柴油机上，如依维柯8140-01型、五十铃4FBI型柴油机均为涡流室燃烧室，后者曾用作雪佛兰轿车发动机,38,预燃室,容积占整个燃烧室总容积的2545，与主燃烧室用一个或几个小直径的通道相连。在压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强烈的无组织的紊流。燃油迎着气流方向喷射，并在副燃烧室顶部预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。,39,2.2.4气缸衬垫,气缸衬垫用以保证燃烧室高压燃气的密封
14、，保证气缸盖与气缸体之间的冷却水孔和机油通孔的密封。它承受气缸盖与气缸体压紧时的很大预压力，承受高温、高压和受燃气、机油和冷却水的腐蚀。一旦气缸衬垫的密封失效，油、水会进入燃烧室或燃气进入冷却液或机油内，使发动机出现故障，甚至损坏。,40,对气缸垫的要求,气缸衬垫应具有足够的强度，并且要耐压、耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹性，以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙和不平度以及发动机工作时反复出现的变形。,41,金属石棉衬垫,42,塑性金属组成的金属衬垫,（a）硬铝板； （b）冲压钢片； （c）一叠薄钢片,43,2.2.5 油底壳,油底壳用来收集和贮存发动机各润滑处和冷却处（如采用机油冷却活塞）
15、流回的机油，散走部分热量，防止机油飞溅，封闭气缸体下部。 油底壳的形状和大小取决于发动机的总体布置、所需的油量及车辆对发动机的外形尺寸要求。为使车辆倾斜及在颠簸的路面上行驶时，机油泵仍能吸到机油，通常将油底壳局部做得较深。油底壳底部设放油螺塞。有的放油螺塞带磁性，可以吸引机油中的铁屑。,44,45,干式油底壳,有些特种车辆，常在恶劣的路面上行驶。为适应越野性要求，设有专门的机油箱。这时油底壳除封闭气缸体下部外，仅用作收集机油。流回油底壳的机油，由机油泵直接泵回机油箱。这种油底壳称为干式油底壳。它的体积小，润滑系需采用23组机油泵。,46,油底壳的材料,油底壳常为冲压件。有的则为铸铁或铸铝件。目
16、前还有一些油底壳选用降低噪声的减震钢板冲压成型。减震钢板是在两种钢板之间夹有树脂的专用板材。,47,2.3 曲柄连杆机构,2.3.1 曲柄连杆机构的功用及组成 功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。 曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成,48,49,2.3.2 活塞组,（一）活塞 1、活塞的功用及工作条件 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。,50,活塞的构造图,51,活塞结构及所用材料应满足的要求,1）活塞应具有足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚。合理的活塞裙部形状，可以获得最佳的配合间隙。活塞质量应尽可能的小。 2）受热面小，散热好。高强化发动机的活塞应进行冷却。 3）活塞材料应该是热膨胀系数小，导热性能好、比重小，具有较好
