第二章 曲柄连杆机构,第一节 机体组 第二节 活塞连杆组 第三节 曲轴飞轮组,返回,第一节 机 体 组,一、气缸体与曲轴箱 １.基本结构 发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气 缸体－曲轴箱，也可称为气缸体，如图２－２所示气缸体上半部有若干个引导活塞做往复运动的圆柱形空腔，我们把这些空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间在气缸体内部还铸有许多加强筋、冷却水套和润滑油道等气缸体是发动机的基体和骨架，发动机各个机构和系统几乎都安装在气缸体上并由它来保持发动机各运动件之间的准确关系 ２.气缸体的分类 （１）按曲轴箱的结构形式分（如图２－３所示）,上一页,返回,第一节 机 体 组,① 一般式：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上的为一般式气缸体其特点是机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸，但刚度和强度差且前后端与油底壳接合处的密封性较差多用于中小型发动机，如ＢＪ４９２Ｑ汽油机 ② 龙门式：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面上的为龙门式气缸体其特点是强度和刚度较好，密封简单、可靠，维修方便，但工艺性差其多被大中型发动机广泛采用，如捷达、标致、桑塔纳等轿车的发动机 ③ 隧道式：主轴承座孔不剖分的机体结构为隧道式。
其特点是结构紧凑、刚度和强度好，但难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便下一页,返回,第一节 机 体 组,（２）按冷却方式分（如图２－４所示） ① 水冷式：利用水套中的冷却水流过高温零件的周围而带走多余的热量车辆发动机多采用水冷的方式 ② 风冷式：利用空气流过高温零件的周围而带走多余的热量风冷发动机一般将气缸体与曲轴箱分开铸造，为增强散热效果，在气缸体和气缸盖的外表面铸有散热片 （３）根据气缸的排列形式分（如图２－５所示） ① 直列式：结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大 ② Ｖ型：缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量，但形状复杂，加工困难 ③ 对置式：高度小，总体布置方便上一页,下一页,返回,第一节 机 体 组,（４）根据气缸套的形式分（如图２－６所示） 气缸内表面由于受高温、高压燃气的作用并因与高速运动的活塞接触而极易磨损，为提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命，近年来广泛采用镶入缸体内的气缸套来形成气缸工作表面气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低制造成本气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换 ① 干式气缸套：外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为１～３ｍｍ。
其强度和刚度较好，但内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良 ② 湿式气缸套：外壁直接与冷却水接触，仅在上、下各有一圆环带和气缸体接触，壁厚一般为５～９ｍｍ其气缸散热良好，冷却均匀，加工容易，拆装方便，但强度、刚度没有干式气缸套好，容易漏水上一页,下一页,返回,第一节 机 体 组,二、气缸盖 气缸盖用来封闭气缸上部并与活塞顶部、气缸壁一起组成燃烧室，如图２－７所示气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室它经常与高温、高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷水冷发动机的气缸盖内部设置有冷却水套，气缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通其利用循环水来冷却燃烧室等高温部分气缸盖上还装有进、排气门座和气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上则加工有安装喷油器的孔顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多上一页,下一页,返回,第一节 机 体 组,气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。
汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑内 三、气缸垫（如图２－８所示） 气缸垫安装在气缸盖和气缸体之间，用来保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油气缸垫接触高温、高压气体及水和油，在使用中很容易被烧蚀，特别是缸口周围因此气缸垫要耐热、耐蚀，具有足够的强度、一定的弹性和导热性，从而保证能够可靠密封另外，还要求其拆装方便，能重复使用，寿命长上一页,下一页,返回,第一节 机 体 组,气缸垫按所用材料的不同可划分为如下几种： （１）金属—石棉垫：外包铜皮和钢片且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以加强导热） （２）金属骨架—石棉垫：以编织的钢丝网或有孔钢板为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边 （３）纯金属垫：有单层或多层金属片近年来，国外一些发动机开始使用耐热密封胶来取代传统的气缸垫，这种发动机对气缸盖和气缸体接合面的平面度有极高的要求上一页,下一页,返回,第一节 机 体 组,四、油底壳（如图２－９所示） 油底壳安装在气缸体下部，用来储存机油并密封曲轴箱一般的油底壳是由薄钢板冲压而成（受力很小），其内部装有挡油板，以防止车辆颠簸时油面波动过大。
为保证在发动机纵向倾斜时机油泵仍能吸到机油，一般将油底壳局部做得较深油底壳的底部装有带永久磁性的放油螺塞，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损上一页,返回,第二节 活塞连杆组,一、活塞 活塞的主要功能是与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，承受气缸内的气体压力，并通过活塞销和连杆传给曲轴 车辆发动机的活塞广泛采用铝合金材质其特点为质量小（约为铸铁活塞的５０％ ～７０％）、导热性好（约为铸铁的三倍）、热膨胀系数大但在一些低速柴油机上，因其活塞要承受高热、高机械负荷，故也有采用合金铸铁或耐热钢作为活塞材料的活塞的基本结构分为顶部、头部和裙部三部分，如图２－１１所示下一页,返回,第二节 活塞连杆组,１.活塞顶部 活塞顶部是燃烧室的组成部分，主要作用是承受气体压力汽油机活塞的顶部形状有平顶、凸顶、凹顶三种，如图２－１２所示 ① 平顶：结构简单，加工方便，受热面积小，被广泛采用 ② 凸顶：顶部刚度较大，与半球形燃烧室配用 ③ 凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，可利用凹坑的深度来调整压缩比上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,２.活塞头部 活塞头部是指活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分，其作用是将气体的作用力传给连杆、与活塞环一起实现气缸的密封、将活塞顶吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
活塞头部设有若干道用以安装活塞环的环槽上面的２～３道环槽用以安装气环，下面的一道环槽用以安装油环油环槽的底部钻有若干径向小孔，以使油环从气壁上刮下的多余机油经此流回油底壳上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,３.活塞裙部 活塞裙部是指活塞环槽以下的所有部分，其作用是为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力因此裙部要有一定的长度和足够的面积，以保证可靠的导向和减轻磨损发动机工作时，活塞在气体压力和侧向力的作用下发生机械变形，使裙部直径沿活塞销座轴线方向增大而活塞销座附近的金属量多，受热后膨胀量也大，使裙部在受热变形时沿活塞销座轴线方向的直径增量大于其他方向，所以活塞沿裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆为使活塞裙部在工作时与气缸相适应，在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状，椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向与销座方向一致为了减少销座附近的热变形量，有的活塞在制造时将销座附近的裙部外表面凹陷０上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小为使活塞工作时上、下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形或锥形。
为了减小活塞裙部的受热量，通常在裙部开横向的隔热槽，为了补偿裙部受热后的变形量，裙部开有纵向的膨胀槽槽的形状有“Ｔ”形和“Π”形槽，如图２－１３所示横槽一般开在最后一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两侧（也有开在油环槽之中的），以减小头部热量向裙部传递，故称为隔热槽竖槽会使裙部具有一定的弹性，从而使活塞装配时与气缸间具有尽可能小的间隙，而在热态时又具有补偿作用，不致造成活塞在气缸中卡死，故将竖槽称为膨胀槽裙部开竖槽后，会使其开槽的一侧刚度变小，在装配时应使其位于做功行程中承受侧压力较小的一侧柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,二、活塞环 １.活塞环的间隙 发动机工作时，活塞环随活塞在气缸内作往复运动，有径向胀缩变形现象为防止活塞环卡死在缸内或胀死在环槽中，安装时活塞环应留有端隙、侧隙和背隙（如图２－１６所示） 端隙Δ１：又称开口间隙，是活塞环在冷状态下被装入气缸后与开口处的间隙 侧隙Δ２：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙第一道环因温度高，一般间隙比其他环大些，油环侧隙较气环小 背隙Δ３：活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,２.气环 气环在自由状态下外径比气缸直径略大，随活塞装入气缸后，在自身弹力的作用下，外圆面与气缸壁紧密贴合，形成第一密封面，使气体不能从活塞环外圆面和气缸壁之间通过，而少量的高压气体进入径向间隙，加强了其密封性。
高压气体进入侧隙中，环下侧面与环槽贴紧，形成第二密封面，如图２－１７所示活塞环开口间隙为泄漏通道，多道气环开口错开，构成迷宫式漏气通道，由于侧隙、径向间隙和端隙都很小，气体在通道内的流动阻力很大，致使气体压力ｐ迅速下降，最后漏入曲轴箱内的气体就很少（０２％ ～１％）上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,气环在结构上采用了不同的断面形状，如图２－１８所示 ① 矩形环：断面为矩形，其结构简单、制造方便、易于生产、应用最广但是矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中，这种现象称为“气环的泵油作用” ② 锥形环：锥形环与缸壁线接触，有利于密封和磨合下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜以改善润滑安装时应注意锥角朝下（在环端有“向上” 或“ＴＯＰ”等标记），锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上 ③ 梯形环：当活塞在侧压力的作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出，避免了活塞环黏结在环槽中而被折断梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,④ 桶面环：桶面环的外圆面为凸圆弧形，环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷，环上下运动时，均能形成楔形油膜从而改善润滑效果⑤ 扭曲环：其除具有锥形环的优点外，还具有减小泵油的作用，同时还增加了密封性，易于磨合，并有向下的刮油作用。
目前，扭曲环在发动机上得到广泛应用，使用时必须注意环的断面形状和方向，正扭曲环应将其内圆切槽向上，外圆切槽向下，不能装反 ⑥ 反扭曲锥形环：反扭曲锥形环是一种在环的下部内表面倒角或凹切的活塞环，装配时有倒角的一面应朝下该环装入气缸后具有向上抬起成锥状的倾向，使环的内角紧紧地压在环槽的上侧面，可防止活塞环背面窜油上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,３.油环 油环有整体式和组合式两种结构形式 （１）整体式：环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，如图２－１９所示当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜现象 （２）组合式：由上、下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成，如图２－２０所示这种油环的刮油作用强，刮油片各自独立，故对气缸的适应性好上一页,下一页,返回,第二节 活塞连杆组,三、活塞销 活塞销的作用是连接活塞和连杆，并将活塞所承受的气体压力传递给连。