搜索
1.2机体的类型（1）机体根据汽缸的排列方式可分为直列式、V形、W形和水平对置式等（2）汽缸体根据制造材料的不同，常见的有铸铁汽缸体和铝合金汽缸体。铸铁机体质量大，散热性相对较弱，需要大量冷却液。铝合金机体质量小、散热性好，但成本较高。（3）汽缸体根据冷却方式的不同分为风冷式和水冷式，汽车发动机一般采用水冷式。水冷发动机的汽缸周围和汽缸盖中都有冷却水套，并且汽缸体和汽缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环带走部分热量，对汽缸和汽缸盖起冷却作用。（4）汽缸体根据是否有汽缸套可将汽缸体分为整体式和缸套式。汽缸套有干式汽缸套和湿式汽缸套。干式汽缸套不与冷却水直接接触，制造工艺简单，但内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。湿式汽缸套与冷却水直接接触，汽缸套仅在上、下各有一圆环地带和汽缸体接触，有利于发动机的冷却和降温，但结构相对复杂，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，需要一定的措施防止汽缸套与汽缸体结合部位漏水。1.3机体的结构一般情况下，水冷式机体的结构主要由水套、油道、曲轴支撑座等组成。（1）水套发动机冷却水套有开式水套和闭式水套。开式水套是汽缸盖和汽缸体冷却水套直接相通，水套与汽缸盖的结合面是开放型的。该结构的汽缸体冷却性能好、体积小、质量小，制造相对简单、成本低。闭式水套是在汽缸体与汽缸盖的结合面上设有冷却水通道开口，可以保证汽缸体的强度和刚度，使其不易变形，并可进一步提高发动机功率，但制造工艺复杂、成本高。（2）主轴颈轴承与轴承支架（下缸体）支撑曲轴的轴承称为主轴颈轴承或主轴承。一般直列发动机的主轴颈轴承数比汽缸数多一个，如直列四缸机有5个主轴承；对于V形发动机，由于两个汽缸对称布置，可以使用相同的主轴承，如V6发动机有4个主轴承。由于轴承数小于汽缸数，必须增大轴承的宽度和直径以保证足够的强度。发动机功率越大，曲轴的受力和形变越大，对主轴颈支承的刚度要求就越高。现有的大功率发动机常将轴承盖做成一体的轴承支架或将轴承盖与油底壳做成一体的梯形整体式轴承支架等方法来提高主轴颈的刚度。2.曲轴箱汽缸体下部用来安装和封闭曲轴的部分为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与汽缸体铸成一体，曲轴轴线与机体下表面在同一平面上的为一般式曲轴箱，便于加工、工艺性好。曲轴轴线高于汽缸体下表面的为龙门式曲轴箱，刚度和强度较好，但工艺性较差。主轴承座孔不分开的为隧道式曲轴箱，其刚度比龙门式更高，但工艺性差。下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，又称为油底壳。油底壳多由薄钢板冲压而成现在也有许多发动机采用铝合金铸造而成。油底壳底部装有放油螺栓，通常放油螺栓上设永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。3.汽缸盖3.1功用和工作条件汽缸盖是配气机构的安装基体，也是汽缸的密封盖，与汽缸及活塞顶部组成燃烧室。汽缸盖与高温高压燃气直接接触，承受气体压力和汽缸盖螺栓的预紧力，具有较大的热负荷和机械负荷。为了保证汽缸的密封性，汽缸盖应具有足够的强度、刚度和散热特性，确保不会产生损坏和较大变形。3.2材料和结构特点现有车用汽油机汽缸盖基本上都采用铝合金材料。部分柴油机上也有采用铝合金材料，一般大功率柴油机汽缸盖由灰铸铁或合金铸铁铸成。汽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）。在汽缸盖内还铸有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。若凸轮轴安装在汽缸盖上，则汽缸盖上还加工有凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。现有轿车直列发动机大多采用整体式汽缸盖，即所有汽缸共用一个汽缸盖，V形发动机采用分体式汽缸盖，即V形汽缸的每一侧一个汽缸盖，有些大功率柴油机还采用单体式或分块式汽缸盖，即每个或几个汽缸共同使用一个汽缸盖。3.3燃烧室汽缸盖内侧是构成燃烧室的重要部分。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。对燃烧室基本要求为结构尽可能紧凑，散热面积小，使混合气在压缩终了时形成一定的气流运动，提高混合气燃烧速度。半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短、燃烧速率高、散热少、热效率高。允许气门双行排列，进气口直径较大，充气效率较高。虽然配气机构较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上广泛应用。楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，充气效率高，配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长。浴盆形燃烧室汽缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。半球形楔形浴盆形3.4进、排气道进、排气道是进、排气管与燃烧室相连的通道，通过进、排气门控制打开或关闭。进、排气道的形状与发动机的性能密切相关，特别是进气道的形状对提高发动机转速、改善燃烧都很重要。弯曲气道形状阻力较大，跑车常采用直进气道，柴油机和多气门汽油机常把进气道设计成涡流进气道等形状。4.汽缸垫汽缸垫装于汽缸盖和汽缸体之间，保证汽缸盖与汽缸体间的密封，防止发动机漏气、漏水或漏油，汽缸垫上有冷却水和润滑油流通孔等（二）活塞连杆组活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承等组成1.活塞活塞是作为一个整体通过锻造或铸造成型后加工而成的，通常把活塞分为三个部分，即活塞顶部、活塞头部和活塞裙部1.1工作条件及要求活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600~700K，且温度分布很不均匀。活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3~5MPa，柴油机高达6~9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用。活塞在汽缸内以很高的速度（8~12m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。所以要求活塞要有足够的刚度和强度，良好的导热性，耐高压、耐高温、耐磨损，重量轻，尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此活塞一般都采用高强度铝合金。1.2活塞顶部活塞顶部是燃烧室的底部，承受气体压力，其形状、位置和大小与燃烧室的具体形式有关，要满足可燃混合气形成和燃烧的不同要求，活塞顶部形状有平顶、凸顶和凹顶等1.3活塞头部和活塞环槽活塞头部是活塞环的安装部位，常指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分，又称防漏部。活塞头部具有密封和传热的作用，与活塞环一起密封汽缸，防止可燃混合气泄漏到曲轴箱内，同时将部分热量通过活塞环传递到汽缸壁。为减少活塞头部向裙部的传热，常采用一定的结构措施，如把油环槽内的回油孔设计成相对较长的环槽，具有隔热的作用。内燃机活塞一般有三道槽（上面两道安装气环，下面一道安装油环），在油环槽底面上钻有许多径向小孔，被油环从汽缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件差，一般应离顶部较远些。为减少第一环槽的磨损，需要对其进行耐磨处理或镶嵌铸铁耐磨圈等。1.4活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔。为了减轻活塞的质量，高速发动机常将活塞销孔的位置设计得较为靠上。活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。活塞裙部的长短取决于侧压力和活塞直径。为减小裙部摩擦，有些活塞在裙部涂有石墨层。为减小活塞质量，应当尽量缩短活塞裙部的长度，但活塞在往复运动过程中，如果受力不均匀会造成活塞以活塞销为中心的摆动。为了最大限度地防止这种现象，现代活塞常把与活塞销孔平行的侧面（两侧的推力面）下端的长度加长，即拖板式活塞。（1）活塞裙部采用椭圆结构为防止活塞卡住，需要在活塞与汽缸壁间留出一定间隙。然而，间隙过大，冷车时活塞会敲击汽缸壁，甚至漏气或窜机油。因此，必须设法使活塞各部位与汽缸壁之间有大小合适的间隙，可采取的措施主要有：（2）活塞采用锥形结构（3）活塞采用双金属组合（4）裙部开绝热—“膨胀槽”1.5活塞销偏置在压缩行程和做功行程中，作用在活塞顶部气体压力的水平分力（侧压力）使活塞压向汽缸壁。压缩行程和做功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，做功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力，活塞在发动机运行的过程中会敲击缸壁。因此，必须解决这个问题，有些汽油机把活塞销孔中心线进行偏置。1.6活塞的冷却2.活塞环活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环2.1工作条件及要求活塞环在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作，特别是第一道环。活塞环工作时受到汽缸中高温高压燃气的作用，第一道环温度可高达600K，活塞环在汽缸内随活塞一起高速运动，由于高温下机油可能变质，润滑条件差，难以保证良好的润滑，使磨损严重。同时，由于汽缸壁的形状误差，活塞环随活塞往复运动时，受到交变应力而易折断。因此，要求活塞环弹性好、强度高、耐磨损。活塞环采用的材料有耐热不锈钢、优质碳素钢、球墨铸铁、合金铸铁等。2.2气环气环在自由状态下外径大于汽缸直径，用专用工具将它与活塞一起装入汽缸后，外表面紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，活塞环与环槽端面形成第二密封面，作用在环背的气体压力也大大加强了第一密封面的密封作用。气环密封效果一般与气环数量有关，漏气的唯一通道是活塞环的开口间隙，多道活塞环的开口相互错开，形成迷宫似的漏气通道，由于侧隙、径向间隙和端隙都比较小、流动阻力大，压力迅速下降，最后漏入曲轴箱的气体很少气环的开口形状将直接影响漏气量，开口形状有直开口、梯形开口、斜切口等。气环的断面形状很多，常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环等（1）矩形环矩形环的断面为矩形，结构简单、制造方便、易于生产，但是矩形环随活塞往复运动时，会把汽缸壁面上的机油不断送入汽缸中，这种现象称为气环的泵油现象。（2）扭曲环扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状。在环的内圆部分切槽或倒角的称为内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称为外切环。扭曲环装入汽缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。（3）锥面环锥面环断面呈锥形，外圆工作面上加工有一个很小的锥面，减小了环与汽缸壁的接触面积，提高了表面接触压力，利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油。活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损，但不能装反，否则会引起机油上窜。（4）梯形环梯形环断面呈梯形，工作时梯形环在压缩行程和做功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置。这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断，可以延长环的使用寿命，经常应用在第一道环上。（5）桶面环桶面环的外圆为凸圆弧形，当桶面环上下运动时均能与汽缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与汽缸呈圆弧接触，对汽缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性较好，有利于密封。2.3油环油环的作用是储存一部分机油对活塞与缸壁之间进行润滑并刮除缸壁上多余的机油，防止机油进入燃烧室。油环有槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式3种类型。3.活塞销活塞销连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。3.1工作条件及要求活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏。3.2活塞销的结构活塞销的内孔有圆柱形、两段截锥与一段圆柱组合、两段截锥形等多种形状。活塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大。两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。3.3活塞销的安装活塞销与活塞销座孔及