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汽车构造与原理(发动机).pdf

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汽车 构造 原理 发动机
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汽车构造与原理 (发动机) ?汽 车 总 论1、汽车简介 汽车的概念:汽车是由动力驱动、一般具有四个或者四 个以上的车轮的非轨道承载车。 ?汽车总体组成:通常汽车由发动机、底盘、车身、电气设备四 个部分组成。 汽车的诞生:卡尔·本茨世界第一辆内燃机驱动三轮汽车的发明 人,德国奔驰汽车公司的创始人, 设计的第一辆汽 车的功率为1.103KW,最高时速为18km/h,同一年 ,德国人戈特利布·戴姆勒改制为功率0.8千瓦的汽 油内燃机四轮汽车,被称为第一辆实用汽车。因此 本茨和戴姆勒被成为汽车之父。世界汽车工业的发展及现状:世界汽车工业发展至今总体经历了创造、发展 、全盛、稳定、兼改组、再发展等过程。主要分为 以下三个阶段。(1)汽车快速发展阶段(2)汽车发展全盛时期(3)汽车企业兼并改组,汽车产量相对稳定时期公司 总产量 乘用车 轻型商用车 中重型卡车 大客车总计 6834.03 5195.32 1318.77 285.02 34.91 1 通用(美) 892.62 570.80 315.69 4.38 1.74 2 丰田(日) 803.60 680.02 104.93 12.26 6.39 3 福特(美) 626.82 380.06 238.63 8.13 - 4 大众(德) 568.46 542.99 21.95 2.92 0.60 5 本田(日) 366.95 354.98 11.97 - - 6 PSA标致雪 铁龙(法) 335.69 296.14 39.54 - - 7 日产(日) 322.34 251.25 57.01 13.49 0.58 8 克莱斯勒 (美) 254.46 71.03 183.43 - - 9 雷诺(法) 249.25 208.58 40.66 - - 10 现代(韩) 246.27 223.13 0.10 14.51 8.53中国汽车工业发展与现状1)创建成长阶段(1953-1981)2)汽车工业改革阶段(1982-1993)3)汽车工业快速增长期(1994至今)汽车发展趋势:1、新型汽车动力及代用燃料的发展 2、汽车电子设备的大量应用 ?3、新的汽车生产方式开始形成 4、信息技术成为汽车产业的核心技术5、汽车新材料及新工艺的大量应用 ? ? ? ? ? ? ? 2、汽车的分类及代号 ?汽车分类:根据我国制定的有关汽车分类标准(GB/3730.1 -2001)。按照用途汽车分为两大类:乘用车和商用车乘用车(不超过9座)分为普通乘用车、活顶乘 用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、仓背乘 用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野 乘用车、专用乘用车等11类。 商用车分为客车、货车和半挂牵引车等3类。客 车细分为小型客车、城市客车、长途客车、旅游客 车、铰接客车、无轨客车、越野客车、专用客车。 货车细分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、 越野货车、专用作业车、专用货车。 ? ? ? ? ? ? 汽车若按发动机的位置和驱动形式可分为前置 后驱(FR)、前置前驱(FF)、后置后驱(RR)、中置后 驱(MR)和四轮驱动(4WD)等形式 。宝马5系的前置后驱奥迪A6的前置前驱 保时捷911的后置后驱 法拉利F360的中置后驱 奥迪quattro四轮驱动 ? ? ? 同样,按车身分类可以分为一箱式、二箱式、三 箱式三类。按轿车顶盖可否开启分为闭式和开式按货车设计最大总质量可分为小于3500Kg、大于 3500Kg小于12000Kg和大于12000Kg三类。按汽车动力装置类型,可分为内燃机汽车、电动 汽车、燃气轮汽车。2、汽车代号目前世界汽车公司生产的汽车大部分都使用 VIN(Vehicle Identification Number)车辆识别码。 VIN码由17位字符组成,所以俗称十七位码。它包 含了车辆的生产国家、厂家、年代、车型、车身型 式及代码、发动机代码及组装地点等信息。正确解 读VIN码,对于我们正确地识别车型,以致进行正 确地诊断和维修都是十分重要的。VIN主要由三部分组成,第一部分为世界制造 厂识别代号(WMI);第二部分为车辆说明部分 (VDS);第三部分为车辆指示部分(VIS)第1位:生产国家代码 :J 日本 S 英国 K 韩国 W 德 国 L 中国 等。 第2位:汽车制造商代码 :B-BMW M-HyundaiA-Audi J-Jeep Z-Mazda ?第3位:汽车类型代码 (不同的厂商有不同的解释) ?第4~8位(VDS):车辆特征 ?第9位:校验位,按标准加权计算 ?第10位:车型年款 第11位:装配厂 ?第12~17位:顺序号 ?举例:VIN:JT8UF11E6R0126347J:日本 T:丰田汽车公司 8:载人小汽车U:1UZ-FE 4.0L V8 (发动机型号代码)F:LS400 (车型代码)1:LS400 UCF10型 (车型与型号代码)1:LS400/SC300 (系列/级别代码)E:四门轿车(车身类型代码)6:VIN检验数代码R:1994年(车型年款代码)0:总装工厂代码126347:出厂顺序号代码 ? 3、汽车主要 技术参数汽车主要尺寸参数:汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总 宽、总高、前悬、后悬等。汽车的质量参数:(1)汽车的装载质量(2)汽车的整备质量(3)汽车的总质量(4)汽车的整备质量利用系数(5)汽车的轴荷分配汽车主要性能指标:1、汽车的动力性能(1)汽车最高车速(2)汽车的加速时间(3)汽车的爬坡性能2、汽车的经济性能(1)汽车的燃油消耗量3、汽车的制动性能(1)制动的效能 ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)制动效能的恒定性(3)制动时方向的稳定性(4)制动距离 4、通过性能(1)最小转弯半径(2)汽车最小离地间隙(4)接近角、离去角、纵向通过角5、汽车其他使用性能(1)环保性能(2)货物拆卸方便性(3)操作简易性4、汽车行驶的 基本原理1、汽车行驶的驱动力与行驶阻力 (1)汽车驱动力F tF t ?=T t /r(2)汽车的行驶阻力F汽车行驶时需要克服各种阻力,主要有滚 动阻力F f 、空气阻力F w 、上坡时的坡度阻力F i 和加速阻力F jF f ?=W t f F i =GsinαF= F f +F w + F i ?+F j(3)汽车的行驶方程及驱动条件行驶方程:F t =F 阻 =F f +F w + F i ?+F j驱动条件:F t ≥F f +F w + F i ? ?2、汽车行驶的附着条件及影响因素汽车行驶的附着条件:F t ≤F σ =F z σ汽车驱动-附着条件:F f +F w + F i ?≤ F t ?≤F σ驱动力大 动力性强 驱动力大 足够的附着力 (切向力) 动力性强 满足轮胎与地 面的附着条件 驱动力 附着力汽车附着力影响因素:(1)附着系数(2)驱动轮的法向反作用力 汽车的附着力 地面附着系数 法向反作用力 行驶车速 车轮的运动状况 汽车的总体布置 行驶的状况 车身的形状 道路的坡度 路面的种类和状况 本章小结:1)汽车总体组成2)汽车按发动机位置和驱动分类的种类3)主要名词解释:轴距、前悬、后悬、汽车整备 质量、汽车整备质量利用系数、汽车加速时间、最 小转弯半径、纵向通过角4)汽车行驶附着条件第一章 ? 发动机基本构造与工作原理1、四冲程发动机基本结构 与工作原理1.1 发动机的概念和种类 发动机概念:发动机是一种能够把一种形式的能量转 化为机械能的机器,通常是把化学能转化为 机械能。 发动机种类:1、往复式活塞发动机2、旋转活塞式发动机(转子发动机) 1.2 四冲程汽油机基本结构与工作原理1、四冲程汽油机基本结构: ?2、四冲程汽油机基本工作原理:四冲程发动机工作过程 3、4冲程发动机主要基本学术用语(1) 排量:一台发动机所有气缸工作容积之和称为该发动 机的排量。气缸工作容积:V s =πD 2 s/4(2) 压缩比ε:压缩比ε表示气缸内气体压缩的程度,主要由 气缸燃烧室容积比上气缸总容积表示。ε=V a /V c现代汽油机的压缩比一般为7-11. ?4、多缸发动机结构特点单缸发动机工作原理可知,只有作功行 程产生动力,其它三个行程都要消耗动力。 为了维持运动,单缸发动机必须有一个贮备 能量较大的飞轮。即使如此,发动机运转仍 然是不平稳的,作功行程快,其它行程慢。 因此,现在汽车大多采用多缸发动机。它是 由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用 一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的 较多是四缸、六缸、八缸发动机。 ? ? ? ? ?多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程 发动机) ,各缸都要象单缸发动机一样完成一 个工作循环。为了使发动机运转平稳,各缸 作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机 各缸作功间隔角为: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Ψ=720°/6=120° 即曲轴每转120°就有一个缸作功,各缸作功 行程略有搭接,这样发动机运转与四缸发动 机相比较为平稳。所以发动机缸数越多,发 动机运转越平稳。5、示功图1.3 四冲程柴油机基本结构与工作原理2、二冲程发动机 ? ? ?结构特点与工作原理 ?概念:二冲程发动机是指活塞在上、下止点间 往复移动两个行程,完成进气、压缩、做功 、排气一个工作循环的发动机。1、二冲程汽油机结构特点与工作原理二冲程发动机与四冲程发动机相比主要是 取消了进气门和排气门,由活塞圆柱面控制 其开闭,并增加了扫气孔使曲轴箱和气缸向 连接。二冲程汽油机工作原理:第一行程(换气—压缩行程)第二行程(做功—换气行程) ?二冲程汽油机与四冲程汽油机比较: ? ?2、二冲程柴油机结构特点与工作原理 (1)二冲程柴油机结构特点:二冲程柴油机与二冲程汽油机相比在气缸盖上 安装了排气门和燃油泵-喷嘴,并且安装了废气涡 轮增压装置,可使进气口空气加压,使新鲜空气以 高压形式进入气缸,并也进一步使废气排出气缸。(2)二冲程柴油机工作原理: 3、内燃机分类及型号 ?1、内燃机分类: (1)按冲程数分:二冲程内燃机、四冲程内燃机 (2)按着火方式分:点燃式内燃机、压燃式内燃机 (3)按使用燃料种类分:液体燃料内燃机、气体燃料 内燃机、多种燃料内燃机 (4)按进气状态分类:非增压内燃机、增压内燃机 (5)按冷却方式分类:水冷式内燃机、风冷式内燃机 (6)按气缸数分类:单缸内燃机、多缸内燃机 (7)按气缸布置分类:直列式、V型、水平对置式、W 型、转子发动机 ? (8)按用途分类:汽车用、船用、坦克用、工程机 械用等 2、内燃机型号根据国家标准GB/T725-2008规定,我国内燃机型号 由四部分组成:第一部分:主要显示系列符号、换代标志、企业代号第二部份:首位表示缸数符号、第二位表示气缸布置 形式(无符号表示为多缸直列或单缸、V表示为V型、 P表示为平卧型)、第三位表示冲程类型(E表示二冲 程、四冲程不标示)、第四位表示缸径。第三部分:首位表示内燃机的结构特征符号(无符号 为水冷、F为风冷、N为凝气冷却、Z为增压等)、 ? 第二位表示用途特征符号(无符号为通用型、Q为 车用、M为摩托车用、J为铁路机车用、L为林业机 械用等);第三位表示燃料符号(无符号为柴油, P为汽油,T为天然气,CNG为天然气等) 第四部分:为区分符号8V150Q /P4E100FM /P6P160Q代表什么?4、发动机性能指标 ?1、动力性能指标 (1)有效转矩: 发动机曲轴输出的平均转矩,以T e 表示,单位 N.m。(2)平均有效压力: 指单位气缸工作容积所输出的有效功, 以P me 表示,单位kPa 。(3)有效功率 发动机曲轴输出的功率成为有效功率, 用P e 表示(单位kW) ?有效功率可由有效转矩和平均有效压力计算表示: (4)标定功率:发动机制造厂按国家规定标定的有效功率称为 标定功率。标定功率是根据发动机用途、使用特点以及连 续运转时间来确定的,我国内燃机功率标定为四级 ,分别为15min功率、1h功率、12h功率和持续功率 。(5)升功率:发动机在标定工况下每升气缸工作容积所发出 的有效功率,以P c 表示,单位kW/L。2、经济性能指标 (1)燃油消耗率每小时单位有效功率消耗的燃油量,用b e 表示, 单位为g/(kW.h),计算公式:(2)有效热效率燃料中所含的热量转变为有效功的比例,用η e 表示计算公式为:当测得发动机有效功率P e 和每小时的燃油消耗 质量B时,η e 还可表示为: 一般,现代汽车的汽油机η e 值为0.30左右,柴油机为 0.40左右。3、运行性能指标(1)排放指标(2)噪音(3)起动性能 4、可靠性欲耐久性指标(1)可靠性(2)耐久性 ? 5、汽车发动机的 ? ? ? ? ? ? ?总体组成 ? ? ? ?汽车汽油发动机总体是在一个机体上安装一个 机构(曲柄连杆机构)和六大系统(配气系统、燃 料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起 动系统),而柴油机则为五大系统,没有点火系统(1)机体组件主要由气缸体、气缸盖、汽缸垫组成主要作用为构成发动机的骨架,支承着发动机的 所以零部件。(2)曲柄连杆机构主要由活塞、飞轮、连杆、曲轴组成主要功用将活塞的往复运动转换成曲轴的圆周运动 ,并经曲轴对外输出动力。 (3)换气系统主要组成空气滤清器、进排气管系、配气机构、 排气消声器主要功用按照发动机的需求定时开关气门,实 现换气过程 。 (4)燃料供给系统汽油机主要有汽油箱、输油泵、滤清器、压力 调节器、电控喷油器、电控单元等柴油机主要有柴油箱、输油泵、滤清器、高压 油泵、调速器、喷油泵等主要功用为根据发动机的需求,定时定量向发动 机所需燃料。(5)点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、火花塞、 电控装置组成。主要功用为按规定时刻点燃气缸内的混合气。(6)润滑系统主要由油底壳、机油泵、机油滤清器、油压表等 组成主要功用为发动机工作起到润滑、减少摩擦的作 用,并也可起到清洁、防锈的作用(7)冷取系统主要由冷却水泵、风扇、节温器、冷却水道组成主要功用为保证发动机在适宜的温度下工作(8)起动系统主要由蓄电池、启动开关、起动马达组成主要功用起动发动机 本章重点小结 1)四冲程发动机基本结构和工作原理; 2)衡量发动机性能主要指标; 3)汽车发动机总体组成第二章 曲柄连杆机构与机体组件 ? ? ?1、机体组件 ? ? ? ? 机体组件主要由机体(汽缸体和曲轴箱)、气 缸盖和汽缸垫 、油底壳组成。气缸体 ? ? ? ? ?气缸体一般用灰铸铁或铝合金铸成,气缸体也 可称为气缸体—曲轴箱,因为气缸体上部的圆柱形 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。在气缸体内部铸有许多加强 筋,冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度。根据气缸体与 油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以 下三种形式:(1)一般式(2)龙门式(3)隧道式 ? ? ? ?为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须 对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种 ,一种是水冷,另一种是风冷。水冷发动机的气缸 周围和气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体和 气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环, 带走部分热量,对气缸和气缸盖起冷却作用。 ? ? ? 对于多缸发动机,气缸的排列形式决定了发动 机外型尺寸和结构特点,对发动机机体的刚度和强 度也有影响,并关系到汽车的总体布置。按照气缸 的排列方式不同,气缸体主要分成单列式,V型和对 置式三种。 (1)直列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的 。单列式气缸体结构简单,加工容易,但发动机长 度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式 。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发 动机均采用这种直列式气缸体。 ?(2)V型气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角γ< 180°,称为V型发动机,V型发动机与直列发动机相 比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度 ,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度, 且形状较复杂,加工困难,一般用于8缸以上的发动 机,但也有的6缸发动机也有采用这种形式的气缸体 。 (3)对置式气缸排成两列,左右两列气缸在同一水 平面上,即左右两列气缸中心线的夹角 γ= 180°,称为对置式。它的特点是高度小,总 体布置方便,有利于风冷。这种气缸应用较 少。 气缸套气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸,整体式 气缸强度和刚度都好,能承受较大的载荷,这种气 缸对材料要求高,成本高。如果将气缸制造成单独 的圆筒形零件(即气缸套),然后再装到气缸体内。 这样,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,从而降低了制造成本 。同时,气缸套可以从气缸体中取出,因而便于修 理和更换,并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸 套有干式气缸套和湿式气缸套两种 (1)干式气缸套干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外 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。它具有整体式气缸 体的优点,强度和刚度都较好,但加工比较复杂, 内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热 不良。(2)湿式气缸套湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外 壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上、下各有一圆 环地带和气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。它散热 良好,冷却均匀,加工容易,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 ,但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好,而且 容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。 曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱, 曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体 铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封闭上曲 ?轴箱,故又称为油底壳图。油底壳受力很小,一般 采用薄钢板冲压而成,其形状取决于发动机的总体 布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板,以防 止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放 油螺塞,通常放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润 滑油中的金属屑,减少发动机的磨损。在上下曲轴 箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。 气缸盖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 盖内部制有冷却水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸 体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高 温部分。缸盖上还装有进、排气门座,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。 ? ?(1) 半球形燃烧室 ?v ? 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,故燃烧速率高,散热少,热效 率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列,进 气口直径较大,故充气效率较高,虽然使配气机构 变得较复杂,但有利于排气净化,在轿车发动机上 被广泛地应用。 ?v (2) 楔形燃烧室 ?v ? 楔形燃烧室结构简单、紧凑,散热面积小,热 损失也小,能保证混合气在压缩行程中形成良好的 涡流运动,有利于提高混合气的混合质量,进气阻 力小,提高了充气效率。气门排成一列,使配气机 构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播 距离长些,切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧 室。 v (3) 盆形燃烧室 ?v ?盆形燃烧室,气缸盖工艺性好,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。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆 形燃烧室。 3、气缸垫 ?v ?气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是保证 气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和 漏油。 气缸垫的材料要有一定的弹性,能补偿结合 面的不平度,以确保密封,同时要有好的耐热性和 耐压性,在高温高压下不烧损、不变形。目前应用 较多的是铜皮—棉结构的气缸垫,由于铜皮—棉气 缸垫翻边处有三层铜皮,压紧时较之石棉不易变形 。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或 有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成的 气缸垫。v ? ? 安装气缸垫时,首先要检查气缸垫的质量和完 好程度,并且要将光滑的一面朝向气缸体。所有气 缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按 照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺 栓时,必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2~3 次进行,最后一次拧紧到规定的力矩。 4、发动机支撑发动机一般通过机体和飞轮壳支撑在车架上, 常见的支撑方式有三点式支撑和四点式支撑方式。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2、曲柄连杆机构 ?作用及组成 :曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功 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连杆 组和曲轴飞轮组的零件组成。  ?(1)活塞连杆组件活塞连杆组件主要由活塞、活塞环、活塞销、 连杆、连杆轴瓦组成。 ? ?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。 ? ? ? 活塞要求具有足够的刚度和强度,传力可靠、导 热性能好,耐高温、高压,耐磨损,质量小,尽可 能减小往复惯性力。2 .活塞材料现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采 用高强度铝合金活塞,只在极少数低速柴油发动机 上采用铸铁或耐热钢活塞。 ? 3.活塞构造活塞可视为由顶部、头部、槽部和裙部等4部分 构成。(1)活塞顶部汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大 小有关。其顶部可分为平顶、凸顶和凹顶三种。大 多数汽油机采用平顶活塞,其优点是受热面积小, 加工简单。采用凸顶活塞,起导向作用,有利于改 善换气作用。采用凹顶活塞,可以通过改变活塞顶 上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。 ? ? ? ?柴油机活塞顶部形状取决于混合气形成方式和燃 烧室形状。在分隔式燃烧室柴油机的活塞顶部设有 形状不同的浅凹坑,以便在主燃烧室内形成二次涡 流,增进混合气形成与燃烧。柴油机还有另一类燃 烧室,称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气 缸内,且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃 烧室凹坑。在直喷式燃烧室的柴油机中, 喷油器 ? ?将燃油直接喷入燃烧室凹坑内,使其与运动气流相 混合,形成可燃混合气并燃烧。(2)活塞头部活塞顶部至活塞第一道气环之间的部分,用来 承受气体压力和传递热量。 ?(3)活塞槽部由活塞头部以下活塞环槽部的部分称为活塞槽部 。在活塞槽部用来安装气环和油环,起到密封和传 热的作用,汽油机一般有三个环槽,其中为两个气 环槽和一个油环槽,在油环槽底部还加工有回油孔 或横向切槽,油环从气缸壁上刮下来的多余机油, 经回油孔或横向切槽流回油底壳。而柴油机由于压 缩比比较高,安装了四个环槽,其中有三个为气环 槽,一个为油环槽。活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素 。在强化程度较高的发动机中,第一道环槽温度较 高,磨损严重。为了增强环槽的耐磨性,通常在第一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。 (3)活塞裙部活塞裙部是指从油环槽以下的活塞部分。活塞 裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向 的作用,其次,活塞裙部使气缸与活塞之间在任何 工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大, 活塞敲缸;间隙过小,活塞可能被气缸卡住。此外 ,裙部应有足够的实际承压面积,以承受侧向力。发动机工作时,活塞在气体力和侧向力的作用下 发生机械变形,而活塞受热膨胀时还发生热变形。 这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销孔轴线 方向及活塞顶部的尺寸增大。因此,为了使活塞在 正常工作温度时保持较均匀的间隙,避免出现在气 缸内卡死或加大磨损的现象,所以: ? ?1) ?预先冷状态下把活塞裙部加工成特定的形状 ? ? ? ? ? ?2) ?预先给活塞裙部开槽3) ?在活塞裙部铸入热膨胀系数低的恒范钢片。4) ?实现活塞冷却5) ?采用活塞销孔偏移结构。活塞环:活塞环是具有弹性开口的环,活塞环可分气环和 油环两种。(1)气环气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸 壁间的密封,防止气缸内的可燃混合气和高温燃气 漏入曲轴箱,并将活塞顶部接受的热传给气缸壁, 避免活塞过热。气环的密封原理:当活塞环装入气缸后,在其自身的弹力作用下环 的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面,气缸内的 高压气体不可能通过第一密封面泄漏。高压气体可 能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的 ? 侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的 下侧面与环槽的下侧面贴紧形成第二密封面,高压 气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙 中的高压气体只能环的外圆面与气缸壁更加贴紧。 最后漏入曲轴箱内的气体就很少了,一般仅为进气 量的0.2%~1.0%。气环的种类: 气环的按断面的形状可分为矩形环、扭曲环、锥 面环、梯形环、和桶面环等 (2)油环油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机 油,并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。既可以防 止 机油窜入汽缸燃烧,又可以减少活塞、活塞环与 气缸壁的摩擦阻力,同时还可以起到封气的辅助作 用。油环种类:油环分普通油环和组合油环(钢片 组合油环、螺旋撑簧油环)两种。普通油环:这种油环应用最广泛, 在环的外表面中间有环形槽,槽中钻有 长方形或圆形小孔,刮下的机油经小孔 流回油底壳,以便减少环与气缸壁的 接触面积,提高接触压力。 ?组合油环:1)钢片组合油环,这种油环由衬环、刮片环组成。 它具有对缸壁接触压力高而均匀、刮油能力强、密 封良好、使用寿命长等优点;但其加工费时,成本高2)螺旋撑簧油环,这种油环是在普通油环内径环面 内安装一个螺旋弹簧,以增加对缸壁的接触压力, 当油环磨损后弹簧能够自动补偿,使油环仍能保持 良好的刮油性能。这种油环制造和安装较方便。 ? 活塞销:(1)活塞销功用和工作条件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 好的表面质量。 (2)活塞销内孔形状分类活塞销内孔形状分为三类,分别为:圆柱形、 两段截锥形、组合形。(3)活塞销的连接方式活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接方式 有两种,分别全浮式和半浮式。 连杆组:连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆 轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆 螺栓合起来称作连杆,有时也称连杆体为连杆。 ?连杆组的功用及工作条件 :连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴,并 将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆小 头与活塞销连接,同活塞一起作往复运动;连杆大 头与曲柄销连接,同曲轴一起作旋转运动,因此在 发动机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要 受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出 现在作功行程下止点附近,最大拉伸载荷出现在进 气行程上止点附近。因此,连杆体和连杆盖一般采 用高强度的优质中碳钢或中碳合金钢作为其材料。 ?连杆构造 :连杆由小头、杆身和大头等部分构成。 (1) 连杆小头小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆 小头的连接方式。在汽车发动机中连杆小头与活塞 销的连接方式有两种,即全浮式和半浮式。 (2)连杆杆身杆身断面为工字形,刚度大、质量轻、适于模 锻。工字形断面的Y-Y轴在连杆运动平面内。有的 连杆在杆身内加工有油道,用来润滑小头衬套或冷 却活塞。如果是后者,须在小头顶部加工出喷油孔 。 ?(3)连杆大头连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连,连杆大头除 应具有足够的刚度外,还应外形尺寸小,质量轻, 拆卸发动机时能从气缸上端取出。连杆大头分为整 体式和分开式,而分开式连杆大头又分为平分式和 斜分式两种。 ?(4)连杆螺栓 连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起,工作时 连杆螺栓承受交变载荷,因此在结构上应尽量增大 连杆螺栓的弹性,而在加工方面要精细加工过渡圆 角,消除应力集中,以提高其抗疲劳强度。连杆螺 栓用优质合金钢制造。(5)连杆轴瓦连杆大头内的瓦片式滑动轴承称为连杆轴瓦。轴 瓦分为上下两个半片,在自由状态下非半圆形,通 过安装如连杆大头内时,可过剩,所以两个瓦片均 匀的紧贴在大头壁孔上,轴瓦材料目前多采用薄壁 钢背轴瓦,在其内表面浇铸有减磨合金层,因此在 连杆工作时具有很好的承受载荷和导热能力。 V型发动机连杆:V型发动机左右两个气缸的连杆安装在同一个曲 柄销上,其结构随安装形式可分为并列连杆 、主副 连杆 、叉式连杆。 ? ? 1)并列连杆 两个完全相同的连杆一前一后并列地安装在同 一个曲柄销上。连杆结构与上述直列式发动机的连杆基本相 同。并列连杆的优点是前后连杆可以通用,左右两列气缸的 活塞运动规律相同。缺点是两列气缸沿曲轴纵向须相互错开 一段距离,从而增加了曲轴和发动机的长度。 v 2)主副连杆 一个主连杆一个副连杆组成主副连杆,副连杆 通过销轴铰接在主连杆体或主连杆盖上。主连杆大头安装在 曲轴的曲柄销上。两列气缸中活塞的运动规律和上止点位置 均不相同。采用主副连杆的V型发动机,其两列气缸不需要 相互错开,因而也就不会增加发动机的长度。 v 3)叉形连杆 指一列气缸中的连杆大头为叉形;另一列气缸 中的连杆与普通连杆类似,只是大头的宽度较小,一般称其 为内连杆。叉形连杆的优点是两列气缸中活塞的运动规律相 同,两列气缸无需错开。缺点是叉形连杆大头结构复杂,制 造比较困难,维修也不方便,且大头刚度较差。 (2)曲轴飞轮组件曲轴飞轮组件主要由曲轴、飞轮及其他一些附件 组成。 曲轴:(1)曲轴的功用及工作条件:曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变 为转矩,用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气 机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体 力、惯性力及其力矩的共同作用下工作,承受弯曲 和扭转交变载荷。因此,曲轴应有足够的抗弯曲、 抗扭转的疲劳强度和刚度;轴颈应有足够大的承压 表面和耐磨性;曲轴的质量应尽量小;对各轴颈的 润滑应该充分。 (2)曲轴材料曲轴一般由中碳钢和中碳合金钢模锻而成,轴颈 表面经高频淬火或氮化处理,最后进行精加工。现 代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。 (3)曲轴构造曲轴一般由主轴颈、曲柄销、曲柄臂、平衡重块 、主轴瓦等组成,一般由两个主轴颈、一个曲柄销 、两个曲柄臂组成一个曲柄,单缸发动机的曲轴只 有一个曲柄,多缸直列式发动机曲轴的曲柄数与气 缸数相同,V型发动机曲轴的曲柄数等于气缸数的 一半。 ? 1)主轴颈主轴颈是曲轴的支承部分,通过主轴承支承在 曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机 气缸数目有关,还取决于曲轴的支承方式。曲轴的 支承方式一般有两种,一种是全支承曲轴,另一种 是非全支承曲轴。 ? ?2)曲柄销曲柄销也叫连杆轴颈,是曲轴与连杆的连接部分。3)曲柄臂曲柄臂是主轴颈与曲柄销的连接部分。一般为了平 衡惯性力,曲柄臂处一般铸有平衡重块,从而使曲 轴旋转平稳。4)曲轴前端及曲轴轴向定位 定时齿轮 起动爪 甩油盘 止推片 滑动推力轴承 滑动推力轴承 带轮(4)曲柄布置与多缸发动机的工作顺序 各曲柄的相对位置或曲柄布置取决于气缸数、气 缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排 列形式确定之后,曲柄布置就只取决于发动机工作 顺序。 在选择发动机工作顺序时,应注意以下几点: 1)应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远, 以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现 象。 2)各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时 间若以曲轴转角计则称发火间隔角。对于气缸数为 i ?的四冲程发动机,其发火间隔角应为720°/i ? 3)V型发动机左右两列气缸应交替发火。以四冲程直列四缸发动机为例 ,其发火间隔角 为720°/4=180°。4个曲柄在同一平面内。发动 机工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3,其工作循环见表:

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