发动机设计重点

1、一 如何提高发动机的动力性平均有效压力pe：是标志发动机工作循环的有效性和制造完善性的指标之一 (非增压) （增压）Pa：单位气缸工作容积所作的指示功，反映发动机工作循环的热功转换的有效程度和气缸工作容积的利用效率因此，提高pe必须：提高V：a. 合理设计进气系统，尤其是进气道，以减小进气阻力，提高充量系数b. 合理的配气机构和配气定时：加大进气门直径，采用顶置式凸轮轴，增加气门数、完善凸轮外形、最佳气门重叠角c. 汽油机采用多腔化油器、多个化油器、汽油喷射，以减小进气阻力，并兼顾各工况性能d. 降低排气系统阻力，采用可变进排气系统（利用其中的动态效应）等提高i：a. 对于汽油机适当提高压缩比

2、b. 改善燃烧过程提高m： 减少活塞环数目；选择适当的润滑油；保持发动机的最佳热状态；提高加工精度和表面质量；合理设计活塞形 状；减少附件功率损失提高s：具体措施即增压，是提高pe主要措施，对柴油机一般可提高3040%，增压中冷可提高5070%，而成本只增加810%，发动机质量增大35%；对于汽油机，化油器式仅用于高原恢复功率（海拔每增加1000m，功率下降10%）。现代四冲程增压柴油机pe最高可达3.2Mpa，车用机上达到1.41.8Mpa二：活塞速度的影响活塞平均速度Cm=Sn/30, Cm上升，则机械负荷上升；热负荷上升；进排气阻力增加，充气系数v下降（应加大气门或增加气门数目） ；摩擦

3、加剧，磨损加快，机械效率下降，燃油耗率上升，寿命下降。但Cm过小，对提高发动机功率不利，对提高升功率不利。对于柴油机，Cm选择要顾及混合气形成与燃烧的限制；对于汽油机，Cm的选择与进气系统有关三、活塞速度和加速度什么时候最大3.1、活塞速度： （精确式） （近似式）活塞最大速度最大速度时曲轴转角由活塞速度精确式，近似取cos=1，在近似估计时，可认为最大速度出现在+=90º时，即连杆中心线与曲柄成直角位置，此时活塞平均速度3.2活塞加速度由近似式可得出活塞加速度的最大值和最小值： 当<1/4时，=0º时活塞正向最大加速度 （极大值） =180º时活塞负向最大

4、加速度 （极小值） 当>1/4时，=0º时活塞正向最大加速度 （极大值） 时活塞负向最大加速度 （极小值，在180º360º范围内还有一个）=180º时活塞的加速度已不是最大负向加速度 （极大值）对于中低速柴油机其连杆较长，小于1/4，活塞加速度在360º范围内只有两个极值；对于高速内燃机，一般大于1/4，活塞加速度在360º范围内有四个极值四、连杆运动形式和质量换算连杆在摆动平面内的运动是随活塞的往复运动和绕活塞销的摆动的复合运动。五、采用偏心曲柄连杆机构的作用和原因1、采用偏心曲柄连杆机构的原因凡是曲轴回转中心线或者活塞销中

5、心线不与气缸中心线相交的曲柄连杆机构都是偏心机构。根据偏心方向的不同，分为正偏心机构和负偏心机构。正偏心机构（如图a、图b所示）在活塞下行时连杆摆角较小，使得作功行程中活塞侧推力有所减小。负偏心机构广泛应用于车用汽油机中，目的是减轻活塞对气缸壁的敲击，降低运转噪声。正偏心机构多用于柴油机，目的是改善散热，减轻主推力边的热负荷，使顶环隙整个圆周上不积碳。 六、偏心曲柄连杆机构受力分析 气体作用力 惯性力 作用在曲柄连杆 重力 机构上的作用力 负荷的反作用扭矩及机构的支撑反力 机构相对运动的摩擦力 七、曲柄连杆机构的换算质量 曲柄连杆机构加速度有往复运动加速度和离心运动加速度两种，计算两

6、种加速度引起的惯性力需将整个曲柄连杆机构的质量分别换算成往复运动质量和离心运动质量。 1、  活塞组质量mp：含活塞、活塞环、活塞销质量2、 曲柄换算质量mk： 式中 mz曲柄销部分质量；m单个曲柄臂不平衡质量； 曲柄臂不平衡质量质心到曲轴回转中心距离3、 连杆组换算质量 常采用的方法为二质量替代系统：用集中在小头处的换算质量mCA和集中在大头处的质量mCB来代替连杆的实际质量。换算的原则是：     换算系统两质量之和等于原连杆的质量mC,即 mCA+mCB=mC     换算系统的质心与原连

7、杆质心重合，即 mCAlA=mCBlBlA：连杆质心至连杆小头中心距离lB：连杆质心至连杆大头中心距离由上述两个条件得对于有的高速发动机还须满足一个条件： 两个换算质量对连杆质心的转动惯量之和等于原来连杆的转动惯量，即 式中IC为原连杆的转动惯量。但采用二质量替代系统时，在连杆摆动角加速度下的惯性力矩要偏大 MC=（mCAlA2+mCBlB2）-IC 为此，可用三质量替代系统：通常m较小。为确定mCA、mCB需要知道连杆组的质心位置，为此可用天平称量法、力学索多边形法确定质心，现在的三维CAD软件也有此功能。 最后可得出整个曲柄连杆机构的换算质量：往复运动质量 旋转运动质量 八、单缸

8、机的输出扭矩由切向力确定：即MK可理解为两部分：一由Pg产生，一由Pj产生，其中Pj产生的扭矩在曲轴旋转一周内所做的功为零。它只影响总输出扭矩的波动规律。九、单列发动机的曲柄排列与发火顺序曲柄排列与发火顺序直接相关。决定发动机的曲柄排列与发火顺序时，应考虑下面几个方面：1、各缸发火间隔尽可能均匀（间隔角尽可能相同）一台发动机的所有气缸都应在一个工作循环内发火完毕，并希望各缸间的发火间隔尽可能相等。单列式发动机的发火间隔角：二冲程机 四冲程机 对于二冲程及奇数缸四冲程机 对于偶数缸的四冲程机 （即在曲柄端面图上看到的曲柄数为缸数的一半） 可以看出：对于二冲程及偶数四冲程机， =；对于奇数缸四冲程

9、机，=22、整机有较好的平衡性3、尽量避免相邻缸连续发火 4、发动机轴系扭转振动较小5、对于涡轮增压发动机的排气管分支的影响十、V型机的发火顺序V型发动机相当于两台单列发动机共用一根曲轴，并按一定夹角布置而结合起来的发动机。与单列机相比，曲柄端面图没有不同，但缸数已翻倍。V型机发火方案有两种：1、 交替式发火方案：两列气缸交替发火，列内顺序与单列机相同，间隔均匀，但与单列机相比列内发火间隔角大一倍；两列气缸的发火顺序相同。2、插入式发火方案：两列气缸间的发火顺序与间隔角不相同，列内的发火间隔也不均匀，两列气缸间有跳隔和补偿，使得整台机的发火间隔均匀十一、内燃机的平衡一、研究平衡的目的

10、：1、分析各种结构机型内燃机的平衡性能，为设计选型提供预测和依据；2、寻求改善内燃机平衡状态的措施：如采用适当的气缸数、曲柄排列和曲柄布置方案、在曲轴上设置平衡重、采用专门的平衡机构等。二、平衡的定义1、平衡：内燃机在稳定工况运转时，如果传给支承的作用力的大小和方向均不随时间变化，则称内燃机是平衡的。三、平衡的分类2、外平衡与内平衡：研究发动机不平衡力和力矩对外界（支承）的影响，称为外平衡问题。对采取了外平衡措施的发动机还要进行内力矩和剪力分析，称为内平衡。3、静平衡与动平衡：静平衡：旋转质量系统的质心在旋转轴线上时，系统离心惯性力的合力为零，则认为系统是静平衡的（因质心是否位于旋转轴线可以静

11、态检测，故得名）。动平衡：系统静平衡但当旋转质量不在同一平面上时，不足以保证运转平稳，如图表示，只有当系统运转时不但旋转惯性力合力为零，而且合力矩也为零时，才完全平衡，这样的平衡称为动平衡四各力平衡的方法单缸机的振动力源：往复惯性力离心惯性力倾覆力矩Md 一、离心惯性力Pr 如图所示，对于离心惯性力Pr可用直接在曲轴上加平衡重的方法来平衡，设两块平衡重质量均为mB，则有 从而可求出每块平衡块的质量为 可见，平衡块回转半径越大、曲柄连杆机构本身的不平衡旋转质量越小，则所需要加的平衡块质量mB 越小。二、往复惯性力PJi、PjII按活塞加速度近似式，往复惯性力可写成为分析往复惯性力的平衡法，可进一

12、步将往复惯性力写成：其中 因此往复惯性力PjI（或PjII）可看成两个以角速度（或2）朝相反方向旋转的矢量C/2（或C/2）之和，这两个矢量分别称为正转矢量（AI或AII）和反转矢量（BI或BII），两个矢量重合位置与气缸中心线平行。亦即往复惯性力可以分别转换成两个离心力：两个质量mj/2（或1/2·mj/4）在半径R处以角速度（或2）朝相反方向转动所产生的离心力。由以上分析可以看出，可以用与平衡离心惯性力同样的方法来平衡往复惯性力，只要设计的平衡机构产生的离心惯性力矢量分别与上述正反转矢量大小相等、方向相反即可。 对于缸径不大的单缸机，有时为了结构简化，常省去一根与曲轴同旋向的平衡

13、轴，而采用如图（b）所示的单轴平衡机构。采用单轴平衡机构时，一阶往复惯性力也得到了平衡，但破坏了平衡机构的对称性，与双轴平衡机构相比，又产生了一个附加力矩在缸径更小的单缸机中，为了使结构尽可能简单，常常连单轴平衡机构也省略，而采用所谓的过量平衡法。此时曲柄上除了有平衡mr的平衡块质量外，还要多加一过量的平衡质量mj，使其产生过量的离心力C（0<<1），称为过量平衡率。可以看出合力R的矢端轨迹是一个椭圆。当=1/2时，合力矢端轨迹变为半径为C/2的圆，即R=C/2的数值不变，不过与曲柄反向旋转。注意：不能将此力看成曲柄连杆机构的离心力。十二、过量平衡法的实质是什么过量平衡法实质上是一

14、阶往复惯性力的转移法，即把一阶往复惯性力的一部分转移到与之垂直的平面内。至于转移数量的大小，则要根据具体发动机在垂直与水平两个方向的刚度或吸振能力而定，一般总是希望较大的惯性力作用在发动机刚度较大的方向或吸振能力较好的方向。大小可根据实验确定，通常=0.30.5。十三、内燃机内平衡分析采用不同的曲柄排列形式，曲轴及机体上所受的弯矩也将不同。当某种曲柄排列具有最小的作用弯矩时，则认为发动机的内平衡性能良好。计算分析内燃机的内平衡性能时，目前一般只考虑离心惯性力在曲轴上形成的弯曲力矩（内力矩）。分析内平衡问题时作以下简化：（1）假定曲轴为一直梁，在各气缸中心线上作用有集中力；（2）假定曲轴只有前后

15、两档轴承，并且轴承的支反力分别通过第一和第末气缸的中心线，使曲轴成为静定简支梁。十四、V型内燃机平衡分析及平衡方法（1）每一列气缸的平衡性易判断时，可先求出一列气缸的往复惯性力合力及合力矩，然后再进行矢量合成，求出整机的总合力和总合成力矩；（先单列，后整机） （2）当每一对（单排）气缸平衡性容易判断时，可先求出每对（单排）气缸的往复惯性力，然后求出整台发动机的总合力和 合力矩。（先单排，后整机）十五、曲轴常见疲劳破坏形式及产生的原因十六、曲轴设计要求1、保证具有足够的弯曲疲劳强度和扭转疲劳强度；2、保证曲轴具有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度；3、轴承具有足够大的承压面积，轴颈耐磨；4、尽量采用普

16、通材料；工艺性好，质量小。十七、曲轴材料与结构型式1、材料：中小功率内燃机用球墨铸铁、可锻铸铁、锻钢（45号钢，40Cr），大型柴油机用合金钢、铸钢、球墨铸铁（强载度不高的中高速柴油机）。2、结构型式： 整体式、套合式、焊接式、圆盘式 套合式曲轴：用于大型低速机，可以消除大件锻造的困难焊接式曲轴：用于超长行程十字头式柴油机，可以消除大件锻造困难，而且可以降低曲轴质量，使连杆长度得以缩短圆盘式曲轴：用于某些要求结构紧凑的高速柴油机（6135Q，12V135Q）。轴向尺寸紧凑的同时，曲柄销长度可以设计的较长；扭转刚度和弯曲刚度较大，疲劳强度提高，但质量大，制造成本较高 全支承、非全支承

17、平衡重连接方式：铸造曲轴平衡重一般与曲柄臂铸成一个整体，有利于提高工作可靠性。锻造曲轴由于结构、锻压设备的限制，都作成分开式，平衡重的联结方式有：十八、如何增大曲轴颈，曲周臂所能承受的载荷二、主轴颈1、D1：从轴承载荷方面考虑，D1可以比D2小，但考虑到： D1大可增加重叠度，可提高曲轴的抗弯强度； D1大可使主轴承承压面积大，从而可以减小轴向尺寸，为增加曲臂厚度h留余地； D1大对曲轴的转动惯量影响不大，不会降低曲轴的自振频率，相反会使曲轴刚性增大，自振频率上升。故D1一般取得比D2大：D1=0.650.75D。D1过大会增大线速度，使摩檫损失上升，轴承温度升高；而且L1/D1过小对主轴承工

18、作不利。 2、L1要与D1联系确定，一般比L2小，但L1/D10.3 三、曲柄臂 从强度的观点看，整体式曲轴的最薄弱环节即为曲臂，曲轴上应力集中最严重处就在曲柄臂与曲柄销、主轴颈相邻的过渡圆角处；从圆角处开始而横断的曲臂弯曲疲劳断裂破坏也最为常见。 在曲柄平面内，曲柄的抗弯断面模数W=bh2/6，有关试验表明： h10%，W应20%,实际W40%； b10%，W应10%,实际W5%；故为提高曲柄的抗弯断面模数W，增加h比增加宽度b有效。曲柄臂形状：现代高速内燃机大多采用椭圆形。试验表明，椭圆形曲柄具有最好的弯曲和扭转刚度；因去掉了受力小或不受力部分，质量小，应力分布均匀。十九、曲轴轻量化的措施

19、1、曲柄销作成空心结构优点：可减小离心惯性力，做成鼓状效果更好，可以提高扭转疲劳强度，减小曲轴转动惯量，还可减轻主轴颈过渡圆角处应力集中。如将0.5d圆柱孔改成中部0.7d的鼓形孔时，扭转疲劳强度与弯曲疲劳强度都提高30%。2、主轴颈做成空心机构优点：可显著缓解曲柄销过渡圆角处的应力集中现象。如设置卸载穴，则效果更好3、曲柄臂斜削：在采用中空曲柄销时注意不要形成应力集中 二十、油道布置的原则要求：有利于润滑油流动、对曲轴强度影响小两种方案：单线斜油道和多线直角油道1、单线斜油道：斜油孔简单，多用于实心曲轴；用于空心轴颈曲轴时，为避免漏油要采取密封措施2、多线直角油道多线直油道对曲轴圆角部位的强

20、度影响较小，但加工复杂，需用堵头。二十一、连杆工作条件，最常见的破坏形式一、工作条件通常的损坏形式为疲劳断裂。四冲程发动机的连杆既受拉又受压；二冲程发动机总是受压。连杆杆身受到摆动惯性力的力矩作用，杆身刚度不够时易失稳。连杆大头刚性不足会影响连杆轴承的正常工作。二十二、连杆长度连杆长度的确定的原则：保证发动机结构紧凑和轻量化，根据发动机整体布置，保证连杆在运动时不与其它机件相碰的条件下具有最短长度。衡量参数为=r/l，大致范围：1/3.21/3.8。估算如下：满足平衡块不碰活塞时：V型发动机的连杆大头型式有三种：并列式，叉骑式，主副式（关节式）二十三、采用斜切口带来的问题，解决的方法采用斜切口

21、后带来两个问题：螺栓受剪切、连杆大头因结构不对称而导致刚性不均匀。为解决第一个问题，要采用如图所示的定位措施： 第二个问题如图所示，由于结构不对称，刚度不等，应力分布不同。如图所示为某斜切口连杆的应力分布及曾经出现裂纹的部位：图中是首先出现裂纹的部位，原因是此处应力较大，且有螺栓载荷及螺纹应力集中，造成疲劳断裂；、是由于连杆受拉时在该处有弯矩及小圆角过渡的应力集中引起；、为大端弯曲应力所致。这些问题只能通过改进设计来解决。二十四、断裂分形工艺要求1、材料在满足强度条件下，延伸率尽可能低 ，适合的材料如粉末冶金、非调质中高碳钢、球墨铸铁等2、结构上应保证预设分形面处截面最小，螺栓孔外侧不允许加工

22、，以保证分形面质量3、为保证断面的很好复合，应施加正应力，并在连杆初加工后预制应力槽二十五、四冲程机连杆的受力简图（1）受拉时杆身的最大拉力可从PC图上找到（负的最大值）；小头载荷为活塞在上止点时的最大惯性力，并要与小头衬套过盈配合的压紧力（均布）合成；大头载荷为活塞上止点最大惯性力与连杆大端离心惯性力之和，并与连杆轴承压紧力（均布）合成。（2）连杆受压时连杆为压杆，杆身的最大压力为PC图上找到的最大值，计算杆身应力时，还要考虑杆身的附加纵向弯曲应力，因支承方式不同，此应力在摆动平面以及摆动平面的垂直平面内各不相同；小头载荷为气缸内最大爆发压力与活塞组的惯性力的合力（两者方向相反），并考虑小头

23、衬套过盈配合的压紧力（均布）；大头载荷为PC图上找到的最大值与连杆大头离心惯性力的合力（两者方向相反），并考虑连杆轴承压紧力（均布）。二十六、活塞上的温度分布情况现代发动机的缸内瞬时高温可达20002500。为保证活塞工作可靠，通常应限制各部位温度：活塞顶温度：中大缸径中速柴油机铸铁活塞：400450 中大缸径中速柴油机铝合金活塞：400 高速机铝合金活塞：300350第一环槽温度：200225（润滑油结焦温度）销座温度限制在：170200左右 二十七、活塞设计要求1、选用热强度好（耐疲劳、高温屈服点高）、耐磨、密度小、热膨胀系数小、导热性好、工艺良好的材料；2、活塞有合理的形状和壁厚，使散热

24、良好，强度刚度符合要求，尽量减轻质量，避免应力集中；3、在不增加活塞组的摩擦损失的情况下，保证燃烧室密封性好，窜气、窜油少；在降低机油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油；4、不同工况下能保持活塞与缸套的最佳配合，减轻活塞敲击和缸套振动 二十八、加强第一环槽的措施(1) 降低热负荷：减少热流量（活塞顶喷涂绝热陶瓷、设置隔热槽等）、改善传热（活塞内腔采用大圆角、适当减小活塞头部与缸孔间间隙，为此有时要在头部加工细槽以防结焦、拉缸）、加强冷却（喷油冷却等）（2）提高耐磨性和强度：采用纤维增强金属（Fiber-Reinforced Metal，FRM）复合材料活塞、第一环槽镶耐磨镶圈等措施 二十九、

25、活塞裙部设计及抑制膨胀采取的措施为保证使用性能，活塞应头部小、裙部大；裙部应设计成桶形型面，且其截面应为椭圆形，平行于活塞销座方向为椭圆短轴。为保证活塞与气缸间的间隙在发动机的各种工况下都比较理想，通常还需采取如下措施控制裙部膨胀：在活塞承压面侧油环环槽处开横向绝热槽，减少来自活塞顶部的传热 铸热膨胀系数小的材料以减小销座处的热膨胀，尤其是垂直于销轴方向的膨胀。三十、活塞销设计注意事项活塞销座设计应注意减小销座的尖峰负荷和应力集中，常用措施有：1、 减小活塞销的弹性变形：增加其刚性；采用斜形销座结构2、 采用弹性销座结构：采用双斜加强筋结构 3、 销孔的形状：孔口倒角或倒圆；适当加大销与销孔的

26、配合间隙，或采用由外向内逐步扩大的锥孔以适应弯曲变形时保持良好配合间隙的要求。三十一、活塞环的作用与设计要求1、活塞环的作用 保证活塞与气缸壁间的有效密封； 冷却散热（非冷却活塞经活塞环散热量占活塞全部吸收热量的60%70%）； 导向 刮油、布油2、活塞环设计要求 密封性好 保证活塞与气缸壁间的有效密封； 磨合性好 磨合时间短，磨合期磨损量尽可能小； 对机油有较好的控制调节能力 有良好的抗磨、减摩性能 有较强的抗熔着磨损能力和抗结焦能力，有效防止拉缸；摩擦损失小三十二、各种形状活塞环的特点矩形环 早期内燃机使用，工艺简单，但磨合性能差，活塞晃动时会向上泵油，使机油耗上升，并造成燃烧室积碳。现在

27、汽油机上用的矩形环为开槽环，如图a所示；有的大功率柴油机上用的矩形环则采用了喷钼、镶铜等措施改善磨合性能，如图b、c所示。用于第一道环。在高强载度发动机上很少应用。 桶面环 上下行都能形成润滑油膜，润滑良好，磨损减少；在短活塞发动机上对活塞摇晃的适应性好，无棱缘负荷；与气缸接触面小，对缸套适应性好，密封性提高；磨合性好。强载度大的发动机普遍采用，作为第一道环。梯形环 两侧面成15°顶角，工作时间隙变化，有利于机油更新，抗胶粘能力特别好，用于高热负荷发动机，高强载发动机采用时也把侧面做成桶面 。用于第一道气环。 半梯形环（单面梯形环、木契 形环） 上侧面加工成7°的斜面，工作

28、时产生正扭曲，可改善磨合性能，降低机油耗 L形环 扭曲较大，主要用于二冲程汽油机；环向上移使狭隙容积减小，可改善排放；活塞顶至环的热流出路短，能使活塞的温度下降；环弹力较小，主要利用燃气背压密封，摩擦损失小，锥面环 锥面锥度在301°30之间，克服了矩形环磨合期长的缺点，活塞上行时容易形成油膜，活塞下行时能起刮油作用。锥角过大会降低二次密封效果，影响密封，且串油严重。一般用于第二、三道环，在有的汽油机上用于第一道环时表面镀铬正扭曲环 在断面的上内侧或下外侧切口使断面形状不对称，使用时产生碟状的正扭曲，最大扭转角一般不超过1°，磨合性好，密封性改善，下行时刮油能力好

29、。下外侧切成鼻形，刮油能力更好。一般用做第二、三道气环，桶面正扭曲环也可以用作第一道环。 反扭曲环 在断面的上外侧或下内侧倒角，使断面不对称，使用时产生盖形反扭曲，扭转角在1560左右，锥面锥角在1°以上，一般在5°10°之间，优点同正扭曲环，但防串油能力差，一般用于油环上面的那道气环。 注：凡是断面形状不对称的环，都有方向性，装配时都不能装反三十三、均压环有什么不利的地方径向压力分布：有高点环、均压环、低点环三种。均压环使用过程中磨损后，环周压力分布会发生变化，在开口两侧约30°范围内呈现压力降低、漏光现象，影响密封性。为此高速内燃机应采用压力分布呈梨

30、形的高点环。二冲程内燃机采用不定位活塞环时，为避免环端弹入气口使环折断均用压力分布呈苹果形的低点环；某些强化四冲程柴油机为克服环开口处压力过高所造成的拉缸问题，也用低点环。三十四、机体的结构形式结构型式：中小功率内燃机为了简化结构、提高整机刚度，将气缸体与上曲轴箱连成整体，即机体。按主轴承孔是否剖分或机体底面位置可以分成三种形式： 平底式 其底面与曲轴轴心线基本平齐，机体轻巧，但刚性较差，用于结构紧凑的小客车及轻型货车用汽油机上，这类发动机常工作于部分负荷，机械载荷小。 龙门式 底面较曲轴轴心线底(0.61.0)D，V型机低 (1.01.5)D，刚性较好，较平底式机体重，常用于柴油机及载重车用

31、汽油机 隧道式 曲轴主轴承孔做成一个整体，刚性最好，但也最重，常用于单缸机或非全支承的两缸机。常用滚动轴承，滚动轴承的许用圆周速度限制了发动机转速的提高三十五、冷却水道布置的要求水冷机体的水流布置：应避免死区和旋涡，各缸冷却均匀，防止缸套穴蚀。三十六、气缸形式及各结构的优缺点气缸形式：通常的气缸形式有 无缸套（整体式） 气缸与机体铸成一个整体，散热、刚性好，气缸中心距小，但铸造要求高，要想获得耐磨性好的气缸孔，加合金，成本高，不好修理，一般用于小缸径发动机 干式缸套 机体、气缸体刚性好，不存在冷却水的密封和腐蚀问题，缸心距可取较小，但散热性差，缸套刚性差使得其加工、装配困难。由于散热性差气缸的

32、工作温度高，一般缸径小于140mm的发动机上采用,缸径105mm以下的发动机多采用干式缸套。 湿式缸套 直接与冷却水接触，散热性好；缸套刚性好，易于加工、装配（更换），机体易于制造。但对机体刚性要求高，存在冷却水的密封和腐蚀问题，缸心距大。缸径大的发动机、特别是柴油机多采用湿式缸套。 三十七、机体上的螺栓布置原则布置原则：1远离缸壁2结构对称3强度良好，要有支撑4机体上表面不能发生变形，因而螺纹孔必须在上表面之下三十八、缸套的破坏形式穴蚀及解决办法减小活塞的撞击：适当减小间隙、活塞销偏置等。如有实验表明：如果间隙减小到80%，缸套排气行程中的变形减为原来的1/71/8；提高缸套的刚性,缸套较长

33、时可增加辅助支撑以减小其振幅；改进冷却水腔设计，避免产生气泡：水流流速不应剧烈变化，即冷却水套不宜太窄，截面变化不宜剧烈，水流不宜正对气缸套；提高缸套外壁的抗穴蚀能力：注意材料的选择（包括金相组织）、表面质量、热处理（镀镉、镀铬、镀锌等）。三十九、气缸的磨损情况及解决办法a 正常磨损：在上下止点处，活塞运行速度小，油膜不稳定，且第 一环的燃气压力大，故在上、下止点的第一环位置磨 损最剧烈b 磨料磨损：由尘埃或严重结碳引起的磨损（外界杂质）c 磨料磨损：由机油中的杂质或金属磨粒引起的磨损（内部杂质）d 熔着磨损：气缸与活塞组润滑不良，造成局部金属直接接触，磨 擦造成局部高温，使之熔触粘着、撕脱，

34、逐步扩展形 成熔着磨损e 腐蚀磨损：低温起动频繁或用高硫燃料造成的腐蚀磨损（燃料）f 腐蚀磨损：冷却水温低引起（水）解决措施：合理选择材料：车用经常低温启动、中低速运转，冷却水温低于80，以腐蚀磨损为主奥氏体铸铁越野汽车、拖拉机用环境中粉尘多，磨料磨损为主高磷铸铁、含硼铸铁车用强化柴油机熔着磨损为主缸套内表面镀铬、氮化提高气缸表面加工质量：精 度 圆柱度误差小可以保证气缸与活塞环、活塞接触良好，漏气少；表面质量 表面粗糙度对气缸的耐磨性尤其是初期（磨合期）磨损影响很大，因此要求表面粗糙度低，但也不能太低，否则磨合困难、储油性能差。有的气缸为提高储油能力、改善磨合性能，用珩磨或振动加工的方法小沟

35、漕。缸套表面处理：表面镀铬可提高50%耐磨性，但费用偏高高频淬火对球墨铸铁、灰铸铁最有效，可提高抗磨料磨损性能1至2倍，但淬火时缸套易变形、脆裂磷化处理可改善磨合过程、防止拉缸、提高耐腐蚀性氮 化软氮化较气体氮化好，成本只有镀铬的1/5，在大、中、小型内燃机中得到广泛应用，耐磨性、耐腐蚀性均可提高1倍制订合理的磨合规范使用维护：空气滤清器、机油滤清器的保养，冷却水温合适，燃油含硫量低改善缸套设计三十九、气缸盖设计，疲劳区，措施，螺栓的布置1、工作条件：承受很大预紧力（35Pz）、温度极不均匀；结构复杂、残余铸造应力很大3、设计要求：足够的强度和刚度根据混合气形成和燃烧方式布置出合理的燃烧室形式

36、，气门、气道布置合理结构简单、铸造工艺良好；冷却合适，使缸盖温度场分布均匀材料：应采用抗热疲劳特性好的材料制造。导热性越好、热膨胀系数越小、高温疲劳强度越高，则越能承受交变热负荷的反复作用。4、型式：D<105，Z6，多用整体式，D=105为分块式缸盖下限 D140，一般用单体式 125<D<140，单体、分块、整体式都用，D=125为单体 式下限二、气缸盖结构设计1、燃气面的布置气缸盖的设计一般从燃气面（缸盖底面）的布置开始。燃气面的布置包括：燃烧室的布置气道喉口尺寸的选择和布置喷油器或火花塞的布置2、鼻梁区设计3、缸盖冷却水流组织：布置冷却水流的原则是：确保气缸盖各部分的

37、温度分布尽可能均匀，避免局部温差过大产生热应力，造成变形和裂纹。为此，冷却水道的布置，应能使冷却水流首先进入热负荷较高的区域，然后再流向热负荷较低的区域。 缸盖螺栓布置：1各螺栓受力尽量均匀2各螺栓依次连线所围成区域不能包围空心区域四十、配气机构气门通过能力包含：1、时间-断面值（角度-断面值）2、流量系数（1） 气门时面值（角面值） 任意气门升程h时刻气门的通过断面为：式中：h任意时刻气门升程 气门锥角 dh气门喉口直径 气门的时间断面值（角度断面值）为 气门时面值和丰满系数取决于dh、H、气门升程变化规律和配气相位。（2）流量系数m 平均流量系数m需在不同气门升程下作稳流实验，由实测流量与

38、计算得出的理论流量之比，绘出曲线求平均值。 流量系数反映了气门处的流动阻力特性。四十一、采用多气门技术的优缺点：优点：气缸充量更换彻底；气门组尺寸小、质 量轻，更适应高速运转；排气门热负荷小，工作可靠性易于保证；喷油器或火花塞可以布置在燃烧室中心位置，便于燃烧过程的组织。缺点：气缸盖结构复杂，制造困难；气门驱动机构复杂；零件数量增加。 四十二、气门布置方案及其特点（2）气门布置每缸2气门布置方案 (a)相邻两缸可以共用进气道，可使进气道结构简化，并可获得较大的通道(b)进排气阀交替配置，气道单独布置，冷却效果好，气缸盖温度场均匀，热变形小，适合热负荷较大发动机；对采用螺旋进气道的高速柴油机必须

39、采用此方案(c)二冲程直流扫气发动机用(d)进排气阀分置曲轴中心线两侧，气阀中心线可以同气缸中心线布置成一倾斜角度，从而可以增大气阀直径；但此方案气门驱动机构较复杂，采用顶置凸轮轴时，须通过摇臂驱动每缸4气门布置方案 (a) 同名气门排成两列，并与曲轴轴线方向垂直：气门驱动结构简单；但由于同名气门位于同一气道中前后串 连，两个进气门进气效率不一致影响充气效果，两个排气门中靠近排气管的排气门将受到两股排气气流的冲击，引起较高的热负荷，设计时须采取措施。(b) 同名气门排成两列分置曲轴轴线两侧平行方向：气道通畅，流动性能较好，缸盖热负荷较均匀，气缸盖中央便于布置预燃室；但要采用两根凸轮轴或用一根凸

40、轮轴并采用复杂的气门驱动机构。(c) 同名气门同曲轴轴线成斜线两列布置：两个进气门有单独的气道，有利于组织进气涡流，对于两个同气道的排气门易于采取措施改善排气门及缸盖热负荷的均匀性四十三、凸轮型线设计发动机配气凸轮由三部分组成：基圆段、缓冲(过渡)段、工作段。缓冲段作用：控制气门的开始升起和落座速度，缓和气门开闭时对气门座的冲击，降低噪声，并确保时面值。为克服配气机构的热变形，保证气门在任何工况下都能闭合，必须留有气门间隙；为克服配气机构的弹性变形，保证时面值，必须留有缓冲段。设计的缓冲段升程h0应保证大于两者所需凸轮升程之和。等加速等速型优点：点加速度为零，同工作段加速度能光滑连接，冲击、噪

41、声小；当机构实际间隙发生改变时，不影响挺柱（气门）的速度和加速度；且由于升程增加较快，间隙变动和制造误差对气门正时影响不大。终点处二阶、三阶倒数为零，故更适宜与始点处三阶导数为零的工作段相接。四十四、高次方凸轮的优点高次方凸轮的优点是：高阶光滑，对既定方程改变凸轮升程与凸轮转角很方便。缺点是：要求配气机构有较高的刚度，否则易发生气门“飞脱”；负加速度段对弹簧的适应性不好；方次高时，正加速度段宽度明显减小，不能满足高速发动机的要求。 四十五、排气门损坏形式，气门材料气门工作条件：承受高温作用；燃气接触，受到腐蚀性气体的高速冲击，易受腐蚀；磨擦剧烈。 气门旋转机构：有自由式和定向式两种方式 5、气门材料要求：工作温度下保持高强度并耐腐蚀进气门材料：低合金钢，如：40Cr、38CrSi、4Cr9Si2等排气门材料： A. 马氏体钢，如