发动机机械结构(中文)

1、Copyright by Hyundai Motor Company. All rights reserved. 发动机机械结构发动机机械结构 讲课顺序讲课顺序目录目录1.概述概述2.机体组件机体组件3.配气机构配气机构4.润滑系统润滑系统5.冷却系统冷却系统6.进气系统和排气系统进气系统和排气系统火力火力电力电力风力风力水力水力 / 蒸汽蒸汽转换成机械能转换成机械能 概述概述汽车动力源汽车动力源概述概述燃油燃油空气空气混和气混和气进气行程进气行程 压缩行程压缩行程点火点火做功行程做功行程内燃机内燃机发动机发动机必备条件必备条件 舒适性舒适性便利性便利性紧凑性紧凑性 低排放低排放应答性应答性概

2、述概述概述概述发动机发动机分类分类 柴油发动机柴油发动机 - 压燃方式压燃方式汽油发动机汽油发动机 - 火花点燃方式火花点燃方式 安装方式安装方式气缸排列方式气缸排列方式 气缸数气缸数工作方式工作方式 Front 发动机发动机 Front 驱动驱动 Front 发动机发动机 Rear驱动驱动 Mid 发动机发动机 Rear 驱动驱动 Rear 发动机发动机 Rear 驱动驱动 直列直列发动机发动机 V- 发动机发动机 对置式对置式发动机发动机 4- 缸缸发动机发动机 6- 缸发动机缸发动机 纵置纵置横置横置 冷却冷却 水冷水冷风冷风冷 工作行程工作行程 四行程四行程二行程二行程 气门机构气门机

3、构 凸轮轴上置式凸轮轴上置式(OHC) 气门顶置式气门顶置式(OHV)排气量：排气量： V (cm) 行行 程：程： S (cm)内内 径：径： D (cm) V = 3.14 x D x S 内径内径 (cm) 行程行程 (cm) 高压缩比高压缩比=高功率高功率气缸容积气缸容积 燃烧室容积燃烧室容积 压缩比压缩比 86mm75mmShort stroke 84mm88mmLong stroke 概述概述排气量和压缩比排气量和压缩比 气缸容积气缸容积 燃烧室容积燃烧室容积 发动机发动机功率和扭矩功率和扭矩75kg 1m in 1 sec. Nm 2500 rpm 5000 Nm 燃烧压力燃烧压

4、力 rpm kW Nm rpm 柴油发动机柴油发动机 汽油发动机汽油发动机 概述概述活塞活塞曲轴曲轴1. 进气进气 2. 压缩压缩3. 做功做功 4. 排气排气4行程工作循环行程工作循环概述概述4行程工作循环行程工作循环概述概述机体组件机体组件将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。作用作用承受机械载荷：承受机械载荷：1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力2、汽车行驶中产生的冲击力。、

5、汽车行驶中产生的冲击力。组成组成1、机体组、机体组2、曲轴飞轮组、曲轴飞轮组3、活塞连杆组、活塞连杆组 曲轴箱通风曲轴箱通风 冷却水套冷却水套 气缸盖气缸盖 凸轮轴凸轮轴进气歧管进气歧管进气口进气口 气门气门油底壳油底壳曲轴曲轴飞轮飞轮 间隙调节器间隙调节器 机油泵和收集器机油泵和收集器 连杆连杆气缸套气缸套 曲轴箱曲轴箱 活塞活塞 排气口排气口 摇臂轴摇臂轴活塞销活塞销 排气歧管排气歧管发动机组成部件发动机组成部件机体组件机体组件发动机截面图发动机截面图机体组件机体组件平分式平分式 龙门式龙门式 冷却水套冷却水套 气缸体气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体水冷发动机的气缸

6、体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体-曲轴箱曲轴箱气缸体类型气缸体类型平分式：油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。平分式：油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。龙门式：油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。龙门式：油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。机体组件机体组件气缸体气缸体整体式整体式 镶嵌式镶嵌式湿式湿式镶嵌式镶嵌式干式干式 整体式：整体式：气缸直接镗在气缸体上，强度和刚度好，能承受大

7、负荷。成本高。气缸直接镗在气缸体上，强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式镶嵌式湿式湿式外壁外壁直接直接与冷却水接触。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易与冷却水接触。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。漏水。镶嵌式镶嵌式干式干式外壁外壁不直接不直接与冷却水接触。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。与冷却水接触。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。机体组件机体组件曲轴飞轮组曲轴飞轮组机体组件机体组件飞轮飞轮 活塞活塞 活塞环组活塞环组连杆连杆活塞销活塞销连杆轴承连杆轴承曲轴轴承曲轴轴承曲轴轴颈曲轴轴颈机体组件机体组件曲轴曲轴

8、曲轴销曲轴销 主轴颈主轴颈 平衡块平衡块 机油通道机油通道 轴瓦轴瓦 轴瓦轴瓦下部轴承下部轴承 上部轴承上部轴承 功用：功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。其他各种辅助装置。工作条件：工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。曲轴曲轴机体组件机体组件一般规律一般规律1）各缸的作功间隔）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发要尽量均衡，以使发动机运转平稳。动机运转平稳。2）连续作功的两缸）连续作功的两

9、缸相隔尽量远些，最好相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部是在发动机的前半部和后半部交替进行。和后半部交替进行。3）V型发动机左右气型发动机左右气缸尽量交替作功。缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动对称、均匀以使发动机工作平衡性好。机工作平衡性好。飞轮飞轮机体组件机体组件功用：功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、带动曲柄连杆机构越过上、 下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩

10、尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。飞轮边缘部分做的厚飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯些，可以增大转动惯量量齿圈在发动机起动齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。合，带动曲轴旋转。活塞顶活塞顶 气门凹槽气门凹槽 活塞裙部活塞裙部 连杆连杆轴承轴承连杆盖连杆盖 气环气环活塞销活塞销油环油环活塞连杆组活塞连杆组机体组件机体组件燃烧压力燃烧压力 活塞活塞连杆连杆活塞体活塞体 前前 大大小小机体组件机体组件连杆连杆作用：作用：连接连接活塞活塞与与曲轴曲轴，并把活塞

11、承受的气体压力传给曲轴，使活塞的，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复往复运动变成运动变成曲轴的曲轴的旋转旋转运动。运动。油孔油孔 Piston boss Ringzone Steel ring inlay Cast inlay 机体组件机体组件活塞活塞功用：功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。工作环境：工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达高温、散热条件差；顶部工作温度高达600700K，且分布不均匀；高速，线速度达，且分布不均匀；高速，线速度达到到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达，承受很大的惯性力

12、。活塞顶部承受最高可达3 5MPa（汽油机）的压力，（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。使之变形，破坏配合联结。材料：材料：铝合金材质质量小导热性好铝合金材质质量小导热性好机体组件机体组件活塞环活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。：高温、高压、高速、极难润滑。作用：作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。气缸壁，再由冷却水将其带走。活塞环三大作用：活塞环三大作用：密封，导热

13、，刮油密封，导热，刮油直径直径 Ring side Ring face 切口切口 Width Tangential Tension Diametral Tension Radial thickness Oil vents Contacting lands Channel 气环气环 油环油环活塞环活塞环正常正常磨损时磨损时机体组件机体组件进气凸轮轴进气凸轮轴 排气凸轮轴排气凸轮轴进气口进气口排气口排气口气缸盖气缸盖功用：功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。工作条件：工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。由于接触温度很

14、高的燃气，所以承受的热负荷很大。材料：材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。灰铸铁或合金铸铁，铝合金。机体组件机体组件机体组件机体组件气缸盖气缸盖名称名称 特点特点示意图示意图半球形半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高率高、热损失小、热效率高楔形楔形结构简单、紧凑、散热面积小、结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长高处，火焰传播距离长盆形盆形工艺性好、成本低、进排气效果工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室不如半球形燃烧室密封垫总称密封垫总称 气缸盖气缸盖 气缸体气缸体 油底壳油

15、底壳气缸垫气缸垫 密封胶密封胶 油封油封Fire rings 机体组件机体组件气缸垫和油封气缸垫和油封配气机构配气机构功用：功用：按照发动机每个气缸内所进行的工作循按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机汽油机)或空气或空气(柴油机柴油机)得以及时进入气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。缸，废气得以及时从气缸排出。充气效率：充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统空气或可燃混合气

16、的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。气或可燃混合气的质量之比。配气机构配气机构 气门气门凸轮轴凸轮轴液压顶柱液压顶柱 摇臂摇臂凸轮轴凸轮轴凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮 Cam nose Cam lift 工作角度工作角度凸轮轴与气门传动机构凸轮轴与气门传动机构配气机构配气机构排气门排气门 进气门进气门 气门导管气门导管 弹簧弹簧气门油封气门油封气门杆气门杆 气门座气门座 Valve disk 气门锥面气门锥面 进气门和排气门进气门和排气门功用：功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲燃烧

17、室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。击、高速气流冲击。工作条件：工作条件：进气门进气门570K670K，排气门，排气门1050K1200K。头部承受气体压力、气门弹。头部承受气体压力、气门弹簧力等，冷却和润滑条件差，被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。簧力等，冷却和润滑条件差，被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨配气机构配气机构气门间隙气门间隙气门间隙：气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端

18、与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。气门气门间隙间隙进气门进气门0.250.30mm排气门排气门0.300.35mmHLA(油压式气门间隙调节机构油压式气门间隙调节机构)优点：优点：在行驶过程中根据温度变化，气门系统磨损情况在行驶过程中根据温度变化，气门系统磨损情况 等自动以油压方式调整气门间隙等自动以油压方式调整气门间隙缺点：缺点：凸轮与凸轮与HLA, HLA与气门弹簧之间始终存在磨擦与气门弹簧之间始终存在磨擦MLA(机械式气门间隙调整机构机械式气门间隙调整机构)缺点：缺点：气门出现间隙，因此出现噪音时需要以手动方式气门出现间

19、隙，因此出现噪音时需要以手动方式 调整气门间隙调整气门间隙 优点：优点：减少发动机磨擦并减少油耗减少发动机磨擦并减少油耗(约约1.2%)配气机构配气机构气门重叠气门重叠6 9进气门打开进气门打开排气门排气门关关 闭闭排气门排气门打打 开开40 31 进气门进气门关关 闭闭压缩行程压缩行程进气行程进气行程作工行程作工行程排气行程排气行程配气相位配气相位气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位配气相位气门重叠：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。气门重叠：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。配气机构配气机构凸轮

20、轴传动方式凸轮轴传动方式正时皮带正时皮带 正时链正时链链条导轨链条导轨链条传动链条传动曲轴曲轴链条链条凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮齿形带传动齿形带传动曲轴曲轴齿形皮带齿形皮带凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮配气机构配气机构连续可变气门正时连续可变气门正时 (CVVT)CVVT正时链正时链进气进气排气排气机油控制阀机油控制阀滤清器滤清器 机油温度传感器机油温度传感器 提前室提前室机油通道机油通道迟延室迟延室滤清器滤清器OCV凸轮轴油道凸轮轴油道配气机构配气机构润滑作用：润滑作用：将机油不断地供给各零件的摩擦表面，减少零件的摩擦和磨损。将机油不断地供给各零件的摩擦表面，减少零件的摩擦和磨损。清洗作用：

21、清洗作用：清除摩擦表面上的磨屑等杂质。清除摩擦表面上的磨屑等杂质。冷却作用：冷却作用：气缸壁上形成的油膜可冷却摩擦表面。气缸壁上形成的油膜可冷却摩擦表面。密封作用：密封作用：在运动零件之间、气缸壁上形成的油膜形成油膜可以提高密封性，防在运动零件之间、气缸壁上形成的油膜形成油膜可以提高密封性，防 止漏气和漏油。止漏气和漏油。防锈作用：防锈作用：在零件表面形成油膜，防止零件生锈。在零件表面形成油膜，防止零件生锈。液压作用：液压作用：利用润滑油作液压油。利用润滑油作液压油。缓冲作用：缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击减小振动。在运动零件表面形成油膜，吸收冲击减小振动。润滑系统作用润滑系统作用

22、润滑系统润滑系统润滑方式润滑方式应用范围应用范围压力润滑压力润滑负荷大，相对运动速度高的工作表面。负荷大，相对运动速度高的工作表面。飞溅润滑飞溅润滑外露、负荷小、相对运动速度小的工作表面。外露、负荷小、相对运动速度小的工作表面。定期润滑定期润滑辅助机件辅助机件机油压力警告灯机油压力警告灯 润滑系统润滑系统润滑系统组成润滑系统组成集滤器、机油泵、油底壳、机油滤清器、机油散热器、机油压力表、机油温度表集滤器、机油泵、油底壳、机油滤清器、机油散热器、机油压力表、机油温度表齿轮式机油泵齿轮式机油泵 转子式转子式润滑系统润滑系统机油泵机油泵功用：功用：提高机油压力，保证机油在润滑系系统内不断循环。提高机

23、油压力，保证机油在润滑系系统内不断循环。分类：分类：齿轮式机油泵：结构简单、加工方便、工作可靠、使用寿命长齿轮式机油泵：结构简单、加工方便、工作可靠、使用寿命长转子式机油泵：结构紧凑、重量轻、外形尺寸小、泵油量大、供油均匀度好、成本低转子式机油泵：结构紧凑、重量轻、外形尺寸小、泵油量大、供油均匀度好、成本低润滑系统润滑系统作用：作用：使循环流动的机油在送往运动零件表面之前，滤去机油中的金属屑和大气使循环流动的机油在送往运动零件表面之前，滤去机油中的金属屑和大气 中的尘埃及燃料燃烧不完全所产生的炭粒。中的尘埃及燃料燃烧不完全所产生的炭粒。分类：分类：集滤器、粗滤器、细滤器、复合式滤清器集滤器、粗

24、滤器、细滤器、复合式滤清器机油滤清器机油滤清器机油滤清器盖机油滤清器盖支架支架滤芯滤芯O O型圈型圈安全阀安全阀冷却系统冷却系统功用：功用：使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作 发动机以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去发动机以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去冷却程度冷却程度后果后果过冷过冷热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝在气缸壁上的燃油流热量散失过多，增加燃油消耗，冷凝在气缸壁上的燃油流到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。到曲轴箱中稀释润滑油，磨损加剧。不足不足发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动机功率下降润发动机过热，充气量减少燃烧不正常，发动机功率下降润滑不良，加剧磨损滑不良，加剧磨损冷却系统作用冷却系统作用暖风水箱暖风水箱 鼓风机鼓风机 暖风水管暖风水管 节温器节温器出水管出水管 散热器盖散热器盖 副水箱副水箱 前前散热器散热器冷却风扇冷却风扇 冷却水套冷却