第二章 发动机机体组及曲柄连杆机构

汽车构造

功用：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。

组成：

1、机体组

2、活塞连杆组

3、曲轴飞轮组气体力往复惯性力旋转惯性力2.1曲柄连杆机构中的作用力及力矩

2.2机体组一、机体组的功用及组成二、机体1．机体的工作条件及要求

机体是气缸体与曲轴箱的连铸体。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。2．机体材料

机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。最近，在轿车发动机上采用铝合金机体的越来越普遍。3．机体构造高度小，总体布置方便。结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机重量；形状复杂，加工困难。1）气缸的排列形式2）气缸结构形式特点：外壁不直接与冷却水接触。壁厚1～3mm。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。特点：外壁直接与冷却水接触。壁厚5～9mm。

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。在风冷气缸的外壁铸制散热片，以增加散热面积，增强散热能力。

油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式平底式龙门式隧道式

3）按曲轴箱结构形式三、气缸盖功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。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。

水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。在多缸发动机中，全部气缸共用一个气缸盖的，则称该气缸盖为整体式气缸盖；若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分块式气缸盖；若每缸一盖，则为单体式气缸盖。风冷发动机均为单体式气缸盖。气缸垫：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。气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞2、气缸盖罩和气缸垫3、

燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪柴油机的分隔式燃烧室四、气缸衬垫功用:保持气缸密封不漏气，保持由机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。工作条件:承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液的腐蚀。要求:具有足够的强度，并且要耐压、耐热和耐腐蚀。还需要有一定的弹性，以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙度和不平度以及发动机工作时反复出现的变形。按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。五、油底壳1、概念：

贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、使用特点：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3、材料：

薄钢板冲压

六、发动机的支承发动机一般通过机体和飞轮壳或变速器壳上的支承支撑在车架上。发动机的支承方法，一般有三点支承和四点支承两种。三点支承可布置成前一后二或前二后一。采用四点支承法时，前后各有两个支承点。2.3曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构的功用及组成曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。功用：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。组成：活塞组、连杆组和曲轴飞轮组。活塞组连杆组曲轴飞轮组气环油环活塞销活塞二、活塞组(一)活塞1．活塞的功用及工作条件功用：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。工作条件：作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。2．活塞材料广泛采用铝合金，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢。3．活塞构造顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，制作较厚。

裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。

结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。（1）活塞顶部

功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。浅凹坑，方便在主燃烧室形成二次涡流，增进混合气的形成与燃烧。喷油器将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。头部（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流。增加环槽的耐磨性。增加活塞的强度，提高第一道环槽的耐磨性。（3）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧向力，防止破坏油膜。裙部活塞裙部的椭圆变形演示（1）预先做成阶梯形、锥形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。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。

4、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：（2）预先做成椭圆形椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。（3）活塞裙部开槽横向绝热槽减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽留有膨胀余地活塞强度降低绝热槽膨胀槽（4）为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。

恒范钢片式活塞的结构特点：恒范钢为含镍33%～36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。（5）在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。在保证裙部有足够承压面积的条件下，将不承受侧向力一侧的裙部部分地去掉，即为半拖鞋式裙部；若全部去掉则为拖鞋式裙部。优点是：

①质量轻，比全裙式活塞轻10％～10％，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。

②裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。

③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。4．活塞的冷却自由喷射冷却法：从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油。振荡冷却法：从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。强制冷却法：在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：

6万公里材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）

切口气环（1）气环

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气缸壁，再由冷却水将其带走。将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。气环的泵油原理：（2）油环：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。种类普通油环组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片油环的刮油作用集油槽刮油唇回油孔回油孔（三）活塞销作用：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。材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。连杆活塞销全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。半浮式：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。三、连杆组作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆组件分解图组成：连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。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。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。连杆大头是剖分的，连杆盖用螺栓或螺柱紧固，为使结合面在任何转速下都能紧密结合，连杆螺栓的拧紧力矩必须足够大。

连杆轴瓦4连杆螺栓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，如40Cr、35CrMo等。经调质后滚压螺纹，表面进行防锈处理。

V型发动机连杆的布置形式并列式主副式叉型式四、曲轴飞轮组起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴（一）、曲轴1、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其他各种辅助装置。2、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。

3、结构：前端轴连杆轴颈（曲柄销）曲轴轴颈（主轴颈）后端轴平衡重单元曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄臂及主轴颈构成。曲柄臂4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。5、分类：整体式（常用）组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上）6、组成：（1）主轴颈曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油机均采用。全支承：非全支承：曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大，缩短了曲轴的总长度。——用于支撑曲轴。（2）连杆轴颈（曲柄销）（3）曲柄——曲柄臂，用于连接主轴颈和连杆轴颈（4）平衡重平衡离心力偶减轻或消除弯曲变形部分中空兼作油道安装连杆大头中空连杆轴径平衡重曲柄销（5）前端轴和后端轴前端轴：安装正时齿轮及附件（皮带盘等）1.2止推轴承3.止推片4.正时齿轮5.甩油盘6.油封7.皮带轮8.起动爪曲轴的前端7两止推轴承白金合面相背曲轴向前移动，后止推轴承与曲轴臂端面摩擦；轴向后移动，前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。4186325后端轴：安装飞轮前后端轴都设有防漏装置：挡油盘、回油螺纹、油封等。曲轴后端回油螺纹（6）曲轴的轴向限位

通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的（翻边轴瓦）。主轴颈止推垫片止推垫片连杆轴颈主轴承盖（二）、曲拐的布置1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸机：1-5-3-6-2-4；

（1）一般规律（2）常见曲轴曲拐的布置对缸数为i的发动机而言，其发火顺序为：四行程：720°/i

二行程：360°/i3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。四缸四行程发动机的曲拐布置四冲程直列四缸发动机的发火间隔角为720°/4＝180°。4个曲拐在同一平面内。发动机工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3。

四冲程直列四缸发动机工作循环表

六缸四行程发动机的曲拐布置四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置：四行程直列六缸发动机发火间隔角为720°/6=120°，六个曲拐分别布置在三个平面内，发火顺序是1-5-3-6-2-4。

四冲程V型六缸发动机的发火间隔角仍为120°,3个曲拐互成120°。工作顺序R1-L3-R3-L2-R3-L1。面对发动机的冷却风扇，右列气缸用R表示，由前向后气缸号分别为R1、R2、R3；左列气缸用L表示，气缸号分别为L1、L2和L3。

四冲程V8发动机的发火间隔角为720°/8＝90°,4个曲拐互成90°。工作顺序基本上有两种：R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2和L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1。曲轴回转的特点：1.扭转弹性系统，具有自振频率；2.曲轴各曲柄的旋转呈周期性变化；3.飞轮匀速运动。最终，曲轴各曲柄的转动比飞轮时快时慢，产生扭转振动。（三）、曲轴扭转