第3章发动机之曲柄连杆机构

27七月2023北京邮电大学自动化学院127七月2023北京邮电大学自动化学院2曲柄连杆机构的功用热能机械能燃气压力

转矩连杆活塞曲轴27七月2023北京邮电大学自动化学院3曲柄连杆机构能量转换热能

转变为机械能向工作机构输出机械能27七月2023北京邮电大学自动化学院4曲柄连杆机构工作过程将活塞顶上的燃气压力转变为曲轴转矩27七月2023北京邮电大学自动化学院5曲柄连杆机构的组成1、机体组

气缸体曲轴箱气缸套气缸盖气缸垫油底壳等2、活塞连杆组

活塞活塞环 活塞销连杆等3、曲轴飞轮组

曲轴飞轮等27七月2023北京邮电大学自动化学院627七月2023北京邮电大学自动化学院727七月2023北京邮电大学自动化学院827七月2023北京邮电大学自动化学院91.机体组的功用

机体组是发动机的支架是各机构与系统的装配机体气缸盖密封气缸、形成燃烧室机体与气缸盖内水套—冷却系统机体与气缸盖内油道—润滑系统27七月2023北京邮电大学自动化学院10（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却（以免损坏和变形）发动机中最大的零件承受拉、压、弯、扭等机械负荷承受高温燃气很大的热负荷发动机大部分零件安装在机体上（2）力求结构紧凑、质量轻尽量减小整机的重量（发动机最大的零件）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）（3）机体材料一般高强度灰铸铁、铝合金合金铸铁

机体工作条件、要求及材料27七月2023北京邮电大学自动化学院11

气缸的排列方式（发动机形式）直列式V型式对置式27七月2023北京邮电大学自动化学院12气缸W型式大众W12由两个夹角为15°的V6发动机，以72°的夹角组成拥有5.6升的排量

27七月2023北京邮电大学自动化学院13A8L6.0及其W12发动机

27七月2023北京邮电大学自动化学院14

气缸的结构形式（气缸套）（1）无气缸套式优点：缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量机体刚度大、工艺性好缺点：耐磨合金铸铁成本高无气缸套式铝合金缸体气缸表面镀铬，提高耐磨性

27七月2023北京邮电大学自动化学院15干式缸套灰铸铁或铝合金缸体可卸干式缸套（2）干式缸套式1~327七月2023北京邮电大学自动化学院16（3）湿式缸套式普通铸铁或铝合金缸体AB环带：径向定位凸缘C：轴向定位缸套顶面略高于缸体平面：0.05~0.15mm密封圈：下部1~3道密封圈ABC0.05~0.155~927七月2023北京邮电大学自动化学院17干、湿式缸套比较和冷却水直接接触与缸体配合较松壁厚5～9mm

不直接和冷却水接触与缸体紧配合壁厚1～3mm

缸套材料：合金铸铁或合金钢27七月2023北京邮电大学自动化学院1827七月2023北京邮电大学自动化学院196.水冷和风冷气缸体（1）水冷气缸体利用水套中的冷却水流过高温零件的周围带走多余热量27七月2023北京邮电大学自动化学院20缸体与曲轴箱分开铸缸体和缸盖铸有散热片如有风扇可加强散热（2）风冷气缸体27七月2023北京邮电大学自动化学院21气缸盖

1.气缸盖的组成

密封气缸上部形成燃烧室冷却水套与缸体水套相通

设有进排气座、气门导管孔设有进排气通道汽油机缸盖：设有火花塞座孔柴油机缸盖：设有喷油器座孔27七月2023北京邮电大学自动化学院22气缸盖气缸盖示意图气缸盖实物27七月2023北京邮电大学自动化学院235.燃烧室（1）燃烧室基本要求结构经凑：（表面积/容积）要小，减小热损失，提高热效率能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合27七月2023北京邮电大学自动化学院24（2）汽油机燃烧室楔形盆形半球形27七月2023北京邮电大学自动化学院25（3）柴油机燃烧室①直喷式燃烧室ω形燃烧室球形燃烧室27七月2023北京邮电大学自动化学院26②分开式燃烧室涡流燃烧室预燃燃烧室喷油器喷油器涡流室预燃室27七月2023北京邮电大学自动化学院27直喷式燃烧室燃烧室容积集中于活塞顶上的燃烧室凹坑内27七月2023北京邮电大学自动化学院28涡流燃烧室空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动大部分柴油在涡流室内燃烧形成二次涡流混合燃烧27七月2023北京邮电大学自动化学院29思考题（续）1.曲柄连杆机构的功用和组成？2.气缸体的结构形式及概念比较?3.气缸的三种排列方式及特点?4.比较干式和湿式缸套的特点?5.机体组由哪些零件组成？

6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？课外27七月2023北京邮电大学自动化学院30

活塞连杆组

活塞活塞环活塞销连杆组曲轴飞轮组

活塞

活塞环

活塞销

连杆组

27七月2023北京邮电大学自动化学院31活

塞

活塞功用

（1）承受气缸中的燃气压力（2）将燃气作用力通过活塞销和连杆传给曲轴，推动曲轴旋转（3）参与组成燃烧室27七月2023北京邮电大学自动化学院32工作条件：高温、高压、高速往复直线运动

要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。

材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。27七月2023北京邮电大学自动化学院33成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。

锻造：强度比铸造高、导热性较好，适用于强化发动机，制造成本高。27七月2023北京邮电大学自动化学院34

活塞构造活塞顶部活塞头部活塞裙部27七月2023北京邮电大学自动化学院35（1）活塞顶部（燃烧室组成部分）汽油机多采用平顶、有些采用凹顶二冲程汽油机多用凸顶柴油机多采用各种各样的凹坑凸顶凹坑平顶凹顶27七月2023北京邮电大学自动化学院36（2）活塞头部（活塞环槽以上部位）承受气体压力将热量通过活塞环传给气缸壁与活塞环实现气缸密封①主要作用27七月2023北京邮电大学自动化学院37环槽环槽护圈可保护和加强铝合金活塞环槽隔热槽(有时)

使部分热流转向二、三环②主要结构气环油环热负荷较高发动机采用27七月2023北京邮电大学自动化学院38（3）活塞裙部（活塞环槽以下部位）①功用

②椭圆变形

为活塞导向和承受侧压力燃气压力使裙部弯曲变形侧压力使销座轴线方向增大热变形使销座轴线方向增大27七月2023北京邮电大学自动化学院39活塞裙部椭圆形冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形27七月2023北京邮电大学自动化学院40活塞销座附近裙部外表面下陷为减少活塞销座附近处的热变形量27七月2023北京邮电大学自动化学院41④活塞销座轴线布置活塞越过上止点时侧压力方向改变会产生“敲缸”噪声可减轻活塞“敲缸”噪声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大主推力面活塞销偏移布置(偏移活塞轴线1~2mm)活塞销对中布置27七月2023北京邮电大学自动化学院42二、活

塞

环

1.活塞环功用

气环

刮油均匀油膜辅助密封油环密封导热

27七月2023北京邮电大学自动化学院43三、活

塞

销

1.活塞销功用

连接活塞和连杆

将活塞承受的力传给连杆

活塞销连杆衬套卡环27七月2023北京邮电大学自动化学院44四、连

杆

组

连杆衬套连杆体连杆螺栓连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖螺母连杆衬套连杆体连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖连杆螺栓集油孔喷油孔27七月2023北京邮电大学自动化学院451.连杆组功用活塞曲轴往复运动旋转运动连杆力27七月2023北京邮电大学自动化学院463.连杆构造

小头杆身大头小头杆身大头集油孔喷油孔纵向油道27七月2023北京邮电大学自动化学院47（3）连杆大头①剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）

平切口斜切口结合面与连杆轴线垂直刚度大变形小成本低汽油机采用平切口结合面与连杆轴线成30°~60°夹角连杆体能从缸体上端取出多用于柴油机27七月2023北京邮电大学自动化学院484.V型发动机连杆

（1）并列连杆前后连杆可通用左右两列活塞运动规律相同增加了曲轴和发动机长度优点缺点27七月2023北京邮电大学自动化学院49（2）主副连杆主副连杆不能互换两列活塞运动规律和上止点位置不相同优点不会增加发动机长度缺点主连杆副连杆27七月2023北京邮电大学自动化学院50（3）叉形连杆两列气缸无需错开两列气缸中活塞运动规律相同连杆大头结构复杂、刚度较差优点缺点叉形连杆内连杆叉形连杆轴承内连杆轴承27七月2023北京邮电大学自动化学院51思考题?1.指出右图中各零件的名称？(活塞连杆部分)课堂27七月2023北京邮电大学自动化学院52曲轴飞轮组

飞轮曲轴曲轴轴承曲轴

曲轴前后端密封

曲轴扭转减震器

飞轮

曲轴轴承

平衡机构

27七月2023北京邮电大学自动化学院53一、曲

轴

1.曲轴功用曲轴气体压力转矩飞轮汽车传动系驱动配气机构和其它辅助装置27七月2023北京邮电大学自动化学院543.曲轴构造

平衡重输出端曲轴前端主轴颈连杆轴颈曲柄臂单元曲拐自由端曲轴后端27七月2023北京邮电大学自动化学院55（1）曲轴分类①按单元曲拐连接方式分类

整体式曲轴各单元曲拐锻造或铸造成整体工作可靠质量轻结构简单加工面少主轴颈连杆轴颈曲柄臂概念特点27七月2023北京邮电大学自动化学院56组合式曲轴由单元曲拐组合装配方便制造和更换结构复杂拆装不便曲柄臂兼作主轴颈单元曲拐滚动轴承(主轴承)配用隧道式机体概念特点27七月2023北京邮电大学自动化学院57②按主轴颈数分类全支承曲轴相邻两个曲拐间都有主轴颈抗弯曲能力强可减轻主轴颈载荷概念主轴颈多加工面多曲轴和机体较长缺点优点27七月2023北京邮电大学自动化学院58非全支承曲轴主轴颈数少于全支承曲轴概念缺点优点与全支承曲轴恰好相反27七月2023北京邮电大学自动化学院59（3）曲轴前端曲轴带轮空调压缩机动力转向泵张紧轮导向轮发电机曲轴正时齿形带轮曲轴链轮凸轮轴正时齿形带轮水泵机油泵27七月2023北京邮电大学自动化学院60曲轴前端驱动27七月2023北京邮电大学自动化学院61（4）曲轴后端曲轴带轮曲轴正时齿形带轮曲轴链轮安装飞轮用凸缘飞轮27七月2023北京邮电大学自动化学院62（5）曲轴润滑机油机体油道主轴承主轴颈曲轴油孔连杆轴承连杆轴颈27七月2023北京邮电大学自动化学院63（1）直列四缸发动机工作循环发火间隔角720⁰/4=180⁰工作顺序1-3-4-21-2-4-314321-42-3180⁰27七月2023北京邮电大学自动化学院64工作循环表（1-3-4-2）曲轴转角(°)第一缸第二缸第三缸第四缸0~180排气压缩进气180~360排气进气压缩360~540进气压缩排气540~720压缩进气排气作功作功作功作功27七月2023北京邮电大学自动化学院65（2）直列六缸发动机工作循环发火间隔角720⁰/6=120⁰工作顺序1-5-3-6-2-41-4-2-6-3-514321-63-4120⁰562-527七月2023北京邮电大学自动化学院66工作循环表（1-5-3-6-2-4）曲轴转角(⁰)

第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0~1800~60排气压缩进气60~120压缩排气120~180进气180~360180~240排气压缩240~300

进气300~360压缩排气360~540360~420进气420~480排气压缩480~540进气540~720540~600压缩排气600~660进气660~720作功作功作功作功作功作功27七月2023北京邮电大学自动化学院67（3）V8发动机工作循环发火间隔角720⁰/8=90⁰工作顺序R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190⁰R4

R3

R2

L1L4

L3

L2

R2-L2R3-L3R4-L427七月2023北京邮电大学自动化学