發(fā)動機構造交流

1、發(fā)動機基礎知識介紹 dypt質量部 2006年7月18日,曲柄連桿機構,曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。 它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成,發(fā)動機在作功時，汽缸內(nèi)的溫度可高達2500k以上，最高壓力5-9mpa，現(xiàn)代發(fā)動機最高轉速3000-6000r/min，則活塞每秒要行經(jīng)100-200個行程，其線速度很高,此外，與可然混合氣和廢氣接觸的機件還受到化學腐蝕。所以，曲軸連桿機構

2、的工作特點是高溫、高壓、高速以及化學腐蝕,例如，在氣缸中作往復運動的機件，要受到氣體力、慣性力的作用；旋轉機件要受到離心力的作用；相對運動機件要受到摩擦力的作用。這些力作用在曲軸連桿機構上，會使各傳動機件受到拉伸、壓縮和彎扭等不同形式的載荷。因此，在結構和選材上必須采取相應的措施,曲柄連桿機構受的力主要有氣壓力p，往復慣性力pj，旋轉離心力pc和摩擦力f,受力分析,1、 氣壓力：氣壓力p的集中力pp分解為側壓力np和sp， sp分解為rp和tp，rp使曲軸主軸頸處受壓，tp為周向產(chǎn)生轉矩的力,1)作功行程：側壓力np向左，活塞的左側面壓向氣缸壁，左側磨損嚴重,np,sp,p,rp,tp,2)壓

3、縮行程：側壓力np向右，活塞的右側面壓向氣缸壁，右側磨損嚴重,2、 往復慣性力pj：活塞在上半行程時，慣性力都向上，下半行程時，慣性力都向下。在上下止點活塞運動方向改變，速度為零，加速度最大，慣性力也最大；在行程中部附近，活塞運動速度最大，加速度為零，慣性力也等于零,pj,3、 離心慣性力pc：旋轉機件的圓周運動產(chǎn)生離心慣性力，方向背離曲軸中心向外。離心力加速軸承與周頸的磨損，也引起發(fā)動機振動而傳到機體外,pc,4、摩擦力f：指相互運動件之間的摩擦力，它是造成配合表面磨損的根源,一、機體組,1、機體組：氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套、氣缸蓋和氣缸墊-不動件,曲軸箱,氣缸體,氣缸墊,氣缸蓋,氣缸

4、,油道和水道,油底殼,1、氣缸體 水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體曲軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等,1、氣缸體,油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度,氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式,1）按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為,油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心,2）根據(jù)冷卻方式不同,1)、水冷 (2)、風冷,3）整體式氣缸體和鑲嵌式氣缸體,1)、整體式氣缸體：氣缸直接鏜在氣缸體上。 (2)、鑲嵌式氣缸體：氣缸套鑲嵌到氣缸體內(nèi)的氣缸,2

5、、氣缸蓋與氣缸襯墊,功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構成燃燒室。 工作條件：由于接觸溫度很高的燃氣，所以承受的熱負荷很大。 材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。 氣缸蓋上有冷卻水套、燃燒室、進排氣門道、氣門導管孔和進排氣門座、火花塞孔或噴油器座孔,多缸一蓋安裝時：由中央對稱向四周擴展擰緊螺栓分23次 。拆卸相反順序。 鋁合金缸蓋冷機擰緊即可； 鑄鐵缸蓋冷機擰緊后熱機還需擰緊一次,1）、汽油機燃燒室 要求：結構緊湊，冷卻面積??；能使混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動 類型,3、氣缸墊 1）.作用：保證缸體與缸蓋間的密封，防止漏水、漏氣、竄油 。 2）.材料：有彈性、耐熱性、耐壓性 3）.安

6、裝時注意方向,4、油底殼 1).功用：貯存和冷卻機油并封閉曲軸箱。 2).構造：（1）用薄鋼板沖壓而成。 (2)內(nèi)部設有穩(wěn)油擋板，以防止汽車振動時油底殼油面產(chǎn)生較大的波動。 (3)最低處有放油塞(磁性) (4)曲軸箱與油底殼之間有密封襯墊,二、活塞連桿組,1 活塞 1）功用： (1)與氣缸蓋、氣缸壁等共同組成燃燒室； (2)承力傳力：承受氣體壓力，并將此力傳給連桿，以推動曲軸旋轉。 2）工作環(huán)境： 高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達600-700k，且分布不均勻；高速，線速度達到10m/s，承受很大的慣性力?；钊敳砍惺茏罡呖蛇_3-5mpa（汽油機）的壓力，使之變形，破壞配合聯(lián)結。 3）材料：

7、 鋁合金：質量小 （約為鑄鐵活塞的50%70%）；導熱性好（約為鑄鐵的三倍）；3. 熱膨脹系數(shù)大。 灰鑄鐵,4）構造：活塞可分為頂部、頭部、裙部,銷座,1)、頂部：是燃燒室的組成部分，用來承受氣體壓力,結構簡單、制造容易、受熱面積小、應力分布較均勻，多用在汽油機上,凸起呈球狀、頂部強度高，起導向作用、有利于改善換氣過程,凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。（高壓縮比發(fā)動機為了防止碰撞氣門，也可用凹坑的深度來調(diào)整壓縮比,2）活塞頭部,位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分,氣環(huán)槽,油環(huán)槽,工作條件最惡劣，應離頂部遠些,1)、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸、 (2

8、)、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)， (3)、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁,作用,活塞銷孔,3）活塞裙部,1)位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。 (2)作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復運動起導向作用，并承受側壓力，防治破壞油膜,3）活塞的變形及采取的相應措施 a、變形原因：熱膨脹、側壓力和氣體壓力,b、變形規(guī)律 （1）活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹量，使配缸間隙變小。因活塞溫度高于氣缸壁，且鋁合金的膨脹系數(shù)大于鑄鐵； （2）活塞自上而下膨脹量由大而小。因溫度上高下低，壁厚上厚下薄； （3）裙部周向近似橢圓形變化，長軸沿銷座孔軸線方向。因銷座處金屬量多而膨脹量大，以及側壓力作用的

9、結果,c結構措施 活塞裙部制成橢圓形，長軸垂直于銷座孔軸線方向，即側壓力方向。銷座處凹陷0.5mm1.0mm,偏置銷座 1、定義：活塞銷座朝向承受作功側壓力的一面（圖示左側）偏移1mm2mm。 2、作用：減輕活塞換向時對氣缸壁的敲擊,原理：因銷座偏置，在接近上止點時，作用在活塞銷座軸線以右的氣體壓力大于左邊，使活塞傾斜，裙部下端提前換向。而活塞在越過上止點，側壓力反向時，活塞才以左下端接觸處為支點，頂部向左轉（不是平移），完成換向?？梢娖娩N座使活塞換向分成了兩步，第一步是在氣體壓力較小時進行，且裙部彈性好，有緩沖作用；第二步雖氣體壓力大，但它是個漸變過程。為此，兩步過渡使換向沖擊力大為減弱,

10、二、活塞環(huán) 是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。 工作條件：高溫、高壓、高速、極難潤滑。 平均壽命：6萬公里 1氣環(huán) 1）.作用： （1）密封：防止氣缸內(nèi)的氣體竄入油底殼； （2）傳熱：將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁； （3）輔助刮油、布油,氣環(huán)盡量少（2-3）； 安裝時切口錯開（迷宮,2）第二密封面的建立：活塞環(huán)在運動時產(chǎn)生慣性力pj，與缸壁間產(chǎn)生摩擦力f，以及側隙有氣體壓力p1，在這三個力的共同作用下，使環(huán)靠在環(huán)槽的上側或下側，形成第二密封面,第二密封面,3）氣環(huán)的第二次密封：竄入背隙和側隙的氣體，使環(huán)對缸壁和環(huán)槽進一步壓緊，加強了第一、二密封面的密封,氣環(huán)的密封原理,1）第一密封面的建立：環(huán)

11、在自由狀態(tài)下，環(huán)外徑缸徑，裝缸后在其彈力p0作用下與缸壁壓緊，形成第一密封面,第一密封面,原因： （1）存在側隙和背隙； （2）環(huán)運動時在環(huán)槽中靠上靠下,活塞環(huán)的泵油作用及危害,危害： （1）增加了潤滑油的消耗； （2）火花塞沾油不跳火； （3）燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞； （4）環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性； （5）加劇了氣缸的磨損,措施： （1）采用扭曲環(huán)； （2）采用組合式油環(huán)； （3）油環(huán)下設減壓腔,氣環(huán)斷面形狀,組合式刮油環(huán)：由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。 1-鋼片；2-襯簧；3-徑向襯簧；4-軸向襯簧；5-活塞,三、活塞銷 1作用：連接活塞和連桿，并傳遞活

12、塞的力給連桿。 2結構：用低碳鋼或低碳合金鋼制成的厚壁管狀體,四、連桿,1-小頭；2-桿身；3-大頭；4、9-裝配記號（朝前）；5-螺母；6-連桿蓋；7-連桿螺栓；8-軸瓦；10-連桿體；11-襯套；12-集油孔,1功用： 將活塞的力傳給曲軸，變活塞的往復運動為曲軸的旋轉運動。 2 組成 1)、小頭：用來安裝活塞銷，以連接活塞。（全浮式有油溝） 2)、桿身：常做成“工”字形斷面。 3)、大頭：與曲軸的連桿軸頸相連。大頭一般做成分開式，即連桿體大頭和連桿蓋,連桿一般都采用中碳鋼或合金鋼鍛造而成，少數(shù)球墨鑄鐵,3連桿軸承（俗稱小瓦）3.1.作用：保護連桿軸頸及連桿大頭孔。3.2. 組成：由鋼背和減

13、磨層組成。鋼背由1mm3mm的低碳鋼制成。減磨層為0.3mm0.7mm的減磨合金，層質較軟能保護軸頸,連桿軸瓦上制有定位凸鍵，供安裝時嵌入連桿大頭和連桿蓋的定位槽中，以防軸瓦前后移動或轉動，有的軸瓦上還制有油孔，安裝時應與連桿上相應的油孔對齊,2.3 曲軸飛輪組 由曲軸、飛輪、減振器等組成,起動爪,正時齒輪,主軸瓦,皮帶輪,扭轉減振器,飛輪,飛輪螺栓,曲軸,一、曲軸,一）功用 1.把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵觥?2.驅動配氣機構及其它附屬裝置。 材料：大多采用優(yōu)質中碳鋼或中合金碳鋼。有的采用球墨鑄鐵,工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊,前端軸,連桿軸頸,

14、曲軸軸頸,后端軸,平衡重,曲拐,曲柄,曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動機)； v型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半,曲軸的平衡曲軸如果局部重量不均運轉時將產(chǎn)生劇烈振動，致使曲軸疲勞折斷。因此，在曲柄銷對面必須加上配重以保持平衡。配重有些可用螺絲固定，可拆卸，有的配重直接鑄造在曲軸上。現(xiàn)代的高速發(fā)動機為減小噪音，平衡軸來提高平衡度。平衡軸通常使用兩根，斷面為半圓，使用膠木齒輪與曲軸齒輪相嚙合，平衡軸與曲軸轉動方向相反， 以消除曲軸轉動的慣性力,潤滑系統(tǒng)lubricating system,汽車的許多構件是通過相互之間的相對運動來實現(xiàn)整體功能的。固體之間接觸的表面用肉眼看似乎很平整，但將表面

15、極細微部分放大就會發(fā)現(xiàn)處處是凸凹不平，所以一運動就會有摩擦。用潤滑劑可以將兩個互相摩擦的表面分開，從而有效減少摩擦。因此，潤滑是保障汽車正常運行的重要因素,發(fā)動機有最復雜的潤滑系統(tǒng)，通過輸送機油或飛濺的形式，使機件表面形成油膜，減少摩擦和摩損，帶走摩擦表面的熱量和雜質，增加氣缸的密封性等。所以，發(fā)動機潤滑不僅起到減少摩擦和摩損的作用，它還有多種功能。要使實現(xiàn)所有的功能，設計師就要從發(fā)動機構造上保證實現(xiàn)的條件，例如保證機油輸送管路的壓力，曲軸箱的構造，油底殼的形狀尺寸等。 潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。 當發(fā)動機一啟動，機油泵就通過集濾器將油底殼內(nèi)的機油吸上到缸體油道

16、，輸送到各個部位，對摩擦表面潤滑后的油滴又回到油底殼。在反復潤滑循環(huán)的過程中，機件金屬表面的細小毛糙體在不斷的摩擦過程中會脫落，機油就會混入金屬片或者塵埃等雜質，因此就要在油路中安裝機油濾清器，將這些“多余分子”攔截下來。為了防止機油濾清器一旦堵塞機油通不過去，還有一個旁通閥做應急，當機油濾清器堵塞造成進出口兩端壓力差變大時，旁通閥就會開通讓機油“免檢”通過，以免發(fā)動機零件受損,發(fā)動機潤滑部位 發(fā)動機的潤滑部位主要有曲柄連桿機構、配氣機構以及正室齒輪室,6.2 潤滑系主要部件,一、機油泵,1 、功用與類型 功用：保證潤滑油在潤滑系內(nèi)的循環(huán)流動，并在發(fā)動機任何轉速下都能以足夠高的壓力向潤滑部位輸

17、送足夠數(shù)量的潤滑油 類型：目前發(fā)動機潤滑系中廣泛采用的是外嚙合齒輪式機油泵和內(nèi)嚙合轉子式機油泵兩種,2 、齒輪式機油泵,1).工作原理 油泵殼體內(nèi)壁的間隙很小，泵殼上有進出油孔。當發(fā)動機工作時，齒輪按圖示箭頭方向旋轉。 (1)吸油：機油泵進油腔齒輪的輪齒脫開嚙合，其容積增大，產(chǎn)生真空吸力，機油便經(jīng)進油口被吸入進油腔 (2)壓油：機油泵齒輪的輪齒將機油帶入到出油腔，出油腔齒輪的輪齒進入嚙合，其容積減小，油壓增大，機油便經(jīng)出油口被壓送到發(fā)動機油道中,1-進油腔；2-出油腔；3-卸壓槽,轉子式機油泵,泵殼,外轉子,內(nèi)轉子,機油,進油腔,出油腔,二、機油濾清器,作用： 使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表

18、面之前，濾去機油中的金屬屑和大氣中的塵埃及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的炭粒。 分類： 集濾器、粗濾器、細濾器、復合式濾清器 連接方式： 串聯(lián)一般為粗濾器 并聯(lián)一般為細濾器,1、集濾器,功用： 防止較大的機械雜質進入機油泵。 分類,9.5曲軸箱通風,原因： 汽油蒸汽 冷凝稀釋機油 廢氣中二氧化硫遇水亞硫酸遇氧硫酸 廢氣進入曲軸箱壓力增大機油泄露 作用： 為了延長機油的使用期限，減少摩擦零件的磨損和腐蝕，發(fā)動機漏油,曲軸箱通風裝置工作演示,第七章冷卻系,7.1概述,一、冷卻系的作用：保持發(fā)動機在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。 發(fā)動機工作時，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達2200k2800k(1927252

19、7)，大約1/3做功轉變?yōu)闄C械能，其余大部分隨 廢氣排出，其余則被發(fā)動機零件吸收，使發(fā)動機零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，若不及時冷卻，則難以保證發(fā)動機正常工作,二、發(fā)動機過熱或過冷的危害 發(fā)動機冷卻必須適度，過熱或過冷都會給發(fā)動機帶來危害。 1.發(fā)動機過熱的危害 1)降低充氣效率，使發(fā)動機功率下降,2.發(fā)動機過冷的危害 1)進入氣缸的混合氣(或空氣)溫度太低，可燃混合氣品質差（霧化差），使點火困難或燃燒遲緩，導致發(fā)動機功率下降，燃料消耗量增加（熱量流失過多，燃油凝結流進曲軸箱）。 2)燃燒生成物中的水蒸汽易凝結成水而與酸性氣體形成酸類，加重了對機體和零件的侵蝕作用； 3)未汽

20、化的燃料沖刷和稀釋零件表面(氣缸壁、活塞、活塞環(huán)等)上的油膜，使零件磨損加劇。 4)潤滑油黏度增大，流動性差，造成潤滑不良，加劇機件磨損，增大功率消耗 可見，發(fā)動機正常的工作溫度是保證發(fā)動機良好的工作性能及其使用壽命的一個重要條件,2)早燃和爆燃的傾向加大，使零件因承受額外沖擊性負荷而造成早期損壞； 3)運動件的正常間隙（熱脹冷縮）被破壞，運動阻滯，磨損加劇，甚至損壞； 4)潤滑情況惡化，加劇了零件的摩擦磨損； 5)零件的機械性能降低，導致變形或損壞,四、發(fā)動機的正常溫度 水冷式發(fā)動機保持正常工作，其冷卻水的溫度應在353k363k(8090)之間。此時，氣缸壁溫度不超過473k573k(20

21、0300)；氣缸蓋、活塞頂部的溫度不超過573k673k(300400)；潤滑油的溫度在343k363k(7090)，保證發(fā)動機具有較好的動力性、經(jīng)濟性和凈化性，使零件的運動和磨損正常。 風冷發(fā)動機鋁氣缸壁的溫度允許為423k453k(150180)，鋁氣缸蓋則為433k473k(160200,三、發(fā)動機的冷卻方式 根據(jù)所用冷卻介質不同，可分為風冷式和水冷式。 1.水冷式以水為冷卻介質，熱量先由機件傳給水，靠水的流動把熱量帶走而后散入大氣中。散熱后的水再重新流回到受熱機件處。適當調(diào)節(jié)水路和冷卻強度，就能保持發(fā)動機的正常工作溫度。同時，還可用熱水預熱發(fā)動機，便于冬季起動。 2.風冷式高溫零件的熱

22、量直接散入大氣,部分汽車發(fā)動機(特別是小排量發(fā)動機)則采用風冷系。風冷系與水冷系比較，其結構簡單，使用和維修方便，由、于發(fā)動機與空氣間溫差大，故風冷系的散熱能力對氣溫變化不敏感。但風冷系還存在冷卻不夠可靠，消耗功率大和噪聲大等缺點,四. 冷卻水和防凍液 1. 冷卻水的選擇：使用軟水，即含礦物質少的水。 2. 防凍液 (1). 作用：冬季，可在冷卻水中加入適量防凍液可以降低冰點。 (2). 配成防凍液的材料：乙二醇或酒精 (3). 使用乙二醇配制的注意點： 1）切勿用口吸 2）乙二醇對橡膠有腐蝕作用； 3）乙二醇吸水 性強，表面張 力??；4）切勿混入石油產(chǎn)品,1、功用： 使工作中的發(fā)動機得到適度

23、的冷卻，從而保持在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。 2、不正常冷卻,3、正常冷卻,4、分類： 風冷系水冷系,冷卻系的工作演示,3.水冷卻系的大、小循環(huán) (1)水冷卻系的大循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器散熱器，又經(jīng)水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線長，散熱強度大，稱水冷卻系的大循環(huán)。 (2)水冷卻系的小循環(huán)：冷卻水經(jīng)水泵水套節(jié)溫器后不經(jīng)散熱器，而直接由水泵壓入水套的循環(huán)，其水流路線短，散熱強度小，稱水冷卻系的小循環(huán),1)組成：水泵由殼體、葉輪、泵蓋板、水泵軸、支承軸承、水封等組成。如圖所示。 (2)水泵與風扇同軸，通過三角皮帶傳動。 (3)泵蓋上有出水孔。泵殼上有進水孔a，用橡膠管與散熱器出水管相連。泵殼上面有旁通孔a，與氣缸蓋上的出水管相連，當冷卻水溫度低于349k(76)時，部分冷卻水由此直接進入水泵。 (4)葉輪工作室的進水室b與進水孔、旁通孔相通；出水室由出水孔與水套相連,離心式水泵結構 1-水泵外殼