畢業(yè)設(shè)計（論文）6G72發(fā)動機的設(shè)計

1、目目 錄錄 摘要摘要 .i i abstraabstrac ct t .iiii 第第 1 1 章章 概述概述 .1 1 第第 2 2 章章 發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu) .3 3 2.1 活塞組 .3 2.1.1 活塞 .3 2.1.2 活塞環(huán) .8 2.1.3 活塞銷和卡環(huán) .13 2.2 連桿組 .14 2.2.1 連桿組的工作條件及材料 .14 2.2.2 連桿組結(jié)構(gòu) .14 2.3 曲軸組 .16 2.3.1 曲軸組工作條件和材料 .16 2.3.2 曲軸組結(jié)構(gòu) .16 第第 3 3 章章發(fā)動機機體與氣缸蓋發(fā)動機機體與氣缸蓋 .2121 3.1 氣缸蓋的設(shè)計要點 .21 3.

2、1.1 燃燒室 .21 3.1.2 配氣機構(gòu) .22 3.1.3 凸輪軸 .27 結(jié)論結(jié)論 .3232 致致 謝謝 .3333 參參 考考 文文 獻獻 .3434 摘要 車用發(fā)動機的基本性能在很大程度上決定了整車的基本性能。一種車型如 果能配用一個性能良好的發(fā)動機，可以說就成功了一大半。不同種類和使用目 的汽車，對發(fā)動機性能要求的側(cè)重點也不同。汽車發(fā)動機與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性 已成為人們考慮的重要方面。 發(fā)動機用連桿將活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸旋轉(zhuǎn)運動，并輸出轉(zhuǎn)矩。 連桿作平面運動?；钊谄變?nèi)承愛和傳遞燃燒氣壓力，在滿足活塞綜合性能 的前提下，盡量減輕活塞的質(zhì)量，減少能量損失。合理的設(shè)計氣環(huán)和

3、油環(huán)結(jié)構(gòu) 尺寸。保證燃燒室密封良好，提高熱效率，并且良好的密封可以通過密封環(huán)帶 走更多的熱量，延長活塞的使用壽命。1 連桿組工作時，氣壓力和往復(fù)慣性力的合力使連桿主要承愛拉伸和壓縮載 荷。連桿設(shè)計的重點是，盡量縮短連桿的長度，減輕連桿的質(zhì)量。主要是通過 合理設(shè)計桿身的截面形狀來實現(xiàn)的。連桿螺栓工作時，承愛很大的拉力，若斷 裂，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此連桿螺栓必須有足夠的抗疲勞強度。設(shè)計時， 要對螺栓進行強度校核。 曲軸組是發(fā)動機的重要部件，不僅旋轉(zhuǎn)運動輸出轉(zhuǎn)矩，同時還要驅(qū)動配氣 機構(gòu)及其它附件，使發(fā)動機得以正常工作。設(shè)計曲軸時，合理地設(shè)計其結(jié)構(gòu)， 減輕質(zhì)量，對曲軸進行平衡重計算，考慮曲軸的潤滑

4、。 發(fā)動機的配氣系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接影響發(fā)動機工作的狀況的好壞和工作效 率的高低。隨著發(fā)動機的高速化，配氣機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計越來越重要。 關(guān)鍵詞：活塞；連桿；曲軸；配氣系統(tǒng) abstract the vehicle has decided the entire vehicle basic performance with the engine basic performance in the very great degree. one kind of vehicle type if can use for parts a performance good engine, may say has s

5、ucceeded one most. the different type and the use goal automobile, is also different to the engine performance request emphasis point. the motor car engine and the natural environment coordination has become the important aspect which the people considered the engine transforms with the connecting r

6、od the piston straight reciprocating main motion as the crank rotary motion, and output torque. the connecting rod makes the plane motion. the piston receives in the cylinder loves and transmits burning gas the pressure, in satisfies the piston overall performance under the premise, reduces the pist

7、on as far as possible the quality, reduces the energy loss. reasonable design gas ring and oil ring structure size. guaranteed the sealing of combustion chamber is good, enhances the thermal efficiency, and the good seal may clitellum walk the watch many quantity of heats through the seal, lengthens

8、 the piston the service life when connecting rod work, gas pressure and reciprocation inertial force causes the connecting rod mainly to receive with joint forces of stretching and the compression load. the key point of the connecting rod designs is to reduces the connecting rod as far as possible t

9、he length, to reduce the connecting rod the quality.it is mainly realized through the reasonable design of the shape of the connecting rod. when the connecting rod bolt works, receives loves the very big pulling force, if it breaks, it possibly cause the serious consequence. therefore the connecting

10、 rod bolt must have the enough anti- fatigue strength, when design, must carry on the intensity examination to the bolt. the crank group is the engine important part, not only the rotary motion output torque, meanwhile must actuate the carburetor construction and other appendices, enables the engine

11、 the normal work. when designs the crank, reasonably designs its structure, reduces the quality, carries on balance weight the computation to the crank, considers the crank the lubrication. the engine matches is mad the system design the quality direct influence engine work condition quality and the

12、 working efficiency height. along with engine high speed, the carburetor constructs the optimized design is more and more important key word: piston; connecting rod; crank; matches is mad the system 第 1 章 概述 車用發(fā)動機的基本性能很大程度上決定了整車的基本性能。在設(shè)計發(fā)動機 時，必須從各個角度來研究分析和綜合平衡發(fā)動機的各方面性能，開發(fā)出符合 需求的發(fā)動機。 (1)動力性 動力性是車用發(fā)動機

13、的主要指標(biāo)之一。評價動力性的指標(biāo)主要是額定功率 和最大扭矩。為了使各種發(fā)動機之間有一定的可比性，常用平均有效壓力，升 功率及升轉(zhuǎn)矩來評定。平均有效壓力與有效功率，排量、轉(zhuǎn)速及沖程有關(guān)，可 綜合評定發(fā)動機的動力性。 (2)經(jīng)濟性 車用發(fā)動機大部分采用石油燃料，少量采用液化石油氣、天然氣及其他帶 用燃料。2 衡量發(fā)電機經(jīng)濟性的重要指標(biāo)是有效熱效率和比油耗。有效熱效率是內(nèi)燃 機實際循環(huán)有效功與得到此有效功所消耗的燃料量之比值。使用油耗可以通過 萬有特性曲線來評定。 (3)排氣凈化 隨著汽車產(chǎn)量和保有量的增加，汽車對人類環(huán)境的有害影響日益劇烈，各 國對汽車排放物的控制法規(guī)逐步加嚴(yán)。降低發(fā)動機的排放污染

14、，滿足排放法規(guī) 要求，成為發(fā)動機設(shè)計者的重要課題。 (4)振動與噪聲 發(fā)動機作為整車的振動和噪聲源，對車內(nèi)外行駛振動和噪聲影響很大。發(fā) 動機的噪聲主要由燃燒噪聲、氣體動力噪聲和機械噪聲三部分組成。但由于發(fā) 動機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、激振力與激振方式的多樣性，設(shè)計開發(fā)時仍需結(jié)合人們的 經(jīng)驗，參考成功的樣機對有關(guān)零部件進行仔細的分析和設(shè)計。 (5)小型輕量化 為了節(jié)省能源和材料、降低排放、節(jié)省道路和停車空間，轎車有小型化和 輕量化的趨勢，也要求發(fā)動機小型化和輕量化。目前本體體積已相當(dāng)緊湊。采 用體積小的附件并合理地安排它們的位置，布置緊湊的進排氣系統(tǒng)，將發(fā)動機 布置車合適的位置和角度，都可以大幅度降低占用

15、空間。 第 2 章 發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu) 2.1 活塞組 活塞組在氣缸內(nèi)承受和傳遞燃燒氣體壓力，與氣缸蓋、缸套內(nèi)壁構(gòu)成密封 的燃燒室空間?；钊M包括活塞、活塞環(huán)（氣環(huán)和油環(huán)） 、活塞銷及活塞銷卡 環(huán)等零件。 2.1.1 活塞 1活塞的工作條件及材料 活塞在氣缸內(nèi)高速往復(fù)運動（現(xiàn)代汽車汽油機活塞平均速度高達 18m/s） ， 與缸套間有很大的磨擦力（非增壓發(fā)動機活塞組磨擦損失約占發(fā)動機機械損失 的 45%65%） 。活塞工作時直接接觸周期變化的高溫、高壓燃氣（最高溫度達 2200k2800k，最大壓力百增壓達 59mpa,增壓達 12mpa） ，運動中還要承受 本身和連桿小頭部分產(chǎn)生的往復(fù)慣性力的

16、作用（本身質(zhì)量的 6002000 倍） ， 接觸高溫燃氣和向外傳熱，使活塞頂部中心和邊緣溫度變化在 7000c4000c 之 間，頂部和裙部溫度變化在 4000c1000c 之間。在上述工作條件下，活塞要承 受很大的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，因此活塞工作條件十分惡劣。3 發(fā)動機活塞容易出現(xiàn)的故障是磨損后失去圓度和圓柱度、表面金屬高溫下 撕裂、頂部或氣環(huán)槽環(huán)岸部熱疲勞開裂、銷座處疲勞開裂等。 為了減輕活塞質(zhì)量以降低往復(fù)運動慣性力，增加導(dǎo)熱性以減小活塞熱負(fù)荷， 汽車發(fā)動機活塞普遍采用鋁合金材料。在鋁合金中添加硅元素，可提高活塞的 耐磨性，其中共晶鋁硅合金應(yīng)用最廣泛。含硅 9%左右的亞共晶鋁合金，鑄造性 能

17、良好，適于汽車發(fā)動機活塞的大批量生產(chǎn)。含硅 12%左右的高硅共晶鋁硅合 金，熱膨脹系數(shù)很低，在汽車發(fā)動機活塞中也廣泛使用。含硅 18%23%的過共 晶鋁合金膨脹系數(shù)更小，耐磨、耐腐蝕性能性能更優(yōu)異，作為汽車發(fā)動機活塞 的材料，越來越受到重視。 以共晶鋁硅合金作材料，可采用鑄造或鍛造工藝來制造活塞。 2活塞結(jié)構(gòu) 活塞零件結(jié)構(gòu)見圖 2-1。活塞由活塞頂部、活塞頭部（環(huán)槽部）和裙部三 部分組成。 圖 2-1 活塞結(jié)構(gòu) -燃燒室部分；-活塞銷；-氣環(huán)；-油環(huán)；-回油孔；-活塞銷卡環(huán)-活 塞頭部；-活塞頭部（環(huán)槽部） ；-活塞群部；-上群部；-下群部 1)活塞頂部 活塞頂部從活塞頂面到第一道氣環(huán)上環(huán)岸稱

18、為活塞頂部。汽油機活塞頂部 和柴油機活塞頂部結(jié)構(gòu)上有較大的差異。汽油機活塞頂部一般有平頂、凹頂和 凸頂三種形狀。平頂活塞使用最多，結(jié)構(gòu)簡單，受熱面積小，可獲得中等壓縮 比。凹頂活塞和凸頂活塞加工量較大，凹頂形狀一般較規(guī)則，可通過調(diào)節(jié)凹坑 深度獲得不同的壓縮比。凸頂開頭可分為錐臺形或球形，可得到較大的壓縮比， 也能增加擠流強度，改善燃燒。如圖 2-2 為汽油機活塞頂部形狀。 (a)平頂活塞(b)凹頂活塞(c)凸頂活塞 圖-2 汽油機活塞頂部結(jié)構(gòu) 燃燒室面積和容積之比的面容比，是影響柴油機燃燒性能的一個重要參數(shù)。 當(dāng)氣門重疊角太大，活塞頂部可能和尚未落座的氣門相碰時，活塞頂部要 加工出避讓氣門的避

19、閥坑，增壓柴油機活塞頂部往往有避閥坑?；钊攪婂兲?瓷，可減少熱量流失和活塞熱負(fù)荷，同時提高發(fā)動機熱效率。頂部第一環(huán)槽上 面加工出隔熱槽，可減少第一環(huán)槽和第一氣環(huán)的熱負(fù)荷，使熱流向第二環(huán)以下 分散。4 2)活塞頭部 活塞頭部也稱環(huán)槽部，從第一道氣環(huán)槽到油環(huán)槽是活塞的環(huán)槽部，見圖 2- 2。發(fā)動機活塞一般有 2 至 3 道氣環(huán)，1 道油環(huán)，隨著發(fā)動機高速化，氣環(huán)數(shù)有 減少的趨勢，比如一道氣環(huán)一道油環(huán)的活塞。 安裝氣環(huán)和油環(huán)的環(huán)形凹槽稱為活塞環(huán)槽，環(huán)槽由環(huán)岸和環(huán)底構(gòu)成。氣環(huán) 槽一般具有同樣的寬度，油環(huán)槽比氣環(huán)槽寬度大。油環(huán)槽槽底加工有回油孔， 油環(huán)刮下的潤滑油從回油孔回到油底。 活塞環(huán)槽寬度和深度

20、略大于活塞環(huán)的高度和厚度，以保證發(fā)動機工作時， 活塞環(huán)可在環(huán)槽內(nèi)縱向振動和橫向彈動。振動可去除氣環(huán)槽內(nèi)積炭，保證氣環(huán) 端面與槽面的密封，而彈動可可環(huán)側(cè)面與缸壁間形成密封。油環(huán)在油環(huán)槽內(nèi)的 振動和彈動，可將潤滑油涂覆在缸壁面上和從缸壁上下來。 活塞環(huán)槽容易出現(xiàn)的故障是積炭、磨損和環(huán)槽根部斷裂。積炭可用機械和 化學(xué)方法去除，環(huán)槽磨損后，換用加高的活塞環(huán)，如環(huán)槽斷裂，只能更換活塞。 為提高環(huán)槽耐磨性，增加強度，環(huán)槽處可鑲?cè)肽湍ツ蜔嶙o圈，這樣的活塞稱為 鑲槽活塞。 3)活塞裙部 從油環(huán)槽下環(huán)岸到活塞底部稱為活塞裙部，裙部可進一步分為從油環(huán)槽環(huán)岸到 活塞銷中心線的上裙部和活塞銷中心線到活塞底部的下裙部。

21、 (a)冷態(tài)時 (b)稍熱時 (c)更熱時 (d)正常工作時 圖 2-3 活塞群部與缸套的接觸情況 活塞裙部是活塞在缸內(nèi)運動的導(dǎo)向部分，因此與氣缸孔間的間隙很重要。 間隙大了，容易造成活塞運動時搖擺，產(chǎn)生敲缸噪聲，增加漏氣量。間隙太小， 容易造成卡滯，甚至于拉缸。5 活塞裙部由于氣壓力作用、活塞銷座熱變形影響和側(cè)壓力作用，工作時的 變形是不一樣的。因此將自由狀態(tài)下的活塞裙部加工成橢圓形或正矢曲線形， 工作時變形成為基本正圓形。裙部橢圓形的長軸在活塞銷軸線垂直方向上，如 圖 2-3 所示。 活塞上承受的氣壓力轉(zhuǎn)化為連桿力，連桿力的分力側(cè)壓力通過活塞銷作用 在活塞上。作功沖程時，膨脹側(cè)壓力作用的活

22、塞裙部面叫主推力面；壓縮沖程 時，壓縮側(cè)壓力作用的活塞裙部面叫次推力面。主次推力面?zhèn)葔毫Υ笮〔町惡?大，因而造成活塞組和缸套的主次推力面磨損差異大，使活塞裙部和氣缸套磨 損成不規(guī)則橢圓形。6 活塞軸向形狀見圖 2-4。活塞縱軸方向基本形狀是錐形，即頂部直徑最小， 頭部直徑略大，裙部直徑最大，這是考慮活塞上下溫度不同，膨脹尺寸不同的 結(jié)果。而裙部縱向也有錐形，桶形等形狀，尤其是桶形裙部活塞，易于形成油 楔，與缸套接觸面小而磨擦較小，導(dǎo)向性好承載力高，因而是現(xiàn)代汽車發(fā)動機 活塞裙部結(jié)構(gòu)的一種常用形式。 (a) (b) (c) (d) 圖4活塞縱向形狀 (a)階梯柱狀側(cè)表面；(b)群部為錐形的側(cè)表面

23、；(c)頂部和頭部為錐形的側(cè)表面； (d)群部為桶形的側(cè)表面 有的活塞為減少裙部熱膨脹，以控制活過時與缸套間的間隙，在裙部內(nèi)鑲 入膨脹系數(shù)很小的鋼片，成為恒范活塞、自動熱補償活塞或鑲鋼片活塞。在現(xiàn) 代汽車發(fā)動機上采用的半拖鞋或拖鞋式裙部活塞結(jié)構(gòu)，這種活塞裙部既保證了 導(dǎo)向作用需要，防止活塞運動時的偏擺，又明顯減輕了活塞的質(zhì)量，對提高發(fā) 動機轉(zhuǎn)速有利，同時增加了活塞裙部的彈性，使缸套與活塞間的間隙可以取得 更小。有的柴油機活塞在裙部還有一道下油環(huán)，用來加強活塞和缸套的潤滑， 同時有更好的刮油作用。7 4）活塞的內(nèi)部形狀 鋁合金材料強度低，導(dǎo)熱性好，因此活塞頭部設(shè)計特點是頂部很厚，過渡 圓角半徑很

24、大，環(huán)槽內(nèi)壁也較厚。這種活塞頂部厚度隨半徑增大而增大的導(dǎo)熱 良好的活塞，通常稱為熱注解型活塞。熱流型活塞結(jié)構(gòu)如圖 2-14 所示。熱流 型活塞使頂部和頭部內(nèi)的熱流強度基本相等，防止了熱量在頭部堆積而造成活 塞局部溫度升高，增加活塞頭部的熱負(fù)荷。 活塞銷座與頭部內(nèi)壁間用加強筋連接，可減少活塞銷座的變形?；钊先?和下裙壁面基本是等厚度的。 汽車發(fā)動機活塞內(nèi)腔一般靠飛濺潤滑油或噴油冷卻。 2.1.2 活塞環(huán) 活塞環(huán)有氣環(huán)和油環(huán)。氣環(huán)的作用是密封氣體和傳熱，油環(huán)的作用是泵油 涂覆在缸壁，潤滑活塞和氣缸套，同時刮下缸壁面上潤滑油。 活塞環(huán)的材料一般是鑄鐵，如優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵和合金鑄鐵鑄鐵活塞 環(huán)先

25、鑄成筒狀，然后一個一個地切割成圓環(huán)，也可以單體離心鑄造?；钊h(huán)也 有鋼環(huán)，油環(huán)還有鋼帶組合油環(huán)。 氣環(huán)表面鍍鉻或噴鉬，可提高表面硬度增加耐磨性。油環(huán)的作用是泵油涂 覆在缸壁，潤滑活塞和氣缸套，同時刮下缸壁面上潤滑油。 氣環(huán)表面鍍鉻或噴鉬，可提高表面硬度增加耐磨性。油環(huán)表面可多孔性鍍 鉻?；钊h(huán)表面鍍錫或磷化處理，可提高其磨合性。 1氣環(huán) 1）氣環(huán)的密封機理 氣環(huán)的密封可靠是往復(fù)活塞式發(fā)動機得以廣泛應(yīng)用的重要因素。氣環(huán)密封 的先決條件是活塞環(huán)必須有一定的彈性，活塞環(huán)的彈性使環(huán)外側(cè)壓迫在氣缸壁 上，形成第一次密封（推動彈性的活塞環(huán)，由于第一次密封性能消失或下降， 必須更換） 。在第一次密封基礎(chǔ)上產(chǎn)

26、生的第二次密封，將高溫高壓的燃氣密封 在氣缸與活塞形成的工作腔內(nèi)。從活塞頂部與缸套間的縫隙泄漏的氣體，進入 活塞環(huán)與環(huán)槽間的側(cè)隙中，由于節(jié)流作用，泄漏氣體的軸向不平衡力成三角形 頒。進入活塞環(huán)與環(huán)槽間背隙中的泄漏氣體的徑向不平衡力同樣成三角形頒。 側(cè)隙中氣體軸向不平衡力的合力將氣環(huán)底面緊壓在環(huán)槽下環(huán)岸上形成密封面， 而背隙中氣體徑向不平衡力的合力將活塞環(huán)外側(cè)面推壓在氣缸壁上，形成第二 次密封。氣體能通過第一道氣環(huán)向第二道氣環(huán)泄漏的惟一通道是氣環(huán)開口，但 氣環(huán)開口通道面積極小，若幾道氣環(huán)開口錯開密閉，則因氣流通路太長流動阻 力太大，泄漏量明顯下降。于是通過第一道氣環(huán)的密封作用，泄漏氣體壓力下 降

27、了 75%，通過第二道氣環(huán)，泄漏氣體壓力下降了 95%以上，能繼續(xù)往第三道 氣環(huán)泄漏的氣體就微乎其微了。8 活塞環(huán)由于慣性運動，貼緊在環(huán)槽上環(huán)岸時，密封機理與氣環(huán)相同。 當(dāng)缸套磨損失圓，從活塞環(huán)外側(cè)面與缸套間有氣體泄漏，則該泄漏氣體壓 力作用到環(huán)的外側(cè)面上就會抵消背隙中泄漏氣體壓力，活塞環(huán)的密封作用就會 下降或消失。活塞環(huán)因積炭太多而卡死在環(huán)槽里，不能靠彈力壓迫在缸壁上， 氣環(huán)密封作用也消失。這些情況下，發(fā)動機因漏氣量大而不能發(fā)出需要的功率。 1)氣環(huán)的結(jié)構(gòu) 氣環(huán)斷面因內(nèi)外側(cè)面形線不同有不同的斷面形狀，如圖 2-5 所示為出氣環(huán) 的斷面形狀。 （a）是矩形載面環(huán)，是最基本的結(jié)構(gòu)形式，可用于各道

28、氣環(huán)，但 磨合性刮油性能較差。 （b）是錐面環(huán)或斜面環(huán)，其磨合性和密封性較好，刮油 性能也較好。若裝反，則潤滑油消耗會明顯增加。(c)是正扭曲環(huán)，在拉壓作 用下，由環(huán)彈力產(chǎn)生扭曲力矩使環(huán)扭曲而形成的斜面有很好的刮油作用。 （d） 也是正扭曲環(huán)，工作時氣環(huán)扭曲成碟形形狀。 （e）是反扭曲環(huán)，這種環(huán)能改善 磨合性，但刮油作用不好。 （f）是斜面反扭曲環(huán)，作第二道環(huán)使用，能有效地 控制機油。 （g）是處階梯正扭曲環(huán)，刮油能力強，但氣體密封性能較差。 （h） 是鼻形環(huán)，與（g）的性能相同。外階梯正扭曲環(huán)和鼻形環(huán)都不適宜作第一道 環(huán)。 （i）是桶面環(huán)，在現(xiàn)代汽車發(fā)動機上得到廣泛應(yīng)用。由于易形成油楔，磨

29、損大為減少。桶面適應(yīng)活塞的偏擺，故不容易拉缸。因與缸套接觸面小，易于 密封氣體，且磨合性能好。 （j）和（k）是正、反扭曲桶面環(huán)，其優(yōu)點如桶面 環(huán)所述。 （1） 、 （m）和（n）是梯形環(huán)，適宜于柴油機活塞的第一或第二道氣環(huán)。 梯形面在工作時，容易將環(huán)槽內(nèi)的積炭擠出，抗結(jié)膠能力較強。 （0）和（p） 是在環(huán)面上鍍鉻或鍍鉬。9 （a） (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (l) (m) (m) (n) (o) (p) 圖-5氣環(huán)截面形狀 氣環(huán)開口有直切口、階梯形切口和斜切口，如圖 2-6 所示。直切口結(jié)構(gòu)簡 單，加工容易，但密封性能不理想。階梯形切口加工復(fù)雜，

30、密封性交好。斜切 口加工性能比階梯形好，密封性能略低于階梯形。但實驗證明，平切口與斜切 口密封性能在相同的開口尺寸下，差異很小，因此大批量生產(chǎn)的現(xiàn)代汽車發(fā)動 機活塞環(huán)，采有平切口較普遍。 圖-6氣環(huán)的開口形狀 按氣環(huán)開口處的彈力與環(huán)其他部分的彈力頒情況，將氣環(huán)分類為均壓環(huán)、 梨形環(huán)和蘋果環(huán)。均壓環(huán)圓環(huán)周的彈力相同，梨形環(huán)開口處的彈力大于環(huán)周其 他部分，蘋果環(huán)開口處的彈力小于環(huán)周其他部分，如圖 2-7 所示。10 圖 2-7氣環(huán)彈力分布的三種類型 2.油環(huán) 發(fā)動機活塞上的油環(huán)有普通槽孔氏、背襯式和鋼帶組合式等。普通槽孔式 油環(huán)的回油孔有圓孔、制狀銑刀銑削長條孔和片狀銑刀銑削扁孔等，其斷面形 狀如

31、圖 2-8 所示。背襯式油環(huán)是在油環(huán)背面襯以波紋鋼帶圈或彈簧圈。 (a)反向倒角(b)同向倒角 (c)雙向倒角(d)同向單鉤 (e)雙片同向單鉤 圖-8普通槽孔式油環(huán)的斷面形狀 油環(huán)對缸壁的接觸壓力比氣環(huán)大，一般是氣環(huán)彈力的 1.52.0 倍，這樣可 增加油環(huán)的刮油能力。油環(huán)的另一個特點是回油孔很大很光滑。 具有不同斷面形狀的活塞環(huán)以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合，才能充分發(fā)揮活塞環(huán)的作 用。有效的組合能延長活塞環(huán)的使用壽命，良好密封，減少潤滑油消耗量和摩 擦損失?；钊h(huán)配組與發(fā)動機類型、用途、強化程度、氣缸材料、環(huán)的表面處 理等都有關(guān)系，何時的活塞環(huán)配組要經(jīng)過試驗確定。 活塞環(huán)配組的原則是：充分考慮第一道氣

32、環(huán)的密封能力，抗竄油能力。重 視第二、第三道氣環(huán)的刮油作用。在只用一支油環(huán)的時候，油環(huán)的刮油作用必 須充分保證。11 汽油機的第一道氣環(huán)一般是矩形環(huán)、梯形環(huán)、正扭曲環(huán)或桶面環(huán)，第二道 氣環(huán)可以是錐面環(huán)或外階梯扭曲環(huán)或內(nèi)倒角扭曲環(huán)，油環(huán)科采用普通槽孔式油 環(huán)或鋼帶組合式油環(huán)。 2.1.3 活塞銷和卡環(huán) 活塞銷工作時承受活塞銷座傳遞來的很大的氣體壓力，在傳遞給連桿或反 過來承受連桿很大的推力。汽車發(fā)動機活塞銷一般靠飛濺潤滑油潤滑，潤滑條 件差。活塞銷的剛度很重要，因彎曲變形會造成活塞銷咬死或活塞銷座裂紋。 活塞銷用低碳鋼或低碳合金鋼制造，表面滲碳淬火后再精磨加工，有很高 的表面質(zhì)量。為了減輕質(zhì)量，

33、活塞銷一般做成空心圓柱，空心柱可以是階梯、 圓孔或錐孔。活塞銷的結(jié)構(gòu)如 2-9 所示。 (a)圓柱孔 (b)圓錐孔 (c)臺階孔 圖 2-9活塞銷 2.活塞銷卡環(huán) 發(fā)動機活塞銷玉活塞銷座和連桿小偷的全浮石連接值得是，發(fā)動機工作時， 活塞銷一銷座和活塞銷與連桿小頭間都是間隙配合，可以相互轉(zhuǎn)動。全浮式的 活塞銷必須用卡環(huán)將其卡死在銷座孔內(nèi)，以免工作時，活塞銷從孔中滑出，造 成拉缸甚至將活塞卡死在氣缸內(nèi)不能運動?？ōh(huán)用矩形或圓形斷面彈簧鋼制成。 12 2.2 連桿組 連桿組的功能是作功沖程是將活塞承受的氣體壓力傳遞給曲軸，推動曲軸 轉(zhuǎn)動輸出轉(zhuǎn)矩。其他沖程是則將曲軸的轉(zhuǎn)動傳遞給活塞，推動活塞往復(fù)運動。

34、 發(fā)動機工作時，連桿組既要通過連桿小頭連接到活塞上，隨活塞作往復(fù)直線運 動，又要通過連桿大頭連接到曲軸上，隨曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，因此連桿組作的是 往復(fù)運動加旋轉(zhuǎn)運動的復(fù)合運動。 2.2.1 連桿組的工作條件及材料 連桿組工作時，氣壓力和往復(fù)慣性力的合力使連桿主要承受拉伸和壓縮載 荷，而壓縮載荷會在連桿上產(chǎn)生附加彎矩。連桿必須要有足夠的強度來防止拉 斷，尤其是小頭與連桿桿身過渡的最小截面處。同時必須有足夠的剛度防止連 桿彎曲。連桿材料是中碳鋼或中碳合金鋼，模鍛成型，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理提高其綜合 機械性能，即強度高，抗疲勞強度高、柔韌性好。連桿還要磁力探傷，以防止 鍛造缺陷造成使用中斷裂。 2.2.2 連桿組

35、結(jié)構(gòu) 連桿組有連桿小頭，連桿桿身和連桿大頭三部分組成。連桿小頭形狀為薄 壁桶狀，有的連桿小頭中間突起，一方面是把模需要，另一方面加強中部強度。 全浮式連桿小頭內(nèi)裝青銅襯套，襯套潤滑若是飛濺潤滑，則在小頭上銑出或鉆 出集油孔，收集的飛濺的潤滑油直接引到襯套，同時從小頭孔中噴出，對活塞 的內(nèi)腔進行冷卻。13圖 2-10 所示為常用的小頭形狀， （a）和（b）結(jié)構(gòu)在高速 發(fā)動機的連桿小頭常見， （c）和（d）對加強活塞銷座和活塞銷的抗彎能力較 好， （e）提高了小頭抗拉強度， （f）對小頭襯套進行壓力潤滑和對活塞內(nèi)腔進 行噴油冷卻。 半浮式連接，則小頭孔與活塞銷采用過盈配合或者將小頭孔銑開，然后用

36、螺釘將小頭夾緊在活塞銷上。半浮式連接不再用小頭襯套和活塞銷卡環(huán)。 連桿小頭用大圓弧過渡到連桿桿身。圓弧與小頭切點間夾角稱為固定角， 固定角小，小頭表面應(yīng)力小，固定角最小可到 900。圓弧與桿身相切點是連桿 桿身危險截面。 (a)有集油孔的小頭 (c)梯形小頭(e)上端加強小頭 (b)有集油槽的小頭(d)階梯形小頭 (f)有噴油孔小頭 圖 2-10連桿小頭結(jié)構(gòu) 1. 連桿桿身 連桿桿身斷面是工字形，在保證剛度的情況下，工字形斷面桿身質(zhì)量較小。 若小頭襯套采用壓力潤滑，則桿身上鉆出油道。 2. 連桿大頭 當(dāng)曲軸采用整體式或半組合式時，為了將活塞和連桿從氣缸套抽出，連桿 大頭采用剖分形式。汽油機連桿

37、大頭采用平切口。大頭蓋帶加強筋的蓋的質(zhì)量 較輕，剛度也較好。 連桿螺釘工作時，承受很大的拉力，若斷裂，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此 連桿螺釘必須有足夠的抗疲勞強度，常采用中碳合金鋼制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 為了防止連桿螺釘松動，在螺釘尾部采用特殊結(jié)構(gòu)，螺母采用花槽螺母， 再穿上開口銷或縮緊鐵絲放松。 2.3 曲軸組 2.3.1 曲軸組工作條件和材料 曲軸組是發(fā)動機的重要部件，在作功沖程把混合氣燃燒產(chǎn)生的氣體壓力轉(zhuǎn) 變?yōu)榘l(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出，其他沖程時要帶動連桿活塞運動。同時曲軸組要驅(qū)動配 氣機構(gòu)及其他附件，使發(fā)動機得以正常工作。 曲軸工作時，承受周期性變化的氣體壓力及活塞連桿等運動件的往復(fù)和旋 轉(zhuǎn)慣性力作用

38、，這些力在曲軸中產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。在軸頸圓角、 油孔等處，應(yīng)力集中現(xiàn)象十分明顯。彎曲和扭轉(zhuǎn)作用還會使曲軸產(chǎn)生振動和變 形。曲軸磨損失去圓度或磨損量超出規(guī)定，發(fā)動機要大修。因此曲軸必須有足 夠的強度、剛度和耐磨性。 汽車發(fā)動機曲軸材料為中碳鋼或中碳合金鋼，如 45 號鋼，40cr 鋼等，模 鍛或自由鍛成型，機械加工中進行淬火或氮化，噴丸和圓角滾壓等強化處理， 最后要精磨拋光。為了降低成本和改善制造工藝性，現(xiàn)代汽車廣泛采用球墨鑄 鐵為曲軸材料，以鑄代鍛成型，因此可獲得局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的曲軸。比如曲軸卸 載穴、筒形減重孔和平衡重等都可以鑄造成型，減少了機械加工量。14 2.3.2 曲軸組結(jié)構(gòu)

39、曲軸組可分成前端、曲柄和后端三部分，每個曲柄又由主軸頸、曲柄銷和 曲柄臂三部分構(gòu) 成，汽車發(fā)動機曲軸組如圖 211 所示。 圖 2-11 曲軸組 -正時鏈輪；-機油泵鏈輪；-曲柄；-輸油管；-曲柄銷；-主軸頸；-飛 輪；-飛輪齒圈 曲軸有整體式、組合式，組合式有全組合和半組合式。汽車用中小功率發(fā)動 機曲軸一般是 整體式，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較輕。全組合曲軸的曲柄銷、主軸頸 和曲柄臂分別制造，然后組合裝配，因此連桿大頭不用剖分，但拆修困難。半 組合將單個曲柄分別制成后組裝到一起，系列化容易，但拆修也困難。15如果 曲軸組支撐軸承數(shù)比曲柄數(shù)多一個，這種曲軸稱為全支撐曲軸。如果支撐數(shù)等 于或少于曲柄數(shù)，這

40、種曲軸稱為非全支撐曲軸。兩種曲軸在汽車發(fā)動機中都有 采用。 1.曲軸前端 曲軸前端主軸頸較長，一般是階梯狀，用以安裝曲軸正時齒輪、風(fēng)扇皮帶 輪，油封及擋油盤。有的曲軸前端裝潤滑油泵驅(qū)動輪，止推軸承也有裝在前端 的。有的發(fā)動機在曲軸前端安裝扭轉(zhuǎn)減振器，減振器用橡膠減振。 2曲柄部分 曲柄部分由主軸頸、曲柄銷和曲柄臂組成。主軸頸直徑比曲柄銷直徑大或 相等，在軸線方向兩軸頸有重疊，稱為重疊度，對曲軸剛性有很大影響。曲柄 臂形狀有橢圓形、矩形或圓形等，其厚度比寬度對曲軸剛度影響更大。曲柄銷 減重孔可降低曲軸旋轉(zhuǎn)離心慣性力，減重孔的軸線相對于曲柄銷軸線向外偏離， 對降低旋轉(zhuǎn)離心慣性力更有利。從主軸頸鉆孔

41、，經(jīng)過曲柄臂到曲柄銷，將壓力 潤滑油送到連桿大頭軸承，對軸承進行壓力潤滑。主軸頸鉆孔或鑄孔，可減輕 主軸頸質(zhì)量而最終減少曲軸質(zhì)量。曲軸動平衡時，在曲柄臂上取掉不平衡離心 質(zhì)量。 一般曲軸中間的主軸頸較長，其余主軸頸長度一樣。止推軸承有裝在中間 主軸頸的。 曲柄部分的平衡重用來平衡和消除曲柄連桿機構(gòu)的不平衡旋轉(zhuǎn)慣性力和曲 軸本身承受的內(nèi)彎矩，旋轉(zhuǎn)慣性力由曲柄臂及曲柄銷的離心質(zhì)量和連桿大頭旋 轉(zhuǎn)部分質(zhì)量產(chǎn)生(連桿旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量和往復(fù)運邊部分質(zhì)量在連桿組質(zhì)心處分開， 基本上前者占總質(zhì)量的 2/3，后者占 1/3。平衡重的配置有多種方式， 。每個曲 柄都布置平衡重稱為完全平衡法，可使各主軸承不受離心力負(fù)

42、荷，但曲軸總質(zhì) 量增加，制造工藝性也較差。幾個曲柄共用平衡重稱為分段平衡法，曲軸質(zhì)量 可小一些。若采用整根曲軸共用一個平衡重的整體平衡法， 。則曲軸質(zhì)量最小。 對同一種曲軸，考慮問題的出發(fā)點不同，平衡重的布置方法也不同，平衡效果 也會有差異。鑄造曲軸一般將平衡重直接鑄造在曲柄臂或曲軸上。鍛造曲軸則 分別加工曲柄臂和平衡重后，用螺釘將它們連接到一起。為了減少連接螺釘?shù)?剪切應(yīng)力和保證運轉(zhuǎn)時平衡性能不被破壞，對平衡重要進行定位裝配，然后用 螺釘螺母夾緊。 汽車發(fā)動機絕大多數(shù)曲軸軸承是滑動軸承，分成上下兩片，以便于拆裝。 曲軸軸承工作時承受氣體爆發(fā)壓力和慣性件的交變負(fù)載荷作用，合金層易疲勞 破壞，軸

43、承和曲軸軸頸間高速摩擦?xí)a(chǎn)生大量摩擦熱。軸承合金層不僅要保證 有一層油層形成液體摩擦減小零件磨損還要及時用潤滑油的流動來將摩擦熱帶 走，否則，臨界潤滑或干摩擦?xí)馆S頸和軸承快速磨損，甚至燒熔黏合，報廢 曲軸。此外，潤滑油中雜質(zhì)和酸分對軸承的腐蝕作用，以及加工誤差產(chǎn)生的棱 緣負(fù)荷，都會 造成軸承不能正常工作。因此，軸承工作對發(fā)動機可靠性和壽命都有很大影響， 是發(fā)動機的主要零件之一。 高速旋轉(zhuǎn)的軸承的瓦背用低碳鋼制造，利于合金層黏結(jié)和有較大的屈服極 限。合金層則有錫基和鉛基白合金，主要用在汽油機上。軸承結(jié)構(gòu)有兩種類型， 曲柄銷(也稱連桿大頭軸承)和大部分主軸承使用普通形狀軸承，有的主軸承使 用翻邊

44、軸承或普通形狀軸承加止推片，對曲軸止推，限定曲軸的軸向位移量。 曲軸箱的主軸承座和軸承瓦蓋將軸承緊固在一起，潤滑油從主軸箱上主軸承座 油孔引入。16 發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，連桿的往復(fù)運動部分質(zhì)量和活塞組質(zhì)量產(chǎn)生的往復(fù)慣性力 也會造成發(fā)動機振動，影響汽車行駛平順和舒適性，產(chǎn)生噪聲，因此現(xiàn)在汽車 發(fā)動機對往復(fù)慣性力也予以平衡。 周期變動的往復(fù)慣性力只平衡到一階、二階，高階往復(fù)慣性力的影響不明 顯，平衡機構(gòu)布置也太復(fù)雜。平衡一階往復(fù)慣性力的雙慣性質(zhì)量，旋向相反， 轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)速相同。平衡二階往復(fù)慣性力的雙慣性質(zhì)量，旋向相反，轉(zhuǎn)速是 曲軸轉(zhuǎn)速的二倍。 多缸發(fā)動機曲柄沿圓周均勻分布，發(fā)動機就有一定的平衡特性。發(fā)

45、火間隔 均勻，就可有效降低軸承負(fù)荷和曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。曲柄排列方式與各缸發(fā)火順 序有密切的關(guān)系。直列 6 缸四沖程汽油機的曲軸的曲柄排列是 1 和 6 缸在同一 方向，2 和 5 缸在同一方向，3 和 4 缸在同一方向，組與組間 1200夾角。均勻 發(fā)火間隔的曲軸轉(zhuǎn)角是 72006=1200，著火順序是 1-5-3-6-2-4。即第一缸首 先著火，曲軸順時針轉(zhuǎn)過 1200，1-5-3-6-2-4。即第一缸首先著火，曲軸順時 針轉(zhuǎn)過 1200，第 5 缸著火；再轉(zhuǎn)過 1200，第 3 缸著火；再轉(zhuǎn)過 1200，第 6 缸； 再轉(zhuǎn)過 1200，第 2 缸；再轉(zhuǎn)過 1200，第 4 缸著火，如此曲軸轉(zhuǎn)

46、過 7200，發(fā)動機 完成了一個工作循環(huán)。然后重復(fù)此過程，周而復(fù)始。17若是形發(fā)動機，則著 火在左右缸交替發(fā)生，若是發(fā)火間隔排列苦難，則也有相后著火發(fā)生在同一側(cè) 氣缸的情況。發(fā)動機發(fā)火間隔仍然與曲柄排列方式有很大的關(guān)系，等于 7200除 以總的氣缸數(shù)。 3曲軸后端 曲軸后端若泄漏潤滑油，可能會甩到離合器的摩擦盤上，造成離合器打滑， 因此曲軸后端密封很重要。圖 212 利用擋油凸緣 1 將潤滑油甩離后端主軸頸， 減少潤滑油泄漏量?；赜吐菁y 5 的旋向和發(fā)動機的轉(zhuǎn)向相反，因此漏出的潤滑 油又被回油螺紋反推回曲軸箱內(nèi)或從填料座回油孔流回曲軸箱。加上油封 3 的 密封，就可以有效阻止?jié)櫥蛷那S后端漏

47、出。 圖 2-12 曲軸后端 1-擋油凸緣；2-油封座；3-填料油封；4-法蘭；5-回油螺紋 曲軸后端法蘭上安裝飛輪。飛輪的功能一方面在作功沖程蓄能，提供給其 他沖程利用，其飛輪矩(由飛輪直徑和厚度確定)使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。另一方 面，飛輪上安裝啟動齒圈，以便對發(fā)動機進行起動。此外飛輪端面圓周上的角 度度刻度和第一缸上上止點標(biāo)志，用來在不拆動發(fā)動機的情況下，校正發(fā)動機 點火提前角或噴油提前角。飛輪用鑄鐵、鑄鋼或球墨鑄鐵制造，選取材料與發(fā) 動機轉(zhuǎn)速和飛輪直徑有關(guān)，即各種材料不離不離心破碎所允許的飛輪圓周轉(zhuǎn)速 度不同飛輪與法蘭間用定位銷定位，再用沿圓周均勻分布的螺釘將飛輪與曲軸 緊固在一起，或者采

48、用沿圓周不均勻分布的螺釘緊固。以保證經(jīng)過曲軸飛輪整 體嚴(yán)格動平衡的曲軸部件，拆裝后回裝不破壞其動平衡。17 第 3 章發(fā)動機機體與氣缸蓋 3.1 氣缸蓋的設(shè)計要點 氣缸蓋裝在機體上，并和氣缸和活塞一起構(gòu)成混合氣燃燒的燃燒室。氣缸 蓋的主要設(shè)計目標(biāo)是提高進氣效率和燃燒的熱效率。為實現(xiàn)上述目的，氣缸蓋 還得承受熱負(fù)荷和機械負(fù)荷。 為了盡可能的提高發(fā)動機的充量系數(shù)以達到提高升功率要求，必須改善發(fā) 動機的換氣過程。合理增大氣門直徑及采用多氣門結(jié)構(gòu)是改善發(fā)動機換氣過程 的重要措施，但也受各種因數(shù)的限制，如低速小負(fù)荷的燃燒穩(wěn)定性，燃燒室及 氣缸壁面對氣流的遮擋效果，以及直徑尺寸也有變化。 出常用的每缸 2

49、 氣門外，多氣門方案現(xiàn)在運用的越來越多，目前常用的多 氣門方案有 3 氣門方案（2 進 1 排） ；4 氣門方案（2 進 2 排） ；5 氣門方案（3 進 2 排） 。 3.1.1 燃燒室 汽油機燃燒室應(yīng)滿足以下要求： (1)采用盡可高的壓縮比，以提高發(fā)動機的效率； (2)具有最小的面容比一間小熱損失； (3)具有最短的火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，以盡可能縮短燃燒時間； (4)具有合適的冷卻末端混合氣 ，以防止其過熱，但冷卻不能過度，否則會引 起末端混合氣燃燒不良，從而使 hcde 排放過高； (5)火花塞盡可能靠近派氣門，以使火花塞周圍的溫度達到最高； (6)進入旗桿內(nèi)的新混合氣應(yīng)具有一定的流動強度，使空

50、氣和燃料迅速混合， 注意過高的渦流強度會使熱損失很大； (7)具有適當(dāng)?shù)臄D氣面積，加強缸內(nèi)混合氣在燃燒之前和燃燒期間混合氣的湍 流； (8)適當(dāng)冷卻派氣門，以防止其過熱，變形和燒蝕； (9)進入氣缸的新混合氣應(yīng)能掃過兵冷卻火花塞電極，以避免在大負(fù)荷工礦下 火花塞產(chǎn)生熱點而提前點火現(xiàn)象； (10)氣門直徑及氣門數(shù)量要能夠保證發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速下具有較高的充量系數(shù)； (11)應(yīng)防止由于燃燒室溫度過高引起的發(fā)動機工作粗暴經(jīng)濟三強烈燃燒噪聲。 18 燃燒室的類型：浴盆型燃燒室，活塞頂盆型燃燒室，分開式燃燒室，帶有 復(fù)合氣門夾角的半球形燃燒室，半球形燃燒室，三氣門蓬形燃燒室，四氣門蓬 形燃燒室，五氣門蓬形燃

51、燒室， 形燃燒室等等。 3.1.2 配氣機構(gòu) 此發(fā)動機采用單頂置式氣門配氣機構(gòu)，配氣機構(gòu)由氣門座、氣門組件、氣 門導(dǎo)管、挺柱、凸輪軸、凸輪軸正時鏈輪和曲軸正時鏈輪等零部件組成。 氣門組件包括氣門鎖夾、氣門彈簧座、擋油罩，氣門彈簧和近排氣門等零 件。 1.氣門 1)氣門的通過能力 為保證發(fā)動機喚起充分，要求氣門有盡可能大的通過能力。氣門打開時， 新鮮的混合空氣或派出廢氣從氣門升起后形成的圓臺面積流過，如圖 2-13 所 示。氣門開度不大時，該圓臺側(cè)表面積用下式計算： 2 h h ahcos (dsin2 ) mm 2 當(dāng)氣門開度大時，流通面積用下式計算： 222 hvvh vh dddd a (

52、) +h -(dd )htan mm 22cos 式中 a 氣門流通面積； 氣門錐角； dh 氣門喉口直徑，mm； h 氣門升程，mm; dv 氣門頭部直徑，mm; 圖 2-13 氣門的通過能力 從計算式可以看出，增加氣門直徑 dv、加大氣門喉口直徑 dh、增加氣門升 程 h 和減小氣門錐角等都可以增加氣門流通面積，提高換氣效率。 進排氣門錐角一般為 45o，少數(shù)發(fā)動機進氣門錐角為 30o。雖然進氣門錐角 較小時，氣悶通過斷面較大，進氣阻力較小，可以增加進氣量。但是氣門那錐 角小，則氣門剛度差，易變形而造成氣門與氣門座圈之間不密封。此外，隨氣 門升程增加，氣體流動方向受氣門錐角的影響越來越小，

53、甚至氣門錐角較大的 進氣阻力反而小。較大的氣門錐角，可提高氣門頭部剛度，氣門落座時有較好 的氣門自動對中作用，與氣門座圈有較大的接觸壓力，不僅利于密封，同時利 于氣門傳熱。氣門錐度較大，可利用氣門落座時用較大的滑移量而擠掉密封錐 面上積炭。增壓發(fā)動機由于氣門承受的機械負(fù)荷較大，與氣門座圈的相對滑移 更大些。加上從氣門道管獲得機油潤滑的可能，氣悶?zāi)p問題突出，所以增壓 發(fā)動機的氣門錐角采用 30o是合理的，這樣氣門與座圈之間的壓力可相應(yīng)減少 18%。19 一般發(fā)動機每缸兩個氣門，進氣門頭部直徑比排氣門大 15%30%，以提 高進氣量?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機采用多氣門系統(tǒng)，即缸 3、4 或 5 個氣門，其

54、中進 氣門屬比排氣門數(shù)多，但排氣門直徑比進氣門大。多氣門發(fā)動機每個氣門的流 通面積減小，但總流通面積大于兩氣門。發(fā)動機進氣量增加，則動力性能好。 此外，氣門直徑減小，則往復(fù)運動質(zhì)量減輕，運動慣性減小，有利于提高發(fā)動 機的轉(zhuǎn)速。氣門直徑小，氣門剛度提高，壽命增加，氣門熱負(fù)荷降低。但氣門 數(shù)增加，會提高發(fā)動機的制造成本。此外，驅(qū)動機構(gòu)變得復(fù)雜，還可能增加燃 燒室表面積而影響燃燒性能。 2）氣門材料和結(jié)構(gòu) 氣門尤其是排氣門工作條件十分惡劣。氣門與高溫氣體接觸，散熱困難， 熱負(fù)荷高。排氣門頭部中心溫度高達 700oc，座合面溫度也有 650oc。進氣門因 新混合氣或空氣的沖刷，溫度低些為 300400

55、oc。氣門彈簧以很大的彈力來保 證氣門的密封， 加上氣門彈簧慣性力和氣壓力，使氣門承受很大的機械壓力。 而氣門潤滑條件差，反復(fù)升起落座加快座合面磨損和在氣門導(dǎo)管中的磨損。 在這種工作條件下，進氣門一般用中炭合金鋼如鉻鋼等制造，而排氣門要 用耐熱合金鋼如硅鉻鋼等制造。為降低成本，排氣門頭部可堆焊耐熱合金鋼、 或頭部用耐熱合金鋼，桿部用普通合金鋼，再對對焊成一體的措施。 氣門由頭部和桿身兩部分組成。氣門頭部成圓錐盤形，頂部有平頂、凹頂 盒凸頂三種形狀。平頂氣門結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，受熱面積小，進、排氣門都 可以使用。凹頂氣門因與桿身有較大的過渡半徑，氣體流動阻力較小，且有較 好的彈性適應(yīng)氣門座圈而保

56、證密封，但制造困難，凹部易積炭，且受熱面積大， 不適合于作排氣門。凸頂氣門頭部剛度大，排氣阻力小，但制造困難，往復(fù)慣 性力大而機械負(fù)荷較大，受熱面較大而熱負(fù)荷高。 頭部通過較大的圓角半徑過渡到氣門桿身。氣門桿身和氣門導(dǎo)管間配合間 隙很小，若間隙過大，會使氣門在導(dǎo)管內(nèi)搖擺而影響氣門落座時的密封，同時 通過導(dǎo)管散熱的能力下降，還會造成潤滑油漏入氣道，增加潤滑油消耗。 有的發(fā)動機為加強氣門冷卻，采用空心桿身，填入半截金屬鈉粉末而成為 鈉冷卻氣門。但氣門溫度升高時，質(zhì)量輕、比熱容高、熔點低、沸點高的金屬 鈉化成液態(tài)，并在桿身中劇烈搖晃，有效地將氣門頭部熱量吸收并傳遞到桿身， 再從氣門導(dǎo)管傳導(dǎo)缸蓋散熱。

57、鈉冷氣門冷卻效果十分明顯，但制造成本很高。 桿身尾端，用氣門鎖夾鎖定在氣門座彈簧上，因鎖緊方式不同而尾端結(jié)構(gòu) 有許多種。圖所示為較常用的鎖定方式和氣門尾端結(jié)構(gòu)。氣門鎖夾有兩半構(gòu)成， 以便于拆卸。 2 氣門彈簧 氣門的功能是保證氣門關(guān)閉時與氣門座或氣門座圈緊密貼合，必會漏氣， 同時保證氣門開其實，配器機構(gòu)個零部件互相接觸，減少氣門脫離凸輪控制的 情況。 配氣機構(gòu)傳動件的往復(fù)運動時氣門彈簧承受變動頻率較高的交變載荷，其 最大彈力必須大于氣門全開始，驅(qū)動系統(tǒng)換算到氣門一側(cè)的當(dāng)量質(zhì)量產(chǎn)生的慣 性力。由于結(jié)構(gòu)限制，其門彈簧尺寸不能太大，因此氣門彈簧應(yīng)力狀態(tài)十分嚴(yán) 重，故氣門彈簧要是用彈性極限和疲勞極限較

58、高的材料。常用的彈簧材料有高 碳錳鋼如 65mn 或高級合金鋼 50crva 等冷拔彈簧鋼絲，并經(jīng)淬火和低溫回火處 理，以提高其疲勞極限。彈簧表面再經(jīng)鍍銅、鍍鋅、磷化或發(fā)藍、發(fā)黑等處理， 防止銹蝕產(chǎn)生疲勞破壞。 為了避免共振破壞配氣定時甚至造成氣門彈簧折斷，發(fā)動機上海采用內(nèi)外 雙氣門彈簧。兩彈簧的旋向相反，這樣工作時不會發(fā)生內(nèi)彈簧鋼絲卡在外彈簧 鋼絲間的情況，同時兩彈簧因固有頻率不同而互為阻尼，有效防止共振。此外， 雙彈簧中一只折斷，另一只還能繼續(xù)維持發(fā)動機正常工作。雙彈簧還可以減小 氣門彈簧高度，從而降低發(fā)動機高度。 使用便螺距（螺距小的一端靠近缸蓋）或塔形（大端靠缸蓋）彈簧，利用 它們固有

59、頻率不固定的特性來避開共振區(qū)。在氣門彈簧外加套一個阻尼減振器， 對防止氣門彈簧共振也有效。 3 氣門導(dǎo)管 氣門導(dǎo)管是氣門運動的導(dǎo)向裝置，能保證氣門正確落座到氣門座上。此外， 到觀中的內(nèi)控的圓柱度和表面粗糙度要求高，為此，制造時是先將預(yù)加工的氣 門導(dǎo)管壓裝到氣缸蓋導(dǎo)管孔中，然后用有導(dǎo)向桿的絞刀絞削到規(guī)定的尺寸和精 度。 氣門導(dǎo)管上孔不倒角，以減少進入導(dǎo)管潤滑油量。派氣門導(dǎo)管下端有排去 積炭的排渣槽。外圓面上環(huán)槽刻嵌入卡環(huán)，防止松動的導(dǎo)管掉入氣道中。在上 端加機油罩，可以減少進入導(dǎo)管的潤滑有量，減少潤滑油吸入氣缸燒掉的消耗 量。 4 氣門座圈 用合金鑄鐵、粉末冶金或奧氏體鋼制成的氣門座圈，以過盈配

60、合壓裝在機 體或氣缸蓋的氣門座內(nèi)年幼的發(fā)動機將氣門座直接加工再機體或啟蒙改善在那 個氣缸蓋上。氣門座或氣門座圈在發(fā)動機工作是，承受高頻率的沖擊載荷和很 大的熱負(fù)荷，很容易磨損和燒蝕。 氣門座圈的結(jié)構(gòu)如圖 2-14 所示。 （a）是將座圈的外形加工成柱形壓入座 孔。 （b）是將氣門座圈加工成錐角不超過 12o的圓錐壓入座孔中。座圈的外表 面有兩道凹槽，其作用是塑性變形的座孔金屬擠壓在座槽內(nèi)，可有效防止座圈 從座孔中掉下來。將座圈外表面倒角，再將機體或氣缸蓋上的金屬碾壓在倒角 處來固定座圈，也是一種防止脫落的辦法， 。氣門座或氣門座圈的密封面錐角 要與氣門密封錐面適應(yīng)，為了不止于密封面太寬、接觸壓