柴油機(jī)結(jié)構(gòu)原理

1、柴油機(jī)結(jié)構(gòu)一、 發(fā)動機(jī)的工作原理 發(fā)動機(jī)的功能是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒使其熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而輸出動力。能量的轉(zhuǎn)換是通過不斷地依次反復(fù)進(jìn)行“進(jìn)氣壓縮做功排氣”四個連續(xù)過程來實現(xiàn)的，每進(jìn)行這樣一個連續(xù)過程就叫做一個工作循環(huán)。1、進(jìn)氣沖程活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運(yùn)動，此時排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟。活塞移動的過程中，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，形成一定的真空度，于是經(jīng)過慮芯的空氣通過進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸。直至活塞到達(dá)下止點時，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣。2、壓縮沖程進(jìn)氣沖程結(jié)束時，活塞在曲軸的帶動下，從下止點向上止點運(yùn)動，氣缸容積逐漸減小，由于進(jìn)排氣門均關(guān)閉，氣體被壓縮，氣缸內(nèi)溫度上升，直至活塞到達(dá)上止點時，壓縮結(jié)

2、束。3、做功沖程在壓縮沖程末，高壓油嘴噴出高壓燃油與空氣混合，在高溫、高壓下混合氣體迅速燃燒，使氣體的溫度、壓力迅速升高而膨脹，從而推動活塞由上止點向下止點運(yùn)動，再通過連桿驅(qū)動曲軸轉(zhuǎn)動做功，至活塞到下止點時，做功結(jié)束。4、排氣沖程在做功沖程結(jié)束時，排氣門被打開，曲軸通過連桿推動活塞由下止點向上止點運(yùn)動，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推力作用下，被排出氣缸，直至活塞到達(dá)上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。排氣沖程終了時由于燃燒室容積存在，氣缸內(nèi)還存少量廢氣，氣體壓力也因排氣門和排氣管的阻力而仍高于大氣壓。二、發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造柴油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)四大系統(tǒng)組成。1、柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由構(gòu)成氣缸的機(jī)體、活

3、塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。由發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)可知，混合氣在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高壓是通過活塞、連桿、曲軸而變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械能輸出的；反之，工作循環(huán)的準(zhǔn)備過程也是由曲軸通過連桿通過活塞作往復(fù)運(yùn)動來實現(xiàn)的?？梢姡B桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)維持工作循環(huán)，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的核心。2、配氣機(jī)構(gòu)為使發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)能夠連續(xù)進(jìn)行，必須定時地開閉氣門，以便向氣缸內(nèi)充入新鮮氣體和排出廢氣。它主要由氣門和控制氣門開閉的凸輪軸及其他傳動件等組成。3、燃料供給系從發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)可知，柴油機(jī)要向氣缸內(nèi)提供純空氣并在規(guī)定時刻向氣缸內(nèi)噴入燃油。另外，需要將燃燒完的廢氣按規(guī)定的管路導(dǎo)出。柴油機(jī)的燃料供給系主要由燃油箱、噴油泵、噴油器、進(jìn)

4、、排氣管、慮清器等組成。4、潤滑系發(fā)動機(jī)內(nèi)部有很多高速運(yùn)動的摩擦表面，為了減小摩擦阻力和減緩磨損，需要向這些摩擦表面提供潤滑油。潤滑系主要由油底殼、機(jī)油泵、油道、慮清器等組成。5、冷卻系發(fā)動機(jī)工作時，氣缸內(nèi)氣體燃燒的熱量在使氣體膨脹做功的同時，不可避免地將會加熱與它相接觸的機(jī)件，為了保持正常的工作溫度，需將機(jī)件的多余熱量散發(fā)出去。冷卻系有水冷和風(fēng)冷兩種，水冷主要由散熱器、風(fēng)扇、水泵、水套等組成；風(fēng)冷主要由風(fēng)扇、散熱片等組成。6、啟動系發(fā)動機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)的第一個工作循環(huán)的準(zhǔn)備過程，必須有外部動力帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，啟動系主要由起動機(jī)及其附屬裝置等組成。三、曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

5、的主要裝置。在做功沖程，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動的機(jī)械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而對外輸出動力；反之，在其他沖程，它又將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榛钊耐鶑?fù)運(yùn)動，為做功沖程做好準(zhǔn)備。曲柄連桿機(jī)構(gòu)由以下三部分組成：1、 氣缸體曲軸箱組：主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等不動件；2、 活塞連桿組：主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等運(yùn)動件；3、 曲軸飛輪組：主要包括曲軸、飛輪等。一） 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件及受力簡析曲柄連桿機(jī)構(gòu)所受的力主要有氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動的慣性力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的離心力以及相對運(yùn)動接觸表面的摩擦力。Ø 氣體壓力在工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)氣體壓力是不斷變化的

6、。做功沖程壓力最高，其瞬間最高壓力柴油機(jī)可達(dá)510Mpa。Ø 往復(fù)慣性力和離心力由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度的大小和方向都是不斷變化的，所以必定產(chǎn)生慣性力。1、 往復(fù)慣性力2、 離心慣性力Ø 摩擦力曲柄連桿機(jī)構(gòu)中互相接觸的表面相對運(yùn)動時都存在有摩擦力，其大小與正壓力和摩擦系數(shù)成正比，其方向總與相對運(yùn)動的方向相反。摩擦力的存在是造成配合表面磨損的根源。二） 氣缸體與曲軸箱組氣缸體與曲軸箱組主要由氣缸體、上下曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋和氣缸墊等組成。Ø 氣缸體與曲軸箱的結(jié)構(gòu)形式與功用氣缸體是氣缸的殼體，上曲軸箱是支承曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的殼體，二者組成了發(fā)動機(jī)的機(jī)體。其結(jié)構(gòu)形式有整

7、體式和分體式。整體式結(jié)構(gòu)就是將氣缸體與曲軸箱鑄成一體，稱為氣缸體，通常用為水冷發(fā)動機(jī)。分體式結(jié)構(gòu)就是將氣缸體與上曲軸箱分開制造再用螺栓連接起來，多用于風(fēng)冷發(fā)動機(jī)。整體式或分體式的上曲軸箱是組裝發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)件，并由它來保持發(fā)動機(jī)各運(yùn)動件相互間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。Ø 氣缸體與曲軸箱的工作條件與要求氣缸體曲軸箱承受有較大的機(jī)械負(fù)荷和較復(fù)雜的熱負(fù)荷。由其功用和工作條件，要求氣缸體曲軸箱具有足夠的強(qiáng)度，剛度和良好的耐熱性、耐腐蝕性等。氣缸體曲軸箱的變形會破壞各運(yùn)動件間的準(zhǔn)確位置關(guān)系，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況和壽命降低，因而對剛度和強(qiáng)度的要求同樣重要。Ø 曲軸箱的結(jié)構(gòu)型式上曲軸箱一般有三種結(jié)構(gòu)形

8、式。平分式主軸承座孔中心線位于曲軸箱分開面上。其特點是制造方便但剛度小，且前后端呈半圓形，與油底殼結(jié)合面的密封較困難，給維修造成不方便。多用于中小型發(fā)動機(jī)，如492Q等。龍門式主軸承座孔中心線高于曲軸軸線分界面。其特點是結(jié)構(gòu)剛度較高，且下曲軸箱前后端為一平面，其密封簡單可靠，維修方便。上述兩種型式，其主軸承座孔均為分開式，內(nèi)孔和端面的加工是在主軸承蓋上用定位銷或定位套（平分式），或主軸承蓋兩側(cè)平面（龍門式）定位，并用螺栓固定后進(jìn)行的，因而軸承蓋既不可換位也不可換向。為避免錯裝，在主軸承蓋上都有位置和方向的記號。隧道式主軸承座孔不分開。其特點是結(jié)構(gòu)剛度最大，主軸承同軸度易保證，但拆裝較困難。&#

9、216; 氣缸體與曲軸箱的材料氣缸體和上曲軸箱根據(jù)其工作條件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，一般用灰鑄鐵制造，因為它具有成本低、鑄造工藝性好、剛度大、耐磨和吸振性好等優(yōu)點。有的強(qiáng)化機(jī)型采用了球墨鑄鐵，還有的為了增加強(qiáng)度和耐磨性，采用含鎳、鉻、鉬、磷等元素的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵。某些發(fā)動機(jī)為了減輕重量、加強(qiáng)散熱，采用鋁合金鑄造。Ø 下曲軸箱的密封下曲軸箱的作用是儲存潤滑油，因此又叫油底殼。其內(nèi)部有防止?jié)櫥瓦^分激蕩的穩(wěn)油擋板，有利于機(jī)油泵的正常工作和潤滑油內(nèi)雜質(zhì)的沉淀。為了保證發(fā)動機(jī)縱向傾斜時機(jī)油泵仍能正常吸出機(jī)油，油底殼的后部或前部一般做得較深，并在其最深處有放油塞，以便放出潤滑油。有的放油塞帶有磁性，可吸

10、附潤滑油中的鐵屑，以減小發(fā)動機(jī)的磨損。由于油底殼受力很小，一般用薄鋼板沖壓制成。為了加強(qiáng)散熱，某些發(fā)動機(jī)采用鋁合金鑄造，并鑄有散熱片。上下曲軸箱之間為了防止漏油，一般墊有軟木襯墊，也有的鑄造油底殼用密封膠密封。三） 氣缸與氣缸套Ø 氣缸與氣缸套的工作條件與材料從發(fā)動機(jī)的工作原理可知，氣缸所接觸的氣體，其溫度和壓力都在頻繁的變化而且其瞬時值很高，給氣缸以很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。另外，燃燒產(chǎn)物對氣缸壁還有腐蝕性。在這種惡劣的條件下，活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動，對氣缸的磨損往往影響整個發(fā)動機(jī)的壽命。為了提高耐磨性，有些氣缸采用表明處理，如表明淬火、鍍鉻等；有的則對整個氣缸體采用優(yōu)質(zhì)材料，但成本高。目

11、前更多的是采用在氣缸體內(nèi)鑲?cè)霘飧滋椎慕Y(jié)構(gòu)。這樣，缸套可用更加耐磨的材料，以延長使用壽命，而氣缸體則用廉價的普通鑄鐵或重量輕的鋁合金制造。即便制造時不鑲缸套的氣缸體，經(jīng)幾次大修后為繼續(xù)使用，也要鑲一個標(biāo)準(zhǔn)缸徑的氣缸套。氣缸套的材料，常使用的有珠光體灰鑄鐵、合金鑄鐵、高磷鑄鐵、含硼鑄鐵及其他高級鑄鐵。Ø 氣缸套的型式與構(gòu)造根據(jù)其是否與冷卻水接觸，氣缸套分為干式和濕式兩種。1、干式干式缸套的特點是外表面不直接與冷卻水接觸。為了獲得與缸體間足夠的實際接觸面積，以保證散熱效果和缸套定位，其外表面與其相配合的氣缸體承孔內(nèi)表面，都有一定的加工精度，并且一般都采用過盈配合。另外，干式缸套壁薄，有的只

12、有1mm厚。干式缸套外圓下端制不大的錐角，以便壓入氣缸體。其頂部（或缸體承孔的底部）有帶凸緣的兩種。帶凸緣的配合過盈量較小，因為凸緣可以幫助其定位。干式缸套的優(yōu)點是不容易漏水、漏氣，缸體結(jié)構(gòu)剛度大，不存在穴蝕，缸心距小機(jī)器重量輕等；其缺點是修理更換不便，散熱效果差等。2、濕式濕式缸套的特點是其外表面直接與冷卻水接觸。另外，它較干式缸套壁厚大。缸套的定位缸套的徑向定位一般靠上下兩個凸出的，與氣缸體間為動配合的圓環(huán)帶。軸向定位是利用上部凸緣的下平面。因此缸套的上述部位和氣缸體承孔的相應(yīng)配合部位，應(yīng)有較高的加工精度。氣缸套的密封氣缸套下部靠13個耐熱耐油密封圈密封。其密封形式有漲封式和壓封式兩種，其

13、中廣泛應(yīng)用的為漲封式。少數(shù)發(fā)動機(jī)缸體上在兩道密封圈之間設(shè)有漏水孔，用以觀察密封圈工作情況是否良好。隨著柴油機(jī)強(qiáng)化程度的日益提高，濕式缸套的穴蝕已成為一個突出的問題，所以某些柴油機(jī)缸套有三道密封圈，最后一道上半部分與冷卻水接觸，既能防止配合面生銹、便于拆裝，又能借其吸振，減輕穴蝕。缸套的上部通常是靠凸緣的下平面密封。大多數(shù)濕式氣缸套裝入后，其頂面高出缸體一定高度，一般為0.050.15mm，使氣缸蓋螺栓緊固后，缸套與缸墊的該部分承受較大的壓緊力，具有防止氣缸漏氣、水套漏水和保證缸套定位的作用。濕式缸套的優(yōu)點是缸體鑄造較容易，又便于修理更換，且散熱效果較好。缺點是缸體剛度較差，易產(chǎn)生穴蝕，且易漏水

14、、漏氣。主要用于高負(fù)荷發(fā)動機(jī)和鋁合金缸體發(fā)動機(jī)。為了減少氣缸的磨損，氣缸壁應(yīng)有較高的加工精度和較低的粗糙度，過低的粗糙度不利于油膜的形成，反而加速氣缸的磨損。另外，為了便于活塞及活塞環(huán)裝入，氣缸上口加工有一定的倒角。四） 氣缸蓋與氣缸墊Ø 氣缸蓋1、功用與工作條件氣缸蓋用來封閉氣缸的上部并與氣缸、活塞共同構(gòu)成燃燒室。氣缸蓋燃燒室壁面同氣缸一樣承受燃?xì)馑斐傻臒嶝?fù)荷及機(jī)械負(fù)荷，由于它接觸溫差很大的燃?xì)鈺r間更長，因而氣缸蓋承受的熱負(fù)荷更甚于氣缸體。2結(jié)構(gòu)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)隨氣門的布置、冷卻方式及燃燒室的形狀而異。頂置氣門式氣缸蓋有水套（水冷式）或散熱片（風(fēng)冷式）、燃燒室、火化塞座孔（汽油機(jī)）或

15、噴油器座孔（柴油機(jī)）、進(jìn)排氣道、與氣缸體密封的平面、安裝氣門裝置及其他零部件的加工部位等，水套中還裝有噴口朝向排氣門座及噴油器座孔的噴水管，以加強(qiáng)這些過熱部位的冷卻。3、材料及氣缸蓋的緊固氣缸蓋和氣缸體的工作條件及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有許多共同之處，其材料也同氣缸體一樣，一般用灰鑄鐵或合金鑄鐵。由于材料的膨脹系數(shù)不同，為了防止受熱后缸蓋螺栓的膨脹大于鑄鐵缸蓋的膨脹而使緊度降低，對鑄鐵缸蓋要在發(fā)動機(jī)大正常工作溫度后再進(jìn)行第二次擰緊；鋁合金氣缸蓋由于其膨脹系數(shù)比鋼大，在發(fā)動機(jī)熱起后緊度會更大，故只需在冷態(tài)下一次擰緊即可。多缸一蓋的氣缸蓋，結(jié)構(gòu)剛度較差。為避免其變形，安裝氣缸蓋時，緊固螺栓應(yīng)按由中央向四周的順

16、序，分次逐步地以規(guī)定扭矩擰緊。拆卸時則按相反的方向。Ø 氣缸墊1、作用與要求氣缸墊用來保證氣缸體與氣缸蓋結(jié)合面的密封，防止漏氣、漏水。氣缸墊接觸高溫、高壓氣體及冷卻水，在使用中很容易被燒蝕，特別是缸口轉(zhuǎn)邊周圍。因此，氣缸墊要耐熱、耐蝕、具有足夠的強(qiáng)度、一定的彈性和導(dǎo)熱性，從而保持可靠的密封。另外還應(yīng)能重復(fù)使用，壽命長。構(gòu)造目前氣缸墊的結(jié)構(gòu)大致有以下幾種。1）金屬石棉墊，廣泛使用的金屬石棉墊，內(nèi)填石棉，外包銅皮或鋼皮，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加固。金屬包皮主要獲得強(qiáng)度、耐燒蝕和傳熱能力，石棉芯有高的耐熱性和一定的彈性。這種墊片可多次使用。另一種是金屬骨架石棉墊，用編制鋼絲、鋼片或

17、沖孔鋼片為骨架，外覆石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成墊片，表面涂以石墨粉等潤滑劑，只在缸口、油道口及水孔處用金屬片包邊。這種墊片彈性更好，但容易粘結(jié)，一般只能用一次。2）純金屬墊，某些強(qiáng)化程度更高的發(fā)動機(jī)，采用純金屬氣缸墊，是由單層或多層金屬片（銅、鋁或低炭鋼）制成的。為了加強(qiáng)密封，在缸口、水孔、油道口處，沖有彈性凸筋。采用這種缸墊對氣缸蓋和氣缸體結(jié)合面要求有較高的加工精度。2、安裝方向金屬石棉墊（金屬皮的），由于缸口卷邊一面高出一層，對與它接觸的平面會造成單面壓痕變形，因此卷邊應(yīng)朝向易修整的接觸面或硬平面。1)氣缸蓋和氣缸體同為鑄鐵時，卷邊應(yīng)朝向氣缸蓋（易修整）；2）鋁合金氣缸蓋、鑄鐵氣缸體，卷邊應(yīng)朝向

18、氣缸體（硬平面）；3）氣缸蓋和氣缸體同為鋁合金時，卷邊應(yīng)朝濕式缸套的凸沿（硬平面）。五）活塞連桿組活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等主要機(jī)件組成。Ø 活塞1、功用、工作條件與要求活塞的功用是與氣缸蓋等共同組成燃燒室、承受氣缸內(nèi)氣體壓力并通過活塞銷和連桿傳給曲軸?；钊窃陬l繁變化的瞬時高溫、高壓、高速及液體潤滑和散熱均困難的條件下工作的：1）氣體壓力與溫度：燃燒過程氣體瞬時壓力最高可達(dá)5Mpa左右，有的柴油機(jī)甚至可達(dá)10Mpa，使數(shù)萬乃至十幾萬牛頓的力，突然作用到活塞頂上，高速時每秒發(fā)生20-40次。與此同時，瞬時溫度最高可達(dá)2000K以上的熾熱氣體覆蓋于活塞頂，而散熱條件卻很差

19、雖然活塞頂?shù)臒崃坑衫浠旌蠚怏w和機(jī)油帶走一部分，但主要是通過氣缸壁間接傳給冷卻水或散熱片，致使活塞承受很高的熱負(fù)荷。2）速度：活塞運(yùn)動速度的大小和方向在不斷地變化，產(chǎn)生的慣性力可造成很大的機(jī)械負(fù)荷。另外，活塞的平均速度在12m/s左右，瞬時速度要高得多，因而它和缸壁的摩擦是個不可忽視的問題。鑒于其作用和惡劣的工作條件，對活塞的要求是：A、 要有足夠的強(qiáng)度和剛度；B、 質(zhì)量要盡量小，以保持最小的慣性力；C、 導(dǎo)熱性要好，有充分的散熱能力；D、 要有足夠的耐熱性；E、 活塞與氣缸壁間應(yīng)有較小的摩擦系數(shù)；F、 溫度變化時，尺寸和形狀變化要??；G、 和氣缸壁間要保持最小的間隙。2、材料現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)的活

20、塞普遍采用鋁合金。這是由于鋁合金具有密度小，導(dǎo)熱性能好的突出優(yōu)點，有利于提高發(fā)動機(jī)的功率（密度小則質(zhì)量及慣性小，發(fā)動機(jī)允許的轉(zhuǎn)速較高；導(dǎo)熱性能好，則活塞頂面中央溫度不致太高，充氣效率高）。鋁合金的突出缺點是膨脹系數(shù)大，高溫強(qiáng)度性差，但采用合理的結(jié)構(gòu)，能滿足使用要求?；钊玫匿X合金中，使用較廣泛的是硅鋁合金，因其有較小的膨脹系數(shù)和密度，耐磨性也較好。少數(shù)機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷較大的柴油機(jī)活塞采用了高溫強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能好的銅鎳鎂鋁合金，它的膨脹系數(shù)和密度都大于硅鋁合金，而且價格也較貴。由于不同成分的鋁合金其膨脹系數(shù)和密度均不相同,所以使用時不同廠家的活塞不可混裝，也不能照搬同樣的裝配間隙。近年車用柴油機(jī)活

21、塞開始研究使用灰鑄鐵，以發(fā)揮灰鑄鐵的優(yōu)勢（成本低，耐熱性好，膨脹系數(shù)小，能減小裝配間隙）。新設(shè)計的灰鑄鐵活塞重量甚至比鋁合金還輕。3、組成根據(jù)其作用，活塞可分為頂部、環(huán)槽部、裙部和活塞銷座四部分，其中頂部和環(huán)槽部也通稱為頭部。1）頂部活塞頂部是燃燒室的組成部分，用來承受氣體壓力。為了提高剛度和強(qiáng)度，并加強(qiáng)其散熱能力，背面多有加強(qiáng)筋。頂部形狀多有平頂、凹頂和凸頂，凹頂活塞主要是高壓縮比發(fā)動機(jī)為了防止氣門碰撞，也可用凹孔的深度來調(diào)整壓縮比。2）環(huán)槽部活塞的環(huán)槽部切有若干環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，它是活塞的防漏部分。兩環(huán)槽之間成為環(huán)岸。環(huán)槽的形狀與活塞環(huán)斷面形狀相對應(yīng)，通常為矩形或梯形。靠頂部的環(huán)槽裝壓

22、縮環(huán)（氣環(huán)），一般為2-3道；下面的環(huán)槽裝油環(huán)為1-2道。油環(huán)槽的槽底圓周上制有若干貫通的泄油孔或泄油槽，以便油環(huán)從缸壁上刮下多余潤滑油經(jīng)此流回油底殼。3）裙部活塞的裙部是用來給活塞的運(yùn)動導(dǎo)向和承受側(cè)壓力的，因而裙部有一定的長度，以保證可靠的導(dǎo)向；又有足夠的面積，以防止活塞對氣缸壁的單位面積壓力過大，破壞潤滑油膜，加大磨損。4）活塞銷座活塞銷座是活塞通過活塞銷與連桿的連接部分，位于活塞裙部的上部，為厚壁圓筒結(jié)構(gòu)，用以安裝活塞銷。活塞所承受的氣體壓力、慣性力，都是通過銷座傳給活塞銷的。為限制活塞銷的軸向竄動，大部分活塞在活塞銷孔座內(nèi)接近外端面處有卡環(huán)槽，用以安裝卡護(hù)環(huán)，兩卡環(huán)槽之間的距離大于活塞

23、銷的長度，使卡環(huán)在活塞銷端面之間留有足夠的間隙，以防冷卻過程中，活塞的收縮大于活塞銷的收縮而將卡環(huán)頂出。銷座孔有很高的加工精度，并且經(jīng)分組與活塞銷選配，以達(dá)到高精度的配合。4、活塞的變形及其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施為了保證活塞的正常工作，活塞各部與氣缸壁之間必須保持一定的間隙，其中起導(dǎo)向作用的裙部這一間隙尤為嚴(yán)格，若間隙過小，將會因活塞膨脹而出現(xiàn)拉缸，卡死等故障。然而發(fā)動機(jī)在工作時，活塞裙部與氣缸壁間的間隙是變化的，這主要是由于活塞的變形引起的。1）活塞變形的原因及規(guī)律：活塞工作時變形的主要原因是熱膨脹，其次是側(cè)壓力。另外，氣體的正壓力也會引起活塞頂部彎曲變形，但變形情況較復(fù)雜而且較小，故予以忽略。活塞

24、變形的規(guī)律及具體原因是：A、整個活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹，使活塞與氣缸的配合間隙變小。這是由于活塞的溫度高于氣缸壁，且鋁合金的膨脹系數(shù)大于鑄鐵；B、活塞頭部的膨脹大于裙部，而且各部分都是自上而下膨脹量由大而小。這是由于溫度上高下底，且活塞的壁厚上厚下薄。C、裙部圓周方向近似橢圓形變化，長軸在沿銷座孔軸線方向。這是由于銷座處金屬多而膨脹量大和側(cè)壓力的結(jié)果。2）結(jié)構(gòu)措施：為了使活塞各部分，特別是裙部，在各種工作情況下與缸壁的配合間隙都盡可能保持在一定范圍內(nèi)，不同的活塞在結(jié)構(gòu)上采取了與變形相適應(yīng)或控制盡可能小的變形等一些措施。主要有：A、活塞頭部的直徑呈上小下大的階梯形或截錐形，且頭部直徑小于裙

25、部，直徑一般差0.5-0.9mm。B、活塞裙部呈上小下大的截錐形。在垂直于銷座孔軸線方向上，裙部下端與上端的直徑稱為活塞裙部的錐度，也籠統(tǒng)稱為活塞的錐度。C、活塞裙部沿圓周方向近似橢圓形，成為橢圓活塞。橢圓的長軸在垂直于銷座孔軸線的方向，即側(cè)壓力面方向。一般橢圓活塞是裙部下端長軸最大，它與同一橫截面短軸的直徑差稱為活塞裙部的橢圓度，也籠統(tǒng)稱為活塞的橢圓度。以上三項結(jié)構(gòu)措施，是與活塞的熱變形及側(cè)壓力變形相適應(yīng)，使活塞在工作溫度下變成接近于正圓柱形，從而獲得均勻的配合間隙。D、活塞裙部沿銷座外端面在鑄造時凹陷0.5-1mm，使銷座兩端有充分的膨脹余地，不會與缸壁接觸。E、裙部開有絕熱膨脹槽。在裙部

26、受側(cè)壓力較小的面，開有“T”形或“”槽。其中橫槽叫絕熱槽，它開在頭部最下一道油環(huán)槽中或裙部上邊沿，其作用是減少頭部熱量向裙部傳導(dǎo)，從而減少裙部的熱膨脹；另外，它還可增強(qiáng)油環(huán)槽的回油能力。豎槽叫膨脹槽，其作用是使裙部具有一定的彈性和熱態(tài)時起補(bǔ)償作用，使活塞在裝配間隙較小的情況下熱膨脹時，不致卡缸。為了防止由于應(yīng)力集中造成開槽沿槽端延伸破裂，凡未開通的槽的端部均鉆有圓孔。活塞裙部開槽削弱了其強(qiáng)度和剛度，只適用于負(fù)荷不大的汽油機(jī)，且是開在側(cè)壓力較小的一側(cè)即次推力面。柴油機(jī)活塞由于受力較大，裙部不開槽，其裝配間隙比汽油機(jī)要大一些。F、雙金屬活塞，即在鋁合金活塞裙部或銷座孔內(nèi)嵌鑄入鋼片，以減小活塞裙部的

27、膨脹量。這是目前國內(nèi)外所廣泛采用的一種措施。3）偏置銷座一般發(fā)動機(jī)活塞的銷座軸線與活塞的中心線垂直相交，當(dāng)活塞在上止點改變運(yùn)動方向時，由于側(cè)壓力瞬時換向，使活塞與缸壁的接觸面突然由一側(cè)平面移至另一側(cè)，便產(chǎn)生活塞對氣缸壁的“拍擊”（俗稱活塞敲缸），增加了發(fā)動機(jī)的噪音。因此，某些高速發(fā)動機(jī)，將活塞銷座朝向承受膨脹做功側(cè)壓力一面偏移1-2mm。這樣，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右邊，使活塞傾斜，裙部下端提前先換向，然后在活塞越過上止點，側(cè)壓力反向時，活塞才以左下端接觸處為支點，頂部向左轉(zhuǎn)向（不是平移），完成轉(zhuǎn)向?？梢娖没钊N座使活塞換向延長了時間且分為兩步，第一步是在氣體壓

28、力較小時進(jìn)行，且裙部彈性好，有緩沖作用；第二步雖然氣體壓力大，但它是個漸變過程。為此使換向沖擊大為減弱。5、活塞的安裝方向和頂面標(biāo)記由于某些活塞裙部膨脹槽的位置和頂部形狀不對稱或偏置銷座等原因，使活塞安裝時有一定的方向。為了防止錯裝，這種活塞頂面上一般都有方向標(biāo)記。Ø 活塞環(huán)1、概述1）活塞環(huán)的分類與功用：按照公用活塞環(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)兩類A、氣環(huán)也叫壓縮環(huán)，用來密封活塞與氣缸壁的間隙，防止氣缸內(nèi)的氣體竄入曲軸箱，以及將活塞頭部的熱量傳給氣缸壁為活塞散熱。另外還可起到刮油、布油等輔助作用，一般發(fā)動機(jī)每個活塞裝有2-3道氣環(huán)。B、油環(huán)，用來將氣缸壁上過量的潤滑油刮回油底殼去，防止進(jìn)入燃

29、燒室，以及為氣缸壁均勻布油。另為也起密封作用，一般發(fā)動機(jī)有1-2道油環(huán)。近年來隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，活塞環(huán)的數(shù)目日趨減少，新發(fā)動機(jī)多為兩道氣環(huán)一道油環(huán)。這樣不僅減小了摩擦損失，還降低了活塞的高度，從而降低了發(fā)動機(jī)的高度。2）工作條件活塞環(huán)是在高溫、高壓、高速和潤滑困難的條件下工作的。它的運(yùn)動情況很復(fù)雜，不僅和缸壁間有相對高速的滑動摩擦，還有與環(huán)槽側(cè)面的上下撞擊，以及由于環(huán)的徑向張縮而產(chǎn)生的與環(huán)槽側(cè)面相對的摩擦。因此，活塞環(huán)的磨損是發(fā)動機(jī)中磨損最快的零件之一。另外，高溫?zé)嶝?fù)荷不僅使環(huán)的耐磨性下降，而且往往是彈性力下降的主要原因。上述惡劣條件對第一道氣環(huán)來說最嚴(yán)重，因而其彈力下降和磨損的速度最快。

30、3）材料與表明處理根據(jù)活塞環(huán)的功用與工作條件，要求環(huán)的材料應(yīng)具有好的耐熱性、導(dǎo)熱性、耐磨性、磨合性、任性和足夠的彈性等。一般活塞環(huán)多用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造。因為活塞環(huán)槽側(cè)面的磨損往往是活塞早期磨損的主要原因，其外表面多進(jìn)行鍍鉻處理。這樣使氣缸、活塞特別是活塞環(huán)的壽命大大提高。4）間隙發(fā)動機(jī)工作時，活塞和活塞環(huán)都會發(fā)生膨脹。因此，活塞在氣缸內(nèi)應(yīng)有開口間隙，與環(huán)槽間應(yīng)有側(cè)隙和背隙。2、氣環(huán)1）氣環(huán)的密封原理，氣環(huán)可能漏氣的通道有三條：環(huán)面與氣缸壁間；環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面間；開口間隙處。A、第一密封的建立，活塞環(huán)在自由狀態(tài)下，其外圓直徑略大于缸徑，所以裝入氣缸后，環(huán)就產(chǎn)生一定的彈力與缸壁壓緊

31、，形成第一密封；B、第二密封的建立，由于活塞頭部與缸壁間有間隙，活塞環(huán)還有側(cè)隙和背隙，氣缸內(nèi)未被密封的氣體不能通過第一密封面下竄，便竄入側(cè)隙和背隙。在做功和壓縮沖程，對密封的要求高，此時氣體壓力一般起主導(dǎo)作用，使活塞環(huán)壓在環(huán)槽的下側(cè)，形成第二密封面。C、氣環(huán)的第二次密封，竄入活塞環(huán)背隙和側(cè)隙的氣體，產(chǎn)生背壓力和側(cè)壓力，使環(huán)對氣缸壁和槽側(cè)進(jìn)一步壓緊，顯著增加了第一、二密封面的密封。此即為環(huán)的第二次密封。做功沖程時，環(huán)的背壓力遠(yuǎn)大于環(huán)的彈力，所以此時第一密封面的密封，主要是靠第二次密封。但是如果環(huán)的彈性不好或接觸面貼合不良，而在環(huán)面與缸壁間出現(xiàn)縫隙，此縫隙就要首先漏竄氣體，且其單位壓力大于單位背壓

32、力，就將削弱或形不成第二次密封。因此，靠活塞環(huán)的彈力產(chǎn)生的密封，是第一次和第二次密封的前提。不難看出，兩個密封面的密封，都必須在其密封面有良好貼合的情況下才能實現(xiàn)。因此，環(huán)與環(huán)槽側(cè)面都必須加工平整，并且粗糙度應(yīng)較低。然而對于環(huán)面來說，新環(huán)形狀復(fù)雜，難以與缸壁相順應(yīng)，因而環(huán)面一般車有細(xì)微紋路，以及鍍錫等表面處理，以加速磨合。有了兩個密封面的密封，理論上就只有開口處是唯一漏氣通道。由于開口很小，并相互按一定位置錯開，形成迷宮式封氣路線，氣體通過各道環(huán)口后，壓力顯著下降，其漏氣量在現(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)上是很微小的，一般僅為進(jìn)氣量的0.2-1%，密封是成功的。這也是往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)至今仍有巨大生命力的原因之一 。2）活塞環(huán)的泵油作用及危害由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其過程是：當(dāng)活塞帶動活塞環(huán)下行（進(jìn)氣沖程）時，環(huán)靠在環(huán)槽的上方，環(huán)從缸壁上刮下來的潤滑油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞又帶動活塞環(huán)上行（壓縮沖程）時，環(huán)又靠壓在環(huán)槽的上方。如此反復(fù)運(yùn)動，就將潤滑油泵向活塞頂?；钊h(huán)的泵油作用，一方面對潤滑困難的氣缸上部是有利的，另一方面隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的日益提高，泵油作用加??；不僅增加了潤滑油的消耗，且可能使燃燒室內(nèi)積炭增多，甚至在環(huán)槽內(nèi)形成積