汽車機(jī)械基礎(chǔ)

1、2 2 氣缸體與曲軸箱組2 2 1 氣缸體水冷式發(fā)動機(jī)的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體，稱為缸體。 氣缸體上半部有若干個(gè)為活塞在其中運(yùn)動導(dǎo)向的圓柱形空腔，稱為氣缸。 下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動的空間。 作為發(fā)動機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，還要承受高溫高壓氣體作用力，活塞在其中作高速往復(fù)運(yùn)動，因而要求氣缸體應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。氣缸內(nèi)壁經(jīng)過精加工，其工作表面的粗糙度、形狀和尺寸精度都比較高。根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)形式，氣缸體可分為三種：一般式氣缸體、 龍門式氣缸體和隧道式氣缸體，如圖2 3 所示。發(fā)動機(jī)的曲軸軸線與曲軸箱分開面在同一平面上的為一般式氣缸體，其特點(diǎn)是便于機(jī)械加工，但剛度較差，曲

2、軸前后端的密封性較差，多用于中小型發(fā)動機(jī)，如圖2 3a 所示。若發(fā)動機(jī)的曲軸軸線高于曲軸箱分開面的則稱為龍門式氣缸體。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度較好，密封簡單可靠，維修方便，但工藝性較差。如圖23b 所示。隧道式氣缸體的主軸承孔不分開，其特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)剛度比龍門式的更高，主軸承的同軸度易保證，但拆裝比較麻煩，多用于主軸承采用滾動軸承的組合式曲軸，如圖2 3c 所示。轎車用發(fā)動機(jī)的機(jī)體，一般采用如下兩種結(jié)構(gòu)形式：平底式機(jī)體和龍門式機(jī)體。動機(jī)氣缸排列形式基本上有三種：直列式、V 型和對置式，如圖2 4 所示。汽車發(fā)直列式 (單列式 )：發(fā)動機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，如圖 24a 所示。但為

3、了降低發(fā)動機(jī)的高度， 有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至是水平的。 這種排列形式其氣缸體結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，但長度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動機(jī)多用單列式。V 型：發(fā)動機(jī)將氣缸排成二列，其氣缸中心線的夾角小于180 度，它的特點(diǎn)是縮短了發(fā)動機(jī)的長度，降低了發(fā)動機(jī)高度，增加了氣缸體的剛度，質(zhì)量也有所減輕，但加大了發(fā)動機(jī)寬度， 且形狀復(fù)雜加工困難，一般多用于缸數(shù)多的大功率發(fā)動機(jī)上?，F(xiàn)在八缸以上的發(fā)動機(jī)多采用 V 型布置，如圖2 4b 所示。對置氣缸式 ：發(fā)動機(jī)的高度比其他形式的小得多，在某些情況下，使得汽車(特別是轎車和大型客車 )的總布置更為方便，這種布置的發(fā)動機(jī)在轎車中應(yīng)用不多，如圖2 4c 所示。

4、氣缸體的材料一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵， 為提高耐磨性， 有時(shí)在鑄件中加入少量合金元素；有些氣缸進(jìn)行了表面處理，如表面淬火、鍍鉻、磷化等；有的則可從材料、加工精度和結(jié)構(gòu)等方面來考慮。 在有些負(fù)荷比較輕， 缸徑又不大的汽油機(jī)中， 在氣缸體上直接加工出氣缸內(nèi)壁。鋁合金缸體耐磨性不好，必須在氣缸體內(nèi)鑲?cè)藲飧滋?，形成氣缸工作表面。氣缸套有干式和濕式兩種，如下圖（圖2 5，教材 P15）所示。干式缸套不直接與冷卻水接觸，如圖 2 5a 所示。鑲干式缸套， 它是在氣缸體上壓人特殊耐磨性好的合金鑄鐵的缸套或合金鋼缸套，壁厚一般為13 mm。濕式氣缸套 (圖 2 5b)則與冷卻水直接接觸，壁厚一般為5 9

5、mm 。氣缸套的外表面有兩個(gè)保證徑向定位的凸出的圓環(huán)帶A 和 B ，分別稱為上支承定位帶和下支承密封帶。氣缸套的軸向定位是利用上端的凸緣C。為了密封氣體和冷卻水，有的氣缸套凸緣C 下面還有紫銅墊片。氣缸套的上支承定位帶直徑略大，與氣缸套座孔配合較緊密。下支承密封帶與座孔配合較松，通常裝有1 3 道橡膠密封圈來封水。常見的密封結(jié)構(gòu)形式有兩種。一種形式是將密封環(huán)槽開在缸套上，將具有一定彈性的橡膠密封圈4 裝入環(huán)槽內(nèi)， 如圖 2 5b 所示。另一種形式是將安置密封圈的環(huán)槽開在氣缸體上，這種結(jié)構(gòu)的工藝性較差，故應(yīng)用較少，如圖25c 所示。氣缸套裝入座孔后，通常氣缸套頂面略高出氣缸體上平面0.05 0.

6、15 mm 。這樣當(dāng)緊固氣缸蓋螺栓時(shí)， 可將氣缸蓋襯墊壓得更緊，以保證氣缸的密封性，防止冷卻水和氣缸內(nèi)的高壓氣體竄漏。濕式氣缸套的優(yōu)點(diǎn)是在氣缸體上沒有封閉的水套，鑄造方便，容易拆卸更換，冷卻效果較好。其缺點(diǎn)是氣缸體的剛度差，易出現(xiàn)漏氣漏水。為保證氣缸表面能在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋及時(shí)加以冷卻。冷卻方式有兩種：一種用水來冷卻(水冷 )；另一種直接用空氣來冷卻(風(fēng)冷 )。汽車發(fā)動機(jī)較多采用水冷發(fā)動機(jī)，用水冷卻時(shí)氣缸周圍和氣缸蓋中均有用以充水的空腔，稱為水套，如圖26 所示。氣缸體和氣缸蓋上的水套是相互連通的。利用水套中的冷卻水流過高溫零件的周圍而將熱量帶走。發(fā)動機(jī)用空氣冷卻時(shí)， 在氣缸

7、體和氣缸蓋外表面鑄有許多散熱片， 以增加散熱面積， 保證散熱充分，如圖 2 7 所示。一般風(fēng)冷發(fā)動機(jī)的氣缸體與曲軸箱是分開鑄造的。2 2 2 氣缸蓋、氣缸襯墊和氣門室罩1氣缸蓋提示：對于汽油機(jī)，氣缸蓋一般采用鑄鐵或鋁合金制造。目前汽油機(jī)已主要采用鋁合金氣缸蓋。氣缸蓋的主要功用是封閉氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。氣缸蓋內(nèi)部有與氣缸體相通的冷卻水套， 有進(jìn)、排氣門座及氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)、 排氣通道，有燃燒室、火花塞座孔 (汽油機(jī) )或噴油器座孔 (柴油機(jī) )，上置凸輪軸式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上還有用以安裝凸輪軸的軸承座。圖2 8 為桑塔納轎車發(fā)動機(jī)的氣缸蓋分解圖。在多缸發(fā)動機(jī)中，只覆蓋一個(gè)氣

8、缸的氣缸蓋，稱為單體氣缸蓋；能覆蓋部分(兩個(gè)以上氣缸的稱為塊狀氣缸蓋；能覆蓋全部氣缸的氣缸蓋則稱為整體氣缸蓋。采用整體氣缸蓋可以縮短氣缸中心距和發(fā)動機(jī)的總長度，其缺點(diǎn)是剛性較差，在受熱和受力后容易變形而影響密封；損壞時(shí)須整個(gè)更換。整體式氣缸蓋多用于缸徑小于105mm 的汽油發(fā)動機(jī)上。缸徑較大的發(fā)動機(jī)常采用單體氣缸蓋或塊狀氣缸蓋。由于氣缸蓋形狀復(fù)雜，一般都采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，目前，鋁合金鑄造的缸蓋，有取代鑄鐵的趨勢，因鋁的導(dǎo)熱性比鑄鐵好，有利于提高壓縮比，以適應(yīng)高速高負(fù)荷強(qiáng)化汽油機(jī)散熱及提高壓縮比的需要。鋁合金氣缸蓋的缺點(diǎn)是剛度低，使用中容易變形。)2燃燒室汽油機(jī)的燃燒室是由活塞頂部及缸蓋

9、上相應(yīng)的凹部空間組成。對燃燒室有如下基本要求：一是結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，充氣效率要高， 以減小熱量損失及縮短火焰行程； 二是使混合氣在壓縮終了時(shí)具有一定渦流運(yùn)動，混合氣得到及時(shí)和充分燃燒；三是表面要光滑，不易積炭。汽油機(jī)常用燃燒室形狀有以下幾種，如圖29 所示：提示：觀察各種不同燃燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以提高混合氣燃燒速度，保證(1)楔形燃燒室 (圖 29a)：結(jié)構(gòu)較簡單、緊湊。在壓縮終了時(shí)能形成擠氣渦流，因而燃燒速度較快，經(jīng)濟(jì)性和動力性較好。(2)盆形燃燒室 (圖 2 9b)：結(jié)構(gòu)也較簡單、緊湊。(3)半球形燃燒室 (圖 2 9c)：結(jié)構(gòu)較前兩種更緊湊。但因進(jìn)排氣門分別置于缸蓋兩側(cè)，故使配氣機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。

10、 但由于其散熱面積小， 有利于促進(jìn)燃料的完全燃燒和減少排氣中的有害氣體，對排氣凈化有利。3氣缸墊氣缸蓋與氣缸體之間置有氣缸蓋襯墊，又稱氣缸床。 其功用是填補(bǔ)氣缸體與缸蓋結(jié)合面上的微觀孔隙， 保證結(jié)合面處有良好的密封性，進(jìn)而保證燃燒室的密封，防止氣缸漏氣和水套漏水。隨著內(nèi)燃機(jī)的不斷強(qiáng)化，熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷均不斷地增加，氣缸墊的密封性愈來愈重要，其對結(jié)構(gòu)和材料要求是：在高溫高壓和高腐蝕的燃?xì)庾饔脳l件下具有足夠的強(qiáng)度，耐熱； 不燒損或變質(zhì)，耐腐蝕；具有一定彈性，能補(bǔ)償接合面的不平度，以保證密封；使用壽命長。目前應(yīng)用較多的有以下幾種氣缸墊，如圖210。一種是金屬石棉氣缸墊，如圖2 10a 所示。石棉中間

11、夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮。 水孔和燃燒室周圍另用鑲邊增強(qiáng)， 以防被高溫燃?xì)鉄龎模?這種氣缸墊壓緊厚度為 1 2 2mm，有很好的彈性和耐熱性，能重復(fù)使用，但強(qiáng)度較差，厚度和質(zhì)量也不均勻。另一種氣缸墊采用實(shí)心金屬片制成，如圖2 10d 所示。這種氣缸墊多用在強(qiáng)化發(fā)動機(jī)上，轎車和賽車上較多采用這種氣缸墊。這種氣缸墊由單塊光整冷軋低碳鋼板制成，很多強(qiáng)化的汽車發(fā)動機(jī)采用實(shí)心的金屬片作為氣缸蓋襯墊，例如，紅旗轎車發(fā)動機(jī)即采用如圖210e 所示的鋼板襯墊。這種襯墊在需要密封的氣缸孔和水孔、油孔周圍沖壓出一定高度的凸紋，利用凸紋的彈性變形實(shí)現(xiàn)密封。有的發(fā)動機(jī)采用中心用編織的鋼絲網(wǎng)( 圖 2 10

12、c) 或有孔鋼板( 沖有帶毛刺小孔的鋼板)( 圖 2 10d)為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成的氣缸蓋襯墊。近年來，國內(nèi)正在試驗(yàn)采用膨脹石墨作為襯墊的材料。有的發(fā)動機(jī)采用了較先進(jìn)的加強(qiáng)型無石棉氣缸墊結(jié)構(gòu)(如圖 2 10f) ，在氣缸口密封部位采用五層薄鋼板組成，并設(shè)計(jì)成正圓形，沒有石棉夾層， 從而消除了氣囊的產(chǎn)生，在油孔和水孔處均包有鋼護(hù)圈以提高密封性。CA6102Q 發(fā)動機(jī)就采用了這種氣缸墊，安裝氣缸蓋襯墊時(shí)， 應(yīng)注意安裝方向。一般是襯墊卷邊的一面朝氣缸蓋，光滑面朝氣缸體安裝：也可根據(jù)標(biāo)記或文字要求進(jìn)行安裝，如襯墊上的文字標(biāo)記“TOP" 表示朝上，“FRONT" 表示朝

13、前。4氣門室罩在氣缸蓋上部有起到封閉和密封作用的氣門室罩， 如圖 211 所示，氣門室罩結(jié)構(gòu)比較簡單， 一般用薄鋼板沖壓而成， 上設(shè)有加注機(jī)油用的注油孔。 氣門室罩與氣缸蓋之間設(shè)有一密封墊。2 2 3 油底殼油底殼主要作用是貯存機(jī)油和封閉曲軸箱，同時(shí)也可起到機(jī)油散熱作用。油底殼一般采用薄鋼板沖壓而成，如圖212 所示。其形狀取決于發(fā)動機(jī)總體結(jié)構(gòu)和機(jī)油容量， 有些發(fā)動機(jī)油底殼采用鋁合金鑄造而成， 在底部還鑄有相應(yīng)的散熱片， 以利于散熱。 為保證發(fā)動機(jī)縱向傾斜時(shí)機(jī)油泵仍能吸到機(jī)油， 油底殼中部做得較深， 并在最深處裝有放油塞， 有的放油塞是磁性的， 能吸集機(jī)油中的金屬屑，以減少發(fā)動機(jī)運(yùn)動零件的磨損。油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板，防止汽車振動時(shí)油面波動過大。2 2 4 發(fā)動機(jī)的支承發(fā)動機(jī)一般通過氣缸體和飛輪殼或變速器殼支承在車架上，發(fā)動機(jī)的支承方法一般有三點(diǎn)支承和四點(diǎn)支承兩種，如圖 2 1