汽车概论——第3章发动机之曲柄连杆机构

汽车概论——第3章发动机之曲柄连 杆机构
➢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
汽车概论——第3章发动机之曲柄连 杆机构
➢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
汽车概论——第3章发动机之曲柄连 杆机构
④活塞销座轴线布置
活塞销对中布置
➢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
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➢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
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思考题（续）
课 外
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？
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。
3. 曲轴构造
曲轴 后端 输 出 端
平衡重
连杆轴颈
单
曲柄臂 元 曲
主轴颈 拐
曲轴 前端
自由端
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（1）曲轴分类 ①按单元曲拐连接方式分类
•整体式 曲轴
概
念
曲柄臂
连杆轴颈 主轴颈
各单元曲拐锻造 特 工作可靠 质量轻 或铸造成整体 点 结构简单 加工面少
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三、活 塞 销
1. 活塞销功用
活塞销
•连接活塞和 连杆
•将活塞承受的 力传给连杆
连杆衬套
卡环
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集油孔 螺母
四、连 杆 组
连杆衬套
连杆体
喷油孔
连杆螺栓
连杆轴承 上轴瓦
连杆 螺栓
连杆轴承 下轴瓦
连杆盖
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1. 连杆组功用
力
活
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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
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（2）干式缸套式 干式缸套 可卸干式缸套
曲柄连杆机构工作过程
将活塞源自文库顶上的
燃气 压力 转变为 曲轴 转矩
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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
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1~3
灰铸铁或铝合金缸体
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（3）湿式缸套式
0.05~0.15
C B
5~9
A
•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
普通铸铁或铝合金缸体
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➢干、湿式缸套比较
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气缸的排列方式（发动机形式）
•直列式
•对置式
•V型式
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➢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
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A8L6.0及其W12发动机
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➢气缸盖 气缸盖示意图
气缸盖实物
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5. 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
连杆体能从缸体上端取出
多用于柴油机
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4. V型发动机连杆 （1）并列连杆
优 前后连杆可通用 点 左右两列活塞运
动规律相同
缺 增加了曲轴和发动机长度 点
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（2）主副连杆
主连杆
主副连杆 缺 不能互换 点 两列活塞运动规律和
上止点位置不相同
曲
塞
轴
连
杆
往复
旋转
运动
运动
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3. 连杆构造
集油孔 小头
杆身
喷油孔
纵向 油道
大头
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（3）连杆大头
①剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）
结合面与连杆轴线垂直
•平切口
刚度大 变形小 成本低
汽油机采用平切口
•斜切口
结合面与连杆轴线成 30°~60°夹角
副连杆
优 点
不会增加发动机长度
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（3）叉形连杆
叉形 连杆
叉形连 杆轴承
内连杆 轴承
优 两列气缸无需错开
点 两列气缸中活塞 缺 连杆大头结构复 运动规律相同 点 杂、刚度较差
内连杆
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课
思考题? 堂
1. 指出右图 中各零件的 名称？(活 塞连杆部分)
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（1）直列四缸发动机工作循环
•发火间隔角 720⁰/4=180⁰
1 23 4
•工作顺序 1-3-4-2 1-2-4-3
1-4 180⁰
2-3
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•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
2-5 3-4
1-4-2-6-3-5
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（2）汽油机燃烧室
•楔形
•盆形
•半球 形
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（3）柴油机燃烧室
①直喷式燃烧室
•ω形燃烧 室
•球形燃烧 室
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②分开式燃烧室
•涡流燃烧 室
喷油器
•预燃燃烧 室
预燃 室
涡流 室
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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。
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活塞构造
活塞 顶部
活塞 头部
活塞 裙部
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（1）活塞顶部（燃烧室组成部分）
汽车概论——第3章发动 机之曲柄连杆机构
2020/11/23
汽车概论——第3章发动机之曲柄连 杆机构
曲柄连杆机构的功用
热能
机械能
燃气压力
转矩
活塞 连杆 曲轴
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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
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0~180 180~360
作功 排气 压缩 进气 排气 进气 作功 压缩
360~540 进气 压缩 排气 作功
540~720 压缩 作功 进气 排气
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（2）直列六缸发动机工作循环
•发火间隔角 720⁰/6=120⁰
1 23 456
•工作顺序 120⁰ 1-6
1-5-3-6-2-4
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（2）风冷气缸体
•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
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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
曲轴正时 齿形带轮
机油泵
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•曲轴前端驱动
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（4）曲轴后端
曲轴 曲轴正时 带轮 齿形带轮
曲轴 链轮
安装飞轮 用凸缘
飞轮
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（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
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• 1. 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
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平
凹
凸
顶
顶
顶
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
凹
坑 汽车概论——第3章发动机之曲柄连
杆机构
（2）活塞头部（活塞环槽以上部位）
•承受气 体压力
①
主 要 作
•与活塞环 实现
气缸密封
用 •将热量通
过活塞环传
给气缸壁
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气环 •环槽
机体工作条件、要求及材料
（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
•组合式 曲轴
滚动轴承 配用隧道 曲柄臂兼 (主轴承) 式机体 作主轴颈
概 单元曲拐
念 由单元曲拐 特 方便制造和更换 组合装配 点 结构复杂 拆装不便
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②按主轴颈数分类
•全支承 曲轴
概 念
相邻两个 曲拐间都 有主轴颈
优 点
抗弯曲能力强
可减轻主轴颈载荷
缺 点
活塞销偏移布置 (偏移活塞轴线1~2mm)
主 推 力 面
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
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二、活 塞 环
• 1. 活塞环功用
• 气环
密封 导热
刮油
• 油环 均匀油膜
辅助密封
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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
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6. 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
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➢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
曲轴飞轮组
飞轮
曲轴
曲轴 轴承
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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
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油环
②
主 •隔热槽(有时) 要 使部分热流转 结 向二、三环
构 •环槽护圈可
保护和加强
铝合金活塞 环槽
热负荷较高发动机采用
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（3）活塞裙部（活塞环槽以下部位） ①功用 为活塞导向和承受侧压力
•燃气压力使 裙部弯曲变形
②椭圆 •侧压力使销座 变形 轴线方向增大
•热变形使销座 轴线方向增大
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活塞
活塞销 连杆 组
曲轴 飞轮 组
活塞连杆组
活 塞
活塞
环 活塞环
活塞销
连杆组
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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
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主轴颈多 加工面多
曲轴和机体较长
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•非全支承曲轴
概 念
主轴颈数 少于全支
承曲轴
优 点缺
点
与全支承曲轴恰好相反
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（3）曲轴前端
张紧轮 导向轮 发电机
凸轮 轴正 时齿 形带
轮
水泵
空调压 缩机
曲轴 动力 带轮 转向泵
曲轴 链轮