[精]第2章机体组及曲柄连杆机构
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第二章 机体组及曲柄连杆机构
第一节 曲柄连杆机构中的作用力 第二节 机体组 第三节 曲柄连杆机构 作业
第一节 曲柄连杆机构中的作用力
作用在曲柄连杆机构上的力:气体力和惯性力 气体力：Fg一方面作用于活塞顶上, 通过连杆、曲柄销传
到主轴承；另一方面作用于气缸盖上，通过螺栓传给机体。 作用于活塞和气缸盖上的力相平衡。对外不传给机体支承。 惯性力：往复惯性力Fj和旋转惯性力Fk 往复惯性力：往复运动质量包括活塞组质量和连杆小头集 中质量，沿气缸轴线作往复变速直线运动 旋转惯性力：旋转惯性质量包括曲柄质量和连杆大头集中 质量，绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力
周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧 到规定的力矩。
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密封垫
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油底壳
功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱 结构：用薄钢板冲压或铝铸造，内装有稳油挡板，
底部还装有放油螺塞
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发动机的支承
支承位置：气缸体、飞轮壳、变速器壳 支承方法：三点支承、四点支承 三点支承：前一后二、前二后一
例如：解放CA6102、东风EQ6100Q-1等 四点支承：前后各有两个支承点
例如：NJ1061A
补充：发动机的支承
探秘别克凯越的发动机与变速箱
绝招二：NTA(中间轴悬置)令发动机宁静顺畅
凯越的4缸机如何续写别克宁静顺畅的神话？ 如果说高效运作令该款发动机举重若轻是其宁静 顺畅的根本，那么NTA(Neutral Torque Axis)则 是附加的振动过滤功能。除了用弹性软连接悬置 发动机，以减少传入车厢的振动之外，NTA还巧妙 运用翘翘板的杠杆原理，在发动机底端，以单点 支撑化解左右两边的高频振动，由此突破了直列4 缸噪音过滤的瓶颈。加上该款发动机采用全铝合 金油底壳，配合液压减震系统和各种隔音密封材 质，使凯越得以续写别克特有的宁静篇章
料衬垫、全金属衬垫
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气缸衬垫结构
气缸盖气缸衬垫及机体的连接 密封垫
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气缸盖气缸衬垫及机体的安装
1、气缸盖 2、气缸衬
垫 3、机体
注意事项
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气缸盖及衬垫安装注意事项
检查气缸垫的质量和完好程度 所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐 将光滑的一面朝向气缸体，防止被高温气体
冲坏 严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓 拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四
气缸排列形式
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气缸套结构
无缸套：机体上直接加工出气缸 优点：缩短气缸中心距、刚度大、工艺性好 缺点：成本高 干缸套：不与冷却液接触，1~3mm 优点：刚度大、气缸中心距小、质量轻、工艺性好 缺点：传热较差、温度分布不均匀，易变形 湿缸套：气缸套外壁与冷却液直接接触，5~8mm 优点：机体工艺性好、传热好、温度分布均匀、修理
特点：宽度大，高度、长度小， 形状复杂
对置式：两列气缸水平相对排列
特点：重心低
W型：
我们看一下动画
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对置式发动机
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气缸排列形式(W)
气缸排列形式(W)
补充： W型发动机
奥迪近年开发的W型发动机，看起 来就象是把两台V型发动机并联而 构成的，但却拥有比V型发动机更 小巧的体积。奥迪顶级的A8豪华轿 车，已经装备了独特的W12发动机。
缺点：高度高、质量较重
适用范围：各种类型的汽车
例子：解放CA6102、上海桑 塔纳等
龙门式
隧道式
结构特点：主轴承孔不剖分
优点：刚度大、主轴承孔的 同轴度好
缺点：成本高
适用范围：由于成本较高， 所以采用的较少
例子：6135Q柴油机
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气缸盖
工作条件 气缸盖构造
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燃烧室
气缸盖工作条件、要求、材料
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球形燃烧室
结构特点：结构最紧凑，面 容比（燃烧室表面积与其容 积之比）最小，气门倾斜布 置，故直径可加大
优点：气道平直故气流阻力 小，火焰传播距离较短
缺点：难以形成涡流 例子：富康等高速发动机
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汽油机燃烧室
返回
柴油机燃烧室
返回
补充：燃烧室
克莱斯勒300C的5.7L Hemi发动机： 不同于现今流行的顶置式双凸轮轴结
方便 缺点：机体刚度差、易漏水
气缸套
干、湿缸套对比
返特点：底平面与曲轴 轴线齐平
优点：高度小、质量轻、 加工方便
缺点：刚度较差、前后端 与油底壳之间的密封复杂
适用范围：轿车、轻型货 车
例子：BJ492Q
龙门式
结构特点：底平面下沉到曲 轴轴线以下
优点：刚度较好、与油底壳 之间的密封简单
功用3：气缸盖和机体内的水套和油道以及油底 壳分别是冷却系统和润滑系统的组成部分
机体组的组成
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机体
机体构造 工作条件 机体分类
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机体构造
机体构造
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机体工作条件、要求
工作条件：承受拉、压、弯、扭的机械负荷； 同时还承受很大的热负荷
要求：足够的刚度和强度，且耐磨损、耐腐蚀， 适当的冷却，结构紧凑、质量轻
工作条件：承受气体力和紧固螺栓产生的 机械负荷；同时与高温燃气接触而承受热 负荷
要求：足够的刚度和强度、良好的冷却 材料：优质灰铸铁或合金铸铁 铝合金气缸盖的优点：导热性好，有利于
提高压缩比；铸造性能好，适于浇铸结构 复杂的零件
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气缸盖构造
气缸盖构造
气缸盖构造
缸盖上有：进、排气门座、气门导管孔、火 花塞安装孔（或喷油器安装孔）、还有水套、 进排气道和燃烧室、另外， 气缸盖上还加 工有凸轮轴轴承孔及润滑油道。
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补充：气缸盖知识
对流式缸盖：进气门和排气门、进气道和排气道都位于缸 盖的同一侧。这种形式的好处是气流通道较短，适宜涡轮 增压等方面的需要，也有利于横置发动机的管路布置。例 如一般的2气门发动机，进气与排气管道都是这种设计方式 的。缺点是限制了气道的空间尺寸
横流式缸盖：进气门和进气道位于缸盖的一侧，排气门和 排气道位于缸盖的另一侧，形成进气和排气对角线流动。 这种形式的好处是密封方面不复杂，设计进、排气道时有 较多的空间位置可以利用，可以加大气道直径以增加气流 量。在轿车的汽油发动机上，气门布置多数是彼此倾斜对 置的，也就是各自在缸盖的一侧。这种结构能使用较大直 径的气门，可以扩大气道空间，能“极大地提高了充气效 率”，增大发动机的功率
3、丰田8A－FE发动机气门型式：每缸4气门横流式。
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燃烧室（combustion chamber）
定义：当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸 盖底面以下所形成的空间称为燃烧室
分类：
燃烧室
汽油机燃烧室
柴油机燃烧室
浴盆式
楔形
球形
篷形
涡流室
预燃室
▪补充：燃烧室
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盆形燃烧室
结构特点：结构简单，气门 与气缸轴线平行，进气弯度 较大，可产生挤气涡流
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第二节 机体组
机体组的功用及组成 机体 气缸盖 气缸衬垫 油底壳 发动机的支承
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机体组的功用及组成
组成：机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主 轴承盖、油底壳、气缸套
功用1：机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机 构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配 基体
功用2：气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶 和气缸壁一起形成燃烧室
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气体力和惯性力
Fg：气体力 Fj：往复惯性力 Fk：旋转惯性力 F：活塞上的总作用力， Fg +Fj FN：侧向力，加剧活塞和气缸
壁的磨损，对曲轴回转中心的 力矩称为翻倒力矩 FS：连杆力，在曲柄销中心分 解为垂直于曲柄的切向力FT和 沿着曲柄作用的径向力FR FT产生发动机转矩 FR使轴承承受载荷
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第二章作业
曲柄连杆机构由哪些零件组成？其功用是 什么？
试述气缸体的三种形式及特点。 汽油机的燃烧室有哪几种？有何特点？ 铝合金活塞预先作成锥形或阶梯形，为什
么？
参考答案
分类：整体式、单体式、分块式 补充：气缸盖知识
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整体式气缸盖
结构：多缸发动机中，全部气缸共用一个 气缸盖称为整体式气缸盖
优点：可缩短气缸中心距 适用范围：气缸直径小于105mm，气缸
数不超过6个
柴油机气缸盖 汽油机气缸盖
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柴油机气缸盖
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汽油机气缸盖
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单体式气缸盖
结构：每缸一盖，称为单体式气缸盖 优点：刚度大、修理制造方便 适用范围：气缸直径大于140mm
补充：气缸盖知识
1、解读桑塔纳3000型出租专用车
动力方面，发动机采用先进的M3.8.3顺序多点汽油喷射控制 系统，准确地控制发动机混合气的空燃比和点火时刻，一方 面可获得最佳的动力性和经济性，另一方面可减少废气有害 成分的排放。最新的横流扫气技术，发动机性能良好。
2、超越者的AYJ发动机和红旗明仕二代的发动机一样， 其 发动机型式为直列四缸8气门闭环电子控制多点顺序喷射发 动机，从技术上看已经不再先进，不过其也有特别的地方， 就是采用了横流扫气技术，降低了进气温度，提高了进气量 和充气效率，再配合长弧形进气歧管和谐振室，让发动机在 高转速时也能保持比较稳定的进气压力，在一定程度上弥补 了单缸二气门进气效率不够高的缺陷。
优点：气缸盖工艺性好，制 造成本低
缺点：因气门直径易受限制 进、排气效果较差
例子：捷达、奥迪
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楔形燃烧室
结构特点：结构比较紧凑， 气门相对气缸轴线倾斜
优点：气流阻力小，散热面 积小，热损失也小，可产生 挤气涡流
缺点：因火花塞置于楔形燃 烧室高处，火焰传播距离长
例子：捷达、切诺基、解放
材料：灰铸铁或铝合金铸造 铝合金机体的优点：与铝活塞的热膨胀系数相
同、导热性好、质量轻、散热性好
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机体分类
机体分类
排列形式
缸套结构
曲轴箱结构
直列式
V型
水平对置
无气缸套
干气缸套 湿气缸套
平底式
龙门式
隧道式
返回
气缸排列形式
直列式：各气缸排成一列
特点：宽度小、高度和长度大， 用于六缸以下
V型：两列气缸排列成V形
构，而采用侧置式凸轮轴结构；燃烧 室为半球形结构，使气体能够更加顺 畅地流过燃烧室，燃烧更加彻底
HEMI是英文“半球”（hemispherical） 的前几个字母
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气缸衬垫（Gasket）
功用：密封燃烧室，防止燃气、冷却液、机 油泄漏
工作条件：机械负荷、热负荷及机油的腐蚀 要求：足够的强度、耐压、耐腐蚀、有弹性 结构：和气缸盖的下表面一样 材料及分类：金属-石棉衬垫、金属-复合材
第一节 曲柄连杆机构中的作用力 第二节 机体组 第三节 曲柄连杆机构 作业
第一节 曲柄连杆机构中的作用力
作用在曲柄连杆机构上的力:气体力和惯性力 气体力：Fg一方面作用于活塞顶上, 通过连杆、曲柄销传
到主轴承；另一方面作用于气缸盖上，通过螺栓传给机体。 作用于活塞和气缸盖上的力相平衡。对外不传给机体支承。 惯性力：往复惯性力Fj和旋转惯性力Fk 往复惯性力：往复运动质量包括活塞组质量和连杆小头集 中质量，沿气缸轴线作往复变速直线运动 旋转惯性力：旋转惯性质量包括曲柄质量和连杆大头集中 质量，绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力
周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧 到规定的力矩。
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密封垫
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油底壳
功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱 结构：用薄钢板冲压或铝铸造，内装有稳油挡板，
底部还装有放油螺塞
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发动机的支承
支承位置：气缸体、飞轮壳、变速器壳 支承方法：三点支承、四点支承 三点支承：前一后二、前二后一
例如：解放CA6102、东风EQ6100Q-1等 四点支承：前后各有两个支承点
例如：NJ1061A
补充：发动机的支承
探秘别克凯越的发动机与变速箱
绝招二：NTA(中间轴悬置)令发动机宁静顺畅
凯越的4缸机如何续写别克宁静顺畅的神话？ 如果说高效运作令该款发动机举重若轻是其宁静 顺畅的根本，那么NTA(Neutral Torque Axis)则 是附加的振动过滤功能。除了用弹性软连接悬置 发动机，以减少传入车厢的振动之外，NTA还巧妙 运用翘翘板的杠杆原理，在发动机底端，以单点 支撑化解左右两边的高频振动，由此突破了直列4 缸噪音过滤的瓶颈。加上该款发动机采用全铝合 金油底壳，配合液压减震系统和各种隔音密封材 质，使凯越得以续写别克特有的宁静篇章
料衬垫、全金属衬垫
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气缸衬垫结构
气缸盖气缸衬垫及机体的连接 密封垫
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气缸盖气缸衬垫及机体的安装
1、气缸盖 2、气缸衬
垫 3、机体
注意事项
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气缸盖及衬垫安装注意事项
检查气缸垫的质量和完好程度 所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐 将光滑的一面朝向气缸体，防止被高温气体
冲坏 严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓 拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四
气缸排列形式
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气缸套结构
无缸套：机体上直接加工出气缸 优点：缩短气缸中心距、刚度大、工艺性好 缺点：成本高 干缸套：不与冷却液接触，1~3mm 优点：刚度大、气缸中心距小、质量轻、工艺性好 缺点：传热较差、温度分布不均匀，易变形 湿缸套：气缸套外壁与冷却液直接接触，5~8mm 优点：机体工艺性好、传热好、温度分布均匀、修理
特点：宽度大，高度、长度小， 形状复杂
对置式：两列气缸水平相对排列
特点：重心低
W型：
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对置式发动机
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气缸排列形式(W)
气缸排列形式(W)
补充： W型发动机
奥迪近年开发的W型发动机，看起 来就象是把两台V型发动机并联而 构成的，但却拥有比V型发动机更 小巧的体积。奥迪顶级的A8豪华轿 车，已经装备了独特的W12发动机。
缺点：高度高、质量较重
适用范围：各种类型的汽车
例子：解放CA6102、上海桑 塔纳等
龙门式
隧道式
结构特点：主轴承孔不剖分
优点：刚度大、主轴承孔的 同轴度好
缺点：成本高
适用范围：由于成本较高， 所以采用的较少
例子：6135Q柴油机
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气缸盖
工作条件 气缸盖构造
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燃烧室
气缸盖工作条件、要求、材料
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球形燃烧室
结构特点：结构最紧凑，面 容比（燃烧室表面积与其容 积之比）最小，气门倾斜布 置，故直径可加大
优点：气道平直故气流阻力 小，火焰传播距离较短
缺点：难以形成涡流 例子：富康等高速发动机
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汽油机燃烧室
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柴油机燃烧室
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补充：燃烧室
克莱斯勒300C的5.7L Hemi发动机： 不同于现今流行的顶置式双凸轮轴结
方便 缺点：机体刚度差、易漏水
气缸套
干、湿缸套对比
返特点：底平面与曲轴 轴线齐平
优点：高度小、质量轻、 加工方便
缺点：刚度较差、前后端 与油底壳之间的密封复杂
适用范围：轿车、轻型货 车
例子：BJ492Q
龙门式
结构特点：底平面下沉到曲 轴轴线以下
优点：刚度较好、与油底壳 之间的密封简单
功用3：气缸盖和机体内的水套和油道以及油底 壳分别是冷却系统和润滑系统的组成部分
机体组的组成
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机体
机体构造 工作条件 机体分类
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机体构造
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机体工作条件、要求
工作条件：承受拉、压、弯、扭的机械负荷； 同时还承受很大的热负荷
要求：足够的刚度和强度，且耐磨损、耐腐蚀， 适当的冷却，结构紧凑、质量轻
工作条件：承受气体力和紧固螺栓产生的 机械负荷；同时与高温燃气接触而承受热 负荷
要求：足够的刚度和强度、良好的冷却 材料：优质灰铸铁或合金铸铁 铝合金气缸盖的优点：导热性好，有利于
提高压缩比；铸造性能好，适于浇铸结构 复杂的零件
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气缸盖构造
气缸盖构造
气缸盖构造
缸盖上有：进、排气门座、气门导管孔、火 花塞安装孔（或喷油器安装孔）、还有水套、 进排气道和燃烧室、另外， 气缸盖上还加 工有凸轮轴轴承孔及润滑油道。
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补充：气缸盖知识
对流式缸盖：进气门和排气门、进气道和排气道都位于缸 盖的同一侧。这种形式的好处是气流通道较短，适宜涡轮 增压等方面的需要，也有利于横置发动机的管路布置。例 如一般的2气门发动机，进气与排气管道都是这种设计方式 的。缺点是限制了气道的空间尺寸
横流式缸盖：进气门和进气道位于缸盖的一侧，排气门和 排气道位于缸盖的另一侧，形成进气和排气对角线流动。 这种形式的好处是密封方面不复杂，设计进、排气道时有 较多的空间位置可以利用，可以加大气道直径以增加气流 量。在轿车的汽油发动机上，气门布置多数是彼此倾斜对 置的，也就是各自在缸盖的一侧。这种结构能使用较大直 径的气门，可以扩大气道空间，能“极大地提高了充气效 率”，增大发动机的功率
3、丰田8A－FE发动机气门型式：每缸4气门横流式。
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燃烧室（combustion chamber）
定义：当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸 盖底面以下所形成的空间称为燃烧室
分类：
燃烧室
汽油机燃烧室
柴油机燃烧室
浴盆式
楔形
球形
篷形
涡流室
预燃室
▪补充：燃烧室
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盆形燃烧室
结构特点：结构简单，气门 与气缸轴线平行，进气弯度 较大，可产生挤气涡流
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第二节 机体组
机体组的功用及组成 机体 气缸盖 气缸衬垫 油底壳 发动机的支承
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机体组的功用及组成
组成：机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主 轴承盖、油底壳、气缸套
功用1：机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机 构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配 基体
功用2：气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶 和气缸壁一起形成燃烧室
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气体力和惯性力
Fg：气体力 Fj：往复惯性力 Fk：旋转惯性力 F：活塞上的总作用力， Fg +Fj FN：侧向力，加剧活塞和气缸
壁的磨损，对曲轴回转中心的 力矩称为翻倒力矩 FS：连杆力，在曲柄销中心分 解为垂直于曲柄的切向力FT和 沿着曲柄作用的径向力FR FT产生发动机转矩 FR使轴承承受载荷
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第二章作业
曲柄连杆机构由哪些零件组成？其功用是 什么？
试述气缸体的三种形式及特点。 汽油机的燃烧室有哪几种？有何特点？ 铝合金活塞预先作成锥形或阶梯形，为什
么？
参考答案
分类：整体式、单体式、分块式 补充：气缸盖知识
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整体式气缸盖
结构：多缸发动机中，全部气缸共用一个 气缸盖称为整体式气缸盖
优点：可缩短气缸中心距 适用范围：气缸直径小于105mm，气缸
数不超过6个
柴油机气缸盖 汽油机气缸盖
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柴油机气缸盖
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汽油机气缸盖
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单体式气缸盖
结构：每缸一盖，称为单体式气缸盖 优点：刚度大、修理制造方便 适用范围：气缸直径大于140mm
补充：气缸盖知识
1、解读桑塔纳3000型出租专用车
动力方面，发动机采用先进的M3.8.3顺序多点汽油喷射控制 系统，准确地控制发动机混合气的空燃比和点火时刻，一方 面可获得最佳的动力性和经济性，另一方面可减少废气有害 成分的排放。最新的横流扫气技术，发动机性能良好。
2、超越者的AYJ发动机和红旗明仕二代的发动机一样， 其 发动机型式为直列四缸8气门闭环电子控制多点顺序喷射发 动机，从技术上看已经不再先进，不过其也有特别的地方， 就是采用了横流扫气技术，降低了进气温度，提高了进气量 和充气效率，再配合长弧形进气歧管和谐振室，让发动机在 高转速时也能保持比较稳定的进气压力，在一定程度上弥补 了单缸二气门进气效率不够高的缺陷。
优点：气缸盖工艺性好，制 造成本低
缺点：因气门直径易受限制 进、排气效果较差
例子：捷达、奥迪
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楔形燃烧室
结构特点：结构比较紧凑， 气门相对气缸轴线倾斜
优点：气流阻力小，散热面 积小，热损失也小，可产生 挤气涡流
缺点：因火花塞置于楔形燃 烧室高处，火焰传播距离长
例子：捷达、切诺基、解放
材料：灰铸铁或铝合金铸造 铝合金机体的优点：与铝活塞的热膨胀系数相
同、导热性好、质量轻、散热性好
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机体分类
机体分类
排列形式
缸套结构
曲轴箱结构
直列式
V型
水平对置
无气缸套
干气缸套 湿气缸套
平底式
龙门式
隧道式
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气缸排列形式
直列式：各气缸排成一列
特点：宽度小、高度和长度大， 用于六缸以下
V型：两列气缸排列成V形
构，而采用侧置式凸轮轴结构；燃烧 室为半球形结构，使气体能够更加顺 畅地流过燃烧室，燃烧更加彻底
HEMI是英文“半球”（hemispherical） 的前几个字母
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气缸衬垫（Gasket）
功用：密封燃烧室，防止燃气、冷却液、机 油泄漏
工作条件：机械负荷、热负荷及机油的腐蚀 要求：足够的强度、耐压、耐腐蚀、有弹性 结构：和气缸盖的下表面一样 材料及分类：金属-石棉衬垫、金属-复合材