曲柄连杆机构

特点：机体刚度大、气缸中心距小、质量轻、加工工艺简单，但传热较差、温度 分布不均匀、容易发生局部变形。

湿缸套
结构：湿缸套外壁和冷却液直接接触，一般采用合金铸铁材料，壁厚5~8mm。 缸套需要径向和轴向定位，轴向定位可在缸套底上部、中部或下部，还需要密 封以防冷却液泄漏。 特点：湿缸套的优点是机体上没有封闭的水套，容易铸造，传热好，温度分布比 较均匀，维修方便；缺点是气缸体的刚度差，易于漏气、漏水。湿缸套广泛应 用于汽车柴油机上。
气缸结构形式也有3种，即无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式。
湿气缸套式机体，其气缸套外壁与冷却液直接接触。用合金铸铁制造的湿式
气缸套的壁厚一般为5～8mm。湿式气缸套下部用1～3道耐热耐油的橡胶密
封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式气缸套上部的密封是利用气缸套装入 机体后，气缸套顶面高出机体顶面0.05～0.15mm。
油底壳
油底壳的主要功用： 贮存机油并封闭曲轴箱。一般 采用薄钢板冲压而成，其形状 决定于发动机的总体布置和机 油的容量。
燃烧室
在汽油机气缸盖底
面通常铸有形状各
异的凹坑，习惯上 称这些凹坑为燃烧 室。汽油机的燃烧 室主要有右图所示 的几种
柴油机燃烧室
1)涡流室燃烧室：其主、副燃烧室之间的连接通道与副燃烧室切向连接，在压缩行 程中，空气从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室，在其中形成强烈的有组织的压缩 涡流，因此称副燃烧室为涡流室。燃油顺气流方向喷射。 2)预燃室燃烧室：其主、副燃烧室之间的连接通道不与副燃烧室切向连接，且截面 积较小。在压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强烈的无组织的紊流。燃油逆气流 方向喷射，并在副燃烧室顶部预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。

活塞 杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。
①功用：活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连
②工作条件：作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直
接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速
滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 ③材料：现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只 在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。 ④活塞构造：活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。
活塞环按不同的类型主要起到密封和对缸壁实现润滑的作用。
活塞环材料及表面处理 活塞环材料应具有良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹 性和足够的机械强度。目前广泛应用的活塞环材料有优质灰铸铁、球墨 铸铁、合金铸铁和钢带等。第一道活塞环外圆面通常进行镀铬或喷钼处 理。
气环 1)气环的密封原理
在多缸发动机中，全部气缸共用一个气缸盖的，称为整体式气缸盖； 若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分块式气缸盖；若每缸一盖，则
为单体式气缸盖。风冷发动机均为单体式气缸盖。
结构特点： （1）油底壳内装有稳油挡 板，以防止汽车颠簸时油面 波动过大； （2）油底壳底部还装有磁 性放油螺塞； （3）在上下曲轴箱接合面 之间装有衬垫，防止润滑油 泄漏。
机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的 冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，
以减小整机的尺寸和质量。
2．机体材料：高强度灰铸铁或铝合金铸造。 3．机体构造
机体的布置型式
（1）单列式（直列式）发动机
结构：单列式（直列式）发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置，但为了降低发 动机高度，有时也布置成倾斜的或水平的。 特点：单列式（直列式）发动机的结构简单，加工容易，但高度和长度较大，一般6缸以 下的发动机多采用单列式。 （2）双列式发动机：
气缸套
原理：气缸工作表面由于经常与高温、高压燃气相接触，且有活塞在其中作高速 往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了满足以上要求，近年来广 泛采用镶入缸体内的气缸套，形成工作表面。

干缸套
结构：干缸套（合金铸铁2~3mm，钢1~1.5mm，或铝合金）压入铸铁机体缸套 座孔，与铝合金机体铸在一起或压入，并不直接与冷却液接触。
往复惯性力和离心力
活塞和连杆小头： 曲柄、曲柄销和连杆大头：
摩擦力
基本部件
1、机体组：气缸体、气缸盖和油底壳。 2、曲轴飞轮组：曲轴及主轴承、飞轮；曲轴由主轴径、连杆轴径、曲柄及 平衡重组成； 曲轴：把气体作用力转化为力矩。 飞轮： 将作功行程中输入曲轴的功、能的一部分贮存起来，用以在其它 行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角 速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超负荷，此 外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系中摩擦离合器的驱动件。 3、活塞连杆组：连杆及连杆轴承、活塞销、活塞、活塞环。
活塞的冷却

1)自由喷射冷却法。 从连杆 小头上的喷油孔或从安装在 机体上的喷油嘴向活塞顶内 壁喷射机油。 2)振荡冷却法。 从连杆小头 上的喷油孔将机油喷入活塞 内壁的环形油槽中，由于活 塞的运动使机油在槽中产生 振荡而冷却活塞。 3)强制冷却法。 在活塞头部 铸出冷却油道或铸入冷却油 管，使机油在其中强制流动 以冷却活塞。强制冷却法广 为增压发动机所采用。
2)活塞头部。活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。 活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆 角 R 应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁， 使活塞顶部的温度不致过高。
3)活塞裙部：头部以下的部分。裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好 的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙 过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，裙部应有足够的 实际承压面积，以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面， 承受压缩侧向力的一面称次推力面。 活塞裙部变形
第二节 机体组
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。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。另外，气 缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分
机体
1．机体的工作条件及要求
机体是气缸体与曲轴箱的连铸体。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭 等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的 热负荷。


矩形环断面为矩形。形状简单，加工方便，与气缸壁接触面积大，有利 于活塞散热。但磨合性差，而且在与活塞一起作往复运动时，在环槽内 上下窜动，把气缸壁上的机油不断地挤入燃烧室中，产生“泵油作用”， 使机油消耗量增加，活塞顶及燃烧室壁面积炭。
锥面环、扭曲环、梯形环、桶面环、开槽环和 顶岸环（断面为“L”形 ）
发动机的支承：通过机体和飞轮壳或变速器壳上的支承支撑在车架上。发动机的支承方
法，一般有三点支承和四点支承两种。三点支承可布置成前一后二或前二后一。采用四 点支承法时，前后各有两个支承点。
第三节 曲柄连杆机构
一、曲柄连杆机构的功用及组成 功用：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力 转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活 塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。

最后漏入曲轴箱内的 气体很少，一般仅为 进气量的0.2～1.0％

气环开口形状： 对漏气量有一定影响。直开口工艺性好，但密封性差； 阶梯形开口密封性好，工艺性差；斜开口的密封性和工艺性介于前两 种开口之间，斜角一般为30°或45° 气环断面形状：气环的断面形状多种多样，根据发动机的结构特点和 强化程度，选择不同断面形状的气环组合，可以得到最好的密封效果 和使用性能。

V形发动机
结构：双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角小于180°，称为V型发动机。 特点：V型发动机缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸体的刚度，重量也有所减轻， 但加大了发动机的宽度，且形状复杂，加工困难，一半多用于缸数多的大功率发动机 上。

对置式发动机
结构：双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角等于180°，称为对置式发动机。 特点：对置式发动机高度比其他形式小得多，在某些情况下，使得汽车，特别是轿车和 大型客车的总布置更方便。
桶面环，环的外圆面为外凸圆弧形。其密封性、磨合性及对气缸壁表面形状的适 应性都比较好。桶面环在气缸内不论上行或下行均能形成楔形油膜，将环浮起， 从而减轻环与气缸壁的磨损。

源自文库
开槽环，在外圆面上加工出环形槽，在槽内填充能吸附机油的多孔性氧化铁，有 利于润滑、磨合和密封。
顶岸环，断面为“L”形。因为顶岸环距活塞顶面近，作功行程时，燃气压 力能迅速作用于环的上侧面和内圆面，使环的下侧面与环槽的下侧面、外 圆面与气缸壁面贴紧，有利于密封；由于同样的原因，顶岸环可以减少汽
二 活塞组
组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆等
活塞与活塞环的主要作用是与气缸体及气缸盖共同形成密闭的燃烧室。 活塞主要承担燃气压力，而活塞环则是起到补漏密封的作用。各零件要 发挥自身的工程作用，则必须在结构设计及材料应用上满足工作条件的 要求。 1、活塞及活塞环 活塞的主要作用是承受气 缸内燃气的压力，并通过 活塞销及连杆将力传给曲 轴。 活塞的基本构造可分为： 顶部、头部和裙部。
第二章 曲柄连杆机构
内容提要
主要作用：完成热能向机械能的转换； 工作条件：零件在高温、高压、高速条件下工作，且伴随化学腐蚀； 主要零件：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 受力情况：复杂。有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力 等。
第一节 曲柄连杆机构中的作用力及力矩
气体作用力
作功行程中，气体作用力推动活塞向下运动 ，产生曲轴旋转运动的力矩T 压缩行程中，气体作用力阻碍活塞向上运动 ，产生旋转运动的阻力矩T′
气环的泵油作用演示

梯形环，断面为梯形。其主要优点是抗粘结性好。当活塞头部温度很高时，窜入 第一道环槽中的机油容易结焦并将气环粘住。在侧向力换向活塞左右摆动时，梯 形环的侧隙、径向间隙都发生变化将环槽中的胶质挤出。楔形环的工作特点与梯 形环相似，且由于断面不对称，装入气缸后也会发生扭曲。梯形环多用作柴油机 的第一道气环。


活塞环
活塞环包括气环和油环两种。



气环：作用是①保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中高温、高压燃 气漏入曲轴箱；②传热。 油环：作用是①刮除气缸壁上多余的机油； ②辅助气环密封。 活塞环工作条件：高温、高压、高速以及润滑不良。 活塞环材料：合金铸铁。 气环的形状：有一个切口，且在自由状态下非圆，外形尺寸较气缸尺寸 大。 油环的结构：
风冷发动机气缸体结构。由于金属对空气的换热系数仅是金属对水的换 热系数的1/33。因此必须在风冷气缸的外壁铸制散热片，以增加散热面积，
增强散热能力。
按曲轴箱结构形式的不同机体有平底式、龙门式和隧道式3种。
气缸盖
气缸盖的功用：密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。 气缸盖与气缸体通过螺栓连接，应在安装时注意螺栓的拧紧力矩和顺序，按由中央对称地 向四周扩展的顺序，并经多次逐渐达到规定扭矩。 气缸盖的分类 （1）单体式气缸盖：指在多缸发动机的一列中，只覆盖一个气缸的气缸盖。单体气缸盖多用 于大缸径发动机和风冷发动机。 （2）分块式气缸盖：块状气缸盖是指在多缸发动机的一列中，能覆盖部分气缸（两个以上） 的气缸盖。 （3）整体式气缸盖：指在多缸发动机的一列中，能覆盖全部气缸的气缸盖。多用于小缸径发 动机。 气缸盖的材料：优质灰铸铁或合金铸铁铸造，轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖 气缸垫的功用：密封气缸，防止漏气、漏水和漏油。
1)活塞顶部。汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。大 多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凹顶活 塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。
柴油机活塞顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状
柴油机还有另一类燃烧室，称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气缸内， 且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃烧室凹坑。喷油器将燃油直接喷 入燃烧室凹坑内，使其与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。