发动机第2章曲柄连杆机构与机体组

1,教学目标与要求 掌握机体组件组成与结构特点 掌握曲柄连杆机构组成，各部件的作用、结 构与工作原理 掌握多缸四冲程内燃机的工作过程分析 了解可变气缸控制技术,2,一、功用 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。 二、组成 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组,3,三、工作条件,高温、高压、高速和化学腐蚀。 承受机械载荷： 1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力; 2、汽车行驶中产生的冲击力。,4,2.1 机体组件,机体（气缸体、曲轴箱） 气缸盖 气缸垫 油底壳,5,2.1.1 机体,1.作用：整个发动机的“骨骼”，支承所有零部件。 2.构造特点：,气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒，称为气缸。下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱。 有曲轴支承孔、油道、水道。 气缸体的上、下表面是气缸体维修的基准。 前后两个平面加工，安装正时齿轮盖和飞轮壳。,6,（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,气缸体的分类,7,（2）根据冷却方式不同,水冷,风冷,8,（3）根据气缸的排列方式,9,实物图,10,（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体,1、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 2、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 气缸套作用 ：节省贵金属材料，降低成本，方便维修 。,11,（5）干缸套和湿缸套,12,2.1.2 气缸盖,1作用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室；安装进排气门、火花塞（喷油嘴）、燃烧室等构件。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。,13,2型式：单体式；块状；整体式。 3. 构造：复杂的铸件（孔道、燃烧室），一般用铝合金或优质铸铁材料。铝合金的导热性能好，有利于提高压缩比。,14,燃烧室,半球形燃烧室 楔形燃烧室 浴盆形燃烧室,气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的性能影响很大。,15,半球形燃烧室： 1）气门成横向V形排列，气门头部直径可以做得较大，换气好； 2）火花塞位于燃烧室的中部，火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；3）CO和HC排放最少，而NO的排放较高。 应用车型：捷达 奥迪,16,楔形燃烧室： 1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气-冷激面，可形成挤气涡流；3）燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。 应用车型：切诺基,17,盆形燃烧室： 1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气-冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。 应用车型：桑塔纳 夏利 富康,18,19,多球形燃烧室： 1）由两个以上半球形凹坑组成； 2）结构紧凑，火焰行程短； 3）气门直径较大，充气效率高。,20,蓬形燃烧室： 1）由半球形发展而成； 2）结构紧凑，适于多气门； 3）高性能多气门轿车发动机上广泛应用； 4）应用车型：欧宝V6、奔驰320D、三菱3G81,21,2.1.3 气缸垫,1作用：防止漏气、漏油、漏水。 2构造：铜皮-石棉结构；实心弹性金属片。,3安装注意：铜皮光滑面朝缸体，机油孔与缸体和缸盖对正。,22,2.1.4 油底壳,油底壳是曲轴箱的下半部，主要作用是储存润滑油和封闭曲轴箱，多由薄钢板冲压而成。,23,2.1.5 发动机的支承,三点支承和四点支承,三点支承 四点支承,24,2.2 曲柄连杆机构,25,2.2.1 活塞连杆组件,1活塞 2活塞环 3活塞销 4连杆 5连杆螺栓 6连杆盖 7连杆轴瓦,26,1.活塞,（1）作用：与气缸、缸盖组成燃烧室和工作容积；传力；传热。 （2）工作条件：高温、高压、高速、润滑不良、加速度、惯性力、侧向力。 （3）材料：高强度铝合金；铸铁（低速柴油机）。,27,（4）活塞构造,28,1）活塞顶部,功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体 压力。,29,2）活塞头部（防漏部）,活塞头部指活塞第一道环槽以上的部分。作用：承受承受活塞顶的压力，并传给活塞销；安装活塞环、与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内；将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,30,3）活塞槽部,活塞槽部指活塞环槽部分，用以安装活塞环，起密封、传热等作用。一般有23道气环和1道油环。,31,4）活塞裙部,从油环槽下端面起至活塞最下端的部分。用于对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。,32,裙部表面的保护,1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。,33,活塞裙部形状,工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。,销座方向,裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形,工作时向里变形,34,制造时,变形后,35,活塞的变形及采取的相应措施,变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 变形规律：（1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2） 活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁上厚下薄；（3） 裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,36,（1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 （2） 活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。 （3） 销座处凹陷0.51.0mm。 （4） 裙部开绝热-膨胀槽（“T”形或“”形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。 （5） 采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。,采取的措施,37,开槽活塞（汽油机）,绝热槽,膨胀槽,圆槽,38,活塞的冷却,作用：减轻活塞顶部和头部的热负荷。,39,活塞销孔偏置结构,作用：使活塞在压缩行程到做功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。,40,2.活塞环（气环、油环）,（一）气环 作用： （1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。,41,气环的密封,42,活塞环的泵油,43,活塞环的泵油作用及危害,原因： （1）存在侧隙和背隙；（2） 环运动时在环槽中靠上靠下。 危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2） 火花塞沾油不跳火；（3） 燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；（4） 环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性；（5） 加剧了气缸的磨损。 措施： （1） 采用扭曲环；（2） 采用组合式油环；（3） 油环下设减压腔。,44,气环的断面形状,（1） 矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。 （2） 锥形环1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2） 安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）； （3） 扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。,45,1）作用：刮油，布油，传热。 2）类型：槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合式,（2）油环,46,油环的刮油作用,47,槽孔式油环（整体式油环）,48,槽孔撑簧式油环,特点：增大了环与气缸壁的接触压力，使环的刮油能力和耐久性有所提高。,49,组合油环,特点：刮油效果好，回油通路大，重量轻，但制造成本高。,50,3.活塞销,(1)作用：连接活塞与连杆、将活塞受力传递给连杆。 (2)构造：空心，二边卡环定位。 (3)连接方式 全浮式 半浮式,51,全浮式 半浮式,全浮式：活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，使磨损均匀。 半浮式：活塞销中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。,52,4. 连杆,53,连 杆,(1)作用：连接活塞与曲轴，并传递动力。 (2)材料 (3)构造： 1）连杆小头（衬套 ） 2）连杆杆身（“工”字形断面 ）,1-连杆衬套 2-连杆小头 3-连杆杆身 4-连杆螺钉 5-连杆大头 6-连杆轴瓦 7-连杆盖 8-连杆轴瓦凸键 9-凹槽,54,3）连杆大头（分整体式和分开式两种；分开式又有平分和斜分两种）,平分：多用于汽油机；,斜分：多用于柴油机。,55,连杆大端定位,锯齿定位 圆销定位 套筒定位 止口定位,1）连杆螺栓定位：依靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于切口连杆。2）锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。3）套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。4）止口定位。,56,连杆螺栓： 采用优质合金钢并经精加工和热处理特制而成，损坏后绝不能用其它螺栓来代替。,57,（1）作用：减磨。 （2）材料：薄壁钢背，在内表面浇铸有耐磨合金层（巴氏、铜基合金和铝基合金 ） （3）结构,1-钢背 2-油槽 3-定位凸键 4-减磨合金层,5.连杆轴瓦,58,6.V型发动机连杆布置形式,并列式 主副式 叉式,59,2.2.2 曲轴飞轮组,主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。,1-曲轴皮带轮 2-曲轴正时齿轮皮带轮 3-曲轴链轮 4-曲轴前端 5-曲轴主轴颈 6-曲柄臂 7-曲柄销（连杆轴颈） 8-平衡重块 9-转速传感器脉冲轮 10-飞轮 11-主轴瓦 12-主轴承盖 13-螺母 14-止推垫片 15-主轴瓦 16-止推垫片,60,1.曲轴,（1）作用：与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。 （2）材料与加工：中碳钢或中碳合金钢模锻而成。 （3）结构形式 整体式 组合式,61,曲轴飞轮组的组成,62,（4）结构原理,一般由主轴颈、主轴瓦、曲柄销（连杆轴颈）、曲柄臂、平衡重块等组成。,63,曲轴的分类,全支承：相邻曲拐间都有主轴颈。 非全支承：相邻曲拐间不都有主轴颈。,64,曲轴的支承方式,概念： 在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。,65,2）曲柄销（连杆轴颈）,直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。,66,3）曲柄臂,连接主轴颈和连杆轴颈。铸有(或紧固有)平衡重块，用来平衡发动机不平衡的离心力距和一部分往复惯性力 ，使曲轴旋转平稳。,67,曲轴平衡,4缸发动机受力与平衡,受力 平衡,离心力F,力偶距M,力偶矩给曲轴带来弯曲载荷，引起主轴颈和轴承偏磨，为减轻主轴承载荷，设置平衡重。,68,4）曲轴前端,1、2-滑动推力轴承 3-止推片 4-定时齿轮 5-甩油盘 6-油封 7-带轮 8-起动爪,69,5）曲轴后端,安装飞轮。在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。有的电喷发电机还安装有转速传感器脉冲轮。,70,功用：保证曲柄连杆机构在曲轴受轴向力时能够正常工作。 轴向定位措施： 1.翻边轴瓦 2.止推片 3.止推环 4.止推轴承,6）曲轴轴向定位,71,7）曲轴润滑,在轴颈上钻有油孔，并有斜油道相通，再与机体的主油道联通。,72,（6）多缸机曲柄布置与点火顺序分析,1）4缸机 4个曲柄布置在同一平面内 。 两种点火顺序：1-2-4-3；1-3-4-2 点火顺序：各缸完成同名行程的次序。,73,74,75,2）6缸机,6个曲柄布置在3个平面内 。 两种发火顺序：1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5,76,77,6缸四冲程V型发动机,点火顺序为R1-L3-R3-L2-R2-L1,78,6缸v型排列,79,80,2.曲轴扭转减震器,（1）作用：消减曲轴扭转振动 。 （2）分类 橡胶扭转减振器 硅油扭转减振器 硅油-橡胶扭转减振器,81,（1）橡胶扭转减振器,82,（2）硅油与硅油-橡胶扭转减振器,83,3.飞轮,1作用：储存能量，使转速均匀，帮助克服短时超负荷。 2构造： 园盘 齿圈,84,飞轮记号供找上止点用,对应活塞上止点,85,2.3 可变气缸控制技术,2.3.1 可变气缸控制的意义 1.可变气缸控制技术 随汽车外界负荷变化，让部分气缸停止工作的控制技术 。如广州本田第八代雅阁3.5L发动机能根据需要，控制发动机在3、4、6缸三种模式工作 。 2.意义 降低燃油消耗。,86,2.3.2 可变气缸控制发动机基本结构原理,1.基本结构（以广州本田第八代雅阁VCM发动机为例 ）,87,VTEC系统,88,2.工作原理,全负荷工作模式：在发动机启动、加速或者低挡位爬山时，发动机会启动所有的6个汽缸工作，以满足发动机对动力输出的需求。 怠速及低负荷工作模式：当发动机怠速或汽车处于中低速运行时，关闭发动机一侧的三个汽缸的进、排气，并且切断供油，完成从V6发动机到直列3缸发动机工作模式的切换。 中负荷工作模式：在中等速度、高速巡航和缓坡行驶时，发动机将会用4个气缸来运转。,89,本章小结,1. 曲柄连杆机构包括机体组件、活塞连杆组件及曲轴飞轮组件。 2. 机体分平底式、龙门式、隧道式三种；气缸套有干式、湿式两种；汽油机燃烧室常见有半球形燃烧室、楔形燃烧室、浴盆形燃烧室、多球形燃烧室和蓬形燃烧室。 3. 活塞一般都采用高强度铝合金制成。其顶部有各种凹坑，组成各种燃烧室；头部有的加工有隔热槽、纤维增强合金环等；头部有活塞环槽；裙部起导向作用，并承受侧压力。整个活塞呈上小下大，裙部椭圆形；有的开有膨胀槽、采用拖鞋式裙部等防止活塞卡死的措施。,90,4. 活塞环有气环和油环两类。气环起密封、传热作用，有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环、桶面环、开槽环、顶岸环等各种截面形状；油环起布油、刮油、传热作用，有槽孔式、槽孔撑簧式和多衬簧三种组合油环两种。活塞环安装时应注意安装位置和方向。,91,5. 曲轴的曲柄布置应该使各缸点火顺序均匀分布在7200曲轴转角内。根据曲轴的曲柄布置和发火顺序，可分析多缸发动机各缸的工作状况。 6发动机可变气缸控制技术（VCM）是指发动机能够根据汽车外界负荷变化，让部分气缸停止工作的控制技术，它可有效降低发动机燃料消耗和排气污染。,