汽车概论之发动机之曲柄连杆机构课件

7/3/20247/3/20241 17/3/20247/3/20242 2曲柄连杆机构的功用曲柄连杆机构的功用热能热能机械能机械能燃气压力燃气压力 转转 矩矩连杆连杆活塞活塞曲轴曲轴7/3/20247/3/20243 3曲柄连杆机构能量转换曲柄连杆机构能量转换热能热能 转变为转变为机械能机械能 向向工作工作机构机构 输出输出 机械能机械能7/3/20247/3/20244 4曲柄连杆机构工作过程曲柄连杆机构工作过程将活塞将活塞顶上的顶上的燃气燃气 压力压力 转变为转变为曲轴曲轴 转矩转矩7/3/20247/3/20245 5曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构的组成1、机体组机体组 气缸体气缸体 曲轴箱曲轴箱 气缸套气缸套 气缸盖气缸盖 气缸垫气缸垫 油底壳等油底壳等2、活塞连杆组活塞连杆组 活塞活塞 活塞环活塞环 活塞销活塞销 连杆等连杆等 3、曲轴飞轮组曲轴飞轮组 曲轴曲轴 飞轮等飞轮等7/3/20247/3/20246 67/3/20247/3/20247 77/3/20247/3/20248 87/3/20247/3/20249 91.机机体组的功用体组的功用 机体组是发动机的机体组是发动机的支架支架 是各机构与系统的装配是各机构与系统的装配机体机体 气缸盖密封气缸、形成燃烧室气缸盖密封气缸、形成燃烧室 机体与气缸盖内水套机体与气缸盖内水套冷却系统冷却系统 机体与气缸盖内油道机体与气缸盖内油道润滑系统润滑系统7/3/20247/3/20241010（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、）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）适当冷却（以免损坏和变形）发动机中最大的零件发动机中最大的零件 承受承受拉、压、弯、扭拉、压、弯、扭等机械负荷等机械负荷 承受承受高温燃气高温燃气很大的热负荷很大的热负荷 发动机大部分零件发动机大部分零件安装安装在机体上在机体上（2）力）力求结构紧凑、质量轻求结构紧凑、质量轻 尽量减小整机的尽量减小整机的重量（重量（发动机最大的零件）发动机最大的零件）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）（3）机体材料）机体材料 一般高强度灰铸铁、铝合金一般高强度灰铸铁、铝合金 合金铸铁合金铸铁 机机体工作条件、要求及材料体工作条件、要求及材料7/3/20247/3/20241111 气缸的排列方式气缸的排列方式（发动机形式）（发动机形式）直列式直列式 V型式型式 对置式对置式 7/3/20247/3/20241212气缸气缸W型式型式大众大众W12 由两个夹角为由两个夹角为15的的V6发动发动机，以机，以72的夹的夹角组成角组成 拥有拥有5.6升的升的排量排量 7/3/20247/3/20241313A8L6.0及其及其W12发动机发动机 7/3/20247/3/20241414 气缸的结构气缸的结构形式（气缸套）形式（气缸套）（1）无气缸套式）无气缸套式优点：优点：缩短气缸中心距，减小缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量机体尺寸质量 机体刚度大、工艺性好机体刚度大、工艺性好 缺点：缺点：耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁 成本高成本高 无气缸套式铝合金缸体无气缸套式铝合金缸体 气缸表面镀铬，提高耐气缸表面镀铬，提高耐磨性磨性 7/3/20247/3/20241515干式缸套干式缸套 灰铸铁或铝合金缸体灰铸铁或铝合金缸体可卸干式缸套可卸干式缸套（2）干式缸套式）干式缸套式137/3/20247/3/20241616（3）湿式缸套式）湿式缸套式普通铸铁或铝合金缸体普通铸铁或铝合金缸体AB环带：径向定位环带：径向定位 凸缘凸缘C：轴向定位：轴向定位 缸套顶缸套顶面略高于缸体平面：面略高于缸体平面：0.050.15mm 密封圈：下部密封圈：下部13道密封道密封圈圈ABC0.050.15597/3/20247/3/20241717干、湿式缸套比较干、湿式缸套比较和冷却水和冷却水直接接触直接接触 与缸体配与缸体配合较松合较松 壁厚壁厚 59mm 不直接不直接和冷却和冷却水接触水接触 与缸体与缸体紧配合紧配合 壁厚壁厚 13mm 缸套材料：合金铸铁或合金钢缸套材料：合金铸铁或合金钢7/3/20247/3/202418187/3/20247/3/202419196.水冷和风冷气缸体水冷和风冷气缸体（1）水冷气缸体）水冷气缸体利用利用水套水套中的中的冷却冷却水水流过流过高高温零件温零件的的周围带走周围带走多余多余热量热量7/3/20247/3/20242020缸体与缸体与 曲轴箱曲轴箱 分开铸分开铸 缸体和缸缸体和缸盖铸有盖铸有 散热片散热片 如有风扇如有风扇可加强可加强 散热散热（2）风冷气缸体）风冷气缸体7/3/20247/3/20242121气缸盖气缸盖 1.气缸盖的组成气缸盖的组成 密封气缸上部密封气缸上部形成燃烧室形成燃烧室 冷却水套冷却水套与缸体水套相通与缸体水套相通 设有设有进排气座、气门导管孔进排气座、气门导管孔 设有设有进排气通道进排气通道 汽油机汽油机缸盖：设有缸盖：设有火花塞座孔火花塞座孔 柴油机柴油机缸盖：设有缸盖：设有喷油器座孔喷油器座孔7/3/20247/3/20242222气缸盖气缸盖气缸盖示意图气缸盖示意图气缸盖实物气缸盖实物7/3/20247/3/202423235.燃烧室燃烧室（1）燃烧室基本要求燃烧室基本要求 结构经凑：（表面积结构经凑：（表面积/容积）要小，减小容积）要小，减小热损失，提高热效率热损失，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，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、空气涡流柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合运动进行良好配合7/3/20247/3/20242424（2）汽油机燃烧室汽油机燃烧室楔形楔形 盆形盆形 半球半球形形 7/3/20247/3/20242525（3）柴油机燃烧室柴油机燃烧室直喷式燃烧室直喷式燃烧室 形燃烧形燃烧室室球形燃烧球形燃烧室室7/3/20247/3/20242626分开式燃烧室分开式燃烧室涡流燃烧涡流燃烧室室 预燃燃烧预燃燃烧室室 喷油器喷油器喷油器喷油器涡流涡流室室预燃预燃室室7/3/20247/3/20242727直喷式燃烧室直喷式燃烧室燃烧室燃烧室容积容积 集中于集中于活塞顶活塞顶上的上的 燃烧室燃烧室凹坑内凹坑内7/3/20247/3/20242828涡流燃烧室涡流燃烧室空气被挤空气被挤入涡流室入涡流室形成强烈形成强烈有规则涡有规则涡流运动流运动 大部分柴大部分柴油在涡流油在涡流室内燃烧室内燃烧形成二次形成二次涡流混合涡流混合燃烧燃烧7/3/20247/3/20242929思考题（续）思考题（续）1.曲柄连杆机构的功用和组成？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比较干式和湿式缸套的特点?5.机体组由哪些零件组成？机体组由哪些零件组成？6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？汽油机和柴油机燃烧室的种类？课外课外7/3/20247/3/20243030 活塞连杆组活塞连杆组 活塞活塞活活塞塞环环活塞销活塞销连杆连杆组组曲轴曲轴 飞轮飞轮组组 活塞活塞 活塞环活塞环 活塞销活塞销 连杆组连杆组 7/3/20247/3/20243131活活 塞塞 活塞功用活塞功用（1）承受气缸中的）承受气缸中的燃气压力燃气压力（2）将燃气作用力通过）将燃气作用力通过活塞销活塞销和和连连杆杆传给传给曲轴曲轴，推动曲轴旋转，推动曲轴旋转（3）参与组成）参与组成燃烧室燃烧室7/3/20247/3/20243232工作条件：高温、高压、高速往复直线运动工作条件：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，防止在往复运动中塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。大量磨损。材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是材料：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。的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。7/3/20247/3/20243333成型方法成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，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。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，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。适用于强化发动机，制造成本高。7/3/20247/3/20243434 活塞构造活塞构造活塞活塞顶部顶部活塞活塞头部头部活塞活塞裙部裙部7/3/20247/3/20243535（1）活塞顶部（活塞顶部（燃烧室组成部分燃烧室组成部分）汽油机汽油机多采用多采用平顶平顶、有些采用、有些采用凹顶凹顶二冲程汽油机二冲程汽油机多用多用凸顶凸顶柴油机柴油机多采用各种各样的多采用各种各样的凹坑凹坑凸凸顶顶凹凹坑坑平平顶顶凹凹顶顶7/3/20247/3/20243636（2）活塞头部（）活塞头部（活塞环槽以上部位活塞环槽以上部位）承受气承受气体压力体压力将热量通将热量通过活塞环传过活塞环传给气缸壁给气缸壁与活塞环与活塞环实现实现 气缸密封气缸密封主主要要作作用用7/3/20247/3/20243737环槽环槽环槽护圈环槽护圈可可保护和加强保护和加强铝合金活塞铝合金活塞环槽环槽隔热槽隔热槽(有时有时)使部分热流转使部分热流转向二、三环向二、三环主主要要结结构构气环气环油环油环热负荷较高发动机采用热负荷较高发动机采用7/3/20247/3/20243838（3）活塞裙部（）活塞裙部（活塞环槽以下部位活塞环槽以下部位）功用功用 椭圆椭圆变形变形 为活塞导向和承受侧压力为活塞导向和承受侧压力燃气压力使燃气压力使裙部弯曲变形裙部弯曲变形侧压力使销座侧压力使销座轴线方向增大轴线方向增大热变形使销座热变形使销座轴线方向增大轴线方向增大7/3/20247/3/20243939活塞裙部椭圆形活塞裙部椭圆形冷态下把冷态下把活塞加工活塞加工成裙部断成裙部断面为长轴面为长轴垂直于活垂直于活塞销方向塞销方向的椭圆形的椭圆形7/3/20247/3/20244040活塞销座附近裙部外表面下陷活塞销座附近裙部外表面下陷为减少为减少活塞销活塞销座附近座附近处的热处的热变形量变形量7/3/20247/3/20244141活塞销座轴线布置活塞销座轴线布置活塞越过上止点时活塞越过上止点时侧压力方向改变会侧压力方向改变会产生产生“敲缸敲缸”噪声噪声可减轻活塞可减轻活塞“敲缸敲缸”噪噪声，但会引起裙部两端声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大尖角的磨损或变形增大主主推推力力面面活塞销偏移布置活塞销偏移布置(偏移活塞轴线偏移活塞轴线12mm)活塞销对中布置活塞销对中布置7/3/20247/3/20244242二、活二、活 塞塞 环环 1.活塞环功用活塞环功用 气环气环 刮油刮油 均匀油膜均匀油膜 辅助密封辅助密封油环油环密封密封 导热导热 7/3/20247/3/20244343三、活三、活 塞塞 销销 1.活塞销功用活塞销功用 连接活塞和连接活塞和连杆连杆 将活塞承受的将活塞承受的力传给连杆力传给连杆 活塞销活塞销连杆衬套连杆衬套卡环卡环7/3/20247/3/20244444四、连四、连 杆杆 组组 连杆衬套连杆衬套连杆体连杆体连杆螺栓连杆螺栓连杆轴承连杆轴承上轴瓦上轴瓦连杆轴承连杆轴承下轴瓦下轴瓦连杆盖连杆盖螺母螺母连杆衬套连杆衬套连杆体连杆体连杆轴承连杆轴承上轴瓦上轴瓦连杆轴承连杆轴承下轴瓦下轴瓦连杆盖连杆盖连杆连杆螺栓螺栓集油孔集油孔喷油孔喷油孔7/3/20247/3/202445451.连杆组功用连杆组功用活活塞塞曲曲轴轴往复往复运动运动旋转旋转运动运动连连杆杆力力7/3/20247/3/202446463.连杆构造连杆构造 小头小头杆身杆身大头大头小头小头杆身杆身大头大头集油孔集油孔喷油孔喷油孔纵向纵向油道油道7/3/20247/3/20244747（3）连杆大头连杆大头剖分形式剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）平切口平切口斜切口斜切口结合面与连杆轴线垂直结合面与连杆轴线垂直刚度大刚度大 变形小变形小 成本低成本低汽油机采用平切口汽油机采用平切口结合面与连杆轴线成结合面与连杆轴线成3060夹角夹角连杆体能从缸体上端取出连杆体能从缸体上端取出多用于柴油机多用于柴油机7/3/20247/3/202448484.V型发动机型发动机连杆连杆（1）并列连杆）并列连杆前后连杆可通用前后连杆可通用左右两列活塞运左右两列活塞运动规律相同动规律相同增加了曲轴和发动机长度增加了曲轴和发动机长度优优点点缺缺点点7/3/20247/3/20244949（2）主副连杆）主副连杆主副连杆主副连杆不能互换不能互换两列活塞运动规律和两列活塞运动规律和上止点位置不相同上止点位置不相同优优点点不会增加发动机长度不会增加发动机长度缺缺点点主连杆主连杆副连杆副连杆7/3/20247/3/20245050（3）叉形连杆）叉形连杆两列气缸无需错开两列气缸无需错开两列气缸中活塞两列气缸中活塞运动规律相同运动规律相同连杆大头结构复连杆大头结构复杂、刚度较差杂、刚度较差优优点点缺缺点点叉形叉形连杆连杆内连杆内连杆叉形连叉形连杆轴承杆轴承内连杆内连杆轴承轴承7/3/20247/3/20245151思考题思考题?1.指出右图指出右图中各零件的中各零件的名称？名称？(活活塞连杆部分塞连杆部分)课堂课堂7/3/20247/3/20245252曲轴飞轮组曲轴飞轮组 飞轮飞轮曲轴曲轴曲轴曲轴轴承轴承曲轴曲轴 曲轴前后曲轴前后 端密封端密封 曲轴扭转曲轴扭转 减震器减震器 飞轮飞轮 曲轴轴承曲轴轴承 平衡机构平衡机构 7/3/20247/3/20245353一、曲一、曲 轴轴 1.曲轴曲轴功用功用曲轴曲轴气体气体压力压力转矩转矩飞轮飞轮汽车传动系汽车传动系驱动配气机构和驱动配气机构和其它辅助装置其它辅助装置7/3/20247/3/202454543.曲轴构造曲轴构造 平衡重平衡重输输出出端端曲轴曲轴前端前端主轴颈主轴颈连杆轴颈连杆轴颈曲柄臂曲柄臂单单元元曲曲拐拐自由端自由端曲轴曲轴后端后端7/3/20247/3/20245555（1）曲轴分类）曲轴分类按单元曲拐连接方式分类按单元曲拐连接方式分类 整体式整体式曲轴曲轴各单元曲拐锻造各单元曲拐锻造或铸造成整体或铸造成整体工作可靠工作可靠 质量轻质量轻 结构简单结构简单 加工面少加工面少 主轴颈主轴颈连杆轴颈连杆轴颈曲柄臂曲柄臂概概念念特特点点7/3/20247/3/20245656组合式组合式曲轴曲轴由单元曲拐由单元曲拐组合装配组合装配方便制造和更换方便制造和更换 结构复杂结构复杂 拆装不便拆装不便曲柄臂兼曲柄臂兼作主轴颈作主轴颈单元曲拐单元曲拐滚动轴承滚动轴承(主轴承主轴承)配用隧道配用隧道式机体式机体概概念念特特点点7/3/20247/3/20245757按主轴颈数分类按主轴颈数分类全支承全支承曲轴曲轴相邻两个相邻两个曲拐间都曲拐间都有主轴颈有主轴颈抗弯曲能力强抗弯曲能力强 可减轻主轴颈载荷可减轻主轴颈载荷概概念念主轴颈多主轴颈多 加工面多加工面多曲轴和机体较长曲轴和机体较长缺缺点点优优点点7/3/20247/3/20245858非全支承曲轴非全支承曲轴主轴颈数主轴颈数少于全支少于全支承曲轴承曲轴概概念念缺缺点点优优点点与全支承曲轴恰好相反与全支承曲轴恰好相反7/3/20247/3/20245959（3）曲轴前端）曲轴前端曲轴曲轴带轮带轮空调压空调压缩机缩机动力动力 转向泵转向泵张紧轮张紧轮导向轮导向轮发电机发电机曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴曲轴链轮链轮凸轮凸轮轴正轴正时齿时齿形带形带轮轮水泵水泵机油泵机油泵7/3/20247/3/20246060曲轴前端驱动曲轴前端驱动7/3/20247/3/20246161（4）曲轴后端）曲轴后端曲轴曲轴带轮带轮曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴曲轴链轮链轮安装飞轮安装飞轮用凸缘用凸缘飞轮飞轮7/3/20247/3/20246262（5）曲轴润滑）曲轴润滑机油机油机体油道机体油道主轴承主轴承主轴颈主轴颈曲轴油孔曲轴油孔连杆轴承连杆轴承连杆轴颈连杆轴颈7/3/20247/3/20246363（1）直列四缸发动机工作循环）直列四缸发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/4=180工作顺序工作顺序 1-3-4-2 1-2-4-314321-42-31807/3/20247/3/20246464工作循环表（工作循环表（1-3-4-2）曲轴转角曲轴转角()第一缸第一缸 第二缸第二缸 第三缸第三缸 第四缸第四缸0180排气排气压缩压缩进气进气180360排气排气进气进气压缩压缩360540进气进气压缩压缩排气排气540720压缩压缩进气进气排气排气作功作功作功作功作功作功作功作功7/3/20247/3/20246565（2）直列六缸发动机工作循环）直列六缸发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/6=120工作顺序工作顺序 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-514321-63-4120562-57/3/20247/3/20246666工作循环表（工作循环表（1-5-3-6-2-4）曲轴转角曲轴转角()第一缸第一缸 第二缸第二缸 第三缸第三缸 第四缸第四缸 第五缸第五缸 第六缸第六缸0 180060排气排气压缩压缩进气进气60120压缩压缩排气排气120180进气进气180 360180240排气排气压缩压缩240300 进气进气300360压缩压缩排气排气360 540360420进气进气420480排气排气压缩压缩480540进气进气540 720540600压缩压缩排气排气600660进气进气660720作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功7/3/20247/3/20246767（3）V8发动机工作循环发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/8=90工作顺序工作顺序 R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190R4 R3 R2 L1L4 L3 L2 R2-L2R3-L3R4-L47/3/20247/3/20246868工作循环表（工作循环表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）曲轴转角曲轴转角()R1R2R3R4L1L2L3L40 180090压缩压缩进气进气 排气排气90180排气排气 进气进气压缩压缩180 360180270排气排气压缩压缩 进气进气270360进气进气 压缩压缩排气排气360 540360450进气进气排气排气压缩压缩450630压缩压缩进气进气排气排气540 720540630压缩压缩进气进气排气排气630720排气排气压缩压缩进气进气作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功7/3/20247/3/20246969四、飞四、飞 轮轮 1.飞轮功用飞轮功用 能量存储器：保证发动机运转平稳能量存储器：保证发动机运转平稳 摩擦式离合器的主动件摩擦式离合器的主动件 轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈 刻有上止点记号：用于调整点火正时、刻有上止点记号：用于调整点火正时、喷油正时或配气正时喷油正时或配气正时7/3/20247/3/202470702.飞轮结构飞轮结构盘形零件盘形零件轮缘较宽厚轮缘较宽厚以获得较大以获得较大转动惯量转动惯量与曲轴动平与曲轴动平衡，定位销衡，定位销和飞轮螺栓和飞轮螺栓多用灰铸铁，高速发动机多用灰铸铁，高速发动机应采用球墨铸铁或铸钢应采用球墨铸铁或铸钢7/3/20247/3/20247171思考题思考题?1.指出右图指出右图中各零件的中各零件的名称？名称？(曲曲轴部分轴部分)课堂课堂