内燃机构造与原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,张 志 强,内燃机构造与原理,Email:zhangzhiqiang78,张 志 强内燃机构造与原理,内燃机构造与原理,第一章内燃机概述,第二章内燃机的工作原理,第三章 内燃机的热力循环,第四章 内燃机的性能指标,第五章 曲柄连杆机构,第六章 配气机构,第七章 柴油机燃油系统,第八章 汽油机燃油系统和点火系统,第九章 润滑系统,/,冷却系统,/,起动装置,内燃机构造与原理第一章内燃机概述,曲柄连杆机构,配气机构,燃料供给系,点火系,润滑系,冷却系,起动系,这些机构和系统保证了内燃机连续不断地正常工作。,内燃机的总体构造,曲柄连杆机构 内燃机的总体构造,组成燃气工作的空间（,气缸,），使燃料充分燃烧,功用,：热能机械功,活塞直线运动,燃料燃烧,气体膨胀,曲轴旋转运动,连杆,连杆,内燃机几乎所有零部件的安装基础,将直线运动转换为旋转运动,气缸体,气缸套,气缸盖,气缸衬垫,机体组,（,固定件,）,（,运动件,）,第五章,曲柄连杆机构,功用及机构组成,曲轴飞轮组,活塞连杆组,组成燃气工作的空间（气缸），使燃料充分燃烧功用：热能机械功,第五章,曲柄连杆机构,曲柄连杆机构的运动规律,目的,：找出活塞的运动规律，进而分析整个机构的受力情况,活塞的位移：,由两个简谐运动位移之和组成,活塞的运动速度,活塞的运动加速度：,同样由两个简谐函数所组成,第五章 曲柄连杆机构目的：找出活塞的运动规律，进而分析整个机,第五章 曲柄连杆机构,曲柄连杆机构受力分析,气缸内的气体压力,目的,：研究曲柄连杆机构的受力，阐明曲柄连杆机构中各种力的作用情况，从而分析内燃机的平衡情况及输出转矩和转速的均匀情况,式中：,D,气缸直径；,p,g,气缸内的气体压力；,p,曲轴箱内气体压力,运动机件的惯性力,往复惯性力，,m,j,为集中到活塞销中心处并作往复直线运动的质量,旋转惯性力（离心力），,m,r,为简化到曲柄半径处的曲柄不平衡重量与连杆组简化到大端的一部分质量,对于一定的内燃机，,D,值是一定的，故,作用在活塞上总的气体压力完全决定于活塞上、下两面气体压力差,，即分别取决于,p,g,和,p,的变化规律,相对运动件表面的摩擦力,外界负荷的阻力,摩擦力相对而言较小,，在受力分析中不予考虑；,气体压力和惯性力,是曲柄连杆机构中最主要的也是数值最大的力，它们应当与每一瞬间的外界反作用力相平衡，同时也是曲柄连杆机构各零件受载的主要原因。,第五章 曲柄连杆机构气缸内的气体压力目的：研究曲柄连杆机构的,第五章 曲柄连杆机构,曲柄连杆机构受力分析,Q1:,运动机件的,惯性力,（,而非气体作用力,）以及,倾覆力矩,的大小和方向均随内燃机的运转而周期性变化，使,内燃机产生振动和受到附加载荷,Q2:,由于,切向力,T,周期性变化,，使输出扭矩也周期性变化，因而使曲轴转速时快时慢，,产生不稳定运转现象,作用在活塞上的合力及其分解,侧向力,连杆力,切向力,法向力,倾覆力矩,第五章 曲柄连杆机构Q1:运动机件的惯性力（而非气体作用力）,曲轴端部安装一,飞轮,提高内燃机,运转平稳性,常用方法有两种：,飞轮的基本结构为铸铁制成的圆盘，圆盘的边缘厚而中间薄，以获得较大的,转动惯量,；飞轮外缘常压装一个起动用钢制齿圈；离合器主动部分。,多缸内燃机各缸以相同间隔,交替作功,对于四冲程内燃机而言，曲轴转两圈各缸各作功一次，若各缸以相同的间隔交替进行作功，则内燃机的平稳性就得到了改善,基于以上考虑，各缸作功间隔角应等于,720/i,，,i,为缸数,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,曲轴端部安装一飞轮提高内燃机运转平稳性常用方法有两种：飞轮的,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程单缸内燃机惯性力的平衡,旋转惯性力的平衡,平衡,F,r,的方法较简单，一般可用,安装在曲柄相对延长方向上的一对平衡重,来平衡（,图,410,），使其产生的旋转惯性力恰好与,F,r,相等而方向相反，即达到了消除单缸机不平衡旋转惯性力之目的。,造成单缸机不平衡的主要力源是周期变化的,旋转惯性力,F,r,和,往复惯性力,F,j,。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程单缸内燃机惯性力的平衡,往复惯性力的平衡,：为了平衡单缸机的一级和二级往复惯性力常常要装置一些专门的平衡机构,双轴平衡法（图,4-11,）,可平衡一级往复惯性力。,在内燃机上装一对平行于曲轴的轴，使其转速与曲轴转速相同，且两轴的旋转方向相反。轴的两端各装一对平衡重。,当活塞位于上止点时，所有的平衡重都位于最右端（图,4-11,）。两对平衡重的质量中心与气缸中心在同一平面内，并且与气缸中心线的距离相等。,双轴平衡法能使一级往复惯性力完全平衡而,不引起任何附加惯性力或惯性力矩,。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程单缸内燃机惯性力的平衡,往复惯性力的平衡,：为了平衡单缸机的一级和二级往复惯性力常常要装置一些专门的平衡机构,部分平衡法,在平衡旋转惯性力的一对平衡重上再加一部分质量（,图,4-10,），以平衡掉一部分一级往复惯性力。,但增加的平衡重质量所产生的旋转惯性力在垂直于气缸中心线和曲轴箱中心线方向上产生一个分力，使,内燃机的主轴承在垂直气缸中心线方向上受到附加的惯性力,。,这种平衡方法,平衡效果较差,，内燃机振动较大，在拖拉机及小型运输机械的内燃机一般不采用这种方法。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程单缸内燃机惯性力的平衡,往复惯性力的平衡,：为了平衡单缸机的一级和二级往复惯性力常常要装置一些专门的平衡机构,二级往复惯性力的平衡,二级往复惯性力最大绝对值较一级往复惯性力最大绝对值小（一阶振动占整个振动的,70%,以上，是振动的主要来源），因此对内燃机及关联机械、支座等所引起的危害性较轻，为使内燃机的构造简单，一般对二级往复惯性力不做平衡。,在转速很高或虽然转速不高而缸径较大的单缸内燃机中，二级往复惯性力仍需要进行平衡。仍然采用双轴平衡法，,差别在于二级平衡重的旋转角速度为曲轴旋转角速度的二倍,，即采用四轴，分别将单缸机的一、二级往复惯性力完全平衡，但结构复杂。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程四缸内燃机的平衡,四冲程四缸内燃机曲轴上的全部曲柄均在同一个平面内，互成,180,夹角，并且,第一、第四缸曲柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方向,。曲柄的这种布置使内燃机自身平衡性较好。,一级往复惯性力,二级往复惯性力,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程四缸内燃机的平衡,四冲程四缸内燃机曲轴上的全部曲柄均在同一个平面内，互成,180,夹角，并且,第一、第四缸曲柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方向,。曲柄的这种布置使内燃机自身平衡性较好。,一级惯性力矩、二级惯性力矩、旋转惯性力和旋转惯性力矩,：由于一级惯性力、二级惯性力和旋转惯性力均对称于曲轴中点,由此可知，,直列式四缸内燃机,的平衡情况较好。除二级惯性力未平衡之外，其余的惯性力和惯性力矩均得到了平衡。一般可不再安装平衡重。但为了减少曲轴的弯曲载荷和主轴承的磨损，,常在四缸曲轴上也装有平衡重,。,注意,：可以在每个曲柄延长线设置平衡重，也可以以曲轴中心为对称轴，对称布置较少的平衡重，但这时主轴承的磨损情况不如前一种平衡方法有利。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,惯性力平衡：,设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振动及零件和轴承的载荷,第五章 曲柄连杆机构,内燃机运转平稳性和惯性力平衡,四冲程六缸内燃机的平衡,六缸内燃机曲轴的布置：第一、第二、第三缸曲柄互成,120,夹角，第四、第五、第六缸曲柄也互成,120,夹角，并且前三个曲柄和后三个曲柄呈镜面对称。,一级惯性力矩、二级惯性力矩、旋转惯性力和旋转惯性力矩,：由于一级惯性力、二级惯性力和旋转惯性力均对称于曲轴中点,一级往复惯性力,二级往复惯性力,由此可知，,直列六缸内燃机,在不设置平衡重的条件下可达到自身完全平衡。但为了减轻曲轴的弯曲力矩以及改善主轴承的磨损，有时在六缸高速内燃机曲轴上也增设平衡重。,惯性力平衡：设法将惯性力尽可能在内燃机内部互相平衡，以减少振,曲柄连杆机构组成,：主要有,气缸体,曲轴箱组,、,活塞连杆组,和,曲轴飞轮组,组成。气缸体,曲轴箱组主要是内燃机的机体部分，又称,固定件,。活塞连杆组与曲轴飞轮组又称为,运动件,。,第五章 曲柄连杆机构,气缸体,曲轴箱组,气缸体,曲轴箱组包括,：,气缸体,、,气缸盖,、,气缸套,、,气缸衬垫,、,主轴承盖,、,油底壳,及,曲轴箱,等主要零件。,气缸体,曲轴箱组是,内燃机的基础,，内燃机零件几乎全部安装在其上。气缸壁与活塞和气缸盖一起形成燃烧室。,气缸体,绝大多数水冷式内燃机的气缸体往往与曲轴箱铸成一体。风冷式内燃机（散热效果不稳定，,现代汽车很少采用,）一般是将气缸体和曲轴箱分开铸造，而且气缸体为单体。,气缸体是内燃机中最大的零件。承受多种形式的负荷，并且由于与高温气体直接接触而承受较大的热负荷，需满足刚度和强度的要求（侧壁及前后壁等区域铸有加强筋）。,气缸体一般采用高强度的灰铸铁，汽车内燃机常采用铸造铝合金（质量轻，但成本较高）。,气缸体前后壁和气缸之间的横隔板上铸有支承曲轴的主轴承座或主轴承座孔以及润滑油道。水冷内燃机外壁铸有冷却水套。,曲柄连杆机构组成：主要有气缸体曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞,气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。,1,、气缸的排列形式,（,1,）直列式（,L,型，,LineEngine,）：气缸体的宽度小而高度和长度大，一般适用于六缸或六缸以下的内燃机，尺寸紧凑，稳定性好；,（,2,）,V,型：两列气缸排列成,V,形，其特点是气缸体宽度大而长度和高度小，形状复杂，但刚度大，质量和外形尺寸小。长度和高度小，更低的安装位置可以便于车身的降低，风阻系数更低，并且气缸对向布置，可抵消一部分振动，发动机运转更为平顺，适用于一些追求舒适平顺驾乘感受的中高级轿车。,第五章 曲柄连杆机构,气缸体,气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有,第五章 曲柄连杆机构,补充知识,水平对置发动机（,H,型,）：制造成本高，工艺难度大，目前只有保时捷和斯巴鲁两个厂商使用。最大优点是重心低，并且由于是一种对称稳定结构，发动机的运转平顺性比,V,型发动机更好。缺点是结构复杂，尤其是润滑油问题很难解决。,VR,型发动机：德国大众专属发动机技术，其结构特点是气缸夹角非常小（一般为,15,），两列气缸接近平行，汽缸盖上火花塞的孔几乎并在一条直线上。,VR,发动机的特点是体积小，非常适用于大众车系的前置发动机平台，因为大众的前置发动机前轮驱动底盘都是纵置式的设计，而且发动机在驱动轮之前，所以发动机不能过长。但振动大。,气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。,气缸体,第五章 曲柄连杆机构补充知识水平对置发动机（H型）：制造成本,第五章 曲柄连杆机构,补充知识,星型发动机：一种气缸环绕曲轴排列的一种往复式内燃机。在涡轮发动机出现之前，绝大多数大型飞机的发动机都采用星型设计。,W,型发动机：德国大众专属发动机技术，其气缸排列形式是由两个小,V,型组成一个大,V,型，两组,V,型发动机共用一根曲轴。长度方向尺寸更加紧凑，但宽度更大。,W,型发动机最大问题是发动机由一个整体被分割成两个部分，在运作时必然会引起很大的振动。大众设计了两个反向转动的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。,辉腾,W12,、奥迪,A8,、宾利、,GOLF W12,概念车、布加迪威龙等,气缸体,布加迪威龙，,W16,，,8.0T,，,1001,马力，,2500,万,第五章 曲柄连杆机构补充知识星型发动机：一种气缸环绕曲轴排列,2,、气缸的结构形式,（,1,）无气缸套式：在缸体上直接加工出气缸，中心距离短，使内燃机整体质量和尺寸减小，缸体刚度大，工艺性好。缺点是为了保证气缸的耐磨性，整个气缸体必须用耐磨铸铁，或在铝合金气缸内表面进行多孔镀鉻，所以制造成本高；,（,2,）干气缸套式：在一般灰铸铁缸体或铝合金缸体的气缸套座孔内压入或装入干式气缸套，气缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均需进行精加工，以保证形位精度并方便拆装。套体不直接与冷却水接触。刚度大，密封性能好，但拆装困难，易发生热变形。,（,3,）湿气缸套式：直接与冷却水接触。采用两个定位带,A,、,B,作为径向定位，轴向定位利用上端凸缘与缸体顶部的相应支承面,C,来实现。散热条件好，拆装简单，气缸体本身不具有密封水套，缸体铸造容易。但刚度差，易漏水。广泛应用于柴油机，也有部分汽油机采用湿气缸套。,A,B,C,第五章 曲柄连杆机构,气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。,气缸体,2、气缸的结构形式ABC第五章 曲柄连杆机构气缸体的构造与气,3,、曲轴箱的结构形式,：（,1,）无裙式，气缸体底平面与曲轴轴线平齐，加工简便，高度小，质量轻，但气缸体刚度和强度较差，密封较困难，轿车和轻型货车的内燃机多采用该形式；（,2,）龙门式，气缸体的下平面在曲轴轴线以下，刚度和强度较好，曲轴箱的下平面与油底壳密封简单，但工艺性较差，广泛用于各种内燃机；（,3,）隧道式，主轴承孔较大且不剖分，刚度和强度好，一般曲轴主轴承采用滚动轴承，但质量大，拆卸安装不方便。,第五章 曲柄连杆机构,气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。,气缸体,3、曲轴箱的结构形式：（1）无裙式，气缸体底平面与曲轴轴线平,气缸套,的功用是：构成工作循环的空间；向周围导热。,干式,：无腐蚀和穴蚀；壁薄，汽缸中心距可减小，结构紧凑，刚度大；,汽缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均需精磨,，以保证形位精度并方便拆装；气缸套和座孔的配合多采用动配合（常用间隙,0.170.37mm,），拆装仍较为困难，传热较差温度分布不均匀，容易产生局部变形。,湿式,：气缸套轴向定位支承面可以设在缸体的不同部位（图,4-21a,、,b,和,c,中的相应支承面,C,不同），支承面越低对气缸套上部和活塞的冷却越有利；下密封带上镶有,13,个耐油橡胶密封圈，密封圈既可装在气缸套下定位带环槽中（图,4-21a,），也可装在缸体气缸座孔上的环槽内（图,4-21b,和,c,）；气缸套装入后，顶面略高于气缸体顶平面，在拧紧气缸盖后，气缸垫在该处承受较大的压紧力，,以保证气缸的密封性,；散热条件好；气缸体本身无密封水套，铸造容易；缸套与缸体定位配合是动配合，拆装方便；有水的腐蚀和穴蚀，且刚度较差，易漏水。,湿式广泛应用于柴油机，部分汽油机也采用,。,第五章 曲柄连杆机构,气缸套,干式：无腐蚀和穴蚀；壁薄，汽缸中心距可减小，结构紧凑，刚度大,气缸盖,的功用是：,密封气缸，与活塞顶面、气缸共同组成燃气工作空间,；,固定气缸套并安装各种附件,。气缸盖既要承受高温高压燃气压力，又要承受缸盖螺栓的预紧力，因此要求气缸盖具有足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度尽可能均匀，避免发生热裂，应对缸盖进行良好的冷却。气缸盖一般由优质灰铸铁或合金铸铁铸造。,风冷式内燃机和轿车用汽油机则多采用铝合金铸造,。,气缸盖是形状极其复杂的箱形零件，在其上布置着,进排气门,、,气道,、,气门摇臂,或,凸轮轴,、,火花塞,或,喷油器,等，气缸盖内部铸有冷却水套、冷却水道、润滑油道等。,气缸盖有,整体式,、,分块式,和,单体式,三种。整体式气缸盖结构简单、气缸中心距离小，可减少内燃机的长度尺寸和质量。但铸造工艺及加工精度要求高，当气缸直径小于,105mm,，气缸数不超过,6,个时一般常采用此种结构。分块式气缸盖是每两缸或三缸共用一个气缸盖，其优点在于刚度较高，铸造工艺和加工精度稍低，通用性较好。但气缸的中心距离较大。大缸径柴油机一般采用此结构。单体式气缸盖是每个气缸均采用一个气缸盖形式，具有刚度大，通用性强等优点，但气缸中心距离大，一般常用于风冷式内燃机。,第五章 曲柄连杆机构,气缸盖,气缸盖是形状极其复杂的箱形零件，在其上布置着进,气缸衬垫,的功用是：保证燃烧室密封。气缸衬垫在压紧力作用下产生塑性变形，,以防止高温高压燃气泄露,，,同时密封润滑油和冷却水的通道,。按所用材料不同，可分为金属石棉气缸衬垫、金属复合材料衬垫和全金属衬垫等。金属石棉气缸衬垫是在夹有金属丝或金属屑的石棉层外包以钢皮或铜皮制成的。,金属材料衬垫常用优质铝板或不锈钢叠片制成,，具有强度高、抗腐蚀能力强的优点，多用于强化程度高的内燃机上。近年来，国外一些内燃机开始采用耐热密封胶，彻底取代了传统的气缸衬垫。,第五章 曲柄连杆机构,气缸衬垫,冲压钢板型式,第五章 曲柄连杆机构气缸衬垫冲压钢板型式,油底壳,是曲轴箱的下半部，其功用是封闭曲轴箱，防止赃物进入机体，同时收集和贮存由内燃机各摩擦面表面回流的润滑油。一般用薄钢板冲压或焊接而成，也有用铸铁或铝合金铸造的。油底壳内设有挡板，用以减轻内燃机颠簸时油面的震荡。一般油底壳后部深度较大，且底面呈斜面，以保证在机械车辆倾斜时机油泵能正常吸油。,第五章 曲柄连杆机构,油底壳,第五章 曲柄连杆机构油底壳,活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。,第五章 曲柄连杆机构,活塞连杆组,活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。第五章 曲柄连,功用：,与气缸盖、气缸套共同组成燃烧室和气缸工作空间,；,承受燃气的压力并通过连杆传递给曲轴，驱动曲轴转动,。,活塞是内燃机中工作条件,最严酷,的零件。作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如,增压内燃机的最高燃烧压力可达,1416MPa,。而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时,侧压力,的周期性冲击作用，,在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形,，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此，活塞应有足够的强度和刚度，且质量要轻。,此外，活塞顶部直接与高温燃气接触，各部温差很大。柴油机活塞顶部常布置有,凹坑状燃烧室,，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。高温必然会引起活塞材料的强度下降，活塞的热膨胀量增加，破坏活塞与气缸壁的正常间隙。另外，由于冷热不均匀所产生的热应力容易使活塞顶部出现疲劳热裂现象。因此活塞应有足够的耐热性和良好的导热性，小的线膨胀系数，并且需要在结构上采取适当的措施，防止过大的热变形。,第五章 曲柄连杆机构,活塞,功用：与气缸盖、气缸套共同组成燃烧室和气缸工作空间；承受燃气,活塞材料：广泛使用铝合金活塞，只在极少数车用内燃机中采用铸铁或耐热钢活塞。铝合金导热性好（比铸铁大,34,倍），密度小，因此铝活塞惯性力小，工作温度低，温度分布均匀，但铝合金热膨胀系数大，且当温度升高时，其强度和硬度下降较快。高压缩比、高转速和高增压的内燃机一般采用锻造铝合金活塞。,活塞结构：按各部位作用不同，分为顶部,(,图,4-28,不同类型的,活塞顶部,),、头部和裙部三部分组成。,1,、活塞顶部,活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状与燃烧室形状和压缩比有关，一般有平顶、凸顶和凹顶三种。,柴油机活塞顶部采用凹顶，凹坑的形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。,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。,凸顶活塞多用于二冲程内燃机上，有利于换气过程。,2,、活塞头部,在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。油环槽底部加工有回油孔或横向切槽，实现回油。,在一道气环的上方开有一道狭窄的隔热槽，以限制传给第一道气环的热量。,为了减少第一道环槽的磨损，有的活塞在该槽中镶嵌了耐热耐磨的环槽护圈。这种结构在近代高速柴油机上应用较广泛。,3,、活塞裙部,活塞销座位于裙部。裙部起导向作用，并承受侧压力。,活塞裙部工作时在热负荷和侧压力的共同作用下会变成椭圆柱形，沿活塞销轴方向略有伸长，而垂直销轴方向略有缩短。为了防止活塞卡死在气缸内，顶部直径要小些，由顶部向下直径逐渐增加。,为避免,“,敲缸,”,现象，一般在活塞油环槽底再开一隔热槽，并在裙部再开一道或两道纵向切槽，与上述横槽贯通，形成,T,形或,II,形槽，从而使冷态下的装配间隙尽量减小。而在热态下又因切槽的补偿作用，活塞不至于在气缸中卡死。纵向槽可以是贯通直切到裙部底面，也可不贯通。,现代汽油机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。在保证裙部有足够承压面积的前提下，将不承受侧向力一侧的裙部部分去掉或全部去掉。可提高裙部的弹性，减少活塞与气缸的配合间隙，还可减轻活塞质量，并能避免与曲轴平衡重发生运动干涉。,第五章 曲柄连杆机构,活塞,活塞材料：广泛使用铝合金活塞，只在极少数车用内燃机中采用铸铁,活塞环,分为气环和油环两种。,气环,也称压缩环，它的主要功用是密封气缸，防止气缸中的高温、高压气体漏入曲轴箱，并将活塞头部的大部分热量传递给气缸壁，保持活塞正常的工作温度。,油环,的功用是布油和刮油，当活塞上行时，油环将飞溅在气缸壁上的机油均匀分布；当活塞下行时，将缸壁上多余的机油刮下，流回油底壳。既能防止润滑油上传到活塞顶部而引起燃烧室积碳和润滑油消耗，又能改善润滑条件，减小摩擦和磨损。,一般在气环下安装一道或两道油环,活塞环所受工况,：活塞环工作时受到高温、高压燃气的作用，热负荷十分严重，并在润滑不良条件下高速滑动。由于受气缸壁的形状误差影响，活塞环在上下滑动的同时还在环槽内产生径向移动。这会加重环与环槽之间的磨损，还使活塞环受到交变弯曲应力的作用而容易折断。特别是气环，当温度过高时，还将引起环槽内润滑油胶结而使环失去弹性和活动能力，造成,拉缸,(,指活塞与气缸配合工作面相互摩擦产生过度磨损、划痕、擦伤或咬死的现象，产生机理是润滑油膜受到局部破坏产生金属接触，从而形成烧熔磨损,),和严重漏气。,活塞环材料及构造：优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢带等，一般在一道气环外表面进行镀鉻或喷钼处理。具有,切口的弹性圆环,，在自由状态下，环的外径略大于气缸内径，呈非圆形。,第五章 曲柄连杆机构,活塞环,结论：活塞环是内燃机中寿命最短的零件,活塞环分为气环和油环两种。活塞环所受工况：活塞环工作时受到高,气环的密封原理（第一密封面、第二密封面、第一密封面的第二次密封）,气环的结构型式（矩形环、锥面环、扭曲环、梯形环和桶形环等）,第五章 曲柄连杆机构,活塞环,矩形环,1,：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，并且由于活塞的热膨胀和晃动等原因，使环在运动中容易失去与缸壁的正常接触，并会产生,泵油现象,（使润滑油消耗量增加，活塞顶部、燃烧室及环槽内积炭）；,锥面环,2,：外圆面为锥角很小的圆锥面，锥面环与缸壁线接触，磨合性好，增大了接触压力和气缸壁的适应能力。活塞下行时，锥面环向下刮油，但上行时，由于锥面的油楔作用，润滑油不会带入燃烧室。导热性差，不适合作第一道气环。锥面角度，防止装反；,桶面环,6,：外圆面为凸圆弧形，密封性、磨合性、对气缸壁表面形状的适应性都比较好，由于油楔作用，减轻了环对气缸壁的磨损，但加工困难，广泛应用于高速强化内燃机中；,梯形环,5,：断面为梯形，抗粘接性好，当活塞由于侧压力产生摆动时，梯形环径向移动，可将积炭和胶状物挤出，促使间隙中的润滑油更新。第一密封面的二次密封效果好，有利于密封和传热。梯形环加工困难，一般用于热负荷较高或强化柴油机的第一道气环；,扭曲环,3,和,4,：环内圈上缘或下缘切去一部分，形成阶梯形端面，破坏端面对称性，使其上下弹力不均，在受力状态下环产生扭曲变形，外圆形成上小下大的圆锥面，既减小环与气缸壁面的接触面积，增加接触压力，有利于磨合，又使环的上下平面与槽的上下平面同时接触，增强密封性，避免泵油现象,气环的密封原理（第一密封面、第二密封面、第一密封面的第二次密,油环,分为,槽孔式,、,槽孔撑簧式,和,组合式,三种。,槽孔式油环,：因为油环的内圆面基本没有气体压力的作用，所以槽孔式油环的刮油能力主要依靠本身的弹力。为了减小环与气缸壁的接触面，增大接触压力，在环的外圆面上加工出集油槽，形成上下两道刮油唇，在集油槽的底部加工有回油孔，由上下刮油唇刮下来的润滑油经回油孔流回油底壳。结构简单，加工容易，成本低。,组合式油环,：由上、下刮片和撑簧组合而成。撑簧使刮片与气缸壁及环槽侧面贴紧，刮下来的润滑油经轨形撑簧的小孔流回油底壳。质量轻，与气缸壁的接触压力大，且压力分布均匀，适应性好，回油通道大，可有效的防止润滑油胶结和积碳。但对气缸壁的磨损大，制造成本高。,第五章 曲柄连杆机构,活塞环,槽孔式油环,槽孔撑簧式油环,组合式油环,油环分为槽孔式、槽孔撑簧式和组合式三种。第五章 曲柄连杆机构,积碳是发动机在工作过程中，燃油中不饱和烯烃和胶质在高温状态下产生的一种胶着状的物质。油环工作效果并非是造成积碳的主要原因，汽油中的蜡和胶质等不纯物是形成积碳的主要成分。,受电喷发动机控制特点的决定，气缸每次工作的时候都是先喷油再点火，发动机熄火瞬间点火会被马上切断，但这次工作循环所喷出的汽油却无法被回收，只能粘附在进气门和燃烧室壁上，或进气管中。燃油中的蜡和胶质无法挥发或排出，长此以往汽油中的蜡和胶质越积越厚，反复受热后变硬,形成积碳,。,积碳可以导致发动机工作不良，出现启动困难、怠速不稳、加速不良、,爆震,等异常现象，或使气环卡死在槽内，将气缸壁刮伤，出现“拉缸”现象。,第五章 曲柄连杆机构,补充知识：积碳,防止形成积碳的方法：加注高质量的汽油（,注意高标号与高质量无关,）、添加汽油清洁剂、不要长时间怠速行驶、,尽量提高手动挡的换挡转速,、定期保养（每,2,万到,4,万公里进行一次进气系统的免拆清洗，即在发动机不解体的前提下用专用设备专用方法对车辆的进气道、气门、油路等容易形成积碳的部位进行清理积碳的操作）。,积碳是发动机在工作过程中，燃油中不饱和烯烃和胶质在高温状态下,当发动机吸入燃油蒸汽与空气的混合物后，在压缩行程还未达到设计的点火位置，燃气混合物自行点火燃烧，,或点火后，火焰波尚未完全扩散，未燃混合气即因为高温或高压自燃，,此时燃料产生的巨大冲击力与活塞运动的方向相反，,或新火焰波与常规火焰波碰撞,，从而引起发动机震动，这种现象称为爆震。,爆震后果很严重，在高转速高负荷产生连续而严重的爆震，一分钟内，火花塞及活塞损坏，甚至气缸或发动机本体炸穿。,混合气燃烧需要经历点火期、滞燃期、速燃期和后燃期等几个阶段。点火期和滞燃期，混合气没有很好的燃烧，所以需要,点火提前角,。,爆震原因：,点火角过于提前,（大部分混合气可能在压缩过程中已经燃烧，未燃烧的混合气由于压力大，产生爆燃）；发动机过度积碳；发动机温度过高；空燃比不正确（混合气过稀，燃烧温度升高，气缸边缘混合气形成新的点火）；,燃油标号过低,。,燃油标号与异辛烷和正庚烷比例相关。,93#,汽油，其抗爆震度与,93%,异辛烷和,7%,正庚烷混合物的抗爆震度相同。,第五章 曲柄连杆机构,补充知识：爆震（,Knocking,）,当发动机吸入燃油蒸汽与空气的混合物后，在压缩行程还未达到设计,活塞销,用以连接活塞与连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销在高温下承受很大的冲击载荷，润滑条件较差。因此，活塞销应有较高的刚度、强度、表面硬度和冲击韧性。一般采用低碳钢或低碳合金钢。为减小往复惯性力，活塞销通常做成中空的圆柱体。,活塞销与活塞销座孔和连杆小头的安装常采用,“,全浮式,”,，发动机在正常工作时，活塞销在连杆小头衬套孔与活塞销座孔中都能自由转动，保证活塞销的磨损均匀。,第五章 曲柄连杆机构,活塞销,活塞销用以连接活塞与连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆,连杆,由连杆体、连杆盖、连杆轴瓦、连杆衬套和连杆螺栓等组成。连杆把活塞与曲轴连接起来，组成曲柄连杆机构，将活塞的往复直线运动转换成曲轴的旋转运动，并将活塞上的压力传递给曲轴。,连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复直线运动；连杆大头与曲轴连接，同曲轴一起作旋转运动，在内燃机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆主要承受着活塞上的气体压力、活塞组和连杆小头的往复惯性力以及本身摆动的横向惯性力，因此它是在拉、压和弯曲等交变应力下工作的。应具有足够的疲劳强度和刚度，质量应尽可能小。,第五章 曲柄连杆机构,连杆,第五章 曲柄连杆机构连杆,连杆材料,通常是优质中碳钢或中碳合金钢。一般进行调质和喷丸处理，以提高连杆零件的强度和疲劳强度。,纤维增强铝合金,质量轻、综合性能好，在强度和刚度相同的情况下，比传统的钢制连杆轻,30%,。,连杆小端,用来与活塞销铰链连接。为减小活塞销和连杆的磨损，在连杆小端孔内以一定的过盈量压入减摩青铜衬套或钢背加青铜的双金属衬套。小头和衬套上开有集油孔或集油槽，用以润滑连杆衬套和活塞销。,连杆杆身,多制成工字形断面，从而满足强度和刚度高，但质量轻这一要求。杆身钻有油孔，可对连杆小端进行润滑。,连杆大端,是剖分的，连杆盖用螺栓或螺柱紧固（必须有,足够大的紧固力,）。有平切口连杆和斜切口连杆两种型式，斜切口型式使连杆大端横向尺寸缩小，以保证在较大的曲柄销轴颈的情况下能从汽缸中拆装。,汽油机,均采用平切口连杆，,柴油机,既有平切口也有斜切口， 由于柴油机连杆轴颈直径一般较大，连杆大头外形尺寸相应较大，为了方便拆卸连杆，多采用斜切口连杆。,V,型内燃机连杆,，其左右两个气缸的连杆安装在同一连杆轴颈上，其结构随安装形式的不同而不同。有并列连杆（,两个结构完全相同的连杆并列安装,在同一连杆轴颈上，只是每个连杆大头宽度稍窄，优点是,前后连杆通用,，左右两列气缸的,活塞运动规律相同,，缺点是,两列气缸沿曲轴纵向错开分布,，增加了曲轴和内燃机长度）、主副连杆（,主连杆和副连杆,组成主副连杆，副连杆与主连杆铰接，主连杆大头安装在连杆轴颈上，主副连杆不能互换，且副连杆对主连杆作用附加弯矩，且两列气缸中活塞运动规律不同，但两列气缸无需错开，内燃机长度较小）和叉形连杆（由,内外连杆组成,，外连杆大头为叉形，,两列气缸无需错开，且活塞运动规律相同,，缺点是结构复杂，制造较为困难，大头刚度差）等形式。,连杆盖与连杆体之间必须,严格定位,，以防止连杆盖横向移动。有锯齿定位（在连接杆与连杆盖的结合面上拉削出锯齿，依靠齿面实现横向定位，具有接触面积大，贴合紧密，定位可靠，结构紧凑等优点，,应用最广泛,）、套筒定位（连杆盖的每一个螺栓孔中，同心压入刚度大、抗剪切的定位套筒，套筒外圆与连杆体大端的定位孔为高精度动配合，其优点是,多向定位,，定位可靠，缺点是,制造工艺要求高,，,定位孔距精度要求严,）、定位销定位（原理及优缺点与套筒定位相同）、止口定位（利用连杆盖和连杆体大端的止口进行定位，工艺简单，但止口变形后定位不可靠）。,第五章 曲柄连杆机构,连杆,连杆材料通常是优质中碳钢或中碳合金钢。一般进行调质和喷丸处理,曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮组成，还有安装在曲轴上用于驱动配气机构和喷油泵的正时齿轮以及冷却系统风扇、水泵的皮带轮。有一些内燃机上还有扭转振动减振器。,第五章 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组,第五章 曲柄连杆机构,曲轴,是内燃机最重要的零件之一，其功用是将活塞、连杆传来的气体压力转变成为转矩，驱动其他工作机构；通过连杆驱动活塞完成进气、压缩等工作过程；带动内燃机辅助机构工作。曲轴受周期性变化气体压力、运动惯性力及其他力矩的共同作用，承受交变弯曲和扭转载荷，而且由于曲轴形状复杂、应力集中严重，易产生大小和性质不同的疲劳应力，严重时会造成材料的疲劳破坏。因此曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度，轴颈应有足够的承压表面和耐磨性，质量应小，对轴颈润滑应充分。,曲轴一般由中碳钢或中碳合金钢,模锻,而成。现代中小型内燃机曲轴也采用高强度球墨铸铁,铸造,。为提高曲轴的疲劳强度和轴颈的耐磨性，曲轴通常采用,调质处理,，中碳钢曲轴轴颈采用,高频感应淬火,（表面强化，提高耐磨性）；合金钢曲轴轴颈采用高频感应淬火或氮化处理（合金钢中铝、铬、钒等元素与工质反应产生氮化物，提高表面耐磨性）；球墨铸铁通常进行正火、等温淬火或高频感应表面淬火。轴颈表面进行,喷丸处理,（表面强化），圆角处进行滚压处理。,第五章 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组,曲轴是内燃机最重要的零件之一，其功用是将活塞、连杆传来的气体,曲轴,主要由曲轴前端（自由端）、曲拐（包括主轴颈、连杆轴颈和曲柄）及曲柄后端（功率输出端）等三部分组成。,曲轴上曲拐数目与气缸的数目、气缸的排列方式有关。,直列式内燃机曲拐数等于气缸数，,V,型内燃机曲拐数为气缸数的一半,。,按各组成部分的连接情况，可把曲轴分为整体式曲轴和组合式曲轴。整体式曲轴铸造或锻造而成，工作可靠，质量轻，结构简单，但,主轴颈无法采用滚动轴承,，现代中小型内燃机广泛采用；组合式曲轴的主轴颈轴承可使用滚动轴承，摩擦阻力小，部分损坏可更换，但成本高。整体式曲轴主轴颈和连杆轴颈为实心或空心（,连杆轴颈处可减少质量和惯性力,），组合式曲轴均为空心，便于润滑。,曲轴各轴颈、轴承多采用压力润滑（滚动轴承采用飞溅润滑），气缸体上有专门油道与主轴承孔的油道相通，主轴颈和连杆轴颈之间也有油道相通。因此润滑油走向：机体上的油管,主轴承,曲轴内部,曲柄销,连杆杆身,活塞销或冷却活塞。,曲柄用于连接主轴颈和连杆轴颈，一般呈椭圆形，有较高的弯曲刚度和扭转刚度。曲柄的重心应尽可能靠近曲轴的回转中心。通常曲柄无需机械加工。每个曲柄上安装平衡重为,完全平衡法,，曲轴,无内弯矩作用,，但平衡重数量较多，质量增加，工艺性差。只在部分曲柄安装平衡重为,分段平衡法,，曲轴分为数段，各段分别进行平衡。,曲柄平衡重用来平衡旋转惯性力及其力矩。平衡重形状多为扇形，使其重心远离曲轴中心，以期在较小的质量下获得较大的旋转惯性力。,第五章 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组,曲轴主要由曲轴前端（自由端）、曲拐（包括主轴颈、连杆轴颈和曲,飞轮,是一个边缘质量很大的铸铁圆盘，用来储存能量，通过曲轴、连杆带动活塞完成进气、压缩和排气行程，驱动内燃机的辅助机构，并使内燃机运转均匀平衡。,飞轮的基本结构为铸铁制成的圆盘，圆盘的边缘厚而中间薄，以获得较大的转动惯量。飞轮外缘常压装一个钢制齿圈，起动时与起动机的驱动齿轮啮合，起动发动机。飞轮边缘上往往标有各种定时记号，可供调整定时用。飞轮也是发动机动力输出的摩擦元件。,第五章 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组,飞轮是一个边缘质量很大的铸铁圆盘，用来储存能量，通过曲轴、连,曲轴扭振：曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲柄之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。当内燃机的转矩变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振，导致内燃机磨损加剧，功率下降，甚至使曲轴断裂。为了消除曲轴的扭振，现代内燃机多在曲轴前端安装扭转减振器。,第五章 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组,扭转减振器,主要有橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器（或粘液摩擦式减振器）。,橡胶扭转减振器壳体与曲轴连接，减振器壳体与减振器的惯性质量粘接在硫化橡胶层上。内燃机工作时，减振器壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量滞后于减振器壳体，因而在两者之间产生相对运动，使橡胶层来回产生变形，振动能量被橡胶的内摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭振得以消减。橡胶扭转减振器结构简单，工作可靠，制造容易。但其阻尼系数小，橡胶层易老化，多用于小功率内燃机上。,惯性质量外有皮带轮，可兼做传动件,。,硅油扭转减振器壳体与曲轴连接，惯性质量与密闭空腔之间留有一定的间隙，里面充满高黏度硅油。当内燃机工作时，减振器壳体和曲轴一起转动、一起振动，惯性质量则被硅油的黏性摩擦力和衬套的摩擦力所带动。由于惯性盘的质量相对较大，因此近似作匀速旋转运动，于是在惯性盘与减振器壳体间产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭振减轻。减振效果好，性能稳定，但尺寸较大。,曲轴扭振：曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲柄之间发生周期性,谢谢,！,谢谢！,