汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造知識(shí)第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和總體構(gòu)造第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類發(fā)動(dòng)機(jī)：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器。發(fā)動(dòng)機(jī)包括熱機(jī)和電動(dòng)機(jī)等。熱機(jī)是把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，它包括內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，外燃機(jī)燃料在機(jī)器外部燃燒；電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)相比，體積小，質(zhì)量小，便于移動(dòng)，起動(dòng)性好，廣泛應(yīng)用于車、船、飛機(jī)等。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)指車用內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內(nèi)燃機(jī)分成不同的類型。1)按照所用燃料分類內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為汽油機(jī)；使用柴油機(jī)為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為柴油機(jī)。汽油機(jī)與柴油機(jī)比擬各有特點(diǎn)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造本錢低；柴油機(jī)壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。2)按照行程分類內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機(jī)和二行程內(nèi)燃機(jī)。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四行程內(nèi)燃機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二行程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用四行程內(nèi)燃機(jī)。3〕按照冷卻方式分類內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于氣缸體與氣缸蓋外外表散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。4)按照氣缸數(shù)目分類(5)按照氣缸排列方式分類內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。僅有一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，假設(shè)兩列之間的夾角=180°稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)(6)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類內(nèi)燃機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動(dòng)機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣(增壓式)發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油機(jī)常采用自然吸氣式；柴油機(jī)為了提高功率有采用增壓式的第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理一、單缸汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)一、單缸汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)二、發(fā)動(dòng)機(jī)常用根本術(shù)語(yǔ)1.上止點(diǎn)活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的極限位置，稱為上止點(diǎn)。2.下止點(diǎn)活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點(diǎn)。3.活塞行程活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程。一般用s表示，對(duì)應(yīng)一個(gè)活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°。4.曲柄半徑曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通常活塞行程為曲柄半徑的兩倍，即s=2R。5.氣缸工作容積活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過(guò)的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示：式中：D－氣缸直徑單位mm；S－活塞行程，單位mm；1.燃燒室容積活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為燃燒室容積。一般用Vc表示。2.氣缸總?cè)莘e活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va＝Vc＋Vh。3.發(fā)動(dòng)機(jī)排量多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。一般用VL表示：式中：Vh－氣缸工作容積；i－氣缸數(shù)目。1.壓縮比壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用ε表示。式中：Va－氣缸總?cè)莘e；Vh－氣缸工作容積；Vc－燃燒室容積；通常汽油機(jī)的壓縮比為6～10，柴油機(jī)的壓縮比擬高，一般為16～22工作循環(huán)每一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣過(guò)程，即完成進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)過(guò)程叫一個(gè)工作循環(huán)。三、四行程汽油機(jī)工作原理四行程汽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復(fù)的。1)進(jìn)氣行程由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門翻開。進(jìn)氣過(guò)程開始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)殘存有上一循環(huán)未排凈的廢氣，因此，氣缸內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當(dāng)壓力低于大氣壓時(shí)，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過(guò)進(jìn)氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)。在進(jìn)氣過(guò)程中，受空氣濾清器、化油器、進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門等阻力影響，進(jìn)氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力略低于大氣壓，約為0.075～0.09MPa，同時(shí)受到剩余廢氣和高溫機(jī)件加熱的影響，溫度到達(dá)370～400K。實(shí)際汽油機(jī)的進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前翻開，并且延遲到下止點(diǎn)之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。2)壓縮行程曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮行程結(jié)束。此時(shí)氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達(dá)0.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，那么燃燒速度越快，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也越大。但壓縮比太高，容易引起爆燃。所謂爆燃就是由于氣體壓力和溫度過(guò)高，可燃混合氣在沒有點(diǎn)燃的情況下自行燃燒，且火焰以高于正常燃燒數(shù)倍的速度向外傳播，造成鋒利的敲缸聲。會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率下降，汽油消耗量增加以及機(jī)件損壞。輕微爆燃是允許的，但強(qiáng)烈爆燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是很有害的，汽油機(jī)的壓縮比一般為ε＝6～10。(3)作功行程作功行程包括燃燒過(guò)程和膨脹過(guò)程，在這一行程中，進(jìn)氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程接近上止點(diǎn)(即點(diǎn)火提前角)位置時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)3～5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械功，除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余用于對(duì)外作功。隨著活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度降低，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，作功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.3～0.5MPa，氣體溫度降低到1300～1600K(4)排氣行程可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。當(dāng)作功接近終了時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)再向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，繼續(xù)把廢氣強(qiáng)制排出到大氣中去，活塞越過(guò)上止點(diǎn)后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實(shí)際汽油機(jī)的排氣行程也是排氣門提前翻開，延遲關(guān)閉，以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在，不可能將廢氣全部排出氣缸。受排氣阻力的影響，排氣終止時(shí)，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，又開始了下一個(gè)新的循環(huán)過(guò)程。可見四行程汽油機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。四、四沖程柴油機(jī)的工作原理四行程柴油機(jī)和四行程汽油機(jī)的工作過(guò)程相同，每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程，但由于柴油機(jī)使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差異，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過(guò)程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機(jī)不同，下面主要分析一下柴油機(jī)和汽油機(jī)在工作過(guò)程中的不同點(diǎn)。后果：發(fā)動(dòng)機(jī)零部件負(fù)荷增加，壽命下降。四行程柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中所不同的是柴油機(jī)吸入氣缸的是純空氣而不是可燃混合氣，在進(jìn)氣通道中沒有化油器，進(jìn)氣阻力小，進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力略高于汽油機(jī)而氣體溫度略低于汽油機(jī)。進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力約為0.0785～0.0932MPa，氣體溫度約為300～370K。壓縮行程壓縮的也是純空氣，在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)的壓縮比大很多(一般為16～22)，壓縮終了時(shí)氣體溫度和壓力都比汽油機(jī)高，大大超過(guò)了柴油機(jī)的自燃溫度。壓縮終了時(shí)，氣體壓力約為3.5～4.5MPa，氣體溫度約為750～1000K，柴油機(jī)是壓縮后自燃著火的，不需要點(diǎn)火，故柴油機(jī)又稱為壓燃機(jī)。柴油噴入氣缸后，在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合后便立即著火燃燒，柴油機(jī)的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，而不象汽油機(jī)那樣，混合氣主要是在氣缸外部的化油器中形成的。柴油機(jī)燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)出現(xiàn)的最高壓力要比汽油機(jī)高得多，可高達(dá)6～9MPa，最高溫度也可高達(dá)2000～2500K。作功終了時(shí)，氣體壓力約為0.2～0.4MPa，氣體溫度約為1200～1500K。柴油機(jī)的排氣行程和汽油機(jī)一樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到大氣中去，排氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.105～0.125MPa，氣體溫度約為800～1000K。柴油機(jī)與汽油機(jī)比擬，柴油機(jī)的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，同時(shí)柴油價(jià)格較低，因此，柴油機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性能好，而且柴油機(jī)的排氣污染少，排放性能較好。但它的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，質(zhì)量大，噪聲大，振動(dòng)大，制造和維修費(fèi)用高。在其開展過(guò)程中，柴油機(jī)不斷發(fā)揚(yáng)其優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，提高速度，有望得到更廣泛地應(yīng)用。五、爆燃和外表點(diǎn)火壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響：1、壓縮比增加，可染混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加，經(jīng)濟(jì)性好；2、壓縮比方果過(guò)大，反而會(huì)出現(xiàn)爆燃和外表點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃：氣體壓力和溫度過(guò)高，在燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。現(xiàn)象：鋒利的敲缸聲，因燃燒速度過(guò)快形成壓力波，壓力波撞擊燃燒室而產(chǎn)生。后果：發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率下降，經(jīng)濟(jì)性下降，嚴(yán)重時(shí)氣門燒毀，軸瓦破裂，火花塞絕緣體被擊穿等。外表點(diǎn)火：由于燃燒室內(nèi)熾熱外表〔如排起門頭、火花塞電極，積炭〕點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的一種不正常燃燒現(xiàn)象。現(xiàn)象：沉悶的敲缸聲第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器。無(wú)論是汽油機(jī)，還是柴油機(jī)；無(wú)論是四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，還是二行程發(fā)動(dòng)機(jī)；無(wú)論是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，還是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。以汽油機(jī)為例〔1〕機(jī)體組：發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)機(jī)構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，其本身又是許多系統(tǒng)的組成局部。〔2〕曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并從曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力。而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成活塞的直線運(yùn)動(dòng)。〔4〕燃料供給系統(tǒng)汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機(jī)燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過(guò)程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動(dòng)組和氣門驅(qū)動(dòng)組組成。〔5〕潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系的功用是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件外表輸送定量的清潔潤(rùn)滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對(duì)零件外表進(jìn)行清洗和冷卻。潤(rùn)滑系通常由潤(rùn)滑油道、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器和一些閥門等組成在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時(shí)在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點(diǎn)火系，點(diǎn)火系通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成(6)冷卻系統(tǒng)冷卻系的功用是將受熱零件吸收的局部熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。(7)點(diǎn)火系統(tǒng)(8)起動(dòng)系統(tǒng)要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過(guò)程所需的裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系。汽油機(jī)由以上一個(gè)機(jī)體、兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由機(jī)體組、曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成；柴油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系和起動(dòng)系組成，柴油機(jī)是壓燃的，不需要點(diǎn)火系。第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)和特性一、發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)1、動(dòng)力性能指標(biāo)動(dòng)力性能指標(biāo)指曲軸對(duì)外作功能力的指標(biāo)，包括有效扭矩、有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速。a.有效轉(zhuǎn)矩：指發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸或飛輪對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，通常用Te表示，單位為N·m。有效扭矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過(guò)連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩，并克服了摩擦，驅(qū)動(dòng)附件等損失之后從曲軸對(duì)外輸出的凈扭矩。b.有效功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸或飛輪對(duì)外輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。有效功率同樣是曲軸對(duì)外輸出的凈功率。它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率可以在專用的試驗(yàn)臺(tái)上用測(cè)功器測(cè)定，測(cè)出有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后用下面公式計(jì)算出有效功率。式中：Te－有效扭矩，單位為N·m；n－曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。c.轉(zhuǎn)速：指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。按照汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能在額定工況下連續(xù)運(yùn)行300～1000小時(shí)。2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)通常用燃油消耗率來(lái)評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW有效功率在1小時(shí)內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位)，燃油消耗率通常用ge表示，其單位為g/kW·h，計(jì)算公式如下式中：GT－每小時(shí)的燃油消耗量，kg/h；Pe－有效功率，kW。很明顯，有效燃油消耗率越小，表示發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出凈功率所消耗的燃油越少，其經(jīng)濟(jì)性越好。通常發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上給出的有效燃油消耗率ge是最小值。3、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)a.排氣品質(zhì)2、發(fā)動(dòng)機(jī)工況工況即工作狀況，表示方法：a.功率~曲軸轉(zhuǎn)速；b.負(fù)荷~曲軸轉(zhuǎn)速〔負(fù)荷特性〕b.噪聲c.起動(dòng)性能二、發(fā)動(dòng)機(jī)特性1、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性：發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性指發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)Te，Pe，ge，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n變化的規(guī)律，用曲線表示，稱為速度特性曲線。速度特性可以在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得。當(dāng)節(jié)氣門開度保持不變時(shí)，同時(shí)用測(cè)功器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸施加一定數(shù)值的阻力矩。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)即阻力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的有效扭矩相等時(shí)，可用轉(zhuǎn)速表測(cè)出此時(shí)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，同時(shí)在測(cè)功器上測(cè)出該轉(zhuǎn)速下的有效扭矩Te，計(jì)算出有效功率Pe，另外可測(cè)出消耗一定量汽油所經(jīng)歷的時(shí)間，換算成每小時(shí)耗油量GT，然后計(jì)算出有效燃油消耗率ge。改變測(cè)功器的阻力矩?cái)?shù)值，重復(fù)上述過(guò)程，又可以得出一組n、Te、Pe、ge，這樣重復(fù)假設(shè)干次，可以得到一系列的n、Te、Pe、ge，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)，以性能指標(biāo)Te、Pe、ge為縱坐標(biāo)作出三條曲線，即為相對(duì)應(yīng)于該節(jié)氣門開度的速度特性曲線。節(jié)氣門全開時(shí)的速度特性叫發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性；節(jié)氣門不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為局部特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性代表了發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的最高動(dòng)力性能。負(fù)荷：發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所可能發(fā)出的最大功率之比，用百分?jǐn)?shù)表示注意全負(fù)荷時(shí)功率不一定最大。第五節(jié)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱和型號(hào)編制規(guī)那么為了便于內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)管理和使用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB725－91)《內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱和型號(hào)編制規(guī)那么》中對(duì)內(nèi)燃機(jī)的名稱和型號(hào)作了統(tǒng)一規(guī)定。1.內(nèi)燃機(jī)的名稱和型號(hào)內(nèi)燃機(jī)名稱均按所使用的主要燃料命名，例如汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)等。內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由阿拉伯?dāng)?shù)字和漢語(yǔ)拼音字母組成。內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由以下四局部組成：首部：為產(chǎn)品系列符號(hào)和換代標(biāo)志符號(hào)，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門核準(zhǔn)。中部：由缸數(shù)符號(hào)、沖程符號(hào)、氣缸排列形式符號(hào)和缸徑符號(hào)等組成。后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號(hào)，以字母表示。后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號(hào)，見下表。尾部：區(qū)分符號(hào)。同一系列產(chǎn)品因改良等原因需要區(qū)分時(shí)，由制造廠選用適當(dāng)符號(hào)表示。2.內(nèi)燃機(jī)型號(hào)的排列順序及符號(hào)所代表的意義內(nèi)燃機(jī)型號(hào)的排列順序及符號(hào)所代表的意義規(guī)定如下：X4105：表示四缸，四行程，缸徑105mm，水冷通用型，X表示系列代號(hào)3.型號(hào)編制舉例(1)汽油機(jī)1E65F：表示單缸，二行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型4100Q：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用4100Q-4：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品CA6102：表示六缸，四行程，缸徑102mm，水冷通用型，CA表示系列符號(hào)8V100：表示八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型TJ376Q：表示三缸，四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號(hào)CA488：表示四缸，四行程，缸徑88mm，水冷通用型，CA表示系列符號(hào)(2)柴油機(jī)195：表示單缸，四行程，缸徑95mm，水冷通用型165F：表示單缸，四行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型495Q：表示四缸，四行程，缸徑95mm，水冷車用6135Q：表示六缸，四行程，缸徑135mm，水冷車用第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)概述一、功用把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系牧D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)傳遞力和改變運(yùn)動(dòng)方式。工作中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在作功行程中把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外輸出動(dòng)力，而在其他三個(gè)行程中，即進(jìn)氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。總的來(lái)說(shuō)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)借以產(chǎn)生并傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。通過(guò)它把燃料燃燒后發(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。二、組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件可以分為三組，機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。三、工作特點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉(zhuǎn)速度又很高，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的線速度相當(dāng)大，同時(shí)與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)還受到化學(xué)腐蝕作用，并且潤(rùn)滑困難。可見，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件相當(dāng)惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕作用，此外，還要承受各種變力。四、受力分析主要承受氣體作用力、往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)離心力及機(jī)件摩擦力的作用。具體參照教材中有關(guān)內(nèi)容。第二節(jié)機(jī)體組一、氣缸體水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋，冷卻水套和潤(rùn)滑油道等。氣缸體形式氣缸體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，根據(jù)氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為以下三種形式。1、一般式氣缸體其特點(diǎn)是油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。這種氣缸體的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度較差。2、龍門式氣缸體其特點(diǎn)是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的機(jī)械負(fù)荷；但其缺點(diǎn)是工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。3、隧道式氣缸體這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動(dòng)軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好，但其缺點(diǎn)是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。氣缸體冷卻形式為了能夠使氣缸內(nèi)外表在高溫下正常工作，必須對(duì)氣缸和氣缸蓋進(jìn)行適當(dāng)?shù)乩鋮s。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風(fēng)冷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，并且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內(nèi)不斷循環(huán)，帶走局部熱量，對(duì)氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。氣缸的排列形式現(xiàn)代汽車上根本都采用水冷多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的剛度和強(qiáng)度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置。按照氣缸的排列方式不同，氣缸體還可以分成單列式，V型和對(duì)置式三種。1、直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的。單列式氣缸體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，但發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動(dòng)機(jī)多采用單列式。例如捷達(dá)轎車、富康轎車、紅旗轎車所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)均采用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，把發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜一個(gè)角度。2、V型氣缸排成兩列，左右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°，稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，V型發(fā)動(dòng)機(jī)與直列發(fā)動(dòng)機(jī)相比，縮短了機(jī)體長(zhǎng)度和高度，增加了氣缸體的剛度，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，但加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的寬度，且形狀較復(fù)雜，加工困難，一般用于8缸以上的發(fā)動(dòng)機(jī)，6缸發(fā)動(dòng)機(jī)也有采用這種形式的氣缸體。3、對(duì)置式氣缸排成兩列，左右兩列氣缸在同一水平面上，即左右兩列氣缸中心線的夾角γ＝180°，稱為對(duì)置式。它的特點(diǎn)是高度小，總體布置方便，有利于風(fēng)冷。這種氣缸應(yīng)用較少。氣缸直接鏜在氣缸體上叫做整體式氣缸，整體式氣缸強(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的載荷，這種氣缸對(duì)材料要求高，本錢高。如果將氣缸制造成單獨(dú)的圓筒形零件(即氣缸套)，然后再裝到氣缸體內(nèi)。這樣，氣缸套采用耐磨的優(yōu)質(zhì)材料制成，氣缸體可用價(jià)格較低的一般材料制造，從而降低了制造本錢。同時(shí)，氣缸套可以從氣缸體中取出，因而便于修理和更換，并可大大延長(zhǎng)氣缸體的使用壽命。氣缸套有干式氣缸套和濕式氣缸套兩種。干式氣缸套的特點(diǎn)是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁不直接與冷卻水接觸，而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚較薄，一般為1～3mm。它具有整體式氣缸體的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度和剛度都較好，但加工比擬復(fù)雜，內(nèi)、外外表都需要進(jìn)行精加工，拆裝不方便，散熱不良。濕式氣缸套的特點(diǎn)是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套僅在上、下各有一圓環(huán)地帶和氣缸體接觸，壁厚一般為5～9mm。它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內(nèi)外表，而與水接觸的外外表不需要加工，拆裝方便，但缺點(diǎn)是強(qiáng)度、剛度都不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。應(yīng)該采取一些防漏措施。二、氣缸蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來(lái)冷卻燃燒室等高溫局部。缸蓋上還裝有進(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來(lái)鋁合金氣缸蓋被采用得越來(lái)越多。氣缸蓋是燃燒室的組成局部，燃燒室的形狀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響很大，由于汽油機(jī)和柴油機(jī)的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的局部差異較大。汽油機(jī)的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機(jī)的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。這里只介紹汽油機(jī)的燃燒室，而柴油機(jī)的燃燒室放在柴油供給系里介紹。汽油機(jī)燃燒室常見的三種形式1、半球形燃燒室半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結(jié)構(gòu)上也允許氣門雙行排列，進(jìn)氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機(jī)構(gòu)變得較復(fù)雜，但有利于排氣凈化，在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上被廣泛地應(yīng)用。2、楔形燃燒室楔形燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運(yùn)動(dòng)，有利于提高混合氣的混合質(zhì)量，進(jìn)氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)些，切諾基轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種形式的燃燒室。盆形燃燒室盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好，制造本錢低，但因氣門直徑易受限制，進(jìn)、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達(dá)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、奧迪轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用盆形燃燒室三、氣缸墊氣缸墊裝在氣缸蓋和氣缸體之間，其功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。氣缸墊的材料要有一定的彈性，能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度，以確保密封，同時(shí)要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形。目前應(yīng)用較多的是銅皮——棉結(jié)構(gòu)的氣缸墊，由于銅皮——棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時(shí)較之石棉不易變形。有的發(fā)動(dòng)機(jī)還采用在石棉中心用編織的綱絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成的氣缸墊。安裝氣缸墊時(shí)，首先要檢查氣缸墊的質(zhì)量和完好程度，所有氣缸墊上的孔要和氣缸體上的孔對(duì)齊。其次要嚴(yán)格按照說(shuō)明書上的要求上好氣缸蓋螺栓。擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，必須由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分2～3次進(jìn)行，最后一次擰緊到規(guī)定的力矩。四、油底殼氣缸體下部用來(lái)安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來(lái)貯存潤(rùn)滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼圖〔圖2-6〕。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。油底殼內(nèi)裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動(dòng)時(shí)油面波動(dòng)過(guò)大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤(rùn)滑油中的金屬屑，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤Ｒ陨纤膫€(gè)局部的在發(fā)動(dòng)機(jī)中的情況見下列圖第三節(jié)活塞連桿組一、組成二、活塞功用：活塞的功用是承受氣體壓力，并通過(guò)活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成局部。工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良的條件下工作。活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時(shí)溫度可達(dá)2500K以上，因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時(shí)溫度很高，頂部高達(dá)600～700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機(jī)高達(dá)3～5MPa，柴油機(jī)高達(dá)6～9MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度(8～12m/s)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會(huì)產(chǎn)生變形并加速磨損，還會(huì)產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時(shí)受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。要求：1)要有足夠的剛度和強(qiáng)度，傳力可靠；2)導(dǎo)熱性能好，要耐高壓、耐高溫、耐磨損3)質(zhì)量小，重量輕，盡可能地減小往復(fù)慣性力鋁合金材料根本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強(qiáng)度鋁合金，但在一些低速柴油機(jī)上采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼。構(gòu)造：活塞可分為三局部，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。1、活塞頂部活塞頂部承受氣體壓力，它是燃燒室的組成局部，其形狀、位置、大小都和燃燒室的具體形式有關(guān)，都是為滿足可燃混合氣形成和燃燒的要求，其頂部形狀可分為四大類，平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成型頂活塞。平頂活塞頂部是一個(gè)平面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，受熱面積小，頂部應(yīng)力分布較為均勻，一般用在汽油機(jī)上，柴油機(jī)很少采用。凸頂活塞頂部凸起呈球頂形，其頂部強(qiáng)度高，起導(dǎo)向作用，有利于改善換氣過(guò)程，二行程汽油機(jī)常采用凸頂活塞。凹頂活塞頂部呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的燃燒，有雙渦流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。1、活塞頭部活塞頭部指第一道活塞環(huán)槽到活塞銷孔以上局部。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，起密封作用，又稱為防漏部。柴油機(jī)壓縮比高，一般有四道環(huán)槽，上部三道安裝氣環(huán)，下部安裝油環(huán)。汽油機(jī)一般有三道環(huán)槽，其中有兩道氣環(huán)槽和一道油環(huán)槽，在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環(huán)從氣缸壁上刮下的機(jī)油經(jīng)過(guò)這些小孔流回油底殼。第一道環(huán)槽工作條件最惡劣，一般應(yīng)離頂部較遠(yuǎn)些。活塞頂部吸收的熱量主要也是經(jīng)過(guò)防漏部通過(guò)活塞環(huán)傳給氣缸壁，再由冷卻水傳出去。總之，活塞頭部的作用除了用來(lái)安裝活塞環(huán)外，還有密封作用和傳熱作用，與活塞環(huán)一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，同時(shí)還將(70～80)%的熱量通過(guò)活塞環(huán)傳給氣缸壁。2、活塞裙部活塞裙部指從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的局部，它包括裝活塞銷的銷座孔。活塞裙部對(duì)活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。裙部的長(zhǎng)短取決于側(cè)壓力的大小和活塞直徑。所謂側(cè)壓力是指在壓縮行程和作功行程中，作用在活塞頂部的氣體壓力的水平分力使活塞壓向氣缸壁。壓縮行程和作功行程氣體的側(cè)壓力方向正好相反，由于燃燒壓力大大高于壓縮壓力，所以，作功行程中的側(cè)壓力也大大高于壓縮行程中的側(cè)壓力〔圖2-13〕。活塞裙部承受側(cè)壓力的兩個(gè)側(cè)面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。活塞裙部的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1〕預(yù)先做成橢圓形為了使裙部?jī)蓚?cè)承受氣體壓力并與氣缸保持小而平安的間隙，要求活塞在工作時(shí)具有正確的圓柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均勻，活塞銷座孔局部的金屬厚，受熱膨脹量大，沿活塞銷座軸線方向的變形量大于其他方向。另外，裙部承受氣體側(cè)壓力的作用，導(dǎo)致沿活塞銷軸向變形量較垂直活塞銷方向大。這樣，如果活塞冷態(tài)時(shí)裙部為圓形，那么工作時(shí)活塞就會(huì)變成一個(gè)橢圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙不相等，造成活塞在氣缸內(nèi)卡住，發(fā)動(dòng)機(jī)就無(wú)法正常工作。因此，在加工時(shí)預(yù)先把活塞裙部做成橢圓形狀。橢圓的長(zhǎng)軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時(shí)趨近正圓。1〕預(yù)先做成階梯形、錐形活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部大、下部小。為了使工作時(shí)活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預(yù)先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。1〕活塞群部開槽為了減小活塞裙部的受熱量，通常在裙部開橫向的隔熱槽，為了補(bǔ)償裙部受熱后的變形量，裙部開有縱向的膨脹槽。槽的形狀有"T"形或"Π"形槽。橫槽一般開在最下一道環(huán)槽的下面，裙部上邊緣銷座的兩側(cè)(也有開在油環(huán)槽之中的)，以減小頭部熱量向裙部傳遞，故稱為隔熱槽。豎槽會(huì)使裙部具有一定的彈性，從而使活塞裝配時(shí)與氣缸間具有盡可能小的間隙，而在熱態(tài)時(shí)又具有補(bǔ)償作用，不致造成活塞在氣缸中卡死，故將豎槽稱為膨脹槽。裙部開豎槽后，會(huì)使其開槽的一側(cè)剛度變小，在裝配時(shí)應(yīng)使其位于作功行程中承受側(cè)壓力較小的一側(cè)。柴油機(jī)活塞受力大，裙部一般不開槽。1〕有些活塞為了減輕重量，在裙部開孔或把裙部不受側(cè)壓力的兩邊切去一局部，以減小慣性力，減小銷座附近的熱變形量，形成拖板式活塞或短活塞，拖板式結(jié)構(gòu)裙部彈性好，質(zhì)量小，活塞與氣缸的配合間隙較小，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。2〕為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機(jī)活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片。恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，由于恒范鋼為含鎳33%～36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過(guò)恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。1〕有的汽油機(jī)上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，向作功行程中受主側(cè)壓力的一方偏移了1～2mm〔圖2-19〕。這種結(jié)構(gòu)可使活塞在從壓縮行程到作功行程中較為柔和地從壓向氣缸的一面過(guò)渡到壓向氣缸的另一面，以減小敲缸的聲音。在安裝時(shí)，這種活塞銷偏置的方向不能裝反，否那么換向敲擊力會(huì)增大，使裙部受損。二、活塞環(huán)活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán)，有氣環(huán)和油環(huán)之分。1、氣環(huán)功用：氣環(huán)是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且要把活塞頂部吸收的大局部熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走。其中密封作用是主要的，因?yàn)槊芊馐莻鳠岬那疤帷Ｈ绻芊庑圆缓茫邷厝細(xì)鈱⒅苯訌臍飧淄獗砹魅肭S箱。這樣不但由于環(huán)面和氣缸壁面貼合不嚴(yán)而不能很好散熱，而且由于外圓外表吸收附加熱量而導(dǎo)致活塞和氣環(huán)燒壞。工作條件：活塞環(huán)在高溫、高壓、高速和潤(rùn)滑極其困難的條件下工作，尤其是第一道環(huán)最為困難，長(zhǎng)期以來(lái)，活塞環(huán)一直是發(fā)動(dòng)機(jī)上使用壽命最短的零件。活塞環(huán)工作時(shí)受到氣缸中高溫高壓燃?xì)獾淖饔茫瑴囟群芨?特別是第一道環(huán)溫度可高達(dá)600K)，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)隨活塞一起作高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下機(jī)油可能變質(zhì)，使環(huán)的潤(rùn)滑條件變壞，難以保證良好的潤(rùn)滑，因而磨損嚴(yán)重。另外，由于氣缸壁的錐度和橢圓度，活塞環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿徑向會(huì)產(chǎn)生一張一縮運(yùn)動(dòng)，使環(huán)受到交變應(yīng)力而容易折斷。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。目前廣泛采用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵(在優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵中參加少量銅、鉻、鉬等合金元素)，第一道環(huán)鍍鉻，其余環(huán)一般鍍錫或磷化。氣環(huán)的密封原理氣環(huán)開有切口，具有彈性，在自由狀態(tài)下外徑大于氣缸直徑，它與活塞一起裝入氣缸后，外外表緊貼在氣缸壁上，形成第一密封面，被封閉的氣體不能通過(guò)環(huán)周與氣缸之間，便進(jìn)入了環(huán)與環(huán)槽的空隙，一方面把環(huán)壓到環(huán)槽端面形成第二密封面，同時(shí)，作用在環(huán)背的氣體壓力又大大加強(qiáng)了第一密封面的密封作用〔圖2-21〕，氣環(huán)密封效果一般與氣環(huán)數(shù)量有關(guān)，汽油機(jī)一般采用2道氣環(huán)，柴油機(jī)一般多采用3道氣環(huán)。氣環(huán)的斷面形狀1〕矩形環(huán)斷面為矩形，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于生產(chǎn)，應(yīng)用最廣。但是矩形環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)把氣缸壁面上的機(jī)油不斷送入氣缸中。這種現(xiàn)象稱為"氣環(huán)的泵油作用"。活塞下行時(shí)，由于環(huán)與氣缸壁的摩擦阻力及環(huán)的慣性，環(huán)被壓靠在環(huán)槽的上端面上，氣缸壁面上的油被刮入下邊隙和內(nèi)邊隙；活塞上行時(shí)，環(huán)又被壓靠在環(huán)槽的下端面。結(jié)果第一道環(huán)背隙里的機(jī)油就進(jìn)入燃燒室，竄入燃燒室的機(jī)油，會(huì)在燃燒室內(nèi)形成積炭，造成機(jī)油的消耗量增加，另外上竄的機(jī)油也可能在環(huán)槽內(nèi)形成積炭，使環(huán)在環(huán)槽內(nèi)卡死而失去密封作用，劃傷氣缸壁，甚至使環(huán)折斷，可見泵油作用是很有害的，必須設(shè)法消除。為了消除或減少有害的泵油作用，除了在氣環(huán)的下面裝有油環(huán)外，廣泛采用了非矩形斷面的扭曲環(huán)。2)扭曲環(huán)扭曲環(huán)是在矩形環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一局部，使斷面呈不對(duì)稱形狀，在環(huán)的內(nèi)圓局部切槽或倒角的稱內(nèi)切環(huán)，在環(huán)的外圓局部切槽或倒角的稱外切環(huán)。裝入氣缸后，由于斷面不對(duì)稱，產(chǎn)生不平衡力的作用，使活塞環(huán)發(fā)生扭曲變形。活塞上行時(shí)，扭曲環(huán)在剩余油膜上浮，可以減小摩擦，減小磨損。活塞下行時(shí)，那么有刮油效果，防止機(jī)油燒掉。同時(shí)，由于扭曲環(huán)在環(huán)槽中上、下跳動(dòng)的行程縮短，可以減輕"泵油"的副作用。目前被廣泛地應(yīng)用于第2道活塞環(huán)槽上，安裝時(shí)必須注意斷面形狀和方向，內(nèi)切口朝上，外切口朝下，不能裝反。3〕錐面環(huán)斷面呈錐形，外圓工作面上加工一個(gè)很小的錐面(0.5°～1.5°)，減小了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了外表接觸壓力，有利于磨合和密封。活塞下行時(shí)，便于刮油；活塞上行時(shí)，由于錐面的"油楔"作用，能在油膜上"飄浮"過(guò)去，減小磨損，安裝時(shí)，不能裝反，否那么會(huì)引起機(jī)油上竄。4〕梯形環(huán)斷面呈梯形，工作時(shí)，梯形環(huán)在壓縮行程和作功行程隨著活塞受側(cè)壓力的方向不同而不斷地改變位置，這樣會(huì)把沉積在環(huán)槽中的積炭擠出去，防止了環(huán)被粘在環(huán)槽中而折斷。可以延長(zhǎng)環(huán)的使用壽命。但是主要缺點(diǎn)是加工困難，精度要求高。5〕桶面環(huán)桶面環(huán)的外圓為凸圓弧形，是近年來(lái)興起的一種新型結(jié)構(gòu)。當(dāng)桶面環(huán)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)。均能與氣缸壁形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入摩擦面，減小磨損。由于它與氣缸呈圓弧接觸，故對(duì)氣缸外表的適應(yīng)性和對(duì)活塞偏擺的適應(yīng)性均較好，有利于密封，但凸圓弧外表加工較困難。1、油環(huán)油環(huán)有普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。普通油環(huán)普通油環(huán)又叫整體式油環(huán)。環(huán)的外圓柱面中間加工有凹槽，槽中鉆有小孔或開切槽，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，將缸壁上多余的機(jī)油刮下，通過(guò)小孔或切槽流回曲軸箱；當(dāng)活塞上行時(shí)，刮下的機(jī)油仍通過(guò)回油孔流回曲軸箱。有些普通環(huán)還在其外側(cè)上邊制有倒角，使環(huán)在隨活塞上行時(shí)形成油楔，可起均布潤(rùn)滑油的作用，下行刮油能力強(qiáng)，減少了潤(rùn)滑油的上竄。組合式油環(huán)組合環(huán)由上下兩片側(cè)軌環(huán)與中間的擴(kuò)脹器組成，側(cè)軌環(huán)用鍍鉻鋼片制成，擴(kuò)脹器的周邊比氣缸內(nèi)圓周略大一些，可裝側(cè)軌環(huán)緊緊壓向氣缸壁。這種油環(huán)的接觸壓力高，對(duì)氣缸壁面適應(yīng)性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明顯。右側(cè)所示的組合環(huán)由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成，它具有上述組合環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上越來(lái)越多地采用了組合式油環(huán)。它的缺點(diǎn)主要是制造本錢高。三、活塞銷活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。活塞銷在高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，其本身又作擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且處于潤(rùn)滑條件很差的情況下工作，因此，要求活塞銷具有足夠的強(qiáng)度和剛度，外表韌性好，耐磨性好，重量輕。所以活塞銷一般都做成空心圓柱體，采用低碳鋼和低碳合金鋼制成，外外表經(jīng)滲碳淬火處理以提高硬度，精加工后進(jìn)行磨光，有較高的尺寸精度和外表光潔度。活塞銷的內(nèi)孔有三種形狀：a圓柱形；b兩段截錐與一段圓柱組合；c兩段截錐形。圓柱形孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，但從受力角度分析，中間局部應(yīng)力最大，兩端較小，所以這種結(jié)構(gòu)質(zhì)量較大，往復(fù)慣性力大；為了減小質(zhì)量，減小往復(fù)慣性力，活塞銷做成兩段截錐形孔，接近等強(qiáng)度梁，但孔的加工較復(fù)雜；組合形孔的結(jié)構(gòu)介于二者之間。活塞銷與活塞銷座孔及連桿小頭襯套孔的連接配合有兩種方式："全浮式"安裝和"半浮式"安裝。"全浮式"安裝，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞銷、連桿小頭和活塞銷座都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣，活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動(dòng)，使磨損均勻。為了防止全浮式活塞銷軸向竄動(dòng)刮傷氣缸壁，在活塞銷兩端裝有檔圈，進(jìn)行軸向定位。由于活塞是鋁活塞，而活塞銷采用鋼材料，鋁比鋼熱膨脹量大。為了保證高溫工作時(shí)活塞銷與活塞銷座孔為過(guò)渡配合。裝配時(shí)，先把鋁活塞加熱到一定程度，然后再把活塞銷裝入，這種安裝方式應(yīng)用較廣泛。"半浮式"安裝的特點(diǎn)是活塞中部與連桿小頭采用緊固螺栓連接，活塞銷只能在兩端銷座內(nèi)作自由擺動(dòng)，而和連桿小頭沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。活塞銷不會(huì)作軸向竄動(dòng)，不需要鎖片。小轎車上應(yīng)用較多。四、連桿連桿的功用是連接活塞與曲軸。連桿小頭通過(guò)活塞銷與活塞相連，連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿工作時(shí)，承受活塞頂部氣體壓力和慣性力的作用，而這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。這就要求連桿強(qiáng)度高，剛度大，重量輕。連桿一般都采用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后經(jīng)機(jī)加工和熱處理，連桿分為三個(gè)局部：即連桿小頭1，連桿桿身2和連桿大頭3(包括連桿蓋)。連桿小頭與活塞銷相連。對(duì)全浮式活塞銷，由于工作時(shí)小頭孔與活塞銷之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以常常在連桿小頭孔中壓入減磨的青銅襯套。為了潤(rùn)滑活塞銷與襯套，在小頭和襯套上銑有油槽或鉆有油孔以收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛濺上來(lái)的潤(rùn)滑油并用以潤(rùn)滑。有的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭采用壓力潤(rùn)滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。采用半浮式活塞銷是與連桿小頭緊配合的，所以小頭孔內(nèi)不需要襯套，也不需要潤(rùn)滑。連桿桿身通常做成"I"字形斷面，抗彎強(qiáng)度好，重量輕，大圓弧過(guò)渡，且上小下大，采用壓力法潤(rùn)滑的連桿，桿身中部都制有連通大、小頭的油道。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連，大頭有整體式和分開式兩種。一般都采用分開式，分開式又分為平分和斜分兩種。平切口——分面與連桿桿身軸線垂直，汽油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)椋话闫蜋C(jī)連桿大頭的橫向尺寸都小于氣缸直徑，可以方便地通過(guò)氣缸進(jìn)行拆裝，故常采用平切口連桿。斜切口——分面與連桿桿身軸線成30～60°夾角。柴油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)椋裼蜋C(jī)壓縮比大，受力較大，曲軸的連桿軸頸較粗，相應(yīng)的連桿大頭尺寸往往超過(guò)了氣缸直徑，為了使連桿大頭能通過(guò)氣缸，便于拆裝，一般都采用斜切口，最常見的是45°夾角。把連桿大頭分開可取下的局部叫連桿蓋，連桿與連桿蓋配對(duì)加工，加工后，在它們同一側(cè)打上配對(duì)記號(hào)，安裝時(shí)不得互相調(diào)換或變更方向。為此，在結(jié)構(gòu)上采取了定位措施。平切口連桿蓋與連桿的定位多采用連桿螺栓定位，利用連桿螺栓中部精加工的圓柱凸臺(tái)或光圓柱局部與經(jīng)過(guò)精加工的螺栓孔來(lái)保證的。斜切口連桿常用的定位方法有鋸齒定位、圓銷定位、套筒定位和止口定位。連桿蓋和連桿大頭用連桿螺栓連在一起，連桿螺栓在工作中承受很大的沖擊力，假設(shè)折斷或松脫，將造成嚴(yán)重事故。為此，連桿螺栓都采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并精加工和熱處理特制而成。安裝連桿蓋擰緊連桿螺栓螺母時(shí)，要用扭力板手分2～3次交替均勻地?cái)Q緊到規(guī)定的扭矩，擰緊后還應(yīng)可靠的鎖緊。連桿螺栓損壞后絕不能用其它螺栓來(lái)代替。連桿軸瓦〔圖2-30〕——為了減小摩擦阻力和曲軸連桿軸頸的磨損，連桿大頭孔內(nèi)裝有瓦片式滑動(dòng)軸承，簡(jiǎn)稱連桿軸瓦。軸瓦分上、下兩個(gè)半片，目前多采用薄壁鋼背軸瓦，在其內(nèi)外表澆鑄有耐磨合金層。耐磨合金層具有質(zhì)軟，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨損等特點(diǎn)。耐磨合金常采用的有巴氏合金，銅鋁合金，高錫鋁合金。連桿軸瓦的反面有很高的光潔度。半個(gè)軸瓦在自由狀態(tài)下不是半圓形，當(dāng)它們裝入連桿大頭孔內(nèi)時(shí)，又有過(guò)盈，故能均勻地緊貼在大頭孔壁上，具有很好的承受載荷和導(dǎo)熱的能力，并可以提高工作可靠性和延長(zhǎng)使用壽命。連桿軸瓦上制有定位凸鍵，供安裝時(shí)嵌入連桿大頭和連桿蓋的定位槽中，以防軸瓦前后移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，有的軸瓦上還制有油孔，安裝時(shí)應(yīng)與連桿上相應(yīng)的油孔對(duì)齊。V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)兩個(gè)氣缸的連桿是裝在曲軸的一個(gè)連桿軸頸上的，稱為叉形連桿。第四節(jié)曲軸飛輪組曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪和一些附件組成。一、曲軸曲軸一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強(qiáng)度，軸頸外表經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以到達(dá)較高的外表硬度和外表粗糙度的要求。1、功用：它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等。工作時(shí)，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負(fù)荷的沖擊作用。同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤(rùn)滑良好。曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個(gè)主軸頸、一個(gè)連桿軸頸和一個(gè)曲柄組成了一個(gè)曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動(dòng)機(jī))；V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。2、曲軸的支承形式主軸頸是曲軸的支承局部，通過(guò)主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種，一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個(gè)，即每一個(gè)連桿軸頸兩邊都有一個(gè)主軸頸。如六缸發(fā)動(dòng)機(jī)全支承曲軸有七個(gè)主軸頸。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)全支承曲軸有五個(gè)主軸頸。這種支承，曲軸的強(qiáng)度和剛度都比擬好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。柴油機(jī)和大局部汽油機(jī)多采用這種形式。非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的總體長(zhǎng)度有所減小。有些汽油機(jī)，承受載荷較小可以采用這種曲軸型式。曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接局部，通過(guò)曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過(guò)渡，以減少應(yīng)力集中。直列發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。V型發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接局部，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來(lái)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力矩，有時(shí)還用來(lái)平衡一局部往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。曲軸前端裝有正時(shí)齒輪，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及起動(dòng)爪等。為了防止機(jī)油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個(gè)甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來(lái)安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機(jī)油向后竄漏。3、發(fā)火次序〔即各個(gè)氣缸做功行程的交替次序〕曲軸的形狀和曲拐相對(duì)位置(即曲拐的布置)取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序。安排多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序應(yīng)注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，同時(shí)防止可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象。作功間隔應(yīng)力求均勻，也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)在完成一個(gè)工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個(gè)氣缸都應(yīng)發(fā)火作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時(shí)間以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角。四行程發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，其轉(zhuǎn)角為720°，在曲軸轉(zhuǎn)角720°內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸應(yīng)該點(diǎn)火作功一次。且點(diǎn)火間隔角是均勻的，因此四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火間隔角為720°/i，(i為氣缸數(shù)目)，即曲軸每轉(zhuǎn)720°/i，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。1)四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序和曲拐布置四缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角為720°/4＝180°，曲軸每轉(zhuǎn)半圈(180°)作功一次，四個(gè)缸的作功行程是交替進(jìn)行的，并在720°內(nèi)完成，因此，可使曲軸獲得均勻的轉(zhuǎn)速，工作平穩(wěn)柔和。對(duì)于每一個(gè)氣缸來(lái)說(shuō)，其工作過(guò)程和單缸機(jī)的工作過(guò)程完全相同，只不過(guò)是要求它按照一定的順序工作，即為發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序，也叫作發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序。可見，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序(發(fā)火順序)就是各缸完成同名行程的次序。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)。1，4缸在上，2，3缸在下，互相錯(cuò)開180°，其發(fā)火順序的排列只有兩種可能，即為1-3-4-2或?yàn)?-2-4-3，兩種工作順序的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)表分別見表。2)四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序和曲拐布置四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火間隔角為720°/6=120°，六個(gè)曲拐分別布置在三個(gè)平面內(nèi)，一種發(fā)火順序是1-5-3-6-2-4，國(guó)產(chǎn)汽車的六缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)都用這種，其工作循環(huán)表見表。另一種發(fā)火順序是1-4-2-6-3-5。發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)表略3〕四行程V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序四行程V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角為720°/8=90°，V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩列中對(duì)應(yīng)的一對(duì)連桿共用一個(gè)曲拐，所以V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)只有四個(gè)曲拐〔圖2-37〕。曲拐布置可以與四缸發(fā)動(dòng)機(jī)相同，四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個(gè)互相錯(cuò)開90°的平面內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到更好地平衡。發(fā)火順序?yàn)?-8-4-3-6-5-7-2。二、飛輪飛輪的主要功用是用來(lái)貯存作功行程的能量，用于克服進(jìn)氣、壓縮和排氣行程的阻力和其它阻力，使曲軸能均勻地旋轉(zhuǎn)。飛輪外緣壓有的齒圈與起動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用；汽車離合器也裝在飛輪上，利用飛輪后端面作為驅(qū)動(dòng)件的摩擦面，用來(lái)對(duì)外傳遞動(dòng)力。飛輪是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要進(jìn)行精確地平衡校準(zhǔn)，平衡性能要好，到達(dá)靜平衡和動(dòng)平衡。飛輪是一個(gè)很重的鑄鐵圓盤，用螺栓固定在曲軸后端的接盤上，具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。飛輪輪緣上鑲有齒圈，齒圈與飛輪緊配合，有一定的過(guò)盈量。在飛輪輪緣上作有記號(hào)(刻線或銷孔)供找壓縮上止點(diǎn)用(四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為1缸或4缸壓縮上止點(diǎn)；六缸發(fā)動(dòng)機(jī)為1缸或6缸壓縮上止點(diǎn))。當(dāng)飛輪上的記號(hào)與外殼上的記號(hào)對(duì)正時(shí)，正好是壓縮上止點(diǎn)。奧迪100飛輪上有－"0"標(biāo)記。飛輪與曲軸在制造時(shí)一起進(jìn)行過(guò)動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，在拆裝時(shí)為了不破壞它們之間的平衡關(guān)系，飛輪與曲軸之間應(yīng)有嚴(yán)格不變的相對(duì)位置。通常用定位銷和不對(duì)稱布置的螺栓來(lái)定位。三、曲軸扭轉(zhuǎn)減震器曲軸是一種扭轉(zhuǎn)彈性系統(tǒng)，其本身具有一定的自振頻率。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，經(jīng)連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和方向都是周期性變化的，所以曲軸各個(gè)曲拐的旋轉(zhuǎn)速度也是忽快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，可以認(rèn)為是勻速旋轉(zhuǎn)，由此造成曲軸各曲拐的轉(zhuǎn)動(dòng)比飛輪時(shí)快時(shí)慢，這種現(xiàn)象稱之為曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)甚至?xí)嗲S。扭轉(zhuǎn)減振器的功用就是吸收曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，消減扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，防止發(fā)生強(qiáng)烈的共振及其引起的嚴(yán)重惡果。一般低速發(fā)動(dòng)機(jī)不易到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速。但曲軸剛度小、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量大、缸數(shù)多及轉(zhuǎn)速高的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于自振頻率低，強(qiáng)迫振動(dòng)頻率高，容易到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速而發(fā)生強(qiáng)烈的共振。因而加裝扭轉(zhuǎn)減振器就很有必要。第三章配氣機(jī)構(gòu)第一節(jié)概述一、功用：配氣機(jī)構(gòu)是進(jìn)、排氣的控制機(jī)構(gòu)，它按照氣缸的工作順序和工作過(guò)程的要求，定時(shí)地開閉進(jìn)、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣〔汽油機(jī)〕或新鮮空氣〔柴油機(jī)〕并及時(shí)排出廢氣。另外，當(dāng)進(jìn)、排氣門關(guān)閉時(shí)，保證氣缸密封。進(jìn)飽排凈，四行程發(fā)動(dòng)機(jī)都采用氣門式配氣機(jī)構(gòu)。二、充氣效率：空氣或可燃混合氣被吸入氣缸愈多，那么發(fā)動(dòng)機(jī)可能發(fā)出的功率愈大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充氣效率Φc表示。Φc越高，說(shuō)明進(jìn)入氣缸的新氣越多，可燃混合氣燃燒時(shí)可能放出的熱量也就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越大。充氣效率表示燃?xì)饣蚩諝獬錆M氣缸的程度。進(jìn)氣行程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新氣質(zhì)量與進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量之比。Φc=M/M0新氣：可燃混合氣或新鮮空氣進(jìn)口狀態(tài)：指大氣溫度和大氣壓力下分析：〔1〕Φc↑，M↑，燃燒熱量↑，發(fā)動(dòng)機(jī)功率↑；〔2〕Φc總是小于1。〔注：根據(jù)公式PV=mRT，一方面由于進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)氣流阻力造成進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓力降低，即P↓；另一方面上一循環(huán)剩余廢氣又使進(jìn)入的新鮮氣體溫度上升，即T↑；對(duì)于容積一定的氣缸來(lái)說(shuō)，V一定、P↓、T↑èm↓一般Φc=0.80~0.90，應(yīng)該想方法提高充氣效率。三、配氣機(jī)構(gòu)的型式1、根據(jù)氣門的安裝位置的不同，分為〔1〕氣門頂置式：氣門位于氣缸蓋上稱為氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成。其特點(diǎn)，進(jìn)氣阻力小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，氣流攪動(dòng)大，能到達(dá)較高的壓縮比，目前國(guó)產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。〔2〕氣門側(cè)置式：氣門位于氣缸體側(cè)面稱為氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)，由凸輪、挺柱、氣門和氣門彈簧等組成。省去了推桿、搖臂等另件，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗倪M(jìn)、排氣門在氣缸的一側(cè)，壓縮比受到限制，進(jìn)排氣門阻力較大，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和高速性均較差，逐漸被淘汰。2、按照凸輪軸的布置位置，分為：〔1〕凸輪軸下置式，主要缺點(diǎn)是氣門和凸輪軸相距較遠(yuǎn)，因而氣門傳動(dòng)另件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)高度也有所增加。〔2〕凸輪軸中置,凸輪軸位于氣缸體的中部由凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂，省去推桿，這種結(jié)構(gòu)稱為凸輪軸中置配氣機(jī)構(gòu)。凸輪軸上置,凸輪軸布置在氣缸蓋上。〔3〕凸輪軸上置有兩種結(jié)構(gòu)，一是凸輪軸直接通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門，這樣既無(wú)挺柱，又無(wú)推桿，往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大大減小，此結(jié)構(gòu)適于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。另一種是凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)氣門或帶液力挺柱的氣門，此種配氣機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量更小，特別適應(yīng)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。3、按照曲軸和凸輪軸的傳動(dòng)方式，分為〔1〕齒輪傳動(dòng)〔2〕鏈條傳動(dòng)〔3〕齒形帶傳動(dòng)4、按照每缸氣門數(shù)目分二氣門、四氣門、五氣門、八氣門等等。一般發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩個(gè)氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的結(jié)構(gòu)。為了改善換氣，在可能的條件下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進(jìn)氣門的直徑。但是由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大一般不能超過(guò)氣缸直徑的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時(shí)，每缸一進(jìn)一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。因此，在很多新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上多采用每缸四個(gè)氣門結(jié)構(gòu)。即兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。四、配氣機(jī)構(gòu)的組成包括氣門組和氣門傳動(dòng)組。一、氣門間隙氣門間隙是指氣門完全關(guān)閉時(shí)，氣門桿尾端與搖臂或挺柱之間的間隙。〔注：凸輪的凸起局部不頂挺柱〕它的作用是補(bǔ)償氣門受熱后的膨脹量。不同機(jī)型，氣門間隙的大小不同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般冷態(tài)時(shí)，排氣門間隙大于進(jìn)氣門間隙，進(jìn)氣門間隙約為0.25～0.3mm，排氣門間隙約為0.3～0.35mm。間隙過(guò)大：進(jìn)、排氣門開啟遲后，縮短了進(jìn)排氣時(shí)間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動(dòng)機(jī)因進(jìn)氣缺乏，排氣不凈而功率下降；此外，還使配氣機(jī)構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。無(wú)間隙或間隙過(guò)小：發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封外表嚴(yán)重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。第二節(jié)配氣相位配氣相位是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門的開閉時(shí)刻和開啟的持續(xù)時(shí)間。通常用環(huán)形配氣相位圖來(lái)表示。理論上的配氣相位分析理論上講進(jìn)、壓、功、排各占180°，也就是說(shuō)進(jìn)、排氣門都是在上、下止點(diǎn)開閉，延續(xù)時(shí)間都是曲軸轉(zhuǎn)角180°。但實(shí)際說(shuō)明，簡(jiǎn)單配氣相位對(duì)實(shí)際工作是很不適應(yīng)的，它不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)、排氣門的要求。原因：實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時(shí)都很短，當(dāng)轉(zhuǎn)速為5600r/min時(shí)一個(gè)行程只有60/〔5600×2〕=0.0054s，就是轉(zhuǎn)速為1500r/min，一個(gè)行程也只有0.02s，這樣短的進(jìn)氣或排氣過(guò)程，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣缺乏，排氣不凈。可見，理論上的配氣相位不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)飽排凈的要求，那么，實(shí)際的配氣相位又是怎樣滿足這個(gè)要求的呢？下面我們就進(jìn)行分析。實(shí)際的配氣相位分析為了使進(jìn)氣充足，排氣干凈，除了從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改良外〔如增大進(jìn)、排氣管道〕，還可以從配氣相位上想點(diǎn)方法，氣門能否早開晚閉，延長(zhǎng)進(jìn)、排氣時(shí)間呢？一、氣門的早開晚閉從示功圖中可以看出，活塞到達(dá)進(jìn)氣下止點(diǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣吸力的存在，氣缸內(nèi)氣體壓力仍然低于大氣壓，在大氣壓的作用下仍能進(jìn)氣；另外，此時(shí)進(jìn)氣流還有較大的慣性。由此可見，進(jìn)氣門晚關(guān)可以增加進(jìn)氣量。進(jìn)氣門早開，可使進(jìn)氣一開始就有一個(gè)較大的通道面積，可增加進(jìn)氣量。在作功行程快要結(jié)束時(shí)，排氣門翻開，可以利用作功的余壓使廢氣高速?zèng)_出氣缸，排氣量約占50%。排氣門早開，勢(shì)必造成功率損失，但因氣壓低，損失并不大，而早開可以減少排氣所消耗的功，又有利于廢氣的排出，所以總功率仍是提高的。從示功圖上還可以看出，活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)廢氣壓力仍然高于外界大氣壓，加之排氣氣流的慣性，排氣門晚關(guān)可使廢氣排得更凈一些。由此可見，氣門具有早開晚關(guān)的可能，那么氣門早開晚關(guān)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作又有什么好處呢？進(jìn)氣門早開：增大了進(jìn)氣行程開始時(shí)氣門的開啟高度，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量。進(jìn)氣門晚關(guān)：延長(zhǎng)了進(jìn)氣時(shí)間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進(jìn)氣量。排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。排氣門晚關(guān)：延長(zhǎng)了排氣時(shí)間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。二、氣門重疊由于進(jìn)氣門早開，排氣門晚關(guān)，進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前開啟，而排氣門在上止點(diǎn)后關(guān)閉，勢(shì)必造成在同一時(shí)間內(nèi)兩個(gè)氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象叫氣門重疊，把兩個(gè)氣門同時(shí)開啟時(shí)間相當(dāng)?shù)那S轉(zhuǎn)角叫作氣門重疊角。在這段時(shí)間內(nèi)，可燃混合氣和廢氣是否會(huì)亂串呢？不會(huì)的，這是因?yàn)椋篴.進(jìn)、排氣流各自有自己的流動(dòng)方向和流動(dòng)慣性，而重疊時(shí)間又很短，不至于混亂，即吸入的可燃混合氣不會(huì)隨同廢氣排出，廢氣也不會(huì)經(jīng)進(jìn)氣門倒流入進(jìn)氣管，而只能從排氣門排出；b.進(jìn)氣門附近有降壓作用，有利于進(jìn)氣。三、進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間氣門重疊角α+δ=20°～60°從上面的分析，可以看出實(shí)際配氣相位和理論上的配氣相位相差很大，實(shí)際配氣相位，氣門要早開晚關(guān)，主要是為了滿足進(jìn)氣充足，排氣干凈的要求。但實(shí)際中，究竟氣門什么時(shí)候開？什么時(shí)候關(guān)最好呢？這主要根據(jù)各種車型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定，由凸輪軸的形狀、位置及配氣機(jī)構(gòu)來(lái)保證。第三節(jié)配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組包括：氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、鎖片、卡簧。1、氣門功用：控制進(jìn)、排氣管的開閉工作條件：承受高溫、高壓、沖擊、潤(rùn)滑困難。要求：足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊。材料：進(jìn)氣門采用合金鋼〔鉻鋼或鎳鉻等〕，排氣門采用耐熱合金鋼〔硅鉻鋼等〕。構(gòu)造：氣門由頭部、桿身和尾部組成。氣門頭部是一個(gè)具有圓錐斜面的圓盤，氣門錐角一般為450，也有300，氣門頭邊緣應(yīng)保持一定厚度，一般為1-3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫?zé)g。氣門密封錐面與氣門座配對(duì)研磨。實(shí)際進(jìn)氣時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間：在排氣行程接近終了時(shí)，活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，即曲軸轉(zhuǎn)到離上止點(diǎn)還差一個(gè)角度α，進(jìn)氣門便開始開啟，進(jìn)氣行程直到活塞越過(guò)下止點(diǎn)后β時(shí)，進(jìn)氣門才關(guān)閉。整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程延續(xù)時(shí)間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角180°+α+β。α-進(jìn)氣提前角一般α=10°～30°β-進(jìn)氣延遲角一般β=40°～80°所以進(jìn)氣過(guò)程曲軸轉(zhuǎn)角為230°～290°實(shí)際排氣時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間：同樣，作功行程接近終了時(shí)，活塞在下止點(diǎn)前排氣門便開始開啟，提前開啟的角度γ一般為40°～80°，活塞越過(guò)下止點(diǎn)后δ角排氣門關(guān)閉，δ一般為10°～30°，整個(gè)排氣過(guò)程相當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角180°+γ+δ。γ-排氣提前角一般γ=40°～80°δ-進(jìn)氣延遲角一般δ=10°～30°所以排氣過(guò)程曲軸轉(zhuǎn)角為230°～290°氣門頭頂部形狀有平頂，球面頂和喇叭形頂?shù)绕巾敚航Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、吸熱面積小，質(zhì)量小、進(jìn)、排氣門均可采用。球面頂：適用于排氣門，強(qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣的去除效果好，但受熱面積大，質(zhì)量和慣性力大，加工較復(fù)雜。喇叭形頂：適用于進(jìn)氣門，進(jìn)氣阻力小，但受熱面積大。有的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門頭部直徑比排氣門大，兩氣門一樣大時(shí)，排氣門有記號(hào)。桿身→桿身與頭部制成一體，裝在氣門導(dǎo)管內(nèi)起導(dǎo)向作用，桿身與頭部采用圓滑過(guò)渡連接。氣門桿外表經(jīng)過(guò)熱處理并且磨光，一般是實(shí)心的，有的是空心的，空心桿質(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)慣性力小。特殊的對(duì)于某些熱負(fù)荷特別重，結(jié)構(gòu)尺寸比擬大的排氣門采用鈉冷卻氣門：Na的熔點(diǎn)為97.8°C，在空心氣門桿中填入一半金屬鈉，因此發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度下納呈現(xiàn)液態(tài)，在氣門工作時(shí)，納在氣門桿內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，不斷地從氣門頭部吸收熱量并傳給氣門桿使頭部得以冷卻。尾部→制有凹槽〔錐形槽或環(huán)形槽〕用來(lái)安裝鎖緊件。2、氣門導(dǎo)管功用：①導(dǎo)向作用，保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。②導(dǎo)熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過(guò)氣缸蓋傳出去。為了保證導(dǎo)向，導(dǎo)管應(yīng)有一定的長(zhǎng)度，氣門導(dǎo)管的工作溫度也較高，約500k。氣門導(dǎo)管和氣門的潤(rùn)滑是靠配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來(lái)的機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑的，因此易磨損。為了改善潤(rùn)滑性能，氣門導(dǎo)管常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵或鐵基粉未治金制造。導(dǎo)管內(nèi)、外圓面加工后壓入氣缸蓋的氣門導(dǎo)管孔內(nèi)，然后再精鉸內(nèi)孔。為了防止氣門導(dǎo)管在使用過(guò)程中松脫，有的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)氣門導(dǎo)管用卡環(huán)定位。3、氣門座氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經(jīng)過(guò)氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。鑲嵌式結(jié)構(gòu)氣門座都采用較好的材料〔合金鑄鐵、奧氏體鋼等〕單獨(dú)制作。4、氣門彈簧功用：保證氣門回位；防止運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)件發(fā)生脫離。氣門彈簧的作用在于保證氣門回位，在氣門關(guān)閉時(shí)，保證氣門與氣門座之間的密封，在氣門開啟時(shí)，保證氣門不因運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力而脫離凸輪。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，它的一端支承在氣缸蓋上，另一端壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的尾端。型式：a.圓柱螺旋彈簧〔普通〕b.變螺距的圓柱彈簧：工作時(shí)工作圈數(shù)不是常數(shù)，振動(dòng)頻率經(jīng)常變化，防止彈簧與氣門產(chǎn)生共振，使彈簧在工作中不易折斷〔造成氣門關(guān)閉不嚴(yán)〕。c.同心安裝的兩根彈簧：作用是可以防止共振〔兩根彈簧的振動(dòng)頻率不一樣〕；可以降低氣門彈簧的高度；可以提高工作的可靠性〔一個(gè)壞了，另外一個(gè)可以繼續(xù)工作；并且二者旋向相反，防止折斷后卡死。另外鎖片、卡簧的功用是在氣門彈簧力的作用下把彈簧座和氣門桿鎖住，使彈簧力作用到氣門桿上。二、氣門傳動(dòng)組功用：傳遞凸輪軸→氣門之間的運(yùn)動(dòng)氣門傳動(dòng)組包括，凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)取?、凸輪軸功用：控制氣門的開啟和關(guān)閉，每一個(gè)進(jìn)、排氣門分別有相應(yīng)的進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪。凸輪的形狀影響氣門的開閉時(shí)刻及高度，凸輪的排列影響氣門的開閉時(shí)刻和工作順序。〔根據(jù)凸輪軸可以判斷工作順序〕工作中，凸輪軸受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此對(duì)凸輪外表要求耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。第四章汽油機(jī)供給系第一節(jié)汽油機(jī)供給系的組成和燃料一、汽油機(jī)供給系的功用根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的要求，供給不同數(shù)量和濃度的可燃混合氣進(jìn)入氣缸；燃燒后的廢氣經(jīng)凈化處理后排入大氣。二、汽油機(jī)供給系的組成按照燃料供給方式的不同分為化油器式和汽油直接噴射式。以化油器式為例，它包括燃油供給裝置：汽油油箱、汽油泵、汽油濾清器、油管空氣供給裝置：空氣濾清器可燃混合氣形成裝置：化油器廢氣排出裝置：排氣管道、排氣消音器，三元崔化轉(zhuǎn)換器對(duì)于化油器式供給方式：對(duì)于汽油直接噴射方式：三、汽油的性質(zhì)從地下或海底開采的石油，一般稱為原油。原油臟，不能直接作為非常精密的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。把石油經(jīng)過(guò)處理，制成各種制品的過(guò)程叫煉油。汽油、柴油就是石油的煉制品。石油的主要成分是碳、氫兩種元素〔97%~98%〕,其他還有少量的硫、氧、氮等。石油制品是以多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔镄问匠霈F(xiàn)的，分子式CnHm〔烴〕。根據(jù)烴分子中碳原子數(shù)不同，可以構(gòu)成不同分子量不同沸點(diǎn)的物質(zhì)。煉制汽油和柴油最簡(jiǎn)單的方法是利用沸點(diǎn)不同直接分餾，依次得到天然氣——汽油——煤油——輕、重柴油——渣油。汽油的工業(yè)化生產(chǎn)是采用催化裂化法〔用催化劑把大分子烴——小分子烴〕主要性能指標(biāo)：蒸發(fā)性：汽油容易蒸發(fā)的程度。〔液體——?dú)怏w〕，一般地，蒸發(fā)性越高，燃?xì)赓|(zhì)量就越好，尤其是低溫環(huán)境下如果蒸發(fā)性好，會(huì)對(duì)冷起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)有利。但是蒸發(fā)性也不能過(guò)高，因?yàn)檫@樣汽油泵及油管中會(huì)產(chǎn)生汽油蒸汽泡，阻礙汽油正常流動(dòng)，使供油量↓，——“氣阻”。國(guó)產(chǎn)汽油質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定了汽油的飽和蒸汽壓力值。〔按夏季、冬季要求不同〕熱值：1㎏燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為4400kj/kg。抗爆性：汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒時(shí)，防止產(chǎn)生爆燃的能力〔抗自燃的能力〕爆燃的后果是發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率↓，油耗↑。采用抗爆性好的汽油，可以采用比擬高的壓縮比。汽油抗爆性的好壞一般用辛烷值表示。辛烷值越高，抗爆性越好。什么叫汽油的辛烷值？辛烷值可以用比照試驗(yàn)方法確定：在可變壓縮比的單缸試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，找一種被測(cè)汽油作為燃料，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)中逐步提高壓縮比，直到產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的爆震燃燒為止。然后在該壓縮比下，換用標(biāo)準(zhǔn)燃料作比照試驗(yàn)。直到用標(biāo)準(zhǔn)燃料也產(chǎn)生和原來(lái)一樣的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的爆震燃燒為止。標(biāo)準(zhǔn)燃料是異辛烷和正庚烷的混合燃料，異辛烷抗爆燃能力很強(qiáng)，規(guī)定辛烷值100〔平和溫順〕；正庚烷抗爆燃能力很弱，規(guī)定辛烷值為0〔暴躁〕。這時(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)燃料的異辛烷的百分?jǐn)?shù)，即為被測(cè)汽油的辛烷值。比方異辛烷80%，該被測(cè)汽油的辛烷值是80。汽油的號(hào)數(shù)就是辛烷值數(shù)，辛烷值是80，80號(hào)汽油。號(hào)數(shù)越高，抗爆性越好。第二節(jié)可燃混合氣成分與汽油機(jī)性能的關(guān)系一、可燃混合氣成分可燃混合氣是指空氣與燃料的混合物，其成分對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。可燃混合氣成分的表示方法：空燃比：可燃混合氣中空氣和燃料的質(zhì)量比。過(guò)量空氣系數(shù)：二、可燃混合氣的濃度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響通過(guò)試驗(yàn)證明，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和耗油率都是隨著過(guò)量空氣系數(shù)α變化而變化的。理論上，對(duì)于α=1的標(biāo)準(zhǔn)混合氣而言，所含空氣中的氧正好足以使汽油完全燃燒，但實(shí)際上，由于時(shí)間和空間條件的限制，汽油細(xì)粒和蒸汽不可能及時(shí)地與空氣絕對(duì)均勻地混合，因此，即使α=1，汽油也不可能完全燃燒，混合氣α>1才有可能完全燃燒。因?yàn)棣?gt;1時(shí)混合氣中，有適量較多的空氣，正好滿足完全燃燒的條件，此混合氣稱為經(jīng)濟(jì)混合氣，對(duì)于不同的汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)混合氣成分不同，一般在α=1.05～1.15范圍內(nèi)。當(dāng)α大于或小于1.05～1.15時(shí)，ge↑，經(jīng)濟(jì)性變壞。當(dāng)α=0.88時(shí)，Pe最大，因?yàn)檫@種混合氣中汽油含量較多，汽油分子密集，因此，燃燒速度最高，熱量損失最小，因而使得缸內(nèi)平均壓力最高，功率最大，此混合氣稱為功率混合氣。對(duì)不同的汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，功率混合氣一般在α=0.85～0.95之間。α>1.11的混合氣稱為過(guò)稀混合氣，α<0.88的混合氣稱為過(guò)濃混合氣，混合氣無(wú)論過(guò)稀過(guò)濃都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低Pe↓，耗油率增加ge↑。混合氣過(guò)稀時(shí)，由于燃燒速度太低，損失熱量很多，往往造成發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高，嚴(yán)重過(guò)稀時(shí)，燃燒可延續(xù)到進(jìn)氣過(guò)程的開始，進(jìn)氣門已經(jīng)開啟時(shí)還在進(jìn)行，火焰將傳到進(jìn)氣管，以至化油器喉管內(nèi)，引起化油器"回火"并產(chǎn)生拍擊聲。當(dāng)混合氣稀到α=1.4以上時(shí)，混合氣雖然能著火，但火焰無(wú)法傳播，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，所以α=1.4稱為火焰?zhèn)鞑ハ孪蕖；旌蠚膺^(guò)濃時(shí)，由于燃燒很不完全，產(chǎn)生大量的CO，造成氣缸蓋，活塞頂和火花塞積炭，排氣管冒黑煙，甚至廢氣中的一氧化碳可能在排氣管中被高溫廢氣引燃，發(fā)生排氣管"放炮"。混合氣濃到α=0.4以下，可燃混合氣雖然能著火，但火焰無(wú)法傳播，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，所以α=0.4稱為火焰?zhèn)鞑ド舷蕖囊陨戏治隹芍l(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，所用的可燃混合氣α值，應(yīng)該在獲得最大功率和獲得最低燃油消耗率之間，在節(jié)氣門全開時(shí)，α值的最正確范圍為0.85～1.15范圍內(nèi)，一般在節(jié)氣門全開條件下，α=0.85～0.95時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可得到較大的功率，當(dāng)α=1.05～1.15時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可得到較好的燃料經(jīng)濟(jì)性，所以當(dāng)α在0.85～1.15范圍內(nèi)，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都比擬好，即Pe較大，ge較小。實(shí)際上，對(duì)于一定的發(fā)動(dòng)機(jī)，相應(yīng)于一定工況，化油器只能供給一定α值的可燃混合氣，該α值究竟要滿足動(dòng)力性，還是經(jīng)濟(jì)性，還是二者適當(dāng)兼顧，這就要根據(jù)汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況進(jìn)行具體分析。三、汽油機(jī)各種工況對(duì)可燃混合氣成份的要求作為車用汽油機(jī)，其工況〔負(fù)荷和轉(zhuǎn)速〕是復(fù)雜