汽车发动机构造-3章2011版24学时.ppt
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1、1,第3章 曲柄连杆机构,本章主要内容: 1、 曲柄连杆机构基本组成 2、 机体组 3、 活塞连杆组 4、 曲轴飞轮组,作用:将燃料燃烧的热能转换为机械能,将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并将能量传输出去,2,组 成: 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组,1 曲柄连杆机构的基本组成,3,1、机体组:气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,4,2、活塞连杆组: 活塞、活塞环、活塞销和连杆等,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,5,3、曲轴飞轮组:曲轴、飞轮,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞
2、轮,飞轮螺栓,曲轴,6,一、工作条件: 发动机工作时,曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触,曲轴的旋转速度又很高,活塞往复运动的线速度相当大,同时与可燃混合气和燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用,并且润滑困难。可见,曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣。,工作条件:高温,高压,高速,化学腐蚀,2 曲柄连杆机构的受力及运动分析,7,Fg,Fj,Fk,Fm,二、受力分析,曲柄连杆机构受的力主要有气体压力Fg,往复惯性力Fj,旋转离心力Fk和摩擦力Fm。,活塞上的总作用力F等于Fg与Fj的代数和。,8,1、气体压力: 气体压力Fg的集中力FP分解为侧压力FN和FS, FS分解为FR和FT,FR使曲
3、轴主轴颈处受压,FT为周向产生转矩的力。,(a)作功行程:侧压力FN向左,活塞的左侧面压向气缸壁,左侧磨损严重,FN,FS,Fg,FR,FT,FS,9,(b)压缩行程: 侧压力FN向右,活塞的右侧面压向气缸壁,左侧磨损严重,FN,Fg,FS,FR,FT,FS,10,结论: 在工作循环的任何行程中,气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的。沿气缸方向上各处的磨损是不均匀的;同样,气缸壁沿圆周方向的磨损也是不均匀的。,11,2)、往复惯性力Pj: 指活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动所产生的惯性力。 其大小:与机件的质量及加速度成正比; 其方向:总是与加速度的方向相反。,Fj,往复惯性力使
4、发动机产生上下震动,12,规律:a)当活塞向下运动时,前半程是加速运动,惯性力向上;后半程是减速运动,惯性力向下 b)活塞向上运动时,前半程是减速运动,惯性力向下;后半程是加速运动,惯性力向上 c)在上下止点:活塞运动方向改变,速度为零,加速度最大,惯性力也最大; d)在行程中部:活塞运动速度最大,加速度为零,惯性力也等于零,13,3)、离心惯性力Fk:旋转机件的圆周运动产生离心惯性力,方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损,也引起发动机振动而传到机体外。,Fk,14,4)、摩擦力Fm:指相互运动件之间的摩擦力,它是造成配合表面磨损的根源。,Fm,因为较小,故分析时忽略,15,3 机
5、体组,功能:机体是构成发动机的骨架,是发动机各机构和各系统的安装基础,其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件,承受各种载荷。因此,机体必须要有足够的强度和刚度,一、机体组的功用及组成,组成:机体组由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。镶气缸套的发动机,机体组还包括干式或湿式气缸套。,16,二、机体,1、机体的工作条件及要求,水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为机体,风冷发动机将气缸体与曲轴箱分别铸制。,要求: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,工作条件:承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷,同时还因为气
6、缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。,17,机体的分类 1)、根据气缸的排列方式 (1)直列式:多用于六缸以下的发动机。 (2)V型式:缩短了发动机的长度和高度,多用于八缸以上发动机。 (3)对置式:是V型的特殊形式。,机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关,2、机体构造,18,结构简单、加工容易,但发动机长度和高度较大。,缩短了机体的长度和高度,增加了刚度,减轻了发动机的重量;形状复杂,加工困难。,高度小,总体布置方便。,19,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。,2)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为,油底壳安装平面低于曲
7、轴的旋转中心。,20,21,3)根据冷却方式不同,1-汽缸 2-水套 3-汽缸盖 4-燃烧室 5-汽缸垫,发动机用水冷却时,汽缸周围和汽缸盖中均有用以充水的空腔,称为水套,1-汽缸体 2-汽缸盖 3-散热片,发动机用空气冷却时,在汽缸体和汽缸盖外表面铸有许多散热片,以增加散热面积,保证散热充分,水冷式,风冷式,22,(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。,4)按机体与气缸的装配关系分为,23,4、镶嵌式气缸套 目的:解决成本与寿命之间的矛盾。 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套,而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成,这
8、样,既延长了使用寿命,又节省了好材料。,分类:干式缸套、湿式缸套,24,B 湿式气缸套 外表面直接与冷却水直接接触;壁厚59mm;外表面加工较粗糙;设置有漏水密封装置;冷却效果优于干式;刚性差;多用于车用柴油机上。,A 干式气缸套 外表面不直接与冷却水接触;壁厚13mm;外表面加工精度高,与气缸孔配合紧密,不易漏水、漏气。多用于功率较小的汽油机上。,干式气缸套,湿式气缸套,25,三、气缸盖 1、作用 封闭气缸上部;与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室;是配气机构的多数零件的安装机体。 2、组成 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔(汽油机)或喷油器座孔。,3、工
9、作条件和材料 1)工作条件:受到高温、高压的冲击;受到腐蚀作用。 2)材料:灰铸铁、合金铸铁、铝合金(汽油机用),26,4、结构形式 1)整体缸盖:一台发动机一个气缸盖。 结构较紧凑,零件数目少,成本低,发动机的总长度减少;但刚性差,易变形,使得发动机的密封性下降,系列化程度差,加工报废率高;适用于缸径105mm的发动机。,27,2)块状缸盖:2缸或2缸以上共用一个缸盖。适用于105mm105mm可用;缸径120mm的优先采用;缸径160mm 都采用,28,5、缸盖的拆卸与安装 多缸一盖安装时:由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分23次 。拆卸相反顺序。 对角、分次、由内向外(拆卸时是由外向内) 铝
10、合金缸盖冷机拧紧即可; 铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次,29,6、汽油机燃烧室(柴油机燃烧室在柴油机燃料供给系中详细介绍) 1)、要求 (1)有利于提高热效率 (2)有利于排气净化 (3)有利于换气 (4)有利于燃烧平静 (5)有利于组织气流运动,使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动,30,2)、几种典型汽油机燃烧室 (1)盆型燃烧室: 优点:结构简单,工艺性好、成本低,可形成挤气涡流。 缺点:结构不够紧凑;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。 使用车型:捷达EA827发动机、奥迪100发动机有采用 。,31,(2)楔型燃烧室: 优点:结构简单,较紧凑,散热面
11、积小、热损失少;能形成挤气流气门斜置,气流导流较好,充气效率高; 缺点:火花塞置于燃烧室最高处,火焰传播距离长, 燃烧速度较快,CO和HC排放较低而NO的排放稍高。 使用车型:解放CA6102发动机 采用。,32,(3)半球形燃烧室: 优点:气门成横向V型排列,气门头部直径较大,换气效果好;火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高,动力性、经济性最好。 CO和HC排放最少,而NO的排放较高。 缺点:配气机构复杂,工作较粗暴。 使用车型:多用于高速汽油机。在轿车发动机上被广泛地应用例如桑塔纳、 夏利、 富康TU系列等。,33,(4)双球形燃烧室:由两个球形构成。可布置较大直径的气门或采用多气门
12、形式,很容易获得压缩涡流。缺点是燃烧室形状复杂,散热面积较大,经济性差。,34,(5)多气门蓬形燃烧室 :由半球形发展而成。结构紧凑,提高发动机的充量系数;火焰传播距离短,可采用较高压缩比。 国产夏利、富康及欧宝V6、奔驰320E、三菱3G81(五气门)等国外许多车型均采用此种燃烧室。,35,四、气缸衬垫 1、作用:保证缸体与缸盖间的密封,防止漏水、漏气、窜油。 2、要求:有弹性、耐热性、耐压性、耐腐蚀性。,36,3. 种类 (1) 金属石棉垫:外包铜皮和钢片,且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强,内填石棉(常掺入铜屑或钢丝,以坚强导热)。 (2) 金属骨架石棉垫:以编织的钢丝网或有孔钢板为骨架
13、,外覆石棉,只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。 (3) 纯金属垫:由单层或多层金属片(铜、铝或低碳钢)制成,用于某些强化发动机。 4、安装注意:金属皮的金属石棉垫,缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。,37,五、油底壳 1、功用: 贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 2、构造: (1)用薄钢板冲压而成。 (2)内部设有稳油挡板,以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,放油螺塞,密封垫,38,1、功用: 将发动机与底盘连为一体。,六、发动机的支承,2、支承种类:,一般为三点支
14、承和四点支承,39,4 活塞连杆组,活塞组:活塞、活塞环(气环、油环)、活塞销、卡环等。 连杆组:连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆衬套、连杆螺栓等。,40,(一)、活塞 1、作用 (1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室; (2)承力传力:承受气体压力,并将此力传给连杆,以推动曲轴旋转,一、活塞组,2、构造: 活塞可分为顶部、头部、裙部,41,1)顶部: 是燃烧室的组成部分,用来承受气体压力。 汽油机:二冲程机多用凸顶活塞,其它汽油机多用平顶。 柴油机:有平顶、凹顶、形、碗形、盆型、花瓣形等。,42,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀,多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高,起导向作用
15、、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧;提高压缩比,防止碰气门。(高压缩比发动机为了防止碰撞气门,也可用凹坑的深度来调整压缩比),43,2)活塞头部(又叫环槽部、防漏部) 位置:第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣,应离顶部远些。,活塞销孔,作用: (1)、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 (2)、防止可燃混合气漏到曲轴箱内, (3)、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,44,3)活塞裙部 A、位置:从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,包括销座孔。 B、作用:对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力,防治破坏油膜。,45,
16、C、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。,46, 、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,壁厚上厚下薄; (3)沿活塞销的方向,金属量较多,所以在其受热膨胀后,此处的膨胀量就最大。 (4)在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后,使活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形。 (5)气缸壁对活塞的侧压力作用,引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向。 总之:裙部周向会发生近似椭圆形变化,长轴沿销座孔轴线方向。,47, 、预防和控制裙部椭圆变形的措施
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- 汽车发动机 构造 2011 24 学时
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