1、第一篇 汽车发动机第1章 发动机基本知识 【知识目标】1掌握发动机分类、基本构造和常用术语；2掌握四冲程汽油机的工作原理；3掌握四冲程柴油机的工作原理；4熟悉发动机的总体构造；5掌握内燃机产品名称和型号编制规则。【能力目标】1掌握发动机基本的结构、原理、拆装步骤要领；2掌握汽车发动机拆装常用工具和专用工具的使用；3能够熟练使用常用工具及相关设备，掌握发动机拆卸等基本能力；4培养学生团结合作，观察、分析及综合归纳能力。1.1 发动机的分类与基本构造 发动机概念：发动机是一种能够把一种形式的能量转化为机械能的机器，通常是把化学能转化为机械能。发动机分类：1、往复式活塞发动机 2、旋转活塞式发动机（
2、转子发动机）发动机的分类 往复活塞式发动机 转子式发动机 二冲程发动机 四冲程发动机 单缸发动机 多缸发动机 水冷式发动机水冷式发动机 风冷式发动机风冷式发动机 直列式发动机直列式发动机 V形发动机和对置式发动机形发动机和对置式发动机 汽油机汽油机 柴油机柴油机 现代汽车采用：四冲程、多缸、水冷式现代汽车采用：四冲程、多缸、水冷式基本组成1.1.1 基本构造发动机基本术语发动机基本术语 1 上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，一般指活塞上行到最高位置，一般用英文缩写词TDC表示。2 下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文缩写词BDC表示。3 活塞行程（s）：上、下
3、止点间的距离（mm）。4 曲柄半径（R）：与连杆下端（即连杆大头）相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离（mm）。显然，s=2R。曲轴每转一周，活塞移动两个行程。5 气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积（L）。Vh=D2s/4106（L）式中：D 气缸直径，mm。6燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积（L）。7发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积之和（L）。设发动机的气缸数为i，则 VL =Vh i 8 气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积（L）。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即Va=Vh+
4、Vc 9 压缩比（）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 =Va/Vc =1+Vh/Vc它表示活塞由下止点运动到上它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩越高。一般车用汽油机的压缩比为比为710，柴油机的压缩比为，柴油机的压缩比为1522。10 发动机的工作循环 在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程（进气、压缩、作功和排气）称发动机的工作循环。11二冲程发动机活塞两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动
5、机。12 四冲程发动机v活塞四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。1.2 发动机的基本工作原理 四冲程汽油机的基本工作原理1.2.1 四冲程汽油机工作原理 1进气行程：活塞由曲轴带动从上活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭。活塞上腔容积增大，在真空吸力的作用下，经过滤清的空气与汽油形成混合气，经进气门被吸入气缸，至活塞运动到下止点时，进气门关闭，停止进气，进气行程结束。2压缩行程：活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。进、排气门均关闭，活塞上腔容积不断减小，混合气被压缩，至活塞到达上止点时，压缩行程结束。气体压力和温度同时升高，混合气进一步混合
6、，形成可燃混合气。此时，气缸内压力为6001500kPa，温度600800K，远高于汽油的点燃温度，因而很容易点燃。3作功行程：压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气，并迅速着火燃烧，气体产生高温、高压，推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功。4排气行程：在作功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理进气行程进气行程 曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开曲轴带动活塞从上止点向下止
7、点运动，进气门开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐增大，形启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐增大，形成真空度，在真空吸力作用下，新鲜空气被吸入气缸。成真空度，在真空吸力作用下，新鲜空气被吸入气缸。压缩行程压缩行程 曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减小，空启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减小，空气被压缩，压力、温度升高。气被压缩，压力、温度升高。作功行程作功行程 压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混
8、合气，柴油的高压空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混合气，柴油自行着火燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞由自行着火燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。排气行程排气行程 在作功终了时，排气门被打开，曲轴带动活塞由下止在作功终了时，排气门被打开，曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作点向上止点运动，废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸。用下，自排气门排出气缸。1.3 发动机的总体构造 机体组机体组 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 配气机构配气机构 供油系统供油系统 冷却
9、系统冷却系统 润滑系统润滑系统 起动系统起动系统 点火系统等点火系统等1.4 内燃机产品名称和型号发动机型号编制举例：发动机型号编制举例：(1)EQ 61001型汽油机：表示二汽生产、六缸、四冲程、缸径100mm、水冷、通用型、第一种变型产品。(2)6120 Q柴油机：表示6缸、四冲程、缸径120mm、水冷、车用。(3)12V135Z柴油机：表示12缸、V形、四冲程、缸径135mm、水冷、增压。现代汽车发动机基本都采用内燃机。内燃机是将燃料在气缸内燃烧所产生的热能转化为机械能的机器，它具有热效率高、体积小、质量轻、便于移动和起动性好等优点。四冲程发动机是活塞在气缸内上、下止点间往复移动四个行程
10、，完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环的发动机。按着火方式分为：点燃式和压燃式。汽油机采用点燃式，柴油机采用压燃式。描述发动机工作的基本术语有：上止点（TDC）、下止点（BDC）、活塞行程（s）、曲柄半径（R）、气缸工作容积（Vh）、发动机排量（VL）、燃烧室容积（Vc）、气缸总容积（Va）、压缩比（e）。压缩比（e）表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高，因而发动机发出的功率就越大，经济性越好。一般车用汽油机的压缩比为810，柴油机的压缩比为1522。四冲程汽油机工作原理如下：四冲程汽油机工作原理如下：进气行程：进气行程：
11、活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭。空气与汽油的混合物，经进气门被吸入气缸，至活塞运动到下止点时，进气门关闭，停止进气，进气行程结束。进气行程结束时，气缸内压力低于大气压力。压缩行程：压缩行程：进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。此时，进、排气门均关闭，随着活塞上移，活塞上腔容积不断减小，混合气被压缩，至活塞到达上止点时，压缩行程结束。气体压力和温度同时升高，混合气进一步混合，形成可燃混合气。做功行程：做功行程：压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气，并迅速着火燃烧，气体产生高温、高压，在气体压力的作用下，活塞由上止点向下止点运动，再
12、通过连杆驱动曲轴旋转向外输出做功，至活塞运动到下止点时，做功行程结束。排气行程：排气行程：在做功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲轴带动下由下止点向上止点运动。废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。排气行程结束后，进气门再次开启，又开始了下一个工作循环，如此周而复始，发动机就自行运转。四冲程柴油机与汽油机工作原理不同之处：四冲程柴油机与汽油机工作原理不同之处：进气行程：进气行程：不同于汽油机的是进入气缸的不是混合气，而是纯空气。压缩行程：压缩行程：不同于汽油机的是压缩纯空气，且由于柴油机压缩比大压缩终了的温度和压力都比汽油机高
13、。做功行程：做功行程：此行程与汽油机有很大不同，压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混合气。因为此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度，柴油自行着火燃烧，且以后的一段时间内边喷边燃烧，气缸内的温度、压力急剧升高，推动活塞下行做功。排气行程：排气行程：与汽油机排气行程基本相同。发动机基本上由曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。对于汽车用柴油机，没有点火系，因此柴油机由两个机构和四个系统组成。第2章 曲柄连杆机构【知识目标】1掌握曲柄连杆机构的功用、工作条件及受力分析；2掌
14、握机体组（气缸体及曲轴箱、油底壳、气缸与气缸套、气缸盖与气缸垫）的结构及各总成的工作原理；3掌握活塞连杆组（活塞、活塞环、连杆、轴瓦）的结构及各总成的工作原理；4掌握曲轴飞轮组（曲轴、飞轮、扭转减振器）的结构及各总成的工作原理；【能力目标】1掌握曲柄连杆机构总成及零部件的结构、构造原理、拆装步骤要领；2了解曲柄连杆机构的维护及保养知识；3能够熟练使用常用工具、量具及相关设备，掌握曲柄连杆机构拆卸、装配等基本能力；4培养学生团结合作，观察、分析及综合归纳能力。2.1 概述 2.1.1 功用与组成 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，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力组成（1）
15、机体组：主要包括气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套、曲轴箱和油底壳等不动件。（2）活塞连杆组：主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件。（3）曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等机构。2.1.2受力分析 受力分析气体压力、往复运动惯性力、离心力、摩擦力2.2 机体组2.2.1气缸体 气缸体气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承座孔，还有主油道和分油道。2、气缸的排列形式（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。（3）对置式：是V型的特殊形式。3、曲轴箱的型式（1）平分式 定义：主轴承
16、座孔中心线位于曲轴箱分开面上。特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。应用：中小型发动机。（2）龙门式 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。应用：大中型发动机（3）隧道式：主轴承座孔不分开。特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。应用：负荷较大的柴油机。气缸套气缸套 1.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，这样，既延长了使用寿命，又节省了好材料。2.型式型式（1）干式缸套13mm 定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：
17、1)壁厚较薄（1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。13mm（2）湿式缸套 定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀 59mm0.050.15mm密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。0.050.15mm1）下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈二、气缸盖二、气缸盖三、气缸垫三、气缸垫 2.构造 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）。汽缸盖螺栓拧紧方法
18、油底壳2.3 活塞连杆组 组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承。2.3.1活塞活塞（一）功用 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。（二）材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为 1、质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；2、导热性好（约为铸铁的三倍）；3、热膨胀系数大。（三）组成根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。1、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：受热面积小，广泛。（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。（3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，用凹坑的深
19、度来调整压缩比。2、活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。活塞裙部 为活塞运动导向和承受侧压力。其型式有（1）全裙式：裙部为一薄壁圆筒。（2）拖板式：将非承压面的裙部全部去掉。1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力NPPSPRPTP（四）活塞的变形及采取的相应措施（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）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。2、变形规律（1）活塞纵断面制成上小下大的
20、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0.5mm1.0mm。3.结构措施（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。1）恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少（五）偏置销座 1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击2.3.2 活塞环（一）气环 1.作用：（1）密封：防止气缸内的气
21、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。2.活塞环的间隙（1）端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；（2）侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm；（3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；233.气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第一密封面（2）第二密封面的建立：活塞环在运
22、动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。PjFP1第二密封面（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。5.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）；锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。（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。扭曲原理
23、：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F和F不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。e 1）特点 具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。（二）油环 1.作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2.类型（1）整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。2.3.3 活塞销（一）作用：连接活
24、塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。（二）结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。（三）连接方式 1.全浮式（1）定义：在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。(2)装配：1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。(1)定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）(2)装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。2.半浮式2.3.4 连杆（一）功用：将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。v（二）组成：v 连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。（
25、三）构造 1、小头：用来安装活塞销，以连接活塞。2、杆身：常做成“工”字形断面。3、大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。(1)切口形式：有平切口和斜切口两种。锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。止口定位（四）连杆的安装 1、不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。2、不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。（五）连杆轴承（俗称小瓦）1.作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。（2）
26、铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。n2.减磨层材料v3.组成：v 由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。1）铝锑镁合金和低锡铝合金：械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。2)高锡铝合金：具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。轴瓦的定位由曲轴、飞轮、减振器等组成。2.4 曲轴飞轮组2.4.1曲轴（一）功用 1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。2.驱动配气机构及其它附属装置
27、。材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。（二）构造：曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。1.主轴颈和连杆轴颈 1)主轴颈是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩。2.曲柄和平衡重：3.曲拐的布置（1）布置原则 1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为720
28、/缸数。2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功（2）常用曲拐布置1）直列四冲程四缸发动机曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。发动机工作顺序有13421243动画曲轴转角 第一缸 第三缸 第四缸 第二缸0180 作 功 压 缩 进 气 排 气180360 排 气 作 功 压 缩 进 气360540 进 气 排 气 作 功 压 缩540720 压 缩 进 气 排 气 作 功其工作循环表如下：直列四冲程六缸发动机 曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=
29、1200。发动机工作顺序有153624和142635两种。动画 V型8缸发动机工作情况 动画4.前端轴与后端轴（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮。（2）前后端的密封：曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。5.曲轴的轴向定位 在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。2.4.2飞轮 1、贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个
30、行程，使发动机运转平稳。2、利用飞轮上的齿圈起动时传力。3、将动力传给离合器。4、克服短暂的超负荷。l（二）构造 1、飞轮为一外缘 有齿圈的铸铁圆盘。2、有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。051015 曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。它受到气体作用力、运动质量的惯性力、离心力、相对运动件接触表面的摩擦力等。龙门式气缸体的结构特点是强度刚度好，结构紧凑轻巧，多种汽车发动机应用此种结构。轿车发动机多用整体气缸盖。气缸垫的功用是保证结合面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封，防止气
31、缸漏气和水套漏水。活塞顶部的功用一是与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，二是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞组成燃烧室，受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞在工作时会产生机械变形和热变形，把活塞加工成其裙部断面为长轴、垂直于活塞销方向的椭圆形或其他形状。采用双金属活塞是为了限制活塞裙部的膨胀量。活塞的销孔中心线偏离活塞中心线平面，销孔轴线向在做功行程中受侧向力的一面偏移了一段距离，这样防止活塞在越过上止点时发生“敲缸”现象，从而降低噪声。气环起密封和导热两大作用。扭曲环在安装时，必须注意环的断面形状和方向，应将其内圆切槽向上，外圆切槽向下，不能
32、装反。组合油环在高速发动机上得到较广泛的应用。在发动机运转过程中，采用“全浮式”活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套的连接配合，使活塞销各部分的磨损比较均匀。连杆大头分为平切口和斜切口两种，连杆大头的两部分用连杆螺栓紧固在一起。连杆传递气体作用力、活塞连杆组往复运动时的惯性力和连杆大头绕曲轴旋转产生的旋转惯性力。连杆轴承是由钢背和减磨层组成的分开式薄壁轴承。曲轴一般由前端（自由端）、主轴颈、曲柄、平衡重、连杆轴颈和后端组成。轿车发动机多采用全支承曲轴，为平衡曲轴的离心力和离心力矩，曲轴设置平衡重。为了减小扭振，曲轴前端安装有减振器。曲轴轴向定位通过止推装置实现。曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于缸
33、数、气缸排列方式和发火次序。飞轮的功能是储存一部分能量。第3章 配气机构【知识目标】1掌握配气机构的功用和分类；2掌握不同的发动机配气机构所采用的形式、结构和特点；3掌握配气相位的原理以及对发动机的影响，理想的是可变配气正时；4熟悉配气机构主要机件。【能力目标】1掌握配气机构总成及零部件的结构、构造原理、拆装步骤要领；2了解汽车配气机构的维护及保养知识；3能够熟练使用常用工具、量具及相关设备，掌握发动机配气机构拆卸、装配等基本能力；4培养学生团结合作，观察、分析及综合归纳能力。1、配气机构的功用：配气机构是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，
34、使新鲜充量得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。2、配气机构总体组成及工作原理：配气机构主要由气门组件、气门驱动机构、进气门组件、气门驱动机构、进排气凸轮轴、凸轮轴传动机构排气凸轮轴、凸轮轴传动机构组成。其中气门组件主要由进、排气门、气门座、气门弹簧、气门锁夹、气门导管组成；气门驱动机构主要由挺柱、摇臂、挺杆组成；凸轮轴传动机构曲轴正齿带轮凸轮轴传动带轮、齿形带、张紧轮等组成。3.1 概述 功用：按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)及时进入气缸，废气及时排出气缸。1 1、充气效率、充气效率
35、 概念：概念：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与理论进气状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。v=M/Ms=V/Vs M、V进气过程中，实际进入气缸的新气的质量和体积；Ms、Vs在理想进气状态下，充满气缸工作容积的新气质量和体积。柴油机充气效率为0.75-0.9，汽油机的充气效率为0.70-0.852 2、影响充气效率的因素（1）进气终了压力Pa（2）进气终了温度Ta（3）气缸内残余废气（4）配气定时 3.1.1 气门式配气机构的组成和工作情况 配气机构组成：配气机构组成：配气机构配气机构气门组件气门组件凸轮轴组件凸轮轴组件凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构
36、气门驱动机构气门驱动机构 发动机工作时，凸轮轴是由曲轴通过正时齿轮驱动的。当凸轮的凸起部分顶起挺柱(杆)时，通过推杆、调整螺钉使摇臂摆动，在消除气门间隙s后，压缩气门弹簧，使气门开启。应当指出，由于摇臂的两臂不等长(ab)，它们使摇臂绕着摇臂轴摆动时，左右两侧升程不同。当凸轮的凸起部分离开挺杆后，气门便在弹簧张力的作用下压紧在气门座上，这时气门关闭。一个四冲程发动机凸轮轴转2周，曲轴转几周？四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴转两周，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只须转一周。因此，曲轴与凸轮轴的转速比为2：1。3.1.2 气门式配气机构的布置形式（1）按气门布置分类：按气门布置分可分为侧
37、置气门式和顶置气门式 （2）按凸轮轴布置分 按凸轮轴布置可分为下置凸轮轴配气机构、中置凸轮轴配气机构、顶置凸轮轴配气机构。（3）按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分 按曲轴和配气凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动、链传动和齿带传动。（4）按每缸气门数目分类 按每气缸气门数可分为2气门、3气门、4气门和5气门。3.2 配气相位 1.1.定义定义 用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。2 2、配气相位、配气相位1 1、配气相位：、配气相位：用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间。配气相位图：配气相位图：用曲轴转角的环形图来表示的配气相位2、配气相位对发动机工作的影
38、响：、配气相位对发动机工作的影响：影响发动机的动力性、功率。配气相位对发动机工作的要求：配气相位对发动机工作的要求：延长进、排气时间。进气门早开晚关，排气门早开晚关。3、配气相位角：1 1）进气提前角）进气提前角 指发动机从进气门打开时刻到活塞行至上止点所转过的曲指发动机从进气门打开时刻到活塞行至上止点所转过的曲轴转角轴转角 2 2）进气迟后角）进气迟后角 指活塞从下止点行至气门完全关闭的曲轴转角指活塞从下止点行至气门完全关闭的曲轴转角 3 3）排气提前角）排气提前角 指排气门打开到活塞行至下止点所转过的曲轴转角指排气门打开到活塞行至下止点所转过的曲轴转角 4 4）排气迟后角）排气迟后角 指活
39、塞从上止点到排气门完全关闭所转过的曲轴转角指活塞从上止点到排气门完全关闭所转过的曲轴转角 5 5）气门重叠角）气门重叠角 进、排气门重叠的曲轴转角称为气门重叠角进、排气门重叠的曲轴转角称为气门重叠角 进气提前角：10-30进气迟后角：40-80进气持续角：180+排气提前角：40-80排气迟后角：10-30排气持续角：180+气门重叠角：+3.3 气门传动组 组成：组成：凸轮轴凸轮轴凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴摇臂摇臂推杆推杆挺柱挺柱（1）凸轮轴组件作用：作用：驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作条件：工作条件：承受气门
40、间歇性开启的冲击载荷。材料：材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：结构：其中斜齿轮的功用是驱动机油泵和分电器，偏心轮的功用是驱动汽油泵正时齿轮正时齿轮偏心轮偏心轮斜齿轮斜齿轮凸轮凸轮止推凸缘止推凸缘轴颈轴颈凸轮轴衬套凸轮轴衬套 凸轮：工作条件：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。凸轮轴性能：凸轮轴性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。凸轮与挺柱线接触，接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。触压力大，磨损快。凸轮轮廓与气门的运动规律：凸轮轮廓与气门的运动规律：缓冲结束点缓冲结束点气门开启点气门开启点消除气门间消除气门间隙阶段隙阶段气门升程最大时刻气门升程最大时刻气门关闭点气门关闭
41、点出现气门间出现气门间隙阶段隙阶段 同名凸轮的相对角位置：同名凸轮的相对角位置：四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影点火顺序：点火顺序：1 12 24 43 3 凸轮轴的轴向定位：凸轮轴的轴向定位：作用：作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力1 1、正时齿轮；、正时齿轮；2 2、垫圈；、垫圈；3 3、螺母；螺母；4 4、止推片；、止推片；5 5、螺栓；、螺栓；6 6、隔圈。、隔圈。123456 （4）凸轮轴传动机构 齿轮传动：齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。链条和齿形皮带传动链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。凸轮轴正时
42、凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮张紧轮张紧轮中间轴齿形中间轴齿形带轮带轮曲轴正时齿曲轴正时齿形带轮形带轮功用：功用：将凸轮轴的旋转运动变为气门的往复运动的机构组成：组成：气门挺柱（液压挺住）、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉组成。2、挺柱：挺柱：作用：作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。挺柱的分类：挺柱的分类：机械挺柱和液力挺柱。机械机械挺柱挺柱用途用途 图示图示筒式筒式气门顶置式气门顶置式滚轮滚轮式式减小摩擦所造减小摩擦所造成的对挺柱的成的对挺柱的侧向力。多用侧向力。多用于大缸径柴油于大缸径柴油机。机。气门间隙调整螺钉气门间隙调整螺钉 功用：功用：调整气门间隙 工作状态：工作状态：确保在一般冷状
43、态时，进气门的间隙为0.25-0.3mm，排气门的间隙为0.30-0.35mm。气门间隙调整螺钉气门间隙调整螺钉液力挺柱：液力挺柱：结构：结构：液力挺柱由挺柱挺柱体、柱塞、球座、柱塞弹体、柱塞、球座、柱塞弹簧、单向阀和单向阀弹簧簧、单向阀和单向阀弹簧等组成。等组成。挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。单向阀有片式和球式两种。性能：性能：消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能 球座球座挺柱体挺柱体柱塞柱塞单向阀单向阀凸轮凸轮碟形弹簧碟形弹簧柱塞回柱塞回位弹簧位弹簧推杆推杆 工作原理：工作原理：当凸轮转到工作面使挺柱上推时，挺柱像
44、一个刚体一样推动气门开启；当凸轮转到非工作面，解除了对推杆的推力，挺杆体腔内油压降低。若气门、推杆受热膨胀，挺柱回落后向挺柱体腔内的补油过程便会减少补油量或使挺柱体腔内的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分。3 3、推杆：、推杆：作用：作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。工作情况工作情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。材料：材料：硬铝或钢。4、摇臂：、摇臂：功用：功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。分类：分类：普通摇臂和无噪生摇臂。短臂短臂 长臂长臂摇臂摇臂摇臂结构示意图摇臂结构示意图 摇臂组示意图摇臂组示意图摇臂轴摇臂轴螺栓螺栓摇臂摇臂摇臂轴摇臂轴螺栓螺栓摇臂轴支座摇臂轴
45、支座摇臂轴紧固螺钉摇臂轴紧固螺钉摇臂称套摇臂称套调整螺钉调整螺钉摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧 3.4 气门组 气门组件主要由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁夹零件组成。要求：气门头部与气门座贴合严密；气门导管与气门杆上下运动有良好的导向；气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直；气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性。1.气门组成组成：气门头部、杆身和气门盘组成功用功用：头部是用来密封气缸的进、排气通道；杆部是用来为气门的运动导向。工作条件工作条件：受高温、气体压力、气门弹簧力以及传动零件惯性力的作用。材料材料：进气门：中碳合金钢、耐热合金钢；排气门：耐热合金钢；气门头部的结构形式：
46、气门头部的结构形式：平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。、排气门都可采用。凸顶式（凸顶式（球面顶）球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。加工较复杂。凹顶式（凹顶式（喇叭顶）喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气减少进气阻力，但其顶部受热面积
47、大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。门，而不宜用于排气门。气门锥角：气门锥角：概念概念：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。锥角作用：锥角作用：A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。B、气门落座时有较好的对中、定位作用。C、避免气流拐弯过大而降低流速。边缘应保持一定的边缘应保持一定的厚度，厚度，1 13mm3mm。2.气门座气门座概念：气门座概念：气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。作用：作用：靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。接受气门传来的热量。气门座气门座 3.气门座圈：气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。镶嵌式气门座特点：镶嵌式气门座特点：优
48、点：优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。缺点：缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造 成严重事故。汽油机：汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：柴油机：进气门采用镶嵌式气门座 气门座圈气门座圈 4.气门导管作用：作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。工作条件：工作条件：工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。材料：材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。装配：装配：气门与气门导管间隙0.050.12mm，确保气门能在导管中自由运动。同时为防止过多润滑油进入燃烧室，通常会在气门导管上安装橡胶油封。卡环：防止气门导卡环：防止气门导管在使用中脱落。管在使用中脱落。气门导管
49、气门导管气缸盖气缸盖 5.气门弹簧功用功用：克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，保证气门及时落座并紧紧贴合。并同时防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封；并在气门开启时，保证气门不因运动惯性脱离凸轮。形状形状：圆柱形螺旋弹簧。材料材料：高碳锰钢、硌钒钢。防止共振防止共振：提高气门弹簧的刚度；采用不等螺距的圆柱弹簧；采用双气门弹簧；采用锥形螺距的圆柱弹簧；采用变螺距气门圆柱弹簧采用气门弹簧震动阻尼器。气门旋转机构气门旋转机构：当气门工作时，如能产生缓慢的旋转运动，可使气门头部周向温度分布比较均匀，从而减少 小气门头部的热变形。同时，气门旋转时，在密封锥面上产生轻微的摩擦力，能够清除锥面上的
50、沉积物。等螺距弹簧非等螺距弹簧变螺距弹簧采用等螺距的单弹采用等螺距的单弹簧，在其内圈加一簧，在其内圈加一个过盈配合的阻尼个过盈配合的阻尼摩擦片来消除共振摩擦片来消除共振 配气机构使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，配气机构分为顶置气门、下置凸轮轴配气机构（OHV），顶置气门、上置凸轮轴配气机构（OHV/OHC），顶置气门、双摇臂、上置凸轮轴配气机构（OHV/OHC），顶置气门、上置双凸轮轴配气机构（OHV/DOHC）等形式。配气机构有三种传动方式：齿轮驱动、链驱动和齿形带驱动。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比（即传动比）应为2:1，即曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周。现代汽车发动机采用多气门布
