1、张张 志志 强强内燃机构造与原理内燃机构造与原理Email:内燃机构造与原理内燃机构造与原理l第一章内燃机概述第一章内燃机概述l第二章内燃机的工作原理第二章内燃机的工作原理l第三章第三章 内燃机的热力循环内燃机的热力循环l第四章第四章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标l第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l第六章第六章 配气机构配气机构l第七章第七章 柴油机燃油系统柴油机燃油系统l第八章第八章 汽油机燃油系统和点火系统汽油机燃油系统和点火系统l第九章第九章 润滑系统润滑系统/冷却系统冷却系统/起动装置起动装置曲柄连杆机构曲柄连杆机构 配气机构配气机构燃料供给系燃料供给系点火系点火系 润滑系润
2、滑系 冷却系冷却系起动系起动系 这些机构和系统保证了内这些机构和系统保证了内燃机连续不断地正常工作。燃机连续不断地正常工作。内燃机的总体构造内燃机的总体构造组成燃气工作的空间（组成燃气工作的空间（气缸气缸），），使燃料充分燃烧使燃料充分燃烧功用功用：热能：热能机械功机械功活塞直线运动活塞直线运动燃料燃烧燃料燃烧气体膨胀气体膨胀曲轴旋转运动曲轴旋转运动连杆连杆连杆连杆内燃机几乎所有零部件的安装内燃机几乎所有零部件的安装基础基础将直线运动转换为旋转运动将直线运动转换为旋转运动气缸体气缸体气缸套气缸套气缸盖气缸盖气缸衬垫气缸衬垫机体组机体组（固定件固定件）（运动件运动件）第五章第五章 曲柄连杆机构曲
3、柄连杆机构1.功用及机构组成功用及机构组成曲轴飞轮组曲轴飞轮组活塞连杆组活塞连杆组第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构2.曲柄连杆机构的运动规律曲柄连杆机构的运动规律目的目的：找出活塞的运动规律，进而分析整个机构的受力情况：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：活塞的位移：由两个简谐运动位移之和组成由两个简谐运动位移之和组成21)2cos1(4)cos1(xxRRx 活塞的运动速度活塞的运动速度212sin21sinvvRRdtdddxdtdxv 活塞的运动加速度：活塞的运动加速度：同样由两个简谐函数所组成同样由两个简谐函数所组成21222coscosaaRRa 第五章第
4、五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构3.曲柄连杆机构受力分析曲柄连杆机构受力分析气缸内的气体压力气缸内的气体压力62I10)(4PppDg目的目的：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：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：式中：D气缸直径；气缸直径；pg气缸内的气体压力；气缸内的气体压力；p曲轴箱内气体压力曲轴箱内气体压力运动机件的惯性力运动机件的惯性力)2cos(cosP2IIRmj往复惯性力，往复惯性力，mj为集中到活塞销中心处并作往复直线运动
5、的质量为集中到活塞销中心处并作往复直线运动的质量2F Rmrr 旋转惯性力（离心力），旋转惯性力（离心力），mr为简化到曲柄半径处的曲柄不平衡重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量与连杆组简化到大端的一部分质量对于一定的内燃机，对于一定的内燃机，D值是一定的，故值是一定的，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、下两面气体压力差面气体压力差，即分别取决于，即分别取决于pg和和p的变化规律的变化规律相对运动件表面的摩擦力相对运动件表面的摩擦力外界负荷的阻力外界负荷的阻力摩擦力相对而言较小摩擦力相对而言较小，在受力分析
6、中不予考虑；，在受力分析中不予考虑；气体压力和惯性力气体压力和惯性力是曲柄连杆机构中最主要的也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。载的主要原因。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构3.曲柄连杆机构受力分析曲柄连杆机构受力分析Q1:运动机件的运动机件的惯性力惯性力（而非气体作用力而非气体作用力）以及）以及倾覆力矩倾覆力矩的大小和方向均随内燃的大小和方向均随内燃机的运转而周期性变化，使机的运转而周期性变化，使内燃机产生振动和受
7、到附加载荷内燃机产生振动和受到附加载荷Q2:由于由于切向力切向力T周期性变化周期性变化，使输出扭矩也周期性变化，因而使曲轴转速时快，使输出扭矩也周期性变化，因而使曲轴转速时快时慢，时慢，产生不稳定运转现象产生不稳定运转现象作用在活塞上的合力及其分解作用在活塞上的合力及其分解 侧向力侧向力 连杆力连杆力 切向力切向力 法向力法向力 倾覆力矩倾覆力矩曲轴端部安装一曲轴端部安装一飞轮飞轮 提高内燃机提高内燃机运转平稳性运转平稳性常用方法有两种：常用方法有两种：飞轮的基本结构为铸铁制成的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，圆盘，圆盘的边缘厚而中间薄，以获得较大的以获得较大的转动惯量转
8、动惯量；飞轮；飞轮外缘常压装一个起动用钢制齿外缘常压装一个起动用钢制齿圈；离合器主动部分。圈；离合器主动部分。多缸内燃机各缸以相同间隔多缸内燃机各缸以相同间隔交替作功交替作功对于四冲程内燃机而言，曲轴转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，各缸作功间隔角基于以上考虑，各缸作功间隔角应等于应等于720/i，i为缸数为缸数第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡内燃机运转平稳性和惯性力平衡 惯性力平衡：惯性
9、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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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四冲程单缸内燃机惯性力的平衡2F Rmrr 旋转惯性力的平衡旋转惯性力的平衡平衡平衡Fr的方法较简单，一般可用的方法较简单，一般可用安装在曲柄安装在曲柄相对延长方向上的一对平衡重相对延长方向上的一对平衡重来平衡（来平衡（图图410），使其产生的旋转惯性力恰好与），使其产生的旋转惯性力恰好与Fr相等而方向相反，即达到了消除单缸机不
10、平相等而方向相反，即达到了消除单缸机不平衡旋转惯性力之目的。衡旋转惯性力之目的。22b2 Rmmr Rmmrb21 造成单缸机不平衡的主要力源是周期变化的造成单缸机不平衡的主要力源是周期变化的旋转旋转惯性力惯性力Fr和和往复惯性力往复惯性力Fj。惯性力平衡：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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四冲程单缸内燃机惯性力的平衡往复惯性力的平衡往复惯性力的平衡：为了平
11、衡单缸机的一级和二级往复惯性力常常要装置一些：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专门的平衡机构双轴平衡法（图双轴平衡法（图4-11）可平衡一级往复惯性力。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速相同，且两轴的旋转方向相反。轴的两端各装一对平衡重。衡重。当活塞位于上止点时，所有的平衡重都位于最右端（图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）。两对平衡重的质量中心与气缸中心在同一平
12、面内，并且与气缸中心线的距离相等。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双轴平衡法能使一级往复惯性力完全平衡而不引起任何不引起任何附加惯性力或惯性力矩附加惯性力或惯性力矩。惯性力平衡：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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四冲程单缸内燃机惯性力的平衡往复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
13、些：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专门的平衡机构部分平衡法部分平衡法在平衡旋转惯性力的一对平衡重上再加一部在平衡旋转惯性力的一对平衡重上再加一部分质量（分质量（图图4-10），以平衡掉一部分一级往），以平衡掉一部分一级往复惯性力。复惯性力。但增加的平衡重质量所产生的旋转惯性力在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，使生一个分力，使内燃机的主轴承在垂直气缸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中心线方向上受到附加的惯性力。这种平衡方法这种平衡方法平衡效果较差平衡
14、效果较差，内燃机振动较，内燃机振动较大，在拖拉机及小型运输机械的内燃机一般大，在拖拉机及小型运输机械的内燃机一般不采用这种方法。不采用这种方法。惯性力平衡：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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四冲程单缸内燃机惯性力的平衡往复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：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
15、平衡机构专门的平衡机构二级往复惯性力的平衡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。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
16、惯性力仍需要进行平衡。仍然采用双轴平衡法，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，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。构复杂。惯性力平衡：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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
17、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，互成个平面内，互成180夹角，并且夹角，并且第一、第四缸曲第一、第四缸曲柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方向向。曲柄的这种布置使内燃机自身平衡性较好。曲柄的这种布置使内燃机自身平衡性较好。coscos2j1KRmFj 一级往复惯性力一级往复惯性力0cos)180cos()180cos(cosj1 KKKKF 2cos2cos2j2KRmFj 二级往复惯性力二级往复惯性力 2cos42cos)180(2cos)180(2cos2cosj
18、2KKKKKF 惯性力平衡：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡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的平衡 四冲程四缸内燃机曲轴上的全部曲柄均在同一四冲程四缸内燃机曲轴上的全部曲柄均在同一个平面内，互成个平面内，互成180夹角，并且夹角，并且第一、第四缸曲第一、第四缸曲柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方柄偏向同一方向，而第二、第三缸曲柄偏向同一方向向。曲柄的这种布置使内燃机自
19、身平衡性较好。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、旋转惯性一级惯性力矩、二级惯性力矩、旋转惯性力和旋转惯性力矩力和旋转惯性力矩：由于一级惯性力、二：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级惯性力和旋转惯性力均对称于曲轴中点0j1 T0j2 T0r F0r T 由此可知，由此可知，直列式四缸内燃机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
20、承的磨损，弯曲载荷和主轴承的磨损，常在四缸曲轴上也装有平衡重常在四缸曲轴上也装有平衡重。注意注意：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：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。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：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振动及零件和轴承的载荷第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构4.内燃机运转平稳性和惯性力平衡内燃机运转平稳性和
21、惯性力平衡四冲程六缸内燃机的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、六缸内燃机曲轴的布置：第一、第二、第三缸曲柄互成第三缸曲柄互成120夹角，第四、第五、夹角，第四、第五、第六缸曲柄也互成第六缸曲柄也互成120夹角，并且前三夹角，并且前三个曲柄和后三个曲柄呈镜面对称。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、：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一级往复惯性力0j1 F二级往复惯性力二级往复惯性
22、力0j2 F 由此可知，由此可知，直列六缸内燃机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。增设平衡重。0j1 T0j2 T0r F0r Tl曲柄连杆机构组成曲柄连杆机构组成：主要有：主要有气缸体气缸体曲轴箱组曲轴箱组、活塞连杆组活塞连杆组和和曲轴飞轮曲轴飞轮组组组成。气缸体组成。气缸体曲轴箱组主要是内燃机的机体部分，又称曲轴箱组主要是内燃机的机体部分，又称固定件固定件。活。活塞连杆
23、组与曲轴飞轮组又称为塞连杆组与曲轴飞轮组又称为运动件运动件。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构5.气缸体气缸体曲轴箱组曲轴箱组l气缸体气缸体曲轴箱组包括曲轴箱组包括：气缸体气缸体、气缸盖气缸盖、气缸套气缸套、气缸衬垫气缸衬垫、主轴承主轴承盖盖、油底壳油底壳及及曲轴箱曲轴箱等主要零件。等主要零件。l气缸体气缸体曲轴箱组是曲轴箱组是内燃机的基础内燃机的基础，内燃机零件几乎全部安装在其上。，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。气缸壁与活塞和气缸盖一起形成燃烧室。气缸体气缸体l绝大多数水冷式内燃机的气缸体往往与曲轴箱铸成一体。绝大多数水冷式内燃机的气缸体往往与曲轴箱铸
24、成一体。风冷式内燃机（散热效果不稳定，风冷式内燃机（散热效果不稳定，现代汽车很少采用现代汽车很少采用）一）一般是将气缸体和曲轴箱分开铸造，而且气缸体为单体。般是将气缸体和曲轴箱分开铸造，而且气缸体为单体。l气缸体是内燃机中最大的零件。承受多种形式的负荷，并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）。刚度和强度的要求（侧壁及前后壁等区域铸有加强筋）。l气缸体一般采用高强度的灰铸铁，汽车内燃机常采用铸造气缸体一般采用高强度的灰铸铁，汽车内燃机常
25、采用铸造铝合金（质量轻，但成本较高）。铝合金（质量轻，但成本较高）。l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。却水套。l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、气缸的排列形式（1）直 列 式（）直 列 式（L 型，型，LineEngine）：气缸体的宽度小而）：气缸体的宽度小而高度和长度大，一般适用于六缸或高度和长度大，一
26、般适用于六缸或六缸以下的内燃机，尺寸紧凑，稳六缸以下的内燃机，尺寸紧凑，稳定性好；定性好；（2）V型：两列气缸排列成型：两列气缸排列成V形，形，其特点是气缸体宽度大而长度和高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，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，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为平顺，适用于一些追求舒适平顺驾乘感受的中高级轿车。驾乘感
27、受的中高级轿车。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 气缸体气缸体第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构补充知识补充知识l水平对置发动机（水平对置发动机（H型型）：制造成本高，）：制造成本高，工艺难度大，目前只有保时捷和斯巴鲁工艺难度大，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，发动机的且由于是一种对称稳定结构，发动机的运转平顺性比运转平顺性比V型发动机更好。缺点是结型发动机更好。缺点是结构复杂，尤其是润滑油问题很难解决。构复杂，尤其是润滑油问题很难解决。lVR型发动机：德国大众专属发动机技术，型发动机：德国大众专属发
28、动机技术，其结构特点是气缸夹角非常小（一般为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），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。火花塞的孔几乎并在一条直线上。VR发发动机的特点是体积小，非常适用于大众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。动机不能过长。但振动大。l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
29、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。气缸体气缸体第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构补充知识补充知识l星型发动机：一种气缸环绕曲轴排列的一种星型发动机：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。大多数大型飞机的发动机都采用星型设计。lW型发动机：德国大众专属发动机技术，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其气缸排列形式是由两个小V型组成一个型组成一个大大V型，两组型，两组V型发动机共用一根曲轴。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。
30、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转动的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。部相互抵消。辉腾辉腾 W12、奥迪、奥迪A8、宾利、宾利、GOLF W12概念车、布加迪威龙等概念车、布加迪威龙等 气缸体气缸体布加迪威龙，布加迪威龙，W16，8.0T，1001马力，马力，2500万万2、气缸的结构形式、气缸的结构形式（1）无气缸套式：在缸体上直接加工出气缸，）无气
31、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，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，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，所以或在铝合金气缸内表面进行多孔镀鉻，所以制造成本高；制造成本高；（2）干气缸套式：在一般灰铸铁缸体或铝合）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套，气缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均需进行
32、精加工，以保证形位精度并方便拆均需进行精加工，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。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）湿气缸套式：直接与冷却水接触。采用两个定位带两个定位带A、B作为径向定位，轴向定位利作为径向定位，轴向定位利用上端凸缘与缸体顶部的相应支承面用上端凸缘与缸体顶部的相应支承面C来实现。来实现。散热条件好，拆装简单，气缸体本身不具有散热条件好，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，易漏密封水套，缸体铸造容易。但刚度差，易漏
33、水。广泛应用于柴油机，也有部分汽油机采水。广泛应用于柴油机，也有部分汽油机采用湿气缸套。用湿气缸套。ABC第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l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。气缸体气缸体3、曲轴箱的结构形式、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）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；（和轻型货车的内燃机多采用
34、该形式；（2）龙门式，气缸体的下平面在曲）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；（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，）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。便。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l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。气缸体的构造与气缸的排列形式、气缸
35、结构形式和曲轴箱结构形式有关。气缸体气缸体l气缸套气缸套的功用是：构成工作循环的空间；向周围导热。的功用是：构成工作循环的空间；向周围导热。干式干式：无腐蚀和穴蚀；壁薄，汽缸中心距可减小，结构紧凑，刚度大；：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汽缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均需精磨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，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。），拆装仍较为困难，传热较差温度分
36、布不均匀，容易产生局部变形。湿式湿式：气缸套轴向定位支承面可以设在缸体的不同部位（图：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和和c中的相应支承面中的相应支承面C不同），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），也可装在缸体气缸座孔上的环槽内（图4-21b和和c）；气缸）；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
37、在该处承受较大的压紧力，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，以保证以保证气缸的密封性气缸的密封性；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，；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。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，部分汽油机也采用湿式广泛应用于柴油机，部分汽油机也采用。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 气缸套气缸套l气缸盖气缸盖的功用是：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密封气
38、缸，与活塞顶面、气缸共同组成燃气工作空间；固定气固定气缸套并安装各种附件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。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。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
39、复杂的箱形零件，在其气缸盖是形状极其复杂的箱形零件，在其上布置着上布置着进排气门进排气门、气道气道、气门摇臂气门摇臂或或凸轮轴凸轮轴、火花塞火花塞或或喷油器喷油器等，气缸盖内部铸有冷却水套、等，气缸盖内部铸有冷却水套、冷却水道、润滑油道等。冷却水道、润滑油道等。气缸盖有气缸盖有整体式整体式、分块式分块式和和单体式单体式三种。三种。整体式气缸盖结构简单、气缸中心距离小，可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，当气缸直径小于加工精度要求高，当气缸直径小于105mm，气缸数不超过气缸数不超过6个时一般常
40、采用此种结构。分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，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，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。用于风冷式内燃机。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构
41、 气缸盖气缸盖l气缸衬垫气缸衬垫的功用是：保证燃烧室密封。气缸衬垫在压紧力作用下产生塑性变形，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，以防止高温以防止高温高压燃气泄露高压燃气泄露，同时密封润滑油和冷却水的通道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。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。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金属材料衬垫常
42、用优质铝板或不锈钢叠片制成，具有强，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。采用耐热密封胶，彻底取代了传统的气缸衬垫。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 气缸衬垫气缸衬垫冲压钢板型式冲压钢板型式l油底壳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
43、合金铸造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。底面呈斜面，以保证在机械车辆倾斜时机油泵能正常吸油。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 油底壳油底壳活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构6.活塞连杆组活塞连杆组l功用：功用：与气缸盖、气缸套共同组成与气
44、缸盖、气缸套共同组成燃烧室和气缸工作空间燃烧室和气缸工作空间；承受燃气承受燃气的压力并通过连杆传递给曲轴，驱的压力并通过连杆传递给曲轴，驱动曲轴转动动曲轴转动。l活塞是内燃机中工作条件活塞是内燃机中工作条件最严酷最严酷的的零件。作用于活塞上的气体压力和零件。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增压内燃机的最高燃烧压力可达1416MPa。而且活塞还要承受在。而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时连杆倾斜位置时侧压力侧压力的周期性冲的周期性冲击作用，击作用，在气体压力、
45、往复惯性力在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此，活塞应有足够的部磨损等。由此，活塞应有足够的强度和刚度，且质量要轻。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，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
46、间隙。另外，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。的措施，防止过大的热变形。第五章第五章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 活塞活塞l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（比铸活塞材料：广泛使用铝合金活塞，只在极少数
47、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。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。l活塞结构：按各部位作用不同，分为顶部活塞结构：按各部位作用不同，分为顶部(图图4-28,不同类型的不同类型的活塞顶部活塞顶部)、头部和裙部三部分组成。、头部和裙部三部分组成。1、活
48、塞顶部、活塞顶部 活塞顶部是燃烧室的组成部分，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，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。一般有平顶、凸顶和凹顶三种。柴油机活塞顶部采用凹顶，凹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坑的形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。燃烧室形状。大多数汽油机采用平顶活塞，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。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凸顶活塞多用于二冲程内燃机上，有利于换气过程。上，有利于换气过程。2、活塞头部、活塞头部 在活塞头部加工有用来安装气在活塞头部加工有
49、用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。油环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，槽底部加工有回油孔或横向切槽，实现回油。实现回油。在一道气环的上方开有一道狭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窄的隔热槽，以限制传给第一道气环的热量。环的热量。为了减少第一道环槽的磨损，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的环槽护圈。这种结构在近代高速柴油机上应用较广泛。柴油机上应用较广泛。3、活塞裙部、活塞裙部 活塞销座位于裙部。裙部起导向作用，并承受活塞销座位于裙部。裙部起导向作用，并承受侧
50、压力。侧压力。活塞裙部工作时在热负荷和侧压力的共同作用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。内，顶部直径要小些，由顶部向下直径逐渐增加。为避免为避免“敲缸敲缸”现象，一般在活塞油环槽底再现象，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，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，形成与上述横槽贯通，形成T形或形或II形槽，从而使冷态下形槽，
