一、概述
1功用：作功冲程： 热能——往复机械能——曲轴旋转
其他冲程：曲轴旋转运动——活塞往复运动（依靠曲轴与飞轮惯性）
2组成：1.机体组 气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫——不动件（图2-2）P41
活塞连杆机构： 活塞、活塞环、活塞销、连杆——运动件（图2-19）P55
曲轴飞轮组：曲轴、飞轮减震器。P55
组成：启动爪——扭转减振器——皮带轮——正时齿轮——曲轴——主轴瓦——飞轮螺栓——飞轮
3工作条件：高温、高压、高速、化学腐蚀。
曲柄连杆机构
4要求：曲柄连杆机构的零件：质量小、热膨胀系数小、导热性能好、耐热、耐腐蚀。
5作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上的力：气体作用力、运动质量往复惯性和离心力、摩擦力。
二、机体组
1、气缸体（1）气缸体
作用：发动机的各个机构和系统的装配基体。
要求：气缸体应具有足够的刚度和强度。
结构形式 1）一般式（水平式） 便于机加工，刚度小，多用于中小型发动机。
）龙门式 工艺性差，刚度强度较好， 大中型发动机。
）隧道式 拆装困难，刚度比龙门式好。
（2）气缸
1）要求：耐高温，耐磨损，耐腐蚀。 从气缸材料、加工精度、结构 方面采取措施。
2）材料：优质合金铸铁，并提高加工精度。
3）冷却方式 水冷——水在水套中流动、风冷——散热片
4）气缸布置形式 单列式：结构简单、易加工、长度高度较大。
双列式：1）V型——长度高度缩短，宽度大，形状复杂，夹角小于180度。
）对置——高度小，利于汽车总体布置，夹角=180度。
5）气缸套
| 名称 | 特点 | 示意图 | 性能 |
| 干缸套 | 外壁不直接与冷却水接触 1）壁厚较薄（1——3mm） 2）与刚体承孔过盈配合 3）不易漏水漏气 | 强度刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良 | |
| 湿缸套 | 外壁直接与冷却水接触 1）壁厚较厚（5——9mm） 2）散热效果较好 3）易漏水漏气 4）易穴蚀 | 强度刚度不如干气缸套，易漏水。 加工容易、散热良好、冷却均匀。 |
）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。
密封：1）上部：缸套顶面高出缸体0.05-0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫结合处，承受较大的预紧力。
）下部：1——3个耐油、耐热的橡胶密封圈。
2、气缸盖与气缸衬套
（1）气缸盖
）作用：封闭气缸上部，与活塞顶部和气缸壁形成燃烧室。
）结构：单体气缸盖、 块状气缸盖、
整体式气缸盖 特点及性能：缩短发动机长度，刚度差， 发动机缸径<105mm时用。
3）材料：灰铸铁、合金铸铁。
4）燃烧室：
要求：结构紧凑，冷却面积小，以减少热量损失；使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动。
结构：
| 名称 | 特点 | 示意图 | 应用 |
| 半球形 | 结构紧凑、排气效果好、火焰行程短、燃烧速率高、热损失少、热效率高。 1）气门呈横向V型排列，因此气门头部直径可以做的较大，换气好； 2）火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。 高速发动机常用燃烧室； 3）CO和HC排放最少，而NO排放较高。 | 桑塔纳、夏利、富康 | |
| 楔形 | 结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少； 火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长，燃烧速度较快 1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高 2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流 燃烧速度较快，CO和HC排放较低而ＮＯ的排放稍高。 | 切诺基 | |
| 盆形 | 工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室，燃烧速度较低。 1）气门平行于气缸轴线 2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流 3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，唤起质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而ＮＯ的排放较低。 | 捷达、奥迪 |
3、油底壳
4、发动机支承
三、活塞连杆组
1、活塞
（1）作用
（2）要求 质量小——高速；热膨胀系数小—高温；导热性好和耐磨——高压；
（3）材料：铝合金，高级铸铁或耐热钢（个别）
（4）构造（见下表）
（4）构造表
1）顶部
| 形状 | 示意图 | 特点 |
| 平顶 | 结构简单、制造容易、受热面积小 应力分布均匀，多用在汽油机上。 | |
| 凸顶 | 凸顶呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。 | |
| 凹顶 | 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气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比） |
（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。 活塞头部作用
（3）将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
3）群部
位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。
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，防止破坏油膜。
活塞变形及采取相应的措施
a.变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力
由活塞群部变形图可看出（a）受热膨胀（b）受侧压力（c）受气体压力，最终变形如图（d）
可见，活塞裙部变形为沿着活塞销轴线向外膨胀。（活塞销处的金属量比较大）
b. 变形规律
（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙减小。
（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尓小
（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，以及侧压力作用结果）
c．结构措施
（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 例：阶梯形活塞、锥形活塞
（2）活塞裙部制成椭圆形，长轴长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5-1.0mm。
（3）裙部开隔热 膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。（柴油机一般不开）
（4）偏置销座
1）定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移1——2mm。作功时，侧压力在左侧。
2）作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。
3）原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。
当活塞越过上止点，侧向压力反向时活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。
偏置销座使活塞换向分成两步：
一步：在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用； 使换向冲击力减小
二步：虽气体压力大，但它是个渐变过程。
2、活塞环
作用：气环——密封：防止高温高压燃气大量漏人曲轴箱。
传热：将活塞顶部的大部分热量传到气缸壁上，再由冷却水和空气带走。
油环——使气缸壁上机油膜均匀分布，改善润滑条件，辅助封气。
要求：耐热，耐磨，有较高的强度和冲击韧性。
材料：合金铸铁
（1）气环 气环尽量少（2——3个）安装时切口错开。
气环结构与密封原理：
活塞环间隙1）端隙Δ1：又称开口间隙，使活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25——0.50mm。
）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm
3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm
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，形成第一封面。
（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力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。
（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。
活塞环的泵油作用及危害
原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。
危害：（1）增加了润滑油的消耗；
（2）火花塞沾油不跳火；
（3）燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏；
（4）环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性。
措施：（1）采用扭曲环；
（2）采用组合式油环；
（3）油环下设减压腔；
气环的断面形状
| 形状 | 特点 | 安装图 | 备注 |
| 矩形环 | 结构简单、制造方便、易于生产、应用广泛。 结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。 | ||
| 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。 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。 安装：注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。 | 断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲。 1）具有锥形环的特点； 2）减少了泵油作用； 3）作功行程环不在扭曲 两个密封面达到完全接触，利于散热。 | 内切口扭曲环 | 外切口扭曲环 |
| 扭曲原理：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。 | |||
| 锥面环 | 减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。 与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用。上行有部油作用，并可形成楔形油膜 | 安装注意: 1.锥角朝下（在环端有向上或top等标记）；安装时不能装反，否则会引起机油上窜。 2.锥形环传热性查，常装到第二、三道环槽上。 | |
| 梯形环 | 加工困难，精度要求高 | 当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。 | |
| 桶面环 | 1）外圆为凸圆弧形 2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷； 3）环上下运动时，均能形成楔形油膜。 | ||
（2）油环
1）普通油环：合金铸铁制造，外圆面中间切有一道凹槽，槽底部加工出小孔。
2）组合油环：三个刮油钢片和两个弹簧衬环组成。
组合环特点：1）密封好：第一密封面，靠径向力，（因衬簧长大于刮片长而产生径向力）
第二密封面，靠轴向力，（因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力）
2）无侧隙，不窜油。
3）刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。
4）上下片可分别动作，适应性好。 5）回油能力强。
3、活塞销
1）功用：连接、传力。
2）要求：有足够的强度，刚度和表面耐磨性，质量尽可能小。
3）结构：减少质量，采用空心钢管。
4）材料：低碳合金钢，经表面渗碳处理。
5）连接方式
| 连接方式 | 定义 | 装配 | 示意图 |
| 全浮式 | 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。 | 1）销和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。 | |
| 半浮式 | 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） | 加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。 |
1）功用：将活塞承受的力传给曲轴，从而使活塞往复运动转变为曲轴的旋转运动。
2）要求：质量尽可能小的条件下，有足够的刚度和强度。
3）材料：中碳钢或合金钢
4）结构：小头、杆身、大头。
5）切口的定位形式
平切口：利用连杆螺栓上加工的圆柱凸台光圆柱部分。
斜切口：止口定位
套筒定位
锯齿定位
采用较多的定位方式有：连杆螺栓定位、
套筒定位
锯齿定位
优点是接触面积大，贴合紧密，定位可靠，节距公差要求严格。
定位销定位
工艺简单，但定位不大可靠。
利用连杆螺栓上加工的圆柱凸台光圆柱部分。
在连杆盖的每个螺栓孔中压配一个刚度很大，且剪切强度极高的短套筒，配合精度高，工艺要求高
四、曲轴飞轮组
1、曲轴 （1）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）驱动配气机构及其他附属装置。
材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球磨铸铁。
曲轴前端——自由端
曲拐——曲柄销，曲柄，主轴颈
曲轴后端——
曲轴的曲拐数目取决于气缸的数目和排列方式。
直列式：曲拐数=气缸数
V列式：曲拐数=气缸数一半
对置式：曲拐数=气缸数一半
（3）曲轴分类 按主轴颈数分：全支承曲轴、非全支承曲轴
| 全支承曲轴 | 非全支承曲轴 | |
| 定义 | 每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈 | 主轴颈数等于或少于连杆轴颈数 |
| 示意图 | ||
| 优点 | 提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主轴承的载荷 | 缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减少。 |
| 缺点 | 曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，使机体加长。 | 主轴承载荷较大。 |
| 应用 | 柴油机 | 承受载荷较小的汽油机 |
取决于缸数，气缸排列方式和发火次序。
在安排多缸发动机发火次序时，应注意四点：
1）使连续作功的两缸相距应尽可能远，以减轻主轴承的载荷。
2）避免可能发生的进气重叠现象（即相邻两缸进气门同时开启）以免影响充气。
3）作功间隔应力求均匀，就是说在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次且各缸发火间隔角（以曲轴转角表示，称发火间隔角）应力求均匀
4）V型发动机左右两缸尽量交替作功
对缸数为i的四冲程发动机而言，发火间隔角为720°/i。
发火次序以“尽可能远”原则选取。
在选定某缸为第一缸着火，则第二次着火就不应在同向曲拐所对应的那个缸，而应在除第一缸外，远离第一次着火缸的那一缸。
常用曲拐布置
1）直列四冲程四缸发动机 工作顺序：各缸完成同名行程的次序。
曲拐对称布置于同一平面内。
相邻作功气缸的曲拐夹角为720°/4=180°
发动机工作顺序：1-3-4-2 1-2-4-3
2）直列四冲程六缸发动机
发动机工作顺序 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5
曲拐对称布置于三个平面内。
相邻作功气缸的曲拐夹角为720°/6=120°
a.直列式 分左手排列和右手排列两种形式。
左手排列．即：从曲轴前端看第二缸在第一缸左侧，
右手排列，即：从曲轴前端看，第二缸在第一缸的右侧。
第一缸与第六缸、第二缸与第五缸、第三缸与第四缸在同一平面内，曲轴配角为120°，使用四道或七道轴颈。
点火顺序： 左手曲轴为1—5一3—6—2—4。 右手曲轴为l—4—2—6—3—5
b.V型 左右排的相对气缸共用一道曲柄销，使用四道轴颈，
点火顺序为l—6—5—4 —3—2(右1—左3—右3 —左2 —右2—左1)。
3)四行程V型八缸发动机
发动机工作顺序：1-8-4-3-6-5-7-2
曲拐对称布置于四个平面内（或一个）
相邻作功气缸的曲拐夹角720/8=90
？(1)直列式：八缸直列式曲轴又分4—4型和2—4—2型。用两根直列四缸曲轴成90°连接在一起，称为4—4曲轴，将一根四缸直列曲轴断成二节，分别接在另一根曲轴的前后端的称为2—4—2曲轴。4—4曲轴第一与第四缸，第二与第三缸，第五与第八缸，第六与第七缸在同一平面，点火顺序为1—8—3—7—4—5—2一6， 2—4—2曲轴第一与第八缸，第二与第七缸，第三与第六缸．第四与第五缸在同一平面，点火顺序为：l一6—2—5—8—3—7—4，这两种型式的曲轴使发动机整体结构变长，且平衡性较差．现代发动机已不采用。
？(2)V式:左右相对的气缸共用一个曲柄销，曲轴配角为90°，使用三道或五道轴颈，因各发动机标法不同，点火顺序也不相同，但基本的点火顺序有两种，即 1—5—4—8—6—3一7一2(左1一右1一左4一右2一左3一右3一左2)；l一8—4—3—6—5—7—2(右1一右4一左2一右2一左3一右3一右4一左1) 不太明白
2、飞轮
（1）功用：1)贮存能量：在作功行程贮存能量用以完成其他三个行程，使发动机运转平稳。
2）利用飞轮上的齿圈启动时传力。
3）将动力传给离合器。
4）克服短暂的超负荷。
（2）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。
3）飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置。通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。
| 圆周装有齿环，安装齿环时通常将齿环加热后套入，冷却后即紧密结合在一起。 |
3、扭转减振器
（1）扭转振动
在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。
安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。
当曲轴第一、二缸作功行程时，有使曲轴前部向前转动的倾向，而曲轴后部则因飞轮惯性不能立刻跟随转动，此时曲轴产生扭曲现象。第一，二缸作功行程以后．飞轮惯性反使曲轴后都较前部转得快，而发生另一方向扭转。这种来回扭转若不加以控制，在某种转速时会产生共振，而曲轴经长时间承受扭转应力会产生疲劳而折断。减振器就是起吸收振动的作用。当曲轴前端发生加速或减速时，减振器上的配重就发生迟滞作用，而吸收扭转振动。减振器有磨擦片式、橡胶式和液体式三种。
（2）扭转减振器
（3）曲轴的平衡
曲轴如果局部重量不均．运转时将产生剧烈振动，致使曲轴疲劳折断。因此，在曲柄销对面必须加上配重以保持平衡。配重有些可用螺丝固定，可拆卸，有的配重直接铸造在曲轴上。
现代的高速发动机为减小噪音，平衡轴来提高平衡度。平衡轴通常使用两根，断面为半圆，使用胶木齿轮与曲轴齿轮相啮合，平衡轴与曲轴转动方向相反， 以消除曲轴转动的惯性力。 下载本文
