汽车概论-第3章-发动机之曲柄连杆机构

1、第三章 曲柄连杆机构 8/16/20221北京邮电大学自动化学院曲柄连杆机构的功用热能机械能燃气压力 转 矩连杆活塞曲轴8/16/20222北京邮电大学自动化学院曲柄连杆机构能量转换热能 转变为机械能 向工作机构 输出 机械能8/16/20223北京邮电大学自动化学院曲柄连杆机构工作过程将活塞顶上的燃气 压力 转变为曲轴 转矩8/16/20224北京邮电大学自动化学院曲柄连杆机构的组成1、机体组 气缸体 曲轴箱 气缸套 气缸盖 气缸垫 油底壳等2、活塞连杆组 活塞 活塞环 活塞销 连杆等 3、曲轴飞轮组 曲轴 飞轮等8/16/20225北京邮电大学自动化学院8/16/20226北京邮电大学自动

2、化学院8/16/20227北京邮电大学自动化学院8/16/20228北京邮电大学自动化学院1. 机体组的功用 机体组是发动机的支架 是各机构与系统的装配机体 气缸盖密封气缸、形成燃烧室 机体与气缸盖内水套冷却系统 机体与气缸盖内油道润滑系统8/16/20229北京邮电大学自动化学院（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却（以免损坏和变形） 发动机中最大的零件 承受拉、压、弯、扭等机械负荷 承受高温燃气很大的热负荷 发动机大部分零件安装在机体上 （2）力求结构紧凑、质量轻 尽量减小整机的重量（发动机最大的零件） 加强肋（减小质量、保证刚度与强度） （3）机体材料 一般高强度灰铸铁、

3、铝合金 合金铸铁 机体工作条件、要求及材料8/16/202210北京邮电大学自动化学院 气缸的排列方式（发动机形式）直列式 V型式 对置式 8/16/202211北京邮电大学自动化学院气缸W型式大众W12 由两个夹角为15的V6发动机，以72的夹角组成 拥有5.6升的排量 8/16/202212北京邮电大学自动化学院A8L6.0及其W12发动机 8/16/202213北京邮电大学自动化学院 气缸的结构形式（气缸套）（1）无气缸套式优点： 缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量 机体刚度大、工艺性好 缺点： 耐磨合金铸铁 成本高 无气缸套式铝合金缸体 气缸表面镀铬，提高耐磨性 8/16/202214北

4、京邮电大学自动化学院干式缸套 灰铸铁或铝合金缸体可卸干式缸套 （2）干式缸套式138/16/202215北京邮电大学自动化学院（3）湿式缸套式普通铸铁或铝合金缸体AB环带：径向定位 凸缘C：轴向定位 缸套顶面略高于缸体平面：0.050.15mm 密封圈：下部13道密封圈ABC0.050.15598/16/202216北京邮电大学自动化学院干、湿式缸套比较和冷却水直接接触 与缸体配合较松 壁厚 59mm 不直接和冷却水接触 与缸体紧配合 壁厚 13mm 缸套材料：合金铸铁或合金钢8/16/202217北京邮电大学自动化学院8/16/202218北京邮电大学自动化学院6. 水冷和风冷气缸体（1）水

5、冷气缸体利用水套中的冷却水流过高温零件的周围带走多余热量8/16/202219北京邮电大学自动化学院缸体与 曲轴箱 分开铸 缸体和缸盖铸有 散热片 如有风扇可加强 散热（2）风冷气缸体8/16/202220北京邮电大学自动化学院气缸盖 1. 气缸盖的组成 密封气缸上部形成燃烧室 冷却水套与缸体水套相通 设有进排气座、气门导管孔 设有进排气通道 汽油机缸盖：设有火花塞座孔 柴油机缸盖：设有喷油器座孔8/16/202221北京邮电大学自动化学院气缸盖气缸盖示意图气缸盖实物8/16/202222北京邮电大学自动化学院5. 燃烧室（1）燃烧室基本要求 结构紧凑：（表面积/容积）要小，减小热损失，提高热

6、效率 能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率 能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧 柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合8/16/202223北京邮电大学自动化学院（2）汽油机燃烧室楔形 盆形 半球形 8/16/202224北京邮电大学自动化学院（3）柴油机燃烧室直喷式燃烧室 形燃烧室球形燃烧室8/16/202225北京邮电大学自动化学院分开式燃烧室涡流燃烧室 预燃燃烧室 喷油器喷油器涡流室预燃室8/16/202226北京邮电大学自动化学院直喷式燃烧室燃烧室

7、容积 集中于活塞顶上的 燃烧室凹坑内8/16/202227北京邮电大学自动化学院涡流燃烧室空气被挤入涡流室形成强烈有规则涡流运动 大部分柴油在涡流室内燃烧形成二次涡流混合燃烧8/16/202228北京邮电大学自动化学院思考题（续）1.曲柄连杆机构的功用和组成？ 2.气缸体的结构形式及概念比较? 3.气缸的三种排列方式及特点? 4.比较干式和湿式缸套的特点? 5.机体组由哪些零件组成？ 6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？课外8/16/202229北京邮电大学自动化学院 活塞连杆组 活塞活塞环活塞销连杆组曲轴 飞轮组 活塞 活塞环 活塞销 连杆组 8/16/202230北京邮电大学自动化学院活 塞

8、活塞功用 （1）承受气缸中的燃气压力 （2）将燃气作用力通过活塞销和连杆传给曲轴，推动曲轴旋转 （3）参与组成燃烧室8/16/202231北京邮电大学自动化学院工作条件：高温、高压、高速往复直线运动 要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。8/16/202232北京邮电大学自动化学院成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。锻造：强度比铸造高、导热

9、性较好，适用于强化发动机，制造成本高。8/16/202233北京邮电大学自动化学院 活塞构造活塞顶部活塞头部活塞裙部8/16/202234北京邮电大学自动化学院（1）活塞顶部（燃烧室组成部分）汽油机多采用平顶、有些采用凹顶二冲程汽油机多用凸顶柴油机多采用各种各样的凹坑凸顶凹坑平顶凹顶8/16/202235北京邮电大学自动化学院（2）活塞头部（活塞环槽以上部位）承受气体压力将热量通过活塞环传给气缸壁与活塞环实现 气缸密封主要作用8/16/202236北京邮电大学自动化学院环槽环槽护圈可保护和加强铝合金活塞环槽隔热槽(有时) 使部分热流转向二、三环主要结构气环油环热负荷较高发动机采用8/16/20

10、2237北京邮电大学自动化学院（3）活塞裙部（活塞环槽以下部位）功用 椭圆变形 为活塞导向和承受侧压力燃气压力使裙部弯曲变形侧压力使销座轴线方向增大热变形使销座轴线方向增大8/16/202238北京邮电大学自动化学院活塞裙部椭圆形冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形8/16/202239北京邮电大学自动化学院活塞销座附近裙部外表面下陷为减少活塞销座附近处的热变形量8/16/202240北京邮电大学自动化学院活塞销座轴线布置活塞越过上止点时侧压力方向改变会产生“敲缸”噪声可减轻活塞“敲缸”噪声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大主推力面活塞销偏移布置 (偏移活塞轴线12mm

11、)活塞销对中布置8/16/202241北京邮电大学自动化学院二、活 塞 环 1. 活塞环功用 气环 刮油 均匀油膜 辅助密封油环密封 导热 8/16/202242北京邮电大学自动化学院三、活 塞 销 1. 活塞销功用 连接活塞和连杆 将活塞承受的力传给连杆 活塞销连杆衬套卡环8/16/202243北京邮电大学自动化学院四、连 杆 组 连杆衬套连杆体连杆螺栓连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖螺母连杆衬套连杆体连杆轴承上轴瓦连杆轴承下轴瓦连杆盖连杆螺栓集油孔喷油孔8/16/202244北京邮电大学自动化学院1. 连杆组功用活塞曲轴往复运动旋转运动连杆力8/16/202245北京邮电大学自动化学院3

12、. 连杆构造 小头杆身大头小头杆身大头集油孔喷油孔纵向油道8/16/202246北京邮电大学自动化学院（3）连杆大头剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固） 平切口斜切口结合面与连杆轴线垂直刚度大 变形小 成本低汽油机采用平切口结合面与连杆轴线成3060夹角连杆体能从缸体上端取出多用于柴油机8/16/202247北京邮电大学自动化学院4. V型发动机连杆 （1）并列连杆前后连杆可通用左右两列活塞运动规律相同增加了曲轴和发动机长度优点缺点8/16/202248北京邮电大学自动化学院（2）主副连杆主副连杆不能互换两列活塞运动规律和上止点位置不相同优点不会增加发动机长度缺点主连杆副连杆8/16/20

13、2249北京邮电大学自动化学院（3）叉形连杆两列气缸无需错开两列气缸中活塞运动规律相同连杆大头结构复杂、刚度较差优点缺点叉形连杆内连杆叉形连杆轴承内连杆轴承8/16/202250北京邮电大学自动化学院思考题?1. 指出右图中各零件的名称？(活塞连杆部分)课堂8/16/202251北京邮电大学自动化学院曲轴飞轮组 飞轮曲轴曲轴轴承曲轴 曲轴前后 端密封 曲轴扭转 减震器 飞轮 曲轴轴承 平衡机构 8/16/202252北京邮电大学自动化学院一、曲 轴 1. 曲轴功用曲轴气体压力转矩飞轮汽车传动系驱动配气机构和其它辅助装置8/16/202253北京邮电大学自动化学院3. 曲轴构造 平衡重输出端曲轴

14、前端主轴颈连杆轴颈曲柄臂单元曲拐自由端曲轴后端8/16/202254北京邮电大学自动化学院（1）曲轴分类按单元曲拐连接方式分类 整体式曲轴各单元曲拐锻造或铸造成整体工作可靠 质量轻 结构简单 加工面少 主轴颈连杆轴颈曲柄臂概念特点8/16/202255北京邮电大学自动化学院组合式曲轴由单元曲拐组合装配方便制造和更换 结构复杂 拆装不便曲柄臂兼作主轴颈单元曲拐滚动轴承(主轴承)配用隧道式机体概念特点8/16/202256北京邮电大学自动化学院按主轴颈数分类全支承曲轴相邻两个曲拐间都有主轴颈抗弯曲能力强 可减轻主轴颈载荷概念主轴颈多 加工面多曲轴和机体较长缺点优点8/16/202257北京邮电大学

15、自动化学院非全支承曲轴主轴颈数少于全支承曲轴概念缺点优点与全支承曲轴恰好相反8/16/202258北京邮电大学自动化学院（3）曲轴前端曲轴带轮空调压缩机动力 转向泵张紧轮导向轮发电机曲轴正时齿形带轮曲轴链轮凸轮轴正时齿形带轮水泵机油泵8/16/202259北京邮电大学自动化学院曲轴前端驱动8/16/202260北京邮电大学自动化学院（4）曲轴后端曲轴带轮曲轴正时齿形带轮曲轴链轮安装飞轮用凸缘飞轮8/16/202261北京邮电大学自动化学院（5）曲轴润滑机油机体油道主轴承主轴颈曲轴油孔连杆轴承连杆轴颈8/16/202262北京邮电大学自动化学院（1）直列四缸发动机工作循环发火间隔角 720/4=

16、180工作顺序 1-3-4-2 1-2-4-314321-42-31808/16/202263北京邮电大学自动化学院工作循环表（1-3-4-2）曲轴转角()第一缸第二缸第三缸第四缸0180排气压缩进气180360排气进气压缩360540进气压缩排气540720压缩进气排气作功作功作功作功8/16/202264北京邮电大学自动化学院（2）直列六缸发动机工作循环发火间隔角 720/6=120工作顺序 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-514321-63-4120562-58/16/202265北京邮电大学自动化学院工作循环表（1-5-3-6-2-4）曲轴转角() 第一缸第二缸第三缸第四缸

17、第五缸第六缸0 180060排气压缩进气60120压缩排气120180进气180 360180240排气压缩240300 进气300360压缩排气360 540360420进气420480排气压缩480540进气540 720540600压缩排气600660进气660720作功作功作功作功作功作功8/16/202266北京邮电大学自动化学院（3）V8发动机工作循环发火间隔角 720/8=90工作顺序 R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190R4 R3 R2 L1L4 L3 L2 R2-L2R3-L3R4-L48/16/202267北京邮电大学自动化学院工作循环表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）曲轴转角() R1R2R3R4L1L2L3L40 180090压缩进气排气90180排气进气压缩180 360180270排气压缩进气270360进气压缩排气360 540360450进气排气压缩450630压缩进气排气540 720540630压缩进气排气630720