《汽车发动机构造与维修（第三版）》课件全套 项目1-8　总论、曲柄连杆机构-发动机总装与试验

1项目一总论2目录任务1发动机认知任务2发动机维修基础知识3任务1发动机认知4学习目标1.掌握发动机的分类及基本术语。2.掌握发动机的工作原理。3.能够对发动机的类型与型号进行识别。5一、发动机的分类及基本术语1.发动机的分类发动机是汽车的动力装置，它能够将燃料燃烧释放的能量转化为汽车所需的动力，再通过传动装置传递到驱动轮驱动车辆行驶。发动机的种类繁多，可以根据不同特征进行分类。6（1）按活塞运动方式不同分类根据活塞运动方式的不同，发动机可分为往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机，如图所示。前者活塞在气缸内做往复直线运动，后者活塞在气缸内做旋转运动。现代汽车多采用往复活塞式发动机。发动机按活塞的运动方式不同分类a）往复活塞式发动机b）旋转活塞式发动机7（2）按着火方式不同分类根据着火方式的不同，发动机可分为点燃式发动机和压燃式发动机，如图所示。点燃式发动机是利用电火花点燃可燃混合气，如汽油机；压燃式发动机则是利用压缩终了时缸内充量的高温、高压引起可燃混合气自行着火燃烧，如柴油机。发动机按着火方式不同分类a）点燃式发动机b）压燃式发动机8（3）按使用燃料不同分类根据使用燃料的不同，发动机可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机。汽油机即以汽油为燃料，柴油机即以柴油为燃料，气体燃料发动机则是以天然气、液化石油气等为燃料。9（4）按冷却方式不同分类根据冷却方式的不同，发动机可分为水冷式发动机和风冷式发动机，如图所示。水冷式发动机即以冷却液为冷却介质，风冷式发动机则是以空气为冷却介质。现代汽车主要采用水冷式发动机。发动机按冷却方式不同分类a）水冷式发动机b）风冷式发动机10（5）按冲程数不同分类根据冲程数的不同，发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机。四冲程发动机是指发动机每完成一个工作循环，其活塞需要往复四个行程，而二冲程发动机则是活塞需要往复两个行程。（6）按气缸数不同分类根据气缸数的不同，发动机可分为单缸发动机和多缸发动机。多缸发动机涵盖了所有两个或两个以上气缸的发动机类型。现代汽车多采用四缸发动机、六缸发动机和八缸发动机。11（7）按气缸布置方式不同分类根据气缸布置方式的不同，发动机可分为直列式发动机、对置式发动机、V型发动机和W型发动机，如图所示。发动机按气缸布置方式不同分类a）直列式发动机b）对置式发动机c）V型发动机d）W型发动机12发动机按气缸布置方式不同分类a）直列式发动机b）对置式发动机c）V型发动机d）W型发动机13（8）按进气方式不同分类根据进气方式的不同，发动机可分为自然吸气式发动机（即非增压发动机）和强制进气式发动机（即增压发动机），如图所示。发动机按进气方式不同分类a）自然吸气式发动机b）强制进气式发动机142.发动机的基本术语通过如图所示可以了解发动机的基本术语。发动机的基本术语15（1）上止点——活塞在气缸内做往复直线运动，其活塞顶部达到最高点处的位置，称为上止点。此时，活塞顶部距离曲轴回转中心最远。（2）下止点——活塞在气缸内做往复直线运动，其活塞顶部达到最低点处的位置，称为下止点。此时，活塞顶部距离曲轴回转中心最近。（3）活塞行程——活塞在气缸内做往复直线运动，其上、下止点之间的距离，称为活塞行程，用

S表示（单位：mm）。16（4）活塞冲程——活塞由上（下）止点运行到下（上）止点的运动过程，称为活塞冲程。（5）曲柄半径——曲柄连杆轴颈的轴心线到主轴颈轴心线的距离，称为曲柄半径，用R表示（单位：mm）。活塞行程的大小一般取决于曲柄半径的大小，两者之间的关系是活塞行程=曲柄半径的2倍，即S=2R。（6）气缸工作容积——活塞一个冲程扫过的容积，称为气缸工作容积，用

Vh

表示（单位：L）。17（7）发动机工作容积——多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积（或发动机排量），用VL

表示（单位：L）。若发动机的气缸数为i，则VL=Vh·i。（8）燃烧室容积——活塞在上止点时，活塞顶面与气缸盖之间的容积，称为燃烧室容积，用Vc表示（单位：L）。（9）气缸总容积——活塞在下止点时，活塞顶面封闭的气缸容积，称为气缸总容积，用Va

表示（单位：L）。气缸总容积同时也是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va=Vh+Vc。18（10）压缩比——气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比，用ε表示，即

。压缩比通常用来表示气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，则燃料燃烧产生的压力越大。通常柴油机的压缩比为16～22，汽油机的压缩比为6～10。（11）工作循环——发动机的工作循环是指发动机从吸入气体至排出废气，完成一次能量转换的全过程。这个过程按照一定顺序循环进行，从而保证了发动机的正常工作。19二、发动机的工作原理1.四冲程发动机的工作原理汽车发动机的工作原理是一个复杂但有序的过程，它涉及燃料的燃烧、能量的转换和机械运动的产生。现代汽车普遍采用四冲程发动机，在四冲程发动机中，一个完整的工作循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。20（1）四冲程汽油机的工作原理如图所示为单缸四冲程汽油机的工作循环示意图。单缸四冲程汽油机的工作循环示意图a）进气冲程b）压缩冲程c）做功冲程d）排气冲程211）进气冲程。当进气冲程开始时，进气门打开，排气门关闭，曲轴带动活塞由上止点向下止点运动，如上图a所示。运动过程中，气缸内容积逐渐增大，压力逐渐减小，于是空气和汽油经进气门被吸入气缸，在气缸内形成可燃混合气。当活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束，此时气缸内压力为75～90kPa（低于大气压力），温度为80～130℃。222）压缩冲程。当进气冲程结束时，曲轴继续旋转带动活塞由下止点向上止点运动，此时进气门和排气门均保持关闭，压缩冲程开始，如上图b所示。活塞运动过程中，气缸内容积逐渐减小，可燃混合气被进一步压缩混合。当活塞到达上止点时，可燃混合气被全部压缩至燃烧室内，压缩冲程结束，此时气缸内压力和温度均大幅升高，压力可达600～1500kPa，温度可达327～427℃。233）做功冲程。当压缩冲程结束时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，此时进气门和排气门持续保持关闭，做功冲程开始，如上图c所示。可燃混合气剧烈燃烧，使气缸内温度和压力急速升高，从而推动活塞由上止点向下止点运动，并通过连杆推动曲轴旋转对外做功，当活塞到达下止点时，做功冲程结束。在做功冲程的开始阶段，气缸内瞬时压力可达3～5MPa，瞬时温度可达1927～2527℃；随着活塞下移，气缸内压力和温度开始下降，当做功冲程结束时，气缸内压力降为300～500kPa，温度降为1027～1327℃。244）排气冲程。当做功冲程结束时，曲轴持续旋转带动活塞由下止点向上止点运动，此时排气门打开，进气门关闭，排气冲程开始，如上图d所示。废气在自身压力和活塞作用下，经排气门排出，当活塞到达上止点时，排气门关闭，排气冲程结束。由于燃烧室占有一定容积，因此当排气冲程结束时，废气不可能完全排净，会残留一部分在燃烧室内，这部分废气称为残余废气。此时，气缸内压力为105～125kPa（略高于大气压力），温度为627～927℃。可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复运动了四个冲程，相应地曲轴旋转了两圈。25（2）四冲程柴油机的工作原理与四冲程汽油机一样，四冲程柴油机的每个工作循环亦包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。但由于柴油机使用的燃料是柴油，其黏度大，蒸发性差，自燃温度比汽油低（柴油的自燃温度为200～300℃，汽油的自燃温度为380℃），所以柴油机在可燃混合气的形成以及着火方式等方面与汽油机有较大区别。如图所示为单缸四冲程柴油机的工作循环示意图。26单缸四冲程柴油机的工作循环示意图a）进气冲程b）压缩冲程c）做功冲程d）排气冲程271）进气冲程。四冲程柴油机的进气冲程如上图a所示。其与汽油机不同的是，进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力相对较小，以及上一冲程残留的废气温度比较低等原因，当进气冲程结束时，气缸内压力为80～95kPa，温度为47～77℃。2）压缩冲程。四冲程柴油机的压缩冲程如上图b所示。由于柴油机压缩的是纯空气，且柴油机压缩比大，当压缩冲程结束时，气缸内温度和压力均高于汽油机，压力可达3～5MPa，温度可达527～727℃。283）做功冲程。四冲程柴油机的做功冲程如上图c所示。当压缩冲程接近终了时，喷油器将雾化的高压柴油喷入气缸，与压缩后的空气混合，形成可燃混合气。此时气缸内压力和温度急剧上升，瞬时压力可达5～10MPa，瞬时温度可达1257～1657℃（远高于柴油的自燃温度），柴油随即自行着火燃烧。在高温高压气体推动下，活塞下行带动曲轴旋转。当做功冲程结束时，气缸内压力为200～400kPa，温度为927～1227℃。4）排气冲程。四冲程柴油机的排气冲程如上图d所示。其与汽油机的排气冲程基本相同，当排气冲程结束时，气缸内压力为105～125kPa，温度为527～727℃。29（3）四冲程汽油机与四冲程柴油机的比较四冲程汽油机与四冲程柴油机的比较可见下表。四冲程汽油机与四冲程柴油机的比较302.二冲程发动机的工作原理二冲程发动机的工作循环同样也包括进气、压缩、做功和排气四个过程，但全部在曲轴旋转一周（360°），活塞往复运动两个冲程内完成，因此二冲程发动机无论是结构还是工作原理都与四冲程发动机有较大区别。31三、发动机的总体构造与型号编制规则1.发动机的总体构造发动机是由多个机构和系统组成的复杂机械。不同类型和型号的发动机，其结构或有不同，但总体架构大致相同。（1）汽油机的总体构造汽油机的总体构造可见下表。32汽油机的总体构造33汽油机的总体构造34（2）柴油机的总体构造在柴油机的总体构造中，其曲轴连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统以及起动系统均与汽油机大体一致，主要差异体现在点火系统与燃料供给系统上。由于柴油机采用的是压燃点火方式，因此无需配备点火系统。同时，由于柴油相较于汽油具有较高的黏度和较差的蒸发性，柴油机在工作过程中必须借助高压喷射技术，将柴油以雾化状态注入气缸。因此，柴油机的燃料供给系统主要是由燃油箱、高压燃油泵、喷油泵、燃油滤清器、喷油器以及进气歧管等关键部件构成。352.发动机的型号编制规则现代汽车发动机主要是内燃机，我国针对内燃机产品的名称和型号编制规则，依据的是GB/T725—2008《内燃机产品名称和型号编制规则》。根据相关国家标准：（1）产品名称命名内燃机产品的名称均按所采用的燃料命名。（2）型号编制内燃机型号由阿拉伯数字（以下简称数字）、汉语拼音字母或国际通用的英文缩略字母（以下简称字母）组成。36（3）型号组成内燃机型号依次包括下列四部分，表示方法如图所示。第一部分：由制造商代号或系列代号组成。本部分代号由制造商根据需要选择相应1～3位字母表示。内燃机型号表示方法37第二部分：由气缸数、气缸布置型式符号、冲程型式符号、缸径符号组成。1）气缸数用1～2位数字表示；2）气缸布置型式符号按下表的规定；3）冲程型式为四冲程时符号省略，二冲程时用E表示；4）缸径符号一般用缸径或缸径/行程数字表示，亦可用发动机排量或功率数表示。其单位由制造商自定。38气缸布置型式符号39结构特征符号第三部分：由结构特征符号、用途特征符号、燃料符号组成。前两者符号分别按下两表的规定。40用途特征符号41燃料符号参见下表。第四部分：区分符号。同系列产品需要区分时，允许制造商选用适当符号表示。第三部分与第四部分可用“-”分隔。燃料符号42（4）型号示例汽油机型号：1）1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷通用型；2）462Q——四缸、直列、四冲程、缸径62mm、水冷汽车用；3）CA6102——六缸、直列、四冲程、缸径102mm、水冷通用型、CA表示系列符号；4）EQ6100-1——六缸、直列、四冲程、缸径100mm、水冷通用型、-1表示第一种变型产品、EQ表示系列符号。43柴油机型号：1）195——单缸、四冲程、缸径95mm、水冷通用型；2）495Q——四缸、直列、四冲程、缸径95mm、水冷汽车用；3）YZ6102Q——六缸、直列、四冲程、缸径102mm、水冷汽车用、YZ表示系列符号；4）12VE230ZCZ——十二缸、V型、二冲程、缸径230mm、水冷缸压、船用主机、左机基本型。44任务2发动机维修基础知识45学习目标1.掌握发动机维修基本常识。2.了解发动机大修工艺流程。3.掌握发动机维修安全知识。46一、发动机维修基本常识发动机维修是一项复杂且重要的工作，涉及发动机的各个系统和部件。在发动机维修过程中要注意的内容很多，大致可归纳为以下五个方面。1.怕“脏”燃油滤清器、机油滤清器、空气滤清器及各类滤网等如果过脏，会导致滤清效果变差，使过多杂质进入油路和气缸，加剧机件磨损，增加故障发生的可能，如果严重堵塞，还会导致发动机不能正常工作。此外，水箱散热片、风冷发动机缸体和缸盖散热片、冷却器散热片等部件过脏，会导致散热不良，温度过高。因此，在发动机维修过程中，对于这类怕“脏”的零部件必须及时清洗。472.怕“热”发动机如果长时间温度过高会对车辆造成严重损害。首先，发动机温度过高易导致活塞烧熔、润滑油变质从而发生粘缸，使发动机直接损坏。其次，发动机温度过高会使橡胶密封件、三角胶带等过早老化，影响发动机的正常运行。此外，发动机温度过高还会使起动机、发电机、调节器等电器设备线圈烧毁、短路，甚至报废；最后，发动机温度过高还会影响燃油的雾化效果，导致燃烧不充分，降低动力、增加油耗。因此，在发动机维修过程中，要注意查找发动机温度过高的原因。483.怕“串”发动机中的一些相互配合件，经过一段时间磨合，相对配合较好，在维修时应注意成对装配，不要相互“串门”。此外，柴油机燃油系统中的各种偶件，是在制造时经过特殊加工成对研磨而成的，配合十分精密，因此，在失效前应始终成对使用，切不可调换。494.怕“反”发动机气缸垫在安装时不能装反，否则会导致缸垫过早烧蚀损坏；对一些特殊形状的活塞环也不可装反，否则会导致发动机动力下降、润滑油异常消耗、排放恶化；发动机风扇叶片安装时也有方向要求，风扇一般分排风和吸风两种，不可弄反，否则会导致发动机散热不良、温度过高。505.怕“缺”在发动机维修时，有些小件可能会因疏忽而漏装，这是十分危险和有害的。气门锁片应成对安装，如果漏装或缺失将导致气门失控撞坏活塞件；连杆螺栓、飞轮螺栓、传动轴螺栓上安装的开口销、锁紧螺丝、保险片和弹簧垫等防松装置一旦漏装，将有可能导致严重故障；正时齿轮室中用来润滑齿轮的机油喷嘴一旦漏装，会导致该处严重泄油，使发动机润滑油压力过低；水箱盖、机油口盖、油箱盖丢失，会使砂石、灰尘等侵入，从而加剧机件的磨损。51二、发动机大修工艺流程1.送修标志发动机大修的送修标志主要包括以下几种情况：（1）气缸磨损。气缸的圆柱度误差达到0.175～0.250mm，或圆度误差达到0.050～0.063mm（以磨损量最大的一个气缸为准）。（2）最大功率或气缸压缩压力降低。发动机的最大功率或气缸压缩压力比标准值降低25%以上。（3）油耗增加。燃料和润滑油消耗显著增加。（4）异常现象。发动机动力下降严重，甚至出现烧润滑油（冒蓝烟）、拉缸、敲缸等现象。522.主要内容发动机大修工艺流程如图所示，其主要内容包括以下方面：发动机大修工艺流程53（1）前期准备1）对发动机进行全面评估，包括运行里程、故障记录、润滑油分析报告等，以确定大修的必要性和具体范围。制定详细的大修计划，包括所需备件清单、工具准备、人员分工及时间安排等。2）确保工作区域通风良好，配备必要的个人防护装备，并设置安全警示标志，防止非作业人员进入作业区。对电源、气源进行安全检查，确保无泄漏、短路等安全隐患。54（2）拆解发动机1）在发动机冷却至安全温度后，排放润滑油、冷却液等。2）将发动机从车辆上拆卸下来。3）逐步分解发动机，从外部附件（发电机、风扇、空气滤清器等）、进排气系统开始，逐步深入到缸盖、曲轴箱等核心部件。拆解过程中，仔细标记各部件位置及连接关系，以便后续组装。55（3）清洗与检查1）对拆解后的零部件需进行彻底清洗，去除油污、积碳等杂质。2）对清洗后的零部件需进行细致检查，包括测量尺寸、检查磨损情况、评估材料疲劳程度等。（4）维修与更换1）对于可修复的零部件，可采用机械加工、热处理等方法进行修复。2）对于无法修复或磨损严重的零部件，应及时更换新件。新件的选择需符合原厂标准，确保与旧件匹配。56（5）重新装配按照正确的顺序和技术要求，将修复和更换后的零部件重新组装。确保零部件清洁，并使用规定的扭矩拧紧螺栓。注意安装顺序和位置，不能出现错误。发动机的密封也很重要，应使用质量可靠的密封垫和密封胶，确保润滑油和冷却液不会泄漏。（6）调试与测试1）对组装好的发动机进行调试。2）对调试好的发动机进行测试，确保发动机性能恢复正常，无异常响声，气缸压缩压力符合原设计规定。57三、发动机维修安全知识发动机维修安全主要包括维修作业安全和维修工具设备使用安全两部分内容。1.维修作业安全（1）个人安全防护。在维修作业时，维修人员必须佩戴符合标准的安全帽以防头部受伤和头发卷入，使用护目镜以防碎屑、油液飞溅伤眼，佩戴防护手套以防切割、高温、化学有毒物质等伤手，穿安全鞋以防滑倒、砸伤、穿刺，使用防噪耳塞或耳罩以保护听力，必要时佩戴口罩或呼吸罩以防吸入有害物质。不宜佩戴手表、手链、项链和系领带，以防被旋转部件卷入。58（2）电气安全。在进行电气维修前，必须先断开蓄电池负极（或按规程对高压系统下电），悬挂“禁止合闸”警示牌；使用带有绝缘手柄的工具或佩戴绝缘手套，避免触电；检查电线、插头、插座等，确保无破损、无裸露、连接稳固。（3）消防安全。维修车间内严禁吸烟，使用明火或电热设备时要确保周围无易燃物品；使用汽油清洗配件、修补漏油油管时，一定要注意防止静电起火。根据维修车间面积和火灾风险，合理配置不同类型的灭火器，并检查是否过期。59（4）化学品安全。了解并使用化学品安全说明书（MSDS），掌握其危害及应急措施。化学品应储存在通风良好、标识清晰的专用区域，远离火源。根据化学品特性佩戴相应的防护装备。（5）环境安全。地面和工作台要保持清洁、干燥、有序，走廊和过道应保持通畅，机器设备周围的作业区域要足够大。维修过程中产生的废油、废液、废渣等有害废弃物应分类收集，妥善处理，禁止将废弃物倒入下水道或随意排放。602.维修工具和设备使用安全在发动机维修作业中，会用到各种规格和型号的维修工具与设备，许多工伤事故的发生都是由于对这些工具和设备的使用不当或维护不善所导致。为了保障维修作业顺畅进行，必须熟练掌握这些工具和设备的正确操作及养护技巧，并严格遵守安全操作规程和相关要求。这样，才能确保发动机维修作业及时完成，并实现安全与文明的作业标准。61在发动机维修过程中，务必检查工具和设备是否完好并摆放有序。拆卸零件须用专业工具，避免用硬物敲击，拆卸后的零件应保持整洁并适当分类。（1）常用工具6263646566676869（2）专用工具707172737475（3）常用设备7677787980项目二曲柄连杆机构81目录任务1曲柄连杆机构认知任务2机体组任务3活塞连杆组任务4曲轴飞轮组82任务1曲柄连杆机构认知83学习目标1.掌握曲柄连杆机构的组成、功用及工作环境。2.能正确识别曲柄连杆机构的各组成部件。84任务描述通过本任务的学习，学生应能准确描述曲柄连杆机构的组成、功用及工作环境，并准确识别曲柄连杆机构的各组成部件，说出部件名称。85一、曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成，如图所示。曲柄连杆机构的组成相关知识861.机体组。主要包括气缸盖罩、气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套、曲轴箱及油底壳等部件。2.活塞连杆组。主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等部件。3.曲轴飞轮组。主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴等部件。87二、曲柄连杆机构的功用曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，主要用来传递力和改变运动方式，其主要功用包括：1.提供燃料燃烧场所。曲柄连杆机构中的气缸体和气缸盖共同构成了发动机的燃烧室，为燃料燃烧提供场所。2.将燃料燃烧产生的热能转化为机械能。在发动机的工作循环中，曲柄连杆机构将燃料燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。883.将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。这是曲柄连杆机构最基本的功能。在做功冲程中，曲柄连杆机构通过连杆将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动，从而实现动力的传递。4.能量的转换与传递。在进气、压缩和排气冲程中，曲柄连杆机构依靠曲柄和飞轮的转动惯性，为下一次做功创造条件。89三、曲柄连杆机构的工作环境在发动机运行过程中，曲柄连杆机构直接与高温高压的气体接触。由于曲轴转速极高，活塞的往复运动速度极快。此外，曲柄连杆机构频繁与可燃混合气和燃烧废气接触，不仅受到化学腐蚀，废气对润滑油的冲刷作用也加剧了润滑的难度。由此可见，曲柄连杆机构的工作环境极为恶劣，必须能够抵御高温高压及化学腐蚀的多重影响。90任务2机体组91学习目标1.掌握机体组的构造、组成及功用。2.能按规范流程对机体组进行拆装与检修。92任务描述通过本任务的学习，学生应能准确阐述机体组的构造、组成及功用，并熟练运用各种工量具对机体组进行拆装和检修。93相关知识机体组是发动机的基础结构单元，它为发动机的各个运动部件提供安装基座，构建了燃烧室、气道、冷却水道、润滑油道等关键部分，以满足燃烧、换气、冷却和润滑等功能需求。其核心组成包括气缸盖罩、气缸盖、气缸垫、气缸体和油底壳等，如图所示。94机体组的组成95一、气缸盖罩气缸盖罩是盖在发动机气缸盖上的罩壳，如图所示。气缸盖罩a）构造图b）实物图96其主要作用：一是密封保护。气缸盖罩与气缸盖之间通过垫片密封，可防止外界杂质进入发动机及确保发动机内部润滑油不向外渗漏；同时，发动机运转过程中形成的油雾，也可通过气缸盖罩凝聚回流油底壳，避免过量润滑油进入燃烧室，减少“烧机油”现象。二是降噪减振。发动机运行时会产生机械噪声和振动，气缸盖罩可吸收和阻隔部分噪声，减少振动传递，从而提升发动机的静音性和稳定性。三是曲轴箱通风，气缸盖罩内通常集成有PCV阀（曲轴箱通风系统），可排出燃料燃烧产生的废气（窜气），以防止内部压力过高而导致漏油或密封失效。97二、气缸盖1.气缸盖的功用气缸盖如图所示，主要用来封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁共同构成燃烧室。此外，气缸盖还是配气机构、喷油器、火花塞等的安装载体，同时集成了冷却水道和润滑油道。气缸盖982.气缸盖的材料气缸盖一般采用优质灰铸铁、合金铸铁或铝合金铸造。不同材料气缸盖的特性、应用场景及典型工艺可见下表。不同材料气缸盖的特性、应用场景及典型工艺993.气缸盖的构造气缸盖是发动机最复杂的零件之一，其构造受许多结构因素的影响。在气缸盖上，一般有进、排气门座孔，气门导管孔，缸盖螺栓孔，进、排气通道和燃烧室等。此外，在水冷发动机气缸盖内还有冷却水套（其与气缸体上的冷却水套相通），在风冷发动机气缸盖上有散热片，在汽油机气缸盖上有火花塞安装螺孔，在柴油机气缸盖上有喷油器安装座孔，在上置凸轮轴式发动机的气缸盖上有安装凸轮轴的轴承座及润滑油道。100气缸盖按缸体形式可分为整体式气缸盖和分体式气缸盖。◆整体式气缸盖指多缸发动机中所有气缸共用同一气缸盖的构造。整体式气缸盖因其结构紧凑、零件数量较少，批量生产成本较低，通常在气缸直径小于105mm、气缸数量不超过6个的小型发动机中得到广泛应用。◆分体式气缸盖指采用模块化设计，为每个气缸组配备独立的气缸盖单元。分体式气缸盖设计不仅提高了发动机的维护便利性，同时也有助于优化发动机的冷却和气流通道。分体式气缸盖具备较高的刚度和较小的形变特性，易于实现对高温高压燃气的有效密封，多用于气缸直径大于150mm或缸数超过8个的大型发动机。1014.燃烧室燃烧室是活塞顶部与气缸盖之间的空腔区域。在气缸盖底部通常铸有形状各异的凹槽，其直接构成了燃烧室的主体部分。当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间即为燃烧室。燃烧室的形状通常有半球形、楔形或盆形，如图所示。此外，在柴油机中，还有一种分隔式燃烧室，其特点是主燃烧室位于气缸内部，副燃烧室位于气缸盖内。102气缸盖燃烧室的形状a）半球形b）楔形c）盆形103燃烧室的形状对燃料燃烧效率和发动机性能具有重要影响，为改善燃料燃烧效率、提高发动机性能，燃烧室的形状设计应满足以下基本要求：◆结构紧凑采用紧凑型设计，可减小冷却表面积以降低热损失，从而提高发动机热效率。◆混合气运动特性在压缩冲程末期形成可控涡流，增强混合气均质化程度并提升燃烧速率，确保燃料充分、及时燃烧。104◆进气优化能力通过增大进气门直径或扩展进气道截面积，可提升充气效率以增加发动机输出功率与转矩。此外，针对不同类型的发动机，燃烧室形状还需满足以下特殊要求：◆汽油机缩短火焰传播路径，抑制爆震等异常燃烧现象。◆柴油机与燃油喷雾形态及空气涡流动态特性匹配，实现油气高效混合与燃烧相位控制。105三、气缸垫1.气缸垫的功用气缸垫是发动机中至关重要的密封组件，如图所示。其安装于气缸盖与气缸体之间，主要作用是弥合气缸盖与气缸体之间的微小间隙，确保结合面密封良好，从而避免漏气、漏水、漏油。气缸垫1062.气缸垫的材料气缸垫通常需要有一定的弹性，以适应气缸盖和气缸体之间的微小不平整以及发动机工作时的形变。此外，气缸垫在高温高压环境下工作，必须具备出色的耐热性和耐压性。气缸垫的材质类型需要根据发动机工况、密封要求和环保标准等进行选择，其主要类型、特点和应用场景可见下表。107气缸垫的材质类型、特点和应用场景108气缸垫的材质类型、特点和应用场景109四、气缸体1.气缸体的功用气缸体如图所示，被称为发动机的“骨架”或“基础结构”，其功能贯穿发动机的动力传递、热管理以及机械支撑等全过程。气缸体110（1）结构支撑与机械集成。气缸体作为发动机的基体，承载气缸盖、曲轴、活塞连杆组、凸轮轴、润滑油道等关键部件，确保各部件在高速运动中的结构刚性和几何精度。活塞的爆发压力通过气缸壁传递到气缸体，再分散至发动机支架，避免局部应力集中导致变形。（2）燃烧室的物理载体。气缸体与活塞、气缸盖共同形成燃烧室，承受瞬时高温高压（汽油机可达20MPa，柴油机可达30MPa以上）。（3）热管理核心。水冷发动机的气缸体内集成有冷却水套，可将缸壁温度调节至90～120℃的最佳工作温度区间，防止热形变。风冷发动机的气缸体外则铸有铝制散热片，可通过空气对流进行散热。1112.气缸体的材料气缸体的主要材料是灰铸铁和铝合金，现代乘用车发动机（尤其是汽油机）普遍采用铝合金材质以追求轻量化（比铸铁轻20%～30%），而商用车或高负荷发动机则仍倾向铸铁材质以追求稳定性（机械强度高，耐磨性好，尤其在高温高压环境下表现稳定）。随着铸造技术的进步，全铝发动机占比持续上升，但铸铁发动机在极端工况下的可靠性仍不可替代。1123.气缸体的构造气缸体是结构极为复杂的箱形零件，整体结构兼顾强度、散热和轻量化需求，同时预留附件安装孔位。其内部加工有圆柱形气缸孔（活塞运动轨道），周围集成有冷却水套，顶部为平整的缸盖结合面，通过螺栓与气缸盖密封形成燃烧室，底部为曲轴箱，包含曲轴轴承座和润滑油道。气缸体的构造差异主要与气缸布置形式、气缸结构形式（有无气缸套）和曲轴箱结构形式有关。113（1）体现气缸布置形式的气缸体构造发动机气缸的布置形式主要有L型（直列式）、V型和H型（水平对置式）。1）直列式气缸体如图所示，其特点是所有气缸垂直排列成一条直线，共用一根曲轴和一个气缸盖。直列式气缸体1142）V型气缸体如图所示，其特点是所有气缸分成两组，相邻气缸以一定夹角布置在一起，两组气缸形成一个夹角平面，从侧面看呈V字形布局。V型气缸体1153）水平对置式气缸体如图所示，其特点是气缸水平分布在曲轴的两侧（气缸夹角为180°）。水平对置式气缸体116（2）体现气缸结构形式的气缸体构造发动机的气缸结构主要分为两类：一类是无气缸套设计，另一类是有气缸套设计。其中，有气缸套设计又分干式气缸套和湿式气缸套两种类型。1）无气缸套设计，即气缸体直接铸造或加工出气缸孔，并通过表面处理技术增强气缸壁的耐磨性，而无需额外安装气缸套。2）有气缸套设计，即在气缸体中预先加工出孔位，然后压入或嵌入独立的气缸套，作为活塞运动的接触面，气缸体仅提供支撑和散热框架。117（3）体现曲轴箱结构形式的气缸体构造发动机曲轴箱的结构形式有平分式、龙门式和隧道式，具体见下表。发动机曲轴箱的结构形式118发动机曲轴箱的结构形式119五、油底壳1.油底壳的功能油底壳位于发动机底部，直接连接曲轴箱或气缸体，其典型结构如图所示。主要承担储油、散热、杂质沉淀和封闭曲轴箱或气缸体等功能。油底壳1202.油底壳的材料铸造油底壳的材料通常有冲压钢板、铝合金、不锈钢或复合材料等，其材料的选择是性能、成本与环境适应性的权衡结果。◆经济车型多采用冲压钢板，通过镀层技术实现防腐。◆性能车型多采用铝合金材料，既提供良好散热，又达到减重目的。◆极端环境多采用不锈钢或复合材料，同时实现防腐和减轻质量。1213.油底壳的结构油底壳的结构设计直接影响其储油效率、散热能力、抗冲击性及与发动机的适配性。根据润滑系统类型（湿式/干式）、材料选择和应用场景不同，油底壳的结构具有差异性，但核心组件和功能模块具有共性。油底壳的主体一般为浅盘状结构，内部设有挡油板以减少润滑油晃动，底部设计有凹陷的集油槽和放油螺塞，便于润滑油汇集和更换。部分高性能发动机采用干式油底壳设计，取消集油槽，通过外置油箱和机油泵实现强制润滑；常见的湿式油底壳则直接储存润滑油，依靠重力供油。油底壳外表面可能带有散热鳍片或加强筋，以增强刚度并辅助散热，部分车型还集成有润滑油液位传感器安装口。122任务3活塞连杆组123学习目标1.掌握活塞连杆组的结构及工作原理。2.能够对活塞连杆组进行拆装与检修。124任务描述通过本任务的学习，学生应能准确阐述活塞连杆组的构造、组成及功用，并熟练运用各种工量具对活塞连杆组进行拆装和检修。125相关知识活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成，如图所示。发动机活塞连杆组126其核心功能包括：与气缸、气缸盖形成可变工作腔，完成进气、压缩、做功、排气行程，其顶部空间构成燃烧室；将燃气压力经连杆传递至曲轴，实现往复运动→旋转运动的转换，并输出动力；通过活塞环组密封气缸，阻止燃气下泄至曲轴箱，同时控制润滑油上窜进入燃烧室。127一、活塞1.活塞的功用及工作条件活塞的核心功用是承受燃气压力，并将该力经活塞销传递至连杆，驱动曲轴旋转。同时，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同构成燃烧室。活塞是发动机中工况最严苛的零件：128◆受力复杂承受燃气压力与往复惯性力。◆热负荷高顶部直接接触高温燃气，导致局部温度显著升高（汽油机可达300℃，柴油机超400℃）。◆机械磨损在侧压力作用下高速刮擦缸壁，因处于边界润滑状态，摩擦损失大且磨损严重。材料应用：现代汽车发动机普遍采用铝合金活塞，仅部分重型柴油机保留铸铁或耐热钢活塞。1292.活塞的构造活塞主要包括顶部、头部和裙部三个部分，如图所示。活塞a）实物图b）结构图130（1）活塞顶部活塞顶部承受燃气压力，构成燃烧室下界面。其形状与燃烧室结构直接相关，需适配混合气形成及燃烧需求。活塞顶部结构可分为三类：平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞，如图所示。活塞顶部结构a）平顶活塞b）凸顶活塞c）凹顶活塞131（2）活塞头部由活塞顶部至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。活塞头部有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余润滑油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。132（3）活塞裙部活塞头部以下的部分为活塞裙部。活塞裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，裙部应有足够的实际承压面积，以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称为主推力面，承受压缩侧向力的一面称为次推力面。1333.活塞的变形发动机工作时，活塞在气体力和侧向力的作用下会发生机械变形，受热膨胀时还会发生热变形，如图所示。活塞变形的结果是会导致活塞裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大。因此，为使活塞工作时裙部接近正圆形与气缸相适应，现代汽车发动机一般会将活塞裙部的横断面加工成椭圆形，并使其长轴与活塞销孔轴线垂直。活塞变形a）活塞销座热膨胀变形b）挤压变形c）裙部变形134二、活塞环1.活塞环的分类和功能活塞环分气环和油环两种，如图所示。活塞环135气环的主要功能是密封和传热，保障活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱；同时将活塞顶部吸收的热量传导给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要功能是刮除飞溅到气缸壁上的多余润滑油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。活塞环工作时受气缸中高温高压燃气的作用，并在润滑不良的条件下在气缸内高速滑动。气缸壁面的形状误差会使活塞环在沿缸壁上下滑动的同时，在环槽内产生径向移动。这不仅加剧了环与环槽的磨损，同时还会使活塞环受到交变弯曲应力的作用而容易折断。136根据活塞环的功用及工作条件，制造活塞环的材料应具有良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹性和足够的机械强度。目前，广泛应用的活塞环材料有优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢带等。第一道活塞环外圆面通常进行镀铬或喷钼处理。多孔性铬层硬度高，并能储存少量润滑油，可以改善润滑、减轻磨损。钼的熔点高，也具有多孔性，因此喷钼同样可以提高活塞环的耐磨性。1372.活塞环的密封原理活塞环在自由状态下不是正圆形，其外廓尺寸比气缸直径大。当活塞环装入气缸后，在其自身的弹力作用下环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面，气缸内的高压气体不可能通过第一密封面泄漏。高压气体可能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的下侧面与环槽的下侧面贴紧，形成第二密封面，因此高压气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙中的高压气体只能使环的外圆面与气缸壁更加贴紧。138这时漏气的唯一通道就是活塞环的开口端隙。如果几道活塞环的开口相互错开，那么就形成了迷宫式漏气通道，如图所示。由于侧隙（环槽间隙）、径向间隙和端隙（开口间隙）都很小，气体在通道内的流动阻力很大，导致气体压力P迅速下降，最后漏入曲轴箱内的气体很少，一般仅为进气量的0.2%～1.0%。活塞环的密封原理1393.气环的形状（1）气环的开口形状。气环的开口形状直接影响漏气量：直开口加工工艺性好，但密封性较差；阶梯形开口密封性优异，但工艺性较差；斜开口的密封性和工艺性介于前两者之间，其斜角通常设计为30°或45°，如下图a所示。气环的形状a）气环的开口形状b）气环的断面形状140（2）气环的断面形状。气环的断面形状多样，需根据发动机结构特点与强化程度，选用不同断面形状的气环组合，以实现最优密封性与耐久性。常见的气环形状断面如上图b所示。141矩形环断面为矩形，加工方便，与气缸壁接触面积大，利于活塞散热；但磨合性差，且运动时在环槽内上下窜动，将气缸壁润滑油挤入燃烧室产生“泵油作用”，导致润滑油消耗增加、活塞顶及燃烧室壁面积炭，如图所示。矩形环的泵油作用1424.油环油环有槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式三种类型。（1）槽孔式油环由于油环内圆面基本不受气体力的作用，槽孔式油环的刮油能力主要依靠油环自身的弹力。为了减小环与气缸壁的接触面积，增大接触压力，在环的外圆面上加工了环形集油槽，形成上下两道刮油唇。集油槽底加工有回油孔。143由上下刮油唇刮下来的润滑油，经此回油孔以及活塞上的回油孔流回油底壳，如图所示。这种油环结构简单，加工容易，成本低廉。槽孔式油环144（2）槽孔撑簧式油环在槽孔式油环的内圆面加装撑簧，就构成了槽孔撑簧式油环。一般作为油环撑簧的有板形弹簧、螺旋弹簧和轨形弹簧三种，如图所示。这种油环通过增大环与气缸壁的接触压力，使刮油能力和耐久性显著提高。槽孔撑簧式油环a）板形撑簧油环b）螺旋撑簧油环c）轨形撑簧油环145（3）钢带组合油环钢带组合油环的结构形式很多，钢带组合油环由上刮片、下刮片和轨形弹簧组合而成，如图所示。撑簧不仅使刮片与气缸壁贴紧，而且还使刮片与环槽侧面贴紧。这种组合油环的优点是接触压力大，既可增强刮油能力，又能有效防止润滑油上窜。另外，上下刮片能独立动作，因此对气缸失圆和活塞变形的适应能力强。但钢带组合油环需要采用优质钢制造，成本较高。钢带组合油环146三、活塞销1.活塞销的功用及工作条件活塞销的功用是连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传递给连杆，同时将连杆小头的运动传递给活塞，实现发动机工作循环。活塞销在高温下承受剧烈的周期性冲击负荷，且因其在销孔内摆动角度较小，难以建立有效润滑油膜，导致润滑条件恶劣。因此活塞销需具备足够的刚度、强度和耐磨性，质量应尽可能小；销与销孔间应有适当的配合间隙和良好表面质量。通常情况下，活塞销的刚度尤为重要——若发生弯曲变形，可能导致活塞销座损坏。1472.活塞销材料及结构活塞销材料通常采用低碳钢或低碳合金钢，其外表面需经渗碳淬火处理，再进行精磨与抛光。该工艺既能显著提高表面硬度和耐磨性，又能确保基体具备较高的强度和冲击韧性。148活塞销结构为厚壁空心圆柱，内孔型式包括圆柱型、两段截锥型及组合型，如图所示。圆柱型易加工，但质量更大；两段截锥型可减轻质量，且因活塞销弯矩分布以中部最大，此结构近似等强度梁设计——但锥型内孔加工难度较高。活塞销内孔型式149四、连杆组连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等部件。1.连杆组的功用及工作条件连杆组将活塞承受的力传递给曲轴，并将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。其小头与活塞销连接，随活塞作往复运动；大头与曲柄销连接，随曲轴作旋转运动——故发动机工作时连杆进行复杂的平面运动。1502.连杆组的材料连杆体与连杆盖采用优质中碳钢或中碳合金钢模锻或辊锻制造。连杆螺栓则选用优质合金钢40Cr或35CrMo制造。3.连杆的构造连杆由连杆小头、连杆杆身和连杆大头构成，如图所示。连杆结构151（1）连杆小头连杆小头的结构形状（特别是其关键细节和功能设计）主要取决于活塞销与连杆小头的连接方式，同时受到活塞销尺寸的约束，如图所示。连杆小头的结构形状a）全浮式连杆小头b）楔形连杆小头c）半浮式连杆小头152在汽车发动机中，连杆小头与活塞销的连接方式分为全浮式与半浮式，如图所示。活塞销的连接方式a）全浮式b）半浮式153◆全浮式活塞销在发动机工作时可在连杆小头孔和活塞销座孔内自由转动，确保圆周磨损均匀。为防止活塞销轴向窜动刮伤缸壁，需在销孔外侧安装活塞销卡环。◆半浮式通过螺栓将活塞销刚性固定于连杆小头孔，此时活塞销仅在活塞销座孔内转动，在连杆小头孔内保持固定。该结构下连杆小头孔内不安装衬套，活塞销座孔也无需卡环。154（2）连杆杆身连杆杆身为“工”字形断面结构，具有高刚度、轻量化及模锻工艺适配性优势，如图所示。其y-y惯性主轴位于连杆运动平面内。部分连杆在杆身内加工有油道，用于润滑小头衬套或冷却活塞。若油道功能为冷却活塞，则需在小头顶部增设喷油孔。连杆杆身的“工”字形断面结构155（3）连杆大头连杆大头需满足：刚度足够、外形紧凑、质量轻量化，且维修拆卸时可从气缸上端取出。其采用剖分式设计，连杆盖通过螺栓紧固。为保证高速运转时剖分面紧密结合，连杆螺栓必须按规定扭矩精准拧紧，如图所示。连杆大头形状156（4）连杆螺栓发动机工作时，连杆螺栓承受由活塞往复运动产生的周期性交变载荷，结构设计需保证高刚度（如优化螺栓长度与截面），加工则需精细处理过渡圆角以消除应力集中，从而提升抗疲劳强度，如图所示。连杆螺栓采用优质合金钢（40Cr、35CrMo等），调质处理后滚压螺纹，表面进行防锈处理。连杆螺栓157任务4曲轴飞轮组158学习目标1.掌握曲轴飞轮组的结构及工作原理。2.能够对曲轴飞轮组进行拆装与检修。159任务描述通过本任务的学习，学生应能准确阐述曲轴飞轮组的构造、组成及功用，并熟练运用各种工量具对曲轴飞轮组进行拆装和检修。160相关知识曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮及相关附件组成，如图所示。曲轴飞轮组1—曲轴带轮2—曲轴正时齿形带轮3—曲轴链轮4—曲轴5—曲轴主轴承上轴瓦6—飞轮7—转速传感器脉冲轮8、11—止推片9—曲轴主轴承下轴瓦10—曲轴主轴承盖161曲轴通过其主轴颈支撑在气缸体的主轴承座内。每个主轴颈上安装有主轴承（轴瓦），并通过主轴承盖及其螺栓固定于气缸体上。为限制曲轴的轴向位移，通常在某个主轴颈位置（或主轴承盖/缸体对应位置）安装有止推片（垫片）。在曲轴的前端，用键连接着曲轴正时带轮（或齿轮），并用螺栓固定。通常，集成有曲轴扭振减振器的附件驱动曲轴带轮，通过螺栓安装在该曲轴正时齿形带轮前端（或与之集成一体）。在曲轴后端的法兰上，用螺栓固定着飞轮。离合器总成（包含离合器盖）则通过螺栓固定在飞轮上。162一、曲轴1.曲轴的功用及工作条件曲轴是发动机中最重要的部件之一，其功能是将活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用于驱动汽车的传动系统、发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的燃气作用力、惯性力及其力矩作用下工作，承受弯曲与扭转交变载荷。因此，曲轴设计时必须确保：◆有足够的弯曲、扭转疲劳强度与刚度。◆各轴颈具备良好的耐磨性和承载能力。◆有尽量小的转动惯量。◆各轴颈有充分可靠的润滑保障。1632.曲轴的材质曲轴一般由45、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理后，再进行精加工。现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。球墨铸铁具有价格低廉、耐磨性好，轴颈无需额外硬化处理，以及金属消耗量和机械加工量少等优势。为提高曲轴的疲劳强度并消除应力集中，轴颈表面一般会进行喷丸处理，圆角处会进行滚压处理。1643.曲轴的构造曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图所示。一个连杆轴颈与它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数量等于气缸数量；V型发动机曲轴的曲拐数量是气缸数量的一半。曲轴165二、飞轮飞轮是一个转动惯量很大的盘形零件，其作用相当于一个能量储存器，如图所示。在做功冲程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分被飞轮吸收储存，从而限制了曲轴转速的上升幅度。在排气、进气和压缩冲程中，飞轮通过释放其储存的能量来驱动曲轴，补偿完成这三个冲程所消耗的能量，从而限制了曲轴转速的下降幅度。飞轮166除此之外，飞轮还具有以下功能：一是作为摩擦式离合器的主动件；二是在轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；三是端面上刻有上止点记号，用于校准点火正时或喷油正时，以及调整气门间隙。167项目三配气机构168目录任务1配气机构认知任务2气门组任务3气门传动组任务4配气相位的检查169任务1配气机构认知170学习目标1.掌握配气机构的组成及作用。2.掌握配气机构的分类。3.掌握配气机构的工作原理。171任务描述通过本任务的学习，学生应能正确描述配气机构的组成、作用、分类及工作原理，并准确识别配气机构的各组成部件，说出部件名称。172相关知识一、配气机构的组成及作用配气机构主要由气门组和气门传动组两部分组成，如下图所示。配气机构的组成173其作用是按照发动机工作循环的需要，在精确的时刻打开和关闭进、排气门，确保足量的可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）进入气缸，并将燃烧后的废气尽可能充分地排出气缸，同时在需要时保证气缸的密封性。174二、配气机构的分类1.按气门位置分类配气机构按气门位置分类可分为气门侧置式和气门顶置式，具体详见下表。配气机构按气门位置分类175配气机构按气门位置分类1762.按凸轮轴位置分类配气机构按凸轮轴位置分类可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式，具体详见下表。配气机构按凸轮轴位置分类177配气机构按凸轮轴位置分类1783.按凸轮轴驱动方式分类配气机构按凸轮轴驱动方式分类可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式。（1）齿轮传动式。曲轴通过齿轮组直接或间接驱动凸轮轴，如图所示。此种方式具有传动刚性高、寿命长、噪声低的优点，但成本较高，多用于凸轮轴下置式发动机（尤其是柴油机）。齿轮传动式179（2）链条传动式。曲轴通过滚子链或齿形链驱动凸轮轴（需张紧器控制松紧），如图所示。此种方式具有可靠性高、寿命较长的特点，但高速时可能产生噪声，需定期维护。适用于中置或上置凸轮轴的发动机。链条传动式180（3）齿形带传动式。曲轴通过齿形带（正时皮带）驱动凸轮轴（需张紧轮导向），如图所示。此种方式具有运行安静、重量轻、成本低的优点，但需定期更换。齿形带传动式1814.按发动机每缸气门数量的不同分类配气机构按发动机每缸气门数量的不同可分为两气门式和多气门式。（1）两气门式。即每缸采用一个进气门、一个排气门，如图所示。两气门式主要用于小排量低速发动机，其设计相对简单，结构较为紧凑。（2）多气门式。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，为保证良好的换气质量，某些发动机会采用每缸多气门的结构形式。两气门布置方式182三气门发动机即每缸采用两个进气门、一个排气门。由于结构布置的需要并为保证足够的排气流通面积，其单个排气门的头部直径通常大于单个进气门的头部直径，如图所示。三气门布置方式183五气门发动机通常每缸采用三个进气门，两个排气门。这种结构能够明显增加进气量，如图所示。五气门布置方式184四气门发动机的气门布置方式有两种：一种是同名气门（同为进气门或同为排气门）并列布置，另一种是同名气门纵列布置，如图所示。四气门布置方式a）同名气门并列布置b）同名气门纵列布置185◆同名气门并列布置即两个同名气门平行排列，如上图a所示。这种布置形式通常由一个凸轮通过T形摇臂同时驱动两个气门，因此所有气门都可以由单根凸轮轴驱动。但这种形式下，两个同名气门在气道中的位置可能存在差异，可能导致它们的工作状态（或气流特性）不一致。◆同名气门纵列布置即两个同名气门呈直线排列，如上图b所示。这种布置避免了并列布置的缺点，但通常需要采用双凸轮轴驱动。186在发动机设计中，柴油机通常是将进、排气门（及其对应的气道出口）分别布置在气缸盖的两侧。这样做主要是为了避免低温进气在流经气缸盖时，受到高温排气道和缸盖本体的过度加热，从而保证较高的充气效率。汽油机则常将进、排气歧管布置在气缸盖的同一侧。这种设计的目的是利用排气歧管产生的废气余热对邻近的进气歧管进行预热，有助于改善燃油雾化和油气混合均匀性，并提升冷起动性能和降低冷起动排放。187三、配气机构的工作原理发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮的凸起部分顶起挺柱时，挺柱推动推杆上行，通过推杆将力作用于摇臂，驱动摇臂绕其轴转动。摇臂的另一端向下压气门（克服气门弹簧弹力），使气门下行开启，如下图a所示。随着凸轮轴继续转动，当凸轮的凸起部分离开挺柱时，气门在气门弹簧弹力的作用下向上运动（回位），关闭气门，如下图b所示。188四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈（720°），各缸的进、排气门各开启一次，此时凸轮轴旋转一圈（360°）。因此，曲轴与凸轮轴的转速比（传动比）为2∶1。配气机构工作原理a）气门开启b）气门关闭189任务2气门组190学习目标1.掌握气门组各组成部件的结构及工作原理。2.能够对气门组进行拆装与检修。191任务描述通过本任务的学习，学生应能正确描述气门组的构造、组成及功能，并熟练运用各种工量具对气门组进行拆装和检修。192相关知识气门组是发动机配气机构的核心组成部分之一，主要负责气门的开启和关闭，以实现气缸的进气和排气功能，并保证燃烧室的密封性。其主要组成部件包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等，如图所示。气门组的组成193一、气门1.气门的结构气门按照作用分类可分为进气门和排气门，其结构相似，都由头部和杆部两部分组成，如图所示。气门194（1）气门头部。气门头部是一个具有圆锥面（锥面）的圆盘，锥面的锥角称为气门锥角，一般为45°，少数进气门锥角采用30°，如图所示。气门锥角195气门密封锥面与气门座锥面接触形成的环形密封区域，称为气门密封带，其位置应处于气门密封锥面的中部，宽度应符合厂家设计要求。气门头部圆盘边缘一般保持1～3mm的厚度，其作用是防止工作中因冲击而损坏以及受高温烧蚀。气门密封锥面需与气门座锥面配对研磨。多数发动机进气门头部直径比排气门大，若两气门头部直径相等，一般会在排气门上作标记以示区分。196气门头部形状会影响气流特性，一般有平顶、凹顶和凸顶三种，如图所示。气门的头部形状a）平顶b）凹顶c）凸顶197◆平顶结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气门均可采用，是目前应用最广泛的结构。◆凹顶头部呈漏斗形，气流阻力小，可改善进气流动性，但受热面积大，一般用于进气门。◆凸顶头部强度高，排气阻力小，耐高温性好，但重量较大，通常用于排气门。198（2）气门杆部。气门在导管中上下运动，依靠气门杆部承担导向和导热功能。因此，对气门杆部表面的加工精度和耐磨性要求较高，使气门与气门导管之间保持合理的间隙，以确保气门运动的精确导向，并防止在气门关闭（尤其是排气门）时高温气体沿杆部与导管间隙泄漏。199气门杆部的尾端形状取决于气门弹簧的固定方式，主要有锁销式和锁夹式两种。锁销式在气门杆部的尾端钻有一个径向孔，用于安装锁销；锁夹式在气门杆部的尾端加工有环形槽，用于安装锥形锁片（锁夹），如图所示。气门弹簧的固定方式a）锁夹式b）锁销式2002.气门间隙发动机工作时，气门及其传动件会因温度升高而膨胀。若气门组件在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下受热膨胀会引起气门关闭不严，从而导致发动机在压缩和做功冲程中漏气，造成功率下降，严重时甚至还会导致起动困难。为消除此现象，在发动机冷态装配时，通常会在气门杆部尾端与传动机构（摇臂或挺柱）之间预留适当间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。201该间隙称为气门间隙，如图所示。若是采用液压挺柱的发动机，可自动补偿热膨胀引起的长度变化，因此无需预留气门间隙。气门间隙a）有气门间隙b）无气门间隙202气门间隙的大小一般由发动机制造厂商根据试验确定。一般冷态时，进气门间隙值为0.25～0.3mm，排气门间隙值为0.3～0.35mm。如果间隙过小，热态下会导致漏气，发动机功率下降，甚至烧坏气门；间隙过大，会使传动零件之间以及气门和气门座之间造成很大冲击，产生严重的磨损和明显的噪声，同时使气门的开启持续时间缩短，气缸进气不充分，排气不彻底。203二、气门导管气门导管（如所图示）的核心功能包括导向、散热以及润滑管理，其性能直接影响气门寿命、发动机功率和润滑油消耗效率。气门导管2041.导向作用——为气门杆的往复运动提供精准直线导向，确保气门头部与气门座紧密贴合，维持燃烧室密封性。2.散热作用——通过金属接触，传导气门杆的高温至气缸盖，防止气门因过热而烧蚀或卡死。3.润滑管理——与气门油封协同控制润滑油流动，既润滑气门杆与导管间的摩擦副，又防止过量润滑油进入燃烧室造成烧润滑油或积碳。205三、气门座气门座与气门头部共同对燃烧室起密封作用，并传导气门传来的热量。气门座有两种：一种是在气缸盖上直接镗削加工而成；另一种是用合金铸铁或奥氏体钢单独制作成气门座圈，用冷缩法镶入气缸盖中，如图所示。气门座圈206气门座锥面需与气门锥角匹配，以确保二者紧密座合实现可靠密封。气门座锥面由三部分组成（如图所示）：◆45°（30°）主密封带与气门工作锥面贴合，宽度通常为1～3mm，需与气门锥面中部区域完全接触。◆15°上修正面控制密封带的径向位置（防止气门偏移）。◆75°下修正面调节密封带的轴向宽度（确保应力均匀分布）。气门座锥面207四、气门弹簧气门弹簧的作用是确保气门自动回位关闭以实现密封，同时维持气门与气门座之间的座合压力，并吸收气门启闭过程中传动零件的惯性力。气门弹簧在工作中承受频繁的交变载荷。为保证其可靠工作，需具备合适的弹力、足够的静强度和疲劳强度。208气门弹簧为圆柱形螺旋弹簧，按螺距可分为等螺距、不等螺距和双旋向缠绕式（防共振型）三种，如图所示。其底端支撑于气缸盖上，顶端压紧气门杆端的弹簧座。该弹簧座通过锁止卡簧固定在气门杆末端。为确保受力均匀，弹簧两端面需精密磨削并严格垂直于轴线。气门弹簧a）等螺距弹簧b）不等螺距弹簧c）双旋向缠绕式（防共振型）209任务3气门传动组210学习目标1.掌握气门传动组各组成部件的结构及工作原理。2.能够对气门传动组进行拆装与检修。211任务描述通过本任务的学习，学生应能正确描述气门传动组的构造、组成及功用，并熟练运用各种工量具对气门传动组进行拆装和检修。212相关知识气门传动组包括驱动气门动作的所有零部件，其组成因配气机构的形式不同有所区别，主要包括正时齿轮（正时链轮、传动链，或正时带轮、齿形带）、凸轮轴、挺柱、摇臂等，如图所示。气门传动组的作用是将凸轮轴的旋转运动准确地转换成气门的往复直线运动，并按发动机工作循环和点火顺序的要求，准时地开启和关闭进、排气门，同时保证气门有足够的升程。气门传动组213一、凸轮轴凸轮轴是气门传动组的主要部件，它的作用是控制气门的开闭及升程的变化规律。下置凸轮轴式发动机，还依靠凸轮轴来驱动汽油泵、机油泵和分电器等。1.凸轮轴的结构凸轮轴主要由凸轮和轴颈两部分组成，如图所示。凸轮轴的结构214一般采用优质钢模锻而成，也有用合金铸铁或球墨铸铁铸造而成的。凸轮与轴颈表面经过热处理，具有足够的硬度和耐磨性。单凸轮轴配气机构一般是将进气凸轮和排气凸轮布置在同一根凸轮轴上。双上置凸轮轴配气机构则是一根进气凸轮轴，布置有进气凸轮；一根排气凸轮轴，布置有排气凸轮。（1）凸轮轴轴颈：用于支承凸轮轴，通常采用全支承和非全支承（半支承）两种支承方式。（2）凸轮轴的轴向定位：为了防止凸轮轴轴向窜动，必须设置轴向定位装置。多数发动机凸轮轴采用止推凸缘定位。当凸轮轴产生轴向移动时，止推凸缘会与凸轮轴轴颈端面或正时齿轮毂接触，从而防止轴向窜动。2152.凸轮轴的工作原理发动机工作时，曲轴通过传动链或齿形带驱动凸轮轴旋转。在进气冲程开始时，进气凸轮凸起部分推动摇臂绕轴转动，摇臂的一端克服气门弹簧弹力，推动气门离开气门座圈下行，使进气门打开。随着凸轮轴继续旋转，当凸轮凸起部分离开摇臂时，气门在气门弹簧的作用下上行落座，进气门关闭。同样在排气冲程，排气凸轮通过摇臂驱动排气门打开，如图所示。凸轮轴的工作原理a）气门开始打开b）气门升程最大c）气门关闭216凸轮轴上置式配气机构的另一种形式是凸轮轴直接驱动气门，使配气机构更加简洁，如图所示。凸轮轴直接驱动气门a）气门开始打开b）气门升程最大c）气门关闭217二、挺柱挺柱的作用是将凸轮轴凸轮的推动力传递给推杆，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。1.普通挺柱普通挺柱常见的类型有菌形、筒形和滚轮式三种，如下图所示。通常把挺柱底部工作面设计成球面，并将凸轮制成锥形，使两者的接触点偏离挺柱轴线。工作中，当挺柱被凸轮顶起时，接触点间的摩擦力会使挺柱绕自身的轴线旋转，以实现均匀磨损，延长使用寿命。2182.液压挺柱目前，多数汽车发动机都采用液压挺柱。液压挺柱利用其内部的自动补偿功能（通过油压推动内部柱塞），能够随时自动补偿气门间隙的变化（主要来源于热膨胀和磨损），因此不需要像普通挺柱那样预留固定的气门间隙。与普通挺柱相比，液压挺柱虽然自身结构更复杂，但简化了配气机构的维修过程（免除了定期调整气门间隙的需要），并消除了因气门间隙引起的冲击和噪声，提高了发动机运行的平顺性和静音性。普通挺柱a）菌形b）筒形c）滚轮式219（1）液压挺柱的构造常见的液压挺柱有杯形和柱状两种类型，如图所示。液压挺柱a）杯形液压挺柱b）柱状液压挺柱220液压挺柱的基本组成包括挺柱体、柱塞、单向球阀、柱塞回位弹簧等部件（注：根据实际设计，可能还包含单向球阀罩、卡环等），不同类型的液压挺柱对应的气门驱动机构形式也不相同，如图所示。

液压挺柱的构造及对应的气门驱动机构形式a）杯形液压挺柱的构造及气门驱动机构形式b）柱状液压挺柱的构造及气门驱动机构形式221液压挺柱的构造及对应的气门驱动机构形式a）杯形液压挺柱的构造及气门驱动机构形式b）柱状液压挺柱的构造及气门驱动机构形式222杯形液压挺柱：外形呈倒扣杯状，挺柱体顶部为封闭的厚实耐磨平面直接接触凸轮，挺柱体既是承力主体又是液压腔室。润滑油通过缸盖上的主油道、专门设计的量孔以及斜油孔进入挺柱体环形油槽，再经键型油槽进入位于柱塞上部的低压油腔，柱塞、安装在柱塞内部的单向球阀和单向球阀罩，与挺柱体的导向孔精密配合，共同构成了气门间隙的液压补偿组件。典型应用于顶置凸轮轴发动机，实现凸轮→外壳→气门的直接力传递，结构高度集成化。223柱状液压挺柱：形似圆柱筒，顶部中心带通风口用于接触摇臂，挺柱体主要起导向作用。核心液压组件（柱塞、单向球阀）位于内部，柱塞顶部承受摇臂力，通过内部油压将力传递至挺柱体底部推动气门。力传递路径为摇臂→柱塞→液压油→挺柱体→摇臂→气门，结构更接近传统机械挺柱。224（2）液压挺柱的工作原理杯形液压挺柱：当凸轮轴旋转至基圆段时，发动机润滑油通过侧壁油孔进入挺柱内部，推动柱塞上移以补偿气门间隙；凸轮顶起阶段，单向球阀锁闭油路，柱塞下方形成刚性液压支撑，将凸轮力通过挺柱体直接传递给气门。动态过程中，液压系统自动调节油量以适应磨损或热膨胀导致的间隙变化，保持气门零间隙运行，如图所示。杯形液压挺柱工作原理225柱状液压挺柱：摇臂或推杆下压柱塞顶部时，单向阀关闭使内部油液形成不可压缩的液压锁，力通过油液传递至柱塞底部并推动外壳移动，进而驱动气门；当外力解除后，弹簧推动柱塞复位，润滑油重新充入腔体补偿间隙。液压系统通过油压的自动平衡实现气门间隙的持续消除，确保传动无冲击，如图所示。柱状液压挺柱工作原理226三、摇臂及摇臂组1.摇臂摇臂的作用是将推杆或凸轮传来的力改变方向后，作用到气门杆端部以推开气门。摇臂是一个中间有圆孔、两边不等长的杠杆，其两臂长度的比值（称摇臂比）为1.2～1.8。长臂一端推动气门，短臂一端制成螺纹孔并安装气门间隙调整螺钉（使用液压挺柱的发动机无此结构），调整螺钉带有锁紧螺母，用于调整配气机构的气门间隙，如图所示。摇臂227摇臂一般用45号中碳钢模锻或球墨铸铁精密铸造而成。为提高耐磨性，其轴孔内镶有青铜衬套或装有滚针轴承，使之与摇臂轴配合转动；有些高速发动机摇臂采用轻质铸铝合金，并在圆弧面上堆焊耐磨合金。2282.摇臂组摇臂组由摇臂、摇臂轴、摇臂轴支承座及定位弹簧等组成，如图所示。摇臂通过摇臂轴支承在摇臂轴支承座上，摇臂轴支承座安装在气缸盖上；摇臂轴为空心管状结构。为防止摇臂窜动，每两个摇臂之间的摇臂轴上均装有定位弹簧。摇臂组的组成229任务4配气相位的检查230学习目标1.掌握配气相位的作用及原理。2.了解可变气门正时技术。3.熟悉配气相位的检查方法。231任务描述通过本任务的学习，学生应能准确描述配气相位的作用和原理，了解可变气门正时技术，对配气相位进行检查，并熟练更换正时链条（或正时传动带）。232相关知识配气相位是指进、排气门的实际开闭时刻，通常用曲轴转角表示。配气相位的各个角度可用配气相位图来表示，如图所示。配气相位图233理论上，四冲程发动机的进气门在曲拐处于上止点时开启，在曲拐转到下止点时关闭，排气门则在曲拐处于下止点时开启，在曲拐转到上止点时关闭，进气时间和排气时间各占180°曲轴转角。但实际情况并非如此，由于发动机转速较高，一个冲程的时间极短，如四冲程发动机转速3000r/min时，一个冲程的时间只有0.01s，这样短的时间难以做到进气充分、排气彻底。为了改善换气过程，提高发动机性能，发动机气门的实际开启和关闭时机并非恰好在活塞的上、下止点，而是适当提前开启和迟后关闭，以延长进、排气时间，气门开启行程中曲轴转角都大于180°。234一、进气门的配气相位1.进气提前角在排气冲程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门开启。从进气门开始打开到活塞运行到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，用

α表示，其范围一般为10°～30°。进气门早开，有利于提高充气量。2352.进气迟后角在进气冲程下止点过后，活塞又上行一段距离，进气门才完全关闭。从下止点到进气门完全关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角，用

β

表示，其范围一般为40°～80°。活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度逐渐减小，至流速等于零时，进气门关闭最为适宜。若

β

角过大，会出现进入气缸的气体被重新压回进气管内。由上可见，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为α+180°+β。236二、排气门的配气相位1.排