汽车机械基础.docx

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汽车机械基础

2．2气缸体与曲轴箱组

2．2．1气缸体

水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为缸体。

气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸。

下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。

作为发动机各个机构和系统的装配基体，还要承受高温高压气体作用力，活塞在其中作高速往复运动，因而要求气缸体应具有足够的刚度和强度。

气缸内壁经过精加工，其工作表面的粗糙度、形状和尺寸精度都比较高。

根据其具体结构形式，气缸体可分为三种：

一般式气缸体、龙门式气缸体和隧道式气缸体，如图2—3所示。

发动机的曲轴轴线与曲轴箱分开面在同一平面上的为一般式气缸体，其特点是便于机械加工，但刚度较差，曲轴前后端的密封性较差，多用于中小型发动机，如图2—3a所示。

若发动机的曲轴轴线高于曲轴箱分开面的则称为龙门式气缸体。

其特点是结构刚度和强度较好，密封简单可靠，维修方便，但工艺性较差。

如图2—3b所示。

隧道式气缸体的主轴承孔不分开，其特点是其结构刚度比龙门式的更高，主轴承的同轴度易保证，但拆装比较麻烦，多用于主轴承采用滚动轴承的组合式曲轴，如图2—3c所示。

轿车用发动机的机体，一般采用如下两种结构形式：

平底式机体和龙门式机体。

汽车发动机气缸排列形式基本上有三种：

直列式、V型和对置式，如图2—4所示。

直列式（单列式）：

发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，如图2—4a所示。

但为了降低发动机的高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至是水平的。

这种排列形式其气缸体结构简单，加工容易，但长度和高度较大。

一般六缸以下发动机多用单列式。

V型：

发动机将气缸排成二列，其气缸中心线的夹角小于180度，它的特点是缩短了发动机的长度，降低了发动机高度，增加了气缸体的刚度，质量也有所减轻，但加大了发动机宽度，且形状复杂加工困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。

现在八缸以上的发动机多采用V型布置，如图2—4b所示。

对置气缸式：

发动机的高度比其他形式的小得多，在某些情况下，使得汽车（特别是轿车和大型客车）的总布置更为方便，这种布置的发动机在轿车中应用不多，如图2—4c所示。

气缸体的材料一般采用优质灰铸铁、球墨铸铁，为提高耐磨性，有时在铸件中加入少量合金元素；有些气缸进行了表面处理，如表面淬火、镀铬、磷化等；有的则可从材料、加工精度和结构等方面来考虑。

在有些负荷比较轻，缸径又不大的汽油机中，在气缸体上直接加工出气缸内壁。

铝合金缸体耐磨性不好，必须在气缸体内镶人气缸套，形成气缸工作表面。

气缸套有干式和湿式两种，如下图（图2—5，教材P15）所示。

干式缸套不直接与冷却水接触，如图2—5a所示。

镶干式缸套，它是在气缸体上压人特殊耐磨性好的合金铸铁的缸套或合金钢缸套，壁厚一般为1—3mm。

湿式气缸套（图2—5b）则与冷却水直接接触，壁厚一般为5—9mm。

气缸套的外表面有两个保证径向定位的凸出的圆环带A和B，分别称为上支承定位带和下支承密封带。

气缸套的轴向定位是利用上端的凸缘C。

为了密封气体和冷却水，有的气缸套凸缘C下面还有紫铜垫片。

气缸套的上支承定位带直径略大，与气缸套座孔配合较紧密。

下支承密封带与座孔配合较松，通常装有1—3道橡胶密封圈来封水。

常见的密封结构形式有两种。

一种形式是将密封环槽开在缸套上，将具有一定弹性的橡胶密封圈4装入环槽内，如图2—5b所示。

另一种形式是将安置密封圈的环槽开在气缸体上，这种结构的工艺性较差，故应用较少，如图2—5c所示。

气缸套装入座孔后，通常气缸套顶面略高出气缸体上平面0.05～0.15mm。

这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，以保证气缸的密封性，防止冷却水和气缸内的高压气体窜漏。

湿式气缸套的优点是在气缸体上没有封闭的水套，铸造方便，容易拆卸更换，冷却效果较好。

其缺点是气缸体的刚度差，易出现漏气漏水。

为保证气缸表面能在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖及时加以冷却。

冷却方式有两种：

一种用水来冷却（水冷）；另一种直接用空气来冷却（风冷）。

汽车发动机较多采用水冷发动机，用水冷却时气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔，称为水套，如图2—6所示。

气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。

利用水套中的冷却水流过高温零件的周围而将热量带走。

发动机用空气冷却时，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加散热面积，保证散热充分，如图2—7所示。

一般风冷发动机的气缸体与曲轴箱是分开铸造的。

2．2．2气缸盖、气缸衬垫和气门室罩

1．气缸盖

提示：

对于汽油机，气缸盖一般采用铸铁或铝合金制造。

目前汽油机已主要采用铝合金气缸盖。

气缸盖的主要功用是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。

气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水套，有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道，有燃烧室、火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机），上置凸轮轴式发动机的气缸盖上还有用以安装凸轮轴的轴承座。

图2—8为桑塔纳轿车发动机的气缸盖分解图。

在多缸发动机中，只覆盖一个气缸的气缸盖，称为单体气缸盖；能覆盖部分（两个以上）气缸的称为块状气缸盖；能覆盖全部气缸的气缸盖则称为整体气缸盖。

采用整体气缸盖可以缩短气缸中心距和发动机的总长度，其缺点是刚性较差，在受热和受力后容易变形而影响密封；损坏时须整个更换。

整体式气缸盖多用于缸径小于105mm的汽油发动机上。

缸径较大的发动机常采用单体气缸盖或块状气缸盖。

由于气缸盖形状复杂，一般都采用灰铸铁或合金铸铁铸成，目前，铝合金铸造的缸盖，有取代铸铁的趋势，因铝的导热性比铸铁好，有利于提高压缩比，以适应高速高负荷强化汽油机散热及提高压缩比的需要。

铝合金气缸盖的缺点是刚度低，使用中容易变形。

2．燃烧室

汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。

对燃烧室有如下基本要求：

一是结构尽可能紧凑，充气效率要高，以减小热量损失及缩短火焰行程；二是使混合气在压缩终了时具有一定涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧；三是表面要光滑，不易积炭。

汽油机常用燃烧室形状有以下几种，如图2—9所示：

提示：

观察各种不同燃烧室的结构特点

（1）楔形燃烧室（图2—9a）：

结构较简单、紧凑。

在压缩终了时能形成挤气涡流，因而燃烧速度较快，经济性和动力性较好。

（2）盆形燃烧室（图2—9b）：

结构也较简单、紧凑。

（3）半球形燃烧室（图2—9c）：

结构较前两种更紧凑。

但因进排气门分别置于缸盖两侧，故使配气机构比较复杂。

但由于其散热面积小，有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害气体，对排气净化有利。

3．气缸垫

气缸盖与气缸体之间置有气缸盖衬垫，又称气缸床。

其功用是填补气缸体与缸盖结合面上的微观孔隙，保证结合面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封，防止气缸漏气和水套漏水。

随着内燃机的不断强化，热负荷和机械负荷均不断地增加，气缸垫的密封性愈来愈重要，其对结构和材料要求是：

在高温高压和高腐蚀的燃气作用条件下具有足够的强度，耐热；不烧损或变质，耐腐蚀；具有一定弹性，能补偿接合面的不平度，以保证密封；使用寿命长。

目前应用较多的有以下几种气缸垫，如图2—10。

一种是金属——石棉气缸垫，如图2—10a所示。

石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮。

水孔和燃烧室周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，这种气缸垫压紧厚度为1．2—2mm，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但强度较差，厚度和质量也不均匀。

另一种气缸垫采用实心金属片制成，如图2—10d所示。

这种气缸垫多用在强化发动机上，轿车和赛车上较多采用这种气缸垫。

这种气缸垫由单块光整冷轧低碳钢板制成，很多强化的汽车发动机采用实心的金属片作为气缸盖衬垫，例如，红旗轿车发动机即采用如图2—10e所示的钢板衬垫。

这种衬垫在需要密封的气缸孔和水孔、油孔周围冲压出一定高度的凸纹，利用凸纹的弹性变形实现密封。

有的发动机采用中心用编织的钢丝网（图2—10c）或有孔钢板（冲有带毛刺小孔的钢板）（图2—10d）为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸盖衬垫。

近年来，国内正在试验采用膨胀石墨作为衬垫的材料。

有的发动机采用了较先进的加强型无石棉气缸垫结构（如图2—10f），在气缸口密封部位采用五层薄钢板组成，并设计成正圆形，没有石棉夹层，从而消除了气囊的产生，在油孔和水孔处均包有钢护圈以提高密封性。

CA6102Q发动机就采用了这种气缸垫，安装气缸盖衬垫时，应注意安装方向。

一般是衬垫卷边的一面朝气缸盖，光滑面朝气缸体安装：

也可根据标记或文字要求进行安装，如衬垫上的文字标记“TOP"表示朝上，“FRONT"表示朝前。

4．气门室罩

在气缸盖上部有起到封闭和密封作用的气门室罩，如图2—11所示，气门室罩结构比较简单，一般用薄钢板冲压而成，上设有加注机油用的注油孔。

气门室罩与气缸盖之间设有一密封垫。

2．2．3油底壳

油底壳主要作用是贮存机油和封闭曲轴箱，同时也可起到机油散热作用。

油底壳一般采用薄钢板冲压而成，如图2—12所示。

其形状取决于发动机总体结构和机油容量，有些发动机油底壳采用铝合金铸造而成，在底部还铸有相应的散热片，以利于散热。

为保证发动机纵向倾斜时机油泵仍能吸到机油，油底壳中部做得较深，并在最深处装有放油塞，有的放油塞是磁性的，能吸集机油中的金属屑，以减少发动机运动零件的磨损。

油底壳内还设有挡油板，防止汽车振动时油面波动过大。

2．2．4发动机的支承

发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳支承在车架上，发动机的支承方法一般有三点支承和四点支承两种，如图2—13a为一种三点支承，前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端一点通过变速器壳支承在车架上。

图2—13b为一种四点支承，前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端两点通过飞轮壳支承在车架上。

发动机在车架上采用弹性支承，这是为了消除在汽车行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，以及减少传给底盘和乘员的振动和噪声。

为了防止当汽车制动或加速时由于弹性元件的变形产生的发动机纵向位移，有时设有纵拉杆，通过橡胶垫块使发动机与车架纵梁相连。