機體組由氣缸體、曲軸箱、氣缸套及氣缸蓋等組成。
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氣缸體及曲軸箱
(1)氣缸體的作用
氣缸是構成發動機的骨架,是發動機各機構、系統的安裝基礎,其内、外安裝着發動機的所有主要零件和附件,承受各種載荷。
(2)氣缸體的結構
發動機氣缸體的結構如下圖所示。發動機的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體,稱為氣缸體-曲軸箱,也可以稱為氣缸體。氣缸體上半部有一個或若幹個為活塞在其中運動導向的圓柱形空腔,稱為氣缸;下半部為支承曲軸的曲軸箱,其内腔為曲軸運動的空間。在上曲軸箱上制有主軸承座孔,有的發動機還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤滑,在側壁上鑽有主油道,前後壁和中間隔闆上鑽有分油道。
氣缸體的上、下平面用以安裝氣缸蓋和下曲軸箱,是氣缸修理的加工基準。
發動機氣缸體的結構
(3)氣缸體的分類
按照氣缸體與油底殼安裝平面位置不同,通常把氣缸體分為平分式、龍門式和隧道式三種形式,如下圖所示。
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氣缸與氣缸套
汽車發動機氣缸基本排列形式有直列式(單列式)、V形及水平對置式,如下圖所示。
直列式多用于六缸以下的發動機。各個氣缸排成一列,所有氣缸共用一根曲軸和一個氣缸蓋,氣缸多采用垂直布置(極少量采用斜置布置)。直列式發動機結構簡單,易于制造,成本較低,但長度和高度都較大。如寶馬的大部分車型均采用直列式發動機。
V形發動機将氣缸排成兩列,其氣缸中心線夾角γ<180°,一般為60°~90°。V形發動機采用一根曲軸驅動兩列氣缸中的活塞運動,曲軸的每個連杆軸頸上都連接兩個連杆,所以發動機必須至少有兩個以上的氣缸蓋。該類型發動機的優點是縮短了發動機的長度和高度,增加了氣缸體的剛度及穩定性,運轉平穩,結構緊湊。缺點是寬度有一定量增大、形狀複雜、加工困難。多用于缸數較多的大功率發動機。如雷克薩斯、日産天籁等多缸數車型采用的是這種排列方式。
水平對置式發動機實際上可以看成是一種特殊的V形發動機,其夾角γ=180°。該類型發動機高度最小,應用在一些垂直空間非常小的車輛上。
與直列式發動機相比,V形發動機縮短了發動機的長度和高度,增加了氣缸體的剛度,重量也有所減輕,但加大了發動機寬度,且形狀複雜,加工困難,一般多用于缸數多的大功率發動機上。有的多缸發動機為了滿足需要,氣缸排列還采用了W形。
氣缸工作表面由于經常與高溫、高壓燃氣相接觸,且有活塞在其中做高速往複運動,所以必須耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。為滿足以上要求,一般從材料、加工精度和結構等方面采取措施。氣缸冷卻方式有水冷和風冷兩種。汽車發動機多用水冷式。
發動機用冷卻液冷卻時,氣缸周圍和氣缸蓋中均有用以充冷卻液的空腔,稱為水套,氣缸體和氣缸蓋上的水套是相互連通的。發動機用空汽冷卻時,在氣缸體和氣缸蓋外表面鑄有許多散熱片,以增加散熱面積,保證散熱充分,一般風冷式發動機的氣缸體與曲軸箱是分開鑄造的。
氣缸套有幹式和濕式兩種,幹式氣缸套不直接與冷卻液接觸,壁厚一般為1~3mm;濕式氣缸套則與冷卻液直接接觸,壁厚一般為5~9mm。濕式氣缸套裝入座孔後,通常缸套頂面略高于氣缸體上平面0.05~0.15mm。這是為了在緊固氣缸蓋螺栓時,可将氣缸蓋襯墊壓得更緊,以保證氣缸的密封性,防止冷卻液和氣缸内的高壓氣體竄漏。
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氣缸蓋
氣缸蓋的主要功用是密封氣缸上部,并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。氣缸蓋内部也有冷卻水套,其端面上的冷卻水孔與氣缸體的冷卻水孔相通,以便利用循環冷卻液來冷卻燃燒室等高溫部分。
發動機的氣缸蓋上有進、排氣門座及氣門導管和進、排氣門通道,還有進氣通道和排氣通道等,如下圖所示。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔,而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發動機的氣缸蓋上加工有凸輪軸軸承孔,用以安裝凸輪軸。
氣缸蓋可以分為分開式氣缸蓋和整體式氣缸蓋兩種類型。分開式氣缸蓋即同一發動機上有多個氣缸蓋,氣缸可以一缸一蓋,也可以兩缸或三缸共用一蓋。分開式氣缸蓋主要應用在一些重量較大、熱負荷重的柴油機或汽油機上。整體式氣缸蓋是指發動機所有氣缸共用一個氣缸蓋,這種類型的氣缸蓋多應用在熱負荷相對較輕的發動機上。
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燃燒室
汽油機的燃燒室由活塞頂部及缸蓋上相應的凹部空間組成。燃燒室的形狀對發動機的工作影響很大。發動機工作過程中對燃燒室有兩點基本要求:一是結構盡可能緊湊,冷卻面積要小,以減少熱量損失及縮短火焰行程;二是使混合氣在壓縮沖程結束時具有一定的渦流運動,以提高混合氣燃燒的速率,保證混合氣得到及時和充分的燃燒。汽油機常用的燃燒室的形式有半球形燃燒室、楔形燃燒室、盆形燃燒室。
少數發動機則采用多球(即ω)形燃燒室和篷形燃燒室。
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油底殼
油底殼也稱機油盤,其作用是儲存發動機機油并與曲軸箱一起密封發動機。油底殼常用薄鋼闆沖壓制成,如下圖所示。它與曲軸箱用螺栓連接,結合處有襯墊,以防漏油。油底殼的底部有深度較大的集油池,殼内裝有穩油擋闆。集油池底部有放油螺塞,大多數放油螺塞帶有磁性,可将鐵屑吸住以減少機件磨損。
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氣缸墊
氣缸墊的作用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封,防止漏氣、漏液和漏油。
氣缸墊裝配在氣缸蓋與氣缸體之間,因接觸高溫高壓燃氣,在使用中易被燒蝕,故要求氣缸墊必須能夠耐熱、耐腐蝕,還必須具有足夠的強度和彈性。目前應用較多的氣缸墊主要有兩種,即金屬-石棉氣缸墊和純金屬氣缸墊。
金屬-石棉氣缸墊的結構如下圖(a)所示,該類型的氣缸墊外層為銅皮或者鋼皮,内層采用夾有金屬絲或者金屬屑的石棉材料,同時為了防止燒蝕,在水孔及燃燒室孔周圍有鑲邊以增加強度。金屬材料具有很好的散熱性,石棉則耐熱性和彈性都較好,可以提高氣缸的密封性能。安裝時,應該特别注意要把氣缸墊光滑的一面朝向氣缸體,否則容易被高壓氣體沖壞。金屬-石棉氣缸墊是目前使用最多的一種類型的氣缸墊。如奧迪100、大衆捷達、豐田凱美瑞等轎車采用的均是這一類型的氣缸墊。
純金屬氣缸墊的結構如下圖(c)所示,該類型氣缸墊基本上由單層或者多層金屬片(低碳鋼或銅)制造而成。為加強密封,在氣缸孔、水道孔及機油孔周圍沖有彈性凸紋,利用凸紋的彈性實現密封。如紅旗CA7560型轎車使用的氣缸墊即為這種氣缸墊。
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發動機支承
發動機支承的作用是支承發動機并給發動機定位,發動機支承一般通過變速器殼和飛輪殼體與車架一起支承發動機。常用的支承方式有三點支承和四點支承,如下圖所示。三點支承的前支承經過曲軸箱支承在車架上,後支承通過變速器殼支承在車架上;四點支承則是前支承通過曲軸箱支承在車架上,後支承通過飛輪殼支承在車架上。
桑塔納2000GSi發動機的支承如下圖所示,該支承方式為三點支承。
由于發動機在工作過程中存在很大的震動,并對支承及車架産生周期性沖擊,導緻車架及支承産生扭曲變形。為了消除這些不良後果,發動機支承一般采用彈性支承。發動機支承上都有縱向拉杆,其作用是防止汽車制動或加速時由于彈性元件變形而産生發動機縱向位移,它是通過橡膠墊圈與車架縱梁和發動機相連的。
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