一台完全正常运转的汽油发动机由两大机构八个系统组成。两大机构:连杆机构和配气机构。八个系统:燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、启动系统、电子控制系统、进气系统和排气系统。柴油发动机靠压燃,没有点火系统。 1.曲柄连杆机构。 曲柄连杆机构安装在机体组内,主要由活塞连杆组、曲轴飞轮组两大部分组成。如图2.2-1所示。
(1)机体组。如图2.2-2所示,机体组由气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、气缸套(图中未示出,参见下文)及油底壳等组成。
①气缸体。气缸体包括气缸、冷却水套和曲轴传动机构壳体,如图2.2-3所示。
②气缸垫。气缸垫有软材料密封垫和金属密封垫两种。金属密封垫应用于高负荷发动机,这种密封垫主要由多层钢板垫片制成。金属密封垫的主要特点是,密封作用基本上由弹簧钢层内的集成式凸起和填充层决定。在液体通道处通过弹性橡胶层增强密封效果。如图2.2-4和图2.2-5所示。
③气缸盖。气缸盖(图2.2-6和图2.2-7)是由铸铁或铝合金铸制的,是气缸的密封盖，气缸及活塞顶部组成燃烧室。许多厂家采用把凸轮轴支撑座及挺杆导向孔座与气缸盖铸成体的结构。
④曲轴箱。气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱(图2.2-8),曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。曲轴箱下部件称为底板。
⑤气缸套。气缸套(图2.2-9)构成了活塞和活塞环的工作面及密封面。
小贴士:
气缸套的表面特性决定了气缸套与活塞及活塞环之间油膜的结构和分布情况。因此,气缸套的粗糙度在很大程度上决定着耗油量和发动机磨损度。
⑥油底壳。油底壳(图2.2-10)在发动机最底部,有以下作用:收集发动机油;加固发动机和变速箱;固定相关传感器;固定机油尺导管;固定放油螺塞;隔音。
油底壳也可由两个部件构成,例如油底壳上部件和下部件,如图2.2-1所示。
⑦气缸盖罩盖。气缸盖罩盖(图2.2-12)通常也称作气门盖或气门室罩盖。它构成了发动机机体(发动机壳体)的顶部,使气缸盖顶端与外部隔离、隔音,固定曲轴箱通风系统,固定安装件。
(2)活塞连杆组。
①活塞连杆组作用。活塞连杆组将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动,同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出转矩,以驱动汽车车轮转动。
如图2.2-13所示,活塞在气缸内上下运动(往复式运动)。连杆通过小连杆头以可转动方式连接在活塞销上,也进行往复式运动。大连杆头连接在曲柄轴颈上并随之转动。连杆轴在曲轴圆周平面内摆动。曲轴围绕自身轴线转动(旋转)。
②活塞连杆组结构组成。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成(图2.2-14和图2.2-15)。
a.活塞。活塞(图2.2-16)是汽车发动机气缸体中做往复运动的机件。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部。活塞顶部是组成燃烧室的主要部分,其形状与所选用的燃烧室形式有关。活塞裙部是现代活塞与传统活塞相比变化最明显的部分。活塞裙部用来保证活塞在气缸内直线运行,这就要求活塞裙部与气缸之间的间隙足够大。活塞类型如图2.2-17所示。
b.活塞环。活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环。活塞环必须紧靠在气缸壁和活塞环形槽的侧沿上。活塞环的径向弹簧力使活塞环靠在气缸壁上。活塞上的活塞环如图2.2-18所示。活塞环截面形状如图2.2-19所示。
c.活塞销。活塞销(图2.2-20)是装在活塞裙部的圆柱形销子。它的中部穿过连杆小头孔,用来连接活塞和连杆,其作用是把活塞承受的气体作用力传给连杆,或使连杆小头带动活塞一起运动。
d.连杆。连杆(图2.2-21)用于连接活塞和曲轴,并将活塞所受作用力传给曲轴,将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆大端有两种结构:平分式和斜切式。在V型发动机中大连杆头通常采用斜切式结构(图2.2-21c)。
(3)曲轴飞轮组。
工作原理。曲轴飞轮组的作用是把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动(图2.2-22)。
为汽车的行驶和其他需要动力的机构输出扭矩。同时还储存能量,用以克服非做功行程的阻力,使发动机运转平稳。
②结构组成。曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器等组成。
a.曲轴(图2.2-23和图2.2-24)。曲轴承受连杆传来的力,将其转变为转矩,通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。主轴承轴颈位于曲轴箱内的轴承内。连杆轴颈或曲柄轴颈与曲轴通过所谓的曲柄臂连接起来。曲柄轴颈和曲柄臂的这部分也称作曲柄。
b.飞轮。飞轮通常位于曲轴后端,即发动机与变速箱之间。它可以在做功行程期间存储能量并于稍后释放能量。借助飞轮的这种能量可以克服“空行程”和越过止点(图2.2-25)。
小贴士:
为了行驶的稳定和舒适性,很多车辆采用双质飞轮(图2.2-26)。双质飞轮将传统飞轮的质量块一分为二,一部分继续用于补偿发动机惯量;另一部分负责提高变速箱的惯量,从而使共振范围明显低于正常运行转速。
发动机机械运转不平衡和飞轮作用解释如下。
发动机运转时,实际传至曲轴上的能量并不均衡。一方面是因为燃烧过程具有周期性；
另一方面是由于负责传输作用力的连杆与曲轴之间的夹角不断变化。
图2.2-27(a)中活塞离上止点(TDC)很近。因为连杆几乎垂直压到曲轴上(夹角β几乎达到180°),所以曲轴倾斜角度很大,从而只有很小的作用力从连杆传到曲轴上。相对于活塞行程来说,为此需要曲轴转角较大。
图2.2-27(b)中曲轴垂直于气缸轴线(a=90°),处于此位置时动力传输效果最佳。相对于活塞行程来说,此时曲轴转角较少。
以不均匀方式传递的作用力与燃烧产生的气体压力叠加,因此会造成运转很不平稳。这种不均匀的扭力曲线造成转速波动。通过飞轮可减小转速波动。飞轮是曲轴传动机构内的一个附加平衡重,可以提高传动机构的转动惯量。它起蓄能器的作用,即动力过大时储存能量,动力不足时释放能量。
c.扭转减振器。扭转减振器安装在曲轴前端,即动力输出端相对侧。它由一个固定盘(小质量块)和一个飞轮齿圈(大质量块)构成。这两个部件通过一个橡胶垫连接在一起,因此两者可以相对扭转几度。固定盘用螺栓连接在曲轴的前部端面上。扭转减振器结构组成剖视图见图2.2-28。
扭转减振器用于补偿曲轴的扭转振动。突然加速时飞轮齿圈的转动比曲轴慢几度,松开加速踏板时则正好相反。扭转减振器实物图见图2.2-29。
d.平衡轴。平衡轴用于改善发动机的运行平稳性和噪声。通过装有平衡重且朝相反方向旋转的两个轴来实现。图2.2-30中,平衡轴箱通过螺栓与机油泵连接在一起构成一体。
修时,平衡轴和机油泵只允许作为一个单元整体更换。
