(1)氣缸體。
氣缸體是氣缸的機體。曲軸箱分上下兩部分,上曲軸箱是用來支承曲軸的,水冷式發動機的氣缸體和上曲軸箱是鑄成壹體的,簡稱氣缸體,如圖3-7、圖3-8所示。它是發動機中形狀最復雜,質量最大的零件。氣缸在氣缸體內,是可燃混合氣燃燒的場所和活塞運動的軌道,它引導活塞做往復直線運動。從功用來看,氣缸體是發動機各機構、各系統的裝配基礎件,是構成發動機的骨架。
圖3-7 發動機氣缸體1—機油道;2—冷卻水通路;3—油、氣通路;4—機油道;5—氣缸;6—上曲軸箱;7—冷卻水通路
圖3-8 壹般的氣缸體1—氣缸;2—水套;3—凸輪軸座孔;4—加強肋;5—主軸承座;6—油底殼安裝面;7—主軸承蓋安裝面;8—缸套氣缸體的主要構造包括氣缸、缸套、水套、曲軸主軸承座孔、凸輪軸座孔、汽油泵安裝孔、機油泵安裝孔、分電器安裝孔、氣門座孔、潤滑油道和水套進水口等。分析發動機的工作原理可知,氣缸在高溫、高壓和化學侵蝕等不利條件下工作,因此要求氣缸體除了要有足夠的剛度、強度之外,還必須要有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等特性。氣缸體的材料壹般為優質灰鑄鐵。
活塞。
活塞的作用是與氣缸蓋組成燃燒室,承受氣缸內的燃氣壓力,通過活塞銷和連桿將力傳給曲軸。圖3-9所示為活塞結構剖視圖,活塞主要由活塞頂1、活塞裙部2、活塞銷座3和活塞環槽4四部分組成。
活塞頂部是燃燒室的組成部分,當發動機工作時,它要直接承受氣體的高溫、高壓。汽油發動機活塞頂壹般采用平頂,其優點是制造簡單,吸熱面積小。有些發動機為了改善燃燒室狀態,以利於混合氣燃燒而采用凹頂或凸頂的活塞。
如圖3-10所示,在活塞頭部切有若幹環槽,用以安裝活塞環。上面是氣環,通常有2~3道;下面是油環,通常有1~2道。油環槽的內壁上鉆有若幹泄油孔或泄油槽,使從氣缸壁上刮下的油回流到下曲軸箱。由於活塞頭部金屬量大於裙部,且溫度高,為避免因膨脹而卡死在氣缸內,活塞頭部的直徑都小於裙部的直徑。活塞裙部對活塞的往復運動起導向作用,並把連桿的側向力傳給氣缸壁,所以它應有足夠的承壓面積。活塞裙部還有活塞銷座,將氣體作用力經活塞銷傳給連桿。
圖3-9 活塞結構示意圖1—活塞頂;2—活塞裙部;3—活塞銷座;4—活塞環槽
圖3-10 活塞與活塞環1、2—氣環;3—油環;4—活塞從活塞的工作情況來看,活塞直接承受著高溫、高壓,並且氣體壓力、慣性力是呈周期變化的,因此活塞的不同部分會受到交變的拉伸、壓縮或彎曲載荷,同時由於活塞各部分的溫度極不均勻,活塞內部很容易因為膨脹、收縮不均勻而導致開裂。因此,要求活塞除了具有足夠的強度和盡可能輕的質量外,還要求其熱膨脹系數小、導熱性好且耐磨。為了滿足上述要求,現代汽車發動機普遍采用鋁合金材料的活塞。
(3)連桿。
連桿的功用是將活塞承受的力傳遞給曲軸,並與曲軸配合把活塞的往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動。連桿承受活塞銷傳來的氣體壓力以及本身擺動和隨活塞運動時的慣性力,這些力的大小和方向都是周期性變化的,有時,還是沖擊性的。因此,連桿受到的是壓縮、拉伸、彎曲和沖擊交變載荷。這就要求連桿在質量盡可能輕的條件下有足夠的強度和剛度。連桿壹般是用中碳鋼或合金鋼經模鍛而成。如圖3-11所示,連桿是由小頭2、桿身3和大頭4(包括連桿蓋6)三部分組成。連桿小頭用來安裝活塞銷,小頭內壹般壓有青銅襯套。為了潤滑活塞銷與襯套,在小頭和大頭上銑有小槽或鉆有油孔,以收集發動機運轉時飛濺上來的潤滑油進行潤滑,
圖3-11 連桿1—襯套;2—小頭;3—桿身;4—大頭;5—軸承;6—連桿蓋;7、8—止口;9—連桿螺栓為了使連桿在活塞銷上自由轉動,除襯套與活塞銷之間留有間隙外,小頭端面與活塞銷座間也留有壹定的間隙。連桿桿身多制成“工”字形截面,這可以在質量盡可能輕的情況下獲得足夠的剛度和強度。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。連桿大頭做成可分式的,被分開的部分稱為連桿蓋,借助連桿螺栓緊固在連桿大頭上。
(4)曲軸。
曲軸的功用是將連桿傳來的力轉變成繞其本身軸線旋轉的扭矩,並將此扭矩通過飛輪輸出,傳給汽車傳動系,同時,驅動配氣機構以及其他各附屬機構和裝置,如風扇、水泵、油泵等。曲軸在工作中承受著不斷變化的氣體壓力、往復慣性力、扭矩和彎矩的***同作用。為了保證工作可靠,曲軸必須要有足夠的剛度和強度,各工作表面要耐磨且潤滑要良好。曲軸壹般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成,也可用高強度合金鑄鐵,如球墨鑄鐵,鑄造而成。如圖3-12所示,曲軸是由主軸頸2、連桿軸頸3、曲柄臂4、平衡重5、前軸端1和飛輪接盤6等部分組成。
圖3-12 曲軸1—前端軸;2—主軸頸;3—連桿軸頸;4—曲柄臂;5—平衡重;6—飛輪接盤主軸頸是曲軸的支撐部位,安裝於氣缸體的主軸承座孔中。各道主軸頸的直徑壹般是相同的,受力較大的前、後以及中間主軸頸壹般做得長些,以平衡各個軸頸及軸承的磨損。連桿軸頸與連桿大頭相配合。它通過曲柄臂與主軸頸相連,在連接處用圓過渡以減少應力集中,防止使用中發生裂紋或折斷。曲柄臂是用來連接主軸頸和連桿軸頸的,其受力情況復雜,往往是曲軸最薄弱的環節。平衡重是用來平衡連桿大頭、連桿軸頸以及曲柄臂等回轉機件所引起的離心力,以及活塞連桿組往復運動所產生的慣性力的。離心力和慣性力及其產生的力矩會導致發動機的振動和曲軸的彎曲變形,引起主軸頸和主軸承磨偏。為了減少主軸承的負荷、改善工作條件,壹般在曲柄臂的相反方向設置平衡重,在曲軸前端裝有驅動配氣凸輪的齒輪,驅動風扇和水泵的帶以及止推環等,並在曲軸後端安裝有飛輪接盤,如圖3-13所示。
圖3-13 汽車發動機飛輪組1—曲軸前端;2—前主軸頸;3—油道孔;4—煉鋼軸頸;5—曲柄;6—平衡重;7—活塞;8—油道孔;9—曲軸法蘭;10—飛輪;11—飛輪齒圈;12—飛輪螺栓鎖緊板;13—變速器第壹軸軸承;14—後主軸承軸瓦;15—油槽;16—曲軸止推環;17—飛輪齒圈;18—中間軸主軸承軸瓦;19—前主軸承軸瓦(5)凸輪軸。
凸輪軸的主要功用是根據發動機工作過程的需要和配氣相位,及時開啟和關閉氣門,並驅動機油泵、分電器和汽油泵等附件工作,如圖3-14所示。凸輪軸由凸輪、凸輪軸頸、驅動機油泵與分電器的螺旋齒輪和用以驅動汽油機油泵的偏心輪等組成。
圖3-14 凸輪軸在同壹氣缸中,進氣、排氣凸輪的相對角位置是與既定的配氣相位對應的。發動機各氣缸的進氣、排氣凸輪的相對角度位置要符合發動機各氣缸工作次序和工作間隔時間的要求。因此,根據凸輪軸的旋轉方向以及各進氣或排氣凸輪的工作順序,就可以判定發動機的點火次序。凸輪軸的材料壹般采用優質鋼模鍛而成,也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造。凸輪的形狀是由氣門的開閉時間及氣門的開起高度決定的,故凸輪的形狀非常重要,如果制造得不準確,會引起氣門機構中很大的沖擊力,使氣門機構損壞,因此凸輪的形狀是應當保證的。