2.2.1 气缸体与曲轴箱
气缸体是气缸的壳体,曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体,二者组成了发动机的机体。水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体,称为气缸体-曲轴箱,也可简称为气缸体,如
气缸体作为发动机各个机构和系统的装配基体,承受较大的机械负荷和热负荷,气缸体本身应具有足够的刚度、强度和良好的耐热性,其具体结构型式分为三种,如
(1)一般式气缸体
缸体下平面通过曲轴中心线,这种缸体刚度虽不如其他两种,但缸体高度低,重量轻,容易加工。小轿车和轻型载货车用汽油机由于负荷率低,常采用这种结构形式。
(2)龙门式气缸体
缸体下平面低于曲轴中心线,这种结构形式的缸体虽重些,但刚度好,一般柴油机和负荷较大的汽油机采用这种形式的缸体,大多数 V 型发动机和铝合金缸体发动机多采用这种型式。
(3)隧道式气缸体
缸体上的曲轴轴承座为整体式,形成隧道样,这种缸体的发动机采用滚动轴承的盘形曲轴,安装时,曲轴从一端插入,这种缸体比较笨重,但刚度最好。
气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸。多缸发动机气缸的排列型式决定了发动机外形尺寸和结构特点,对发动机气缸体的刚度和强度也有影响,并关系到汽车的总体布置。可分为:直列式、 V 型式、对置式三种,如
(1)直列式
一般缸体是竖立的,气缸是垂直排成单行,结构简单,加工方便,但高度较高,长度较长,六缸以下发动机多采用这种型式。
(2)V 型式
气缸分为左右两边排列成 V 型,其优点是发动机总长度缩短,高度降低,结构紧凑,功率增大,刚度加强,重量减轻等。但发动机宽度加大,形状复杂,加工困难。一般用于八缸以上功率较大的发动机上。
(3)对置式
把气缸对置排列在同一水平面上,这样降低了发动机的总高度,结构也更加紧凑。一般使用于车身底板下安装发动机的大型公共汽车上。
气缸工作表面由于经常与高压、高温的燃气相接触,且有活塞在其中作高速往返运动,所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了保证气缸表面能在高温下正常工作,必须随时加以冷却,冷却方式有两种:一种是水冷;另一种是风冷(
汽车发动机上常采用水冷却。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。轿车上常用敞开式水套和封闭式水套两种,如图2-2-6 所示。敞开式的水套在气缸体平面敞开,缸体重量轻,结构紧凑,冷却较好,变形小,寿命长。
曲轴箱有前后壁和中间隔板,其上制有主轴承孔。为了给这些轴承润滑,在侧壁上钻有主油道,前后壁和中间隔板上钻有分油道。
2.2.2 气缸套
缸体材料应具有足够的强度、良好的浇铸性和切削性且价格低廉,因此常用的缸体材料是铸铁或合金铸铁。但最近铝合金使用越来越普遍,因为铝合金缸体重量轻、导热性良好,冷却液容量可以减少。起动后,缸体可较快达到工作温度,并且和铝活塞膨胀系数完全一致,受热后间隙变化小,可减少冲击噪音和机油消耗,且和铝缸盖膨胀系数相同,工作时可减少冷热冲击所产生的热应力。
气缸壁要求有足够的耐磨性,其它部分的耐磨性能要求不高,因此,大型发动机上广泛采用镶入缸体内的气缸套,形成气缸工作表面,常将缸套分为干式和湿式两种,如
(1)干式缸套
干式缸套的特点是外表面不与冷却水接触,它是一个耐磨性能良好的薄壁套筒,壁厚一般为 1 ~ 3.5mm , 它具有整体式气缸体的优点,强度和刚度都较好,但加工比较复杂,内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热不良。
(2)湿式缸套
湿缸套是一个与冷却水直接接触的厚壁套筒,壁厚应保证缸套有足够的强度和刚度,一般为缸径的 5% ~ 10% ,。 它散热良好,冷却均匀,加工容易,通常只需要精加工内表面,而与水接触的外表面不需要加工,拆装方便,但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好,而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。
2.2.3 气缸盖
气缸盖密封气缸并与活塞顶、气缸内壁上部共同形成燃烧室,顶置发动机缸盖上还要布置进、排气道以及相应的冷却水套,对顶置凸轮轴发动机还要考虑凸轮轴的支承,还有火花塞或喷油器以及缸盖螺栓的布置等,结构十分复杂。 如
(1)整体式缸盖
多缸发动机的整列气缸共用一个缸盖的称为整体式气缸盖,一般用于缸径较小的发动机。缸径小于 110mm 的发动机多采用整体式缸体,这种型式结构紧凑,可缩短气缸中心距,但刚度小,制造、维修不便。
(2)分体式缸盖
多缸发动机的整列气缸中,分开为二缸一盖或三缸一盖的称为分体式气缸盖。缸径大于 110mm 且小于 150mm 的发动机多采用分体式缸盖。
(3)单体式缸盖
多缸发动机每缸采用一个缸盖的称为单体式气缸盖。单体式缸盖刚度大,制造、修理方便,备件存储比较优越,但缸心距较大,且要用专门的回水管回流缸盖冷却水,故结构复杂,缸径大于 150mm 的发动机多采用单体式缸盖,风冷发动机均采用单体式缸盖。
各种型式的缸盖底面都与气缸、活塞共同形成燃烧室,有气道、气门的布置,有火花塞或喷油器的布置,有冷却水套和导流片或导水管的布置等。对顶置气门和顶置凸轮轴还要布置摇臂轴承座、凸轮轴轴承座以及气门座和气门导管等。
汽油机的燃烧室是由活塞顶面和气缸盖上相应的凹坑所组成,其型式各不相同,但大致有以下几种:
(1)楔形燃烧室
燃烧室横向剖面呈楔形,有较大的挤气面产生压缩涡流,使距火花塞燃烧最远处得到很好冷却,有利于抑制爆震的产生,这种燃烧室气门多列于一侧,如
(2)浴盆式燃烧室
这种燃烧室形状象浴盆,燃烧室中可适当布置挤气面,燃烧温度较低,工作较柔和,只是进气受到室壁的影响,如
(3)半球形燃烧室
这种燃烧室的气门呈横向 V 形排列。因此气门头部直径可以做得较大,换气好。火花塞多位于燃烧室得中部,抗爆性好,经济性、动力性好,如
(4)浅蓬形燃烧室
这种燃烧室断面象蓬形,由半球形发展而成,燃烧室紧凑,适于装置多气门。进、排气门分布在缸盖两侧,呈 V 形,但其夹角较球形小,这种气门有利于驱动,如图2-2-9 d )。
2.2.4 气缸垫
气缸垫置于气缸盖与气缸体之间,作用是保证燃烧室的密封,防止漏气、漏水。
气缸垫的材料要有一定的弹性,能补偿结合面的不平度,以确保密封,同时要有好的耐热性和耐压性,在高温高压下不烧损、不变形, 拆装方便,能重复使用,寿命长。
目前应用的气缸垫结构大致有金属—石棉垫、纯金属垫等几种(
图2-2-10 )。
2.2.5 油底壳
油底壳的主要功能是储存机油并封闭曲轴箱。油底壳一般受力很小,多采用薄钢板冲压而成,如
图2-2-11 所示,其形状决定于发动机的总体布置和机油的容量。在有些发动机上,为了加强油底壳内机油的散热,采用了铝合金铸造的油底壳,在壳的底部还铸有相应的散热肋片。
为了保证在发动机纵向倾斜时机油泵能够吸到机油,油底壳后部一般做的较深。油底壳内还设有挡油板,防止汽车振动时油面波动过大。油底壳底部装有放油塞。多数放油塞是磁性的,能吸附机油中的金属屑,减少发动机运动件的磨损。
2.2.6 发动机支承
发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑支承在车架上。发动机的支承方法,一般有三点支承和四点支承两种,发动机在车架上的支承是弹性的,这是为了消除在汽车行驶过程中车架的扭转变形对发动机的影响,以减少传给底盘和乘员的噪音和振动。


