第二章发动机机体和曲柄连杆机构 教学提要 目的与要求：1.了解发动机常见的几种机体结构形式 2.掌握活塞连杆组的加工与维修注意事项 3.掌提曲柄连杆机构的配合间隙的调整方法 内容：1.曲柄连杆机构中的作用力及力矩 2.机体组 3.曲柄连杆机构 4.平衡机构 方法：1.结合基本原理学习构造，理论联系实际采用案例式、 启发式教学 2.以课堂讲授为主，结合参观、拆装实习和作业练习， 掌握所学知识。 3.通过拆装、观察分析结构特点，加深理解基本原理 和工作过程 时间：2学时 地，点：多媒体教室 器材保障：汽油机与柴油机活塞连杆组实物教具各一 曲轴飞轮组实物教具
1 第二章 发动机机体和曲柄连杆机构 教学提要 目的与要求：1．了解发动机常见的几种机体结构形式 2． 掌握活塞连杆组的加工与维修注意事项 3.掌握曲柄连杆机构的配合间隙的调整方法 内容：1．曲柄连杆机构中的作用力及力矩 2．机体组 3．曲柄连杆机构 4．平衡机构 方法：1.结合基本原理学习构造，理论联系实际采用案例式、 启发式教学 2.以课堂讲授为主，结合参观、拆装实习和作业练习， 掌握所学知识。 3.通过拆装、观察分析结构特点，加深理解基本原理 和工作过程 时间：2 学时 地点：多媒体教室 器材保障：汽油机与柴油机活塞连杆组实物教具各一 曲轴飞轮组实物教具
教学进程 教学环节设计 功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环 完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运 配套件 kcnr02_01_01.htm 动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把 活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输 出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、 排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的 课堂提问： 往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机 发动机的结构组 借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧 成，一个机体，两 后发出的热能转变为机械能。 大机构，五大系统 以复习前节课内 工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接 与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高， 活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合 气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐 蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的 工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速 和化学腐蚀作用。 组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三 组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组
2 教 学 进 程 教学环节设计 功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环， 完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运 动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把 活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输 出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、 排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的 往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机 借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧 后发出的热能转变为机械能。 工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接 与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高， 活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合 气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐 蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的 工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速 和化学腐蚀作用。 组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三 组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 配 套 课 件 ： kcnr02_01_01.htm 课堂提问： 发动机的结构组 成，一个机体，两 大机构，五大系统 以复习前节课内 容
第一节曲柄连杆机构中的作用力及 力矩 作用在曲柄连杆机构上的力有气体力和运动 质量惯性力。 气体力作用于活塞顶上，在活塞的四个行程中 始终存在，但只有作功行程中的气体力是发动机 受力的形象化、简 单化分析 对外作功的原动力。气体力通过连杆、曲柄销传 到主轴承。气体力同时也作用于气缸盖上，并通 过气缸盖螺栓传给机体。作用于活塞上和气缸盖 上的气体力大小相等、方向相反，在机体中相互 抵消而不传至机体外的支承上，但使机体受到拉 伸。 曲柄连杆机构可视为由往复运动质量和旋转 运动质量组成的当量系统。往复运动质量包括活 塞组零件质量和连杆小头集中质量，它沿气缸轴 线作往复变速直线运动，产生往复惯性力：旋转 运动质量包括曲柄质量和连杆大头集中质量，它 绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，也称离心力。 往复惯性力和旋转惯性力通过主轴承和机体传
3 第一节 曲柄连杆机构中的作用力及 力矩 作用在曲柄连杆机构上的力有气体力和运动 质量惯性力。 气体力作用于活塞顶上，在活塞的四个行程中 始终存在，但只有作功行程中的气体力是发动机 对外作功的原动力。气体力通过连杆、曲柄销传 到主轴承。气体力同时也作用于气缸盖上，并通 过气缸盖螺栓传给机体。作用于活塞上和气缸盖 上的气体力大小相等、方向相反，在机体中相互 抵消而不传至机体外的支承上，但使机体受到拉 伸。 曲柄连杆机构可视为由往复运动质量和旋转 运动质量组成的当量系统。往复运动质量包括活 塞组零件质量和连杆小头集中质量，它沿气缸轴 线作往复变速直线运动，产生往复惯性力；旋转 运动质量包括曲柄质量和连杆大头集中质量，它 绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，也称离心力。 往复惯性力和旋转惯性力通过主轴承和机体传 受力的形象化、简 单化分析
给发动机支承。 第二节机体组 一、机体组的功用及组成 配套课件 kcnr02_02_01.htm kcnr02_02_07.htm 现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖 气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组 成。镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿 式气缸套。 机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配 气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。 气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁 起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水套 和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系 统的组成部分。 二、机体 1.机体的工作条件及要求 机体是气缸体与曲轴箱的连铸体。绝大多数水 冷发动机的气缸体与曲轴箱连铸在一起，而且多 缸发动机的各个气缸也合铸成一个整体。风冷发 动机几乎无一例外地将气缸体与曲轴箱分别铸
4 给发动机支承。 第二节 机体组 一、机体组的功用及组成 现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖、 气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组 成。镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿 式气缸套。 机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配 气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。 气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁 一起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水套 和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系 统的组成部分。 二、机体 1．机体的工作条件及要求 机体是气缸体与曲轴箱的连铸体。绝大多数水 冷发动机的气缸体与曲轴箱连铸在一起，而且多 缸发动机的各个气缸也合铸成一个整体。风冷发 动机几乎无一例外地将气缸体与曲轴箱分别铸 配 套 课 件 ： kcnr02_02_01.htm- kcnr02_02_07.htm
制。在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭 等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与 高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此， 机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐 蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏 和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧 凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。 2.机体材料 机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。最 近，在轿车发动机上采用铝合金机体的越来越普 遍。 3.机体构造 机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和 曲轴箱结构形式有关。气缸排列形式有3种：直 列式、V型和水平对置式。 气缸内表面由于受高温高压燃气的作用并与 高速运动的活塞接触而极易磨损。为了提高气缸 的耐磨性和延长气缸的使用寿命而有不同的气 缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式也有 3种，即无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式
5 制。在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭 等不同形式的机械负荷，同时还因为气缸壁面与 高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此， 机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐 蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏 和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧 凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。 2．机体材料 机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。最 近，在轿车发动机上采用铝合金机体的越来越普 遍。 3．机体构造 机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和 曲轴箱结构形式有关。气缸排列形式有 3 种：直 列式、V 型和水平对置式。 气缸内表面由于受高温高压燃气的作用并与 高速运动的活塞接触而极易磨损。为了提高气缸 的耐磨性和延长气缸的使用寿命而有不同的气 缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式也有 3 种，即无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式
干气缸套式机体是在一般灰铸铁机体的气缸 套座孔内压入或装入干式气缸套式气缸套不与 冷却液接触。干式气缸套的外圆表面和气缸套座 孔内表面均须精加工，以保证必要的形位精度和 便于拆装。 湿气缸套式机体，其气缸套外壁与冷却液直接 接触。用合金铸铁制造的湿式气缸套的壁厚一般 为5~8mm。湿式气缸套下部用1~3道耐热耐油 的橡胶密封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式 气缸套上部的密封是利用气缸套装入机体后，气 缸套顶面高出机体顶面0.05~0.15mm。 风冷发动机气缸体结构。由于金属对空气的换 热系数仅是金属对水的换热系数的1/33。因此必 须在风冷气缸的外壁铸制散热片，以增加散热面 积，增强散热能力。 按曲轴箱结构形式的不同机体有平底式、龙门 引导学生自行分 式和隧道式3种。 析各种机体形式 平底式机体的底平面与曲轴轴线齐平。这种机 的优缺点？引申 体高度小、质量轻、加工方便。但与另外两种机 各自使用哪种车 体相比刚度较差。 型？
6 干气缸套式机体是在一般灰铸铁机体的气缸 套座孔内压入或装入干式气缸套式气缸套不与 冷却液接触。干式气缸套的外圆表面和气缸套座 孔内表面均须精加工，以保证必要的形位精度和 便于拆装。 湿气缸套式机体，其气缸套外壁与冷却液直接 接触。用合金铸铁制造的湿式气缸套的壁厚一般 为 5～8mm。湿式气缸套下部用 1～3 道耐热耐油 的橡胶密封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式 气缸套上部的密封是利用气缸套装入机体后，气 缸套顶面高出机体顶面 0.05～0.15mm。 风冷发动机气缸体结构。由于金属对空气的换 热系数仅是金属对水的换热系数的 1/33。因此必 须在风冷气缸的外壁铸制散热片，以增加散热面 积，增强散热能力。 按曲轴箱结构形式的不同机体有平底式、龙门 式和隧道式 3 种。 平底式机体的底平面与曲轴轴线齐平。这种机 体高度小、质量轻、加工方便。但与另外两种机 体相比刚度较差。 引导学生自行分 析各种机体形式 的优缺点？引申 各自使用哪种车 型？
龙门式机体是指底平面下沉到曲轴轴线以下 的机体机体底平面到曲轴轴线的距离称作龙门 高度。龙门式机体由于高度增加，其弯曲刚度和 扭转刚度均比平底式机体有显著提高。机体底平 面与油底壳之间的密封也比较简单。 隧道式机体是指主轴承孔不剖分的机体结构。 这种机体配以窄型滚动轴承可以缩短机体长度。 隧道式机体的刚度大，主轴承孔的同轴度好，但 是由于大直径滚动轴承的圆周速度不能很大，而 且滚动轴承价格较贵，因此限制了隧道式机体在 高速发动机上的应用。 三、气缸盖 1.气缸盖工作条件及要求 气缸盖承受气体力和紧固气缸盖螺栓所造成 的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受 很高的热负荷。为了保证气缸的良好密封，气缸 盖既不能损坏，也不能变形。为此气缸盖应具有 足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度分布尽 可能的均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹 应对气缸盖进行良好的冷却
7 龙门式机体是指底平面下沉到曲轴轴线以下 的机体机体底平面到曲轴轴线的距离称作龙门 高度。龙门式机体由于高度增加，其弯曲刚度和 扭转刚度均比平底式机体有显著提高。机体底平 面与油底壳之间的密封也比较简单。 隧道式机体是指主轴承孔不剖分的机体结构。 这种机体配以窄型滚动轴承可以缩短机体长度。 隧道式机体的刚度大，主轴承孔的同轴度好，但 是由于大直径滚动轴承的圆周速度不能很大，而 且滚动轴承价格较贵，因此限制了隧道式机体在 高速发动机上的应用。 三、气缸盖 1．气缸盖工作条件及要求 气缸盖承受气体力和紧固气缸盖螺栓所造成 的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受 很高的热负荷。为了保证气缸的良好密封，气缸 盖既不能损坏，也不能变形。为此气缸盖应具有 足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度分布尽 可能的均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹， 应对气缸盖进行良好的冷却
2.气缸盖材料 气缸盖一般都由优质灰铸铁或合金铸铁铸造， 轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖。 3.气缸盖构造 气缸盖是结构复杂的箱形零件。其上加工有 进、排气门座孔，气门导管孔，火花塞安装孔（汽 油机)或喷油器安装孔（柴油机）。在气缸盖内还铸 有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。 若凸轮轴安装在气缸盖上，则气缸盖上还加工有 凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。 水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体 式3种结构形式。在多缸发动机中，全部气缸共 用一个气缸盖的，则称该气缸盖为整体式气缸 盖：若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分 块式气缸盖；若每缸一盖，则为单体式气缸盖 风冷发动机均为单体式气缸盖。 4.燃烧室 当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖 燃烧室内容可略 底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气 讲，主要后后续课 缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这 程《内燃机原理》
8 2．气缸盖材料 气缸盖一般都由优质灰铸铁或合金铸铁铸造， 轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖。 3．气缸盖构造 气缸盖是结构复杂的箱形零件。其上加工有 进、排气门座孔，气门导管孔，火花塞安装孔(汽 油机)或喷油器安装孔(柴油机)。在气缸盖内还铸 有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。 若凸轮轴安装在气缸盖上，则气缸盖上还加工有 凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。 水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体 式 3 种结构形式。在多缸发动机中，全部气缸共 用一个气缸盖的，则称该气缸盖为整体式气缸 盖；若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分 块式气缸盖；若每缸一盖，则为单体式气缸盖。 风冷发动机均为单体式气缸盖。 4．燃烧室 当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖 底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气 缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这 燃烧室内容可略 讲，主要后后续课 程《内燃机原理》
些凹坑为燃烧室。 相关章节内容作 铺垫 在汽油机上广泛应用的燃烧室有： 1)浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线 平行，进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤 气涡流。 2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸 轴线倾斜，进气道比较平直，进气阻力小。压缩 行程终了时能产生挤气涡流。 3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积 与其容积之比（面容比）最小。进排气门呈两列倾 斜布置，气门直径较大，气道较平直。火焰传播 距离较短，不能产生挤气涡流。 4)多球形燃烧室是由两个以上半球形凹坑组 成的，其结构紧凑，面容比小，火焰传播距离短 气门直径较大，气道比较平直，且能产生挤气涡 流。 5)篷形燃烧室，是近年来在高性能多气门轿车 发动机上广泛应用的燃烧室
9 些凹坑为燃烧室。 在汽油机上广泛应用的燃烧室有： 1)浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线 平行，进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤 气涡流。 2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸 轴线倾斜，进气道比较平直，进气阻力小。压缩 行程终了时能产生挤气涡流。 3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积 与其容积之比(面容比)最小。进排气门呈两列倾 斜布置，气门直径较大，气道较平直。火焰传播 距离较短，不能产生挤气涡流。 4)多球形燃烧室是由两个以上半球形凹坑组 成的，其结构紧凑，面容比小，火焰传播距离短， 气门直径较大，气道比较平直，且能产生挤气涡 流。 5)篷形燃烧室，是近年来在高性能多气门轿车 发动机上广泛应用的燃烧室。 相关章节内容作 铺垫
柴油机的分隔式燃烧室有两种类型： 1)涡流室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接 通道与副燃烧室切向连接，在压缩行程中，空气 从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室，在其中形 成强烈的有组织的压缩涡流，因此称副燃烧室为 涡流室。燃油顺气流方向喷射。 2)预燃室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接 通道不与副燃烧室切向连接，且截面积较小。在 压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强烈的无组 织的紊流。燃油迎着气流方向喷射，并在副燃烧 室顶部预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。 四、气缸村垫 1.气缸衬垫的功用、工作条件及要求 气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密 注意：不同的缸体 封件。其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机 材料，气缸垫装配 体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。气缸衬垫 的正反面有区别。 承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸 在相关维修实践 内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液 及实习中应特别 的腐蚀。气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要 注意 耐压、耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹 10
10 柴油机的分隔式燃烧室有两种类型： 1)涡流室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接 通道与副燃烧室切向连接，在压缩行程中，空气 从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室，在其中形 成强烈的有组织的压缩涡流，因此称副燃烧室为 涡流室。燃油顺气流方向喷射。 2)预燃室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接 通道不与副燃烧室切向连接，且截面积较小。在 压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强烈的无组 织的紊流。燃油迎着气流方向喷射，并在副燃烧 室顶部预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。 四、气缸衬垫 1．气缸衬垫的功用、工作条件及要求 气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密 封件。其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机 体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。气缸衬垫 承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸 内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液 的腐蚀。气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要 耐压、耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹 注意：不同的缸体 材料，气缸垫装配 的正反面有区别。 在相关维修 实 践 及 实 习 中应特 别 注意