机体组的结构与工作原理

二、机体组的结构与工作原理

1.汽缸体

水冷发动机的汽缸体和上曲轴箱通常铸成一体，称为汽缸体-曲轴箱，也可称为汽缸体（如图2.1所示）。

图2.1　汽缸体的结构

汽缸体一般用灰铸铁铸成，汽缸体上部的圆柱形空腔称为汽缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。汽缸体内部铸有许多加强筋、冷却水套和润滑油道等。汽缸体应具有足够的强度和刚度，根据汽缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把汽缸体分为如图2.2所示的三种形式。

图2.2　汽缸体的结构类型

1）平分式（又称一般式）汽缸体

其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种汽缸体的优点是机体高度小，质量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；其缺点是刚度和强度较差。

2）龙门式汽缸体

其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

3）隧道式汽缸体

这种形式的汽缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从汽缸体后部装入。其优点是结构紧凑，刚度和强度好；其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

为了能够使汽缸内表面在高温下正常工作，必须对汽缸和汽缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷，如图2.3所示。

图2.3　汽缸体的冷却形式

水冷发动机的汽缸周围和汽缸盖中都加工有冷却水套，并且汽缸体和汽缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对汽缸和汽缸盖起冷却作用。现代汽车基本都采用水冷多缸发动机。对于多缸发动机，汽缸的排列形式决定了发动机外形尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照汽缸的排列方式不同，汽缸体还可以分成直列式、V形式和对置式三种，如图2.4所示。

图2.4　汽缸体的排列方式

1）直列式排列

此类型发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式汽缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般6缸以下发动机多采用单列式，例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式汽缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，其发动机有一个倾斜角度。

2）V形排列

此类型发动机的汽缸排成两列，左右两列汽缸中心线的夹角γ<180°，称为V形发动机。V形发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了汽缸体的刚度，减轻了发动机的质量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的汽缸体。

3）对置式排列

此类型汽缸排成两列，左右两列汽缸在同一水平面上，即左右两列汽缸中心线的夹角γ＝180°，故称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种汽缸应用较少。

汽缸直接镗在汽缸体上叫做整体式汽缸。整体式汽缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种汽缸对材料要求高，成本高。如果将汽缸制造成单独的圆筒形零件（即汽缸套），然后再装到汽缸体内。这样，汽缸套采用耐磨的优质材料制成，汽缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，汽缸套可以从汽缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长汽缸体的使用寿命。汽缸套有干式汽缸套和湿式汽缸套两种，如图2.5所示。

图2.5　汽缸套的类型

干式汽缸套的特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁不直接与冷却水接触而和汽缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式汽缸体的优点，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。

湿式汽缸套的特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁直接与冷却水接触，汽缸套仅在上、下各有一圆环地带和汽缸体接触，壁厚一般为5～9mm。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、刚度都不如干式汽缸套好，而且容易产生漏水现象，故应该采取一些防漏措施。

整体式汽缸有上下两个平面，用于安装汽缸盖和下曲轴箱，这是汽缸修理的加工基准。汽缸材料一般采用优质灰铸铁，也有在铸铁中加入少量合金元素，为提高耐磨性，还可采用表面淬火和镀铑等处理工艺。

2.汽缸盖

汽缸盖（如图2.6所示）安装在汽缸体的上面，从上部密封汽缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此要承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的汽缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通，利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

图2.6　汽缸盖

缸盖上还装有进、排气门座和气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的汽缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的汽缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的汽缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

汽缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成。铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金汽缸盖被采用得越来越多。

汽缸盖是燃烧室的组成部分。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其汽缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在汽缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。

汽油机燃烧室常见的三种形式，如图2.7所示。

图2.7　汽油机燃烧室

（1）半球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较为复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛应用。

（2）楔形燃烧室

楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。其气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离较长。切诺基轿车发动机就采用了这种形式的燃烧室。

（3）盆形燃烧室

盆形燃烧室的汽缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达、奥迪轿车发动机就采用了盆形燃烧室。

3.汽缸垫

汽缸垫（如图2.8所示）装在汽缸盖和汽缸体之间，其功用是保证汽缸盖与汽缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。汽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。目前应用较多的是铜皮-棉结构的汽缸垫，这种汽缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的钢丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的汽缸垫。

图2.8　汽缸垫

注意：安装汽缸垫时，首先要检查汽缸垫的质量和完好程度，所有汽缸垫上的孔要和汽缸体上的孔对齐，将光滑的一面朝向汽缸体，防止被高温气体冲坏。其次要严格按照说明书上的要求装好汽缸盖螺栓。拧紧汽缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。