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汽车是怎样工作的(2)

曲轴活塞连杆组

发动机内最主要的运动部件就是曲轴、活塞和连杆。它由曲轴、活塞、活塞环、活塞销、连杆及飞轮等部件组成。

(1)曲轴 它是一根拐了几道弯的轴。曲拐数取决于发动机有几个气缸以及它的排列方式,一根连杆连一个曲拐的,其曲拐数等于气缸数;两根连杆连一个曲拐的,其曲拐数为气缸数的一半。

曲轴要求耐冲击、耐磨,一般都用中碳钢或中碳合金钢锻造而成,也有用球墨铸铁铸造成的曲轴。

带飞轮的曲轴。位于转动中心的主轴颈,它借助一坟轴瓦和曲轴箱相连。不在转动中心的轴颈叫连杆轴颈或曲柄销,它借助于连杆轴瓦和螺栓与连杆相连。

由于曲轴要在高速下旋转,所以它需要不间断地用机油对磨擦表面加以润滑。因此在曲轴的主轴颈、连杆轴颈的曲轴本体内都钻有油道,以便机油能通过这些油道,润滑这些部位。

由于曲轴的形状很不规则,转动起来就会晃动,行家称这种现象为不平衡。如果发动机工作时人造棉其发展,不但会产生极大的噪声,而且机件的寿命也大大地缩短。造成不平衡的主要原因是曲轴旋转时产生了不规则的离心力和离心力矩,另外还有活塞往复运动的惯性力。对于气缸数不同的发动机,这些力和力矩有的存在,有的不存在。因此需要根据具体的结构设置平衡块加以平衡。有的平衡块和曲轴制成一体,也有用螺栓固定在曲轴上的。

我们知道,一个质量很大的轮子,一旦转起来,如果没有阻力,它就会一直不停地转动下去。因此在曲轴的后端装上一个用灰铸铁或球墨铸铁、铸钢制成的飞轮,这是一个转起来惯性很大的圆盘,其边缘既宽又厚。它的功能主要有贮存发动机给的动能、克服曲轴连杆组运动的阻力,克服短时间的过载,保证发动机输出的扭矩和转速均匀。此外它还是磨擦式离合器的驱动件,因此它也需要和曲轴一起进行平衡。

(2)活塞 它像一个倒扣着的杯子,杯底朝上,构成燃烧室的一个部分,杯壁有圆孔,可穿入活塞销。从杯口穿入连杆,通过活塞销和活塞相连。它的主要作用是将混合气燃烧所产生的爆炸力通过活塞销传给连杆,来推动曲轴的曲柄,令曲轴旋转

活塞的工作条件很苛刻,顶部和高温燃气接触,承受带冲击性的高压和因高速往复运动带来的惯性力,整个活塞各部分受到拉、压、弯的综合力和力矩,而受热也不均匀。因此要求活塞的质量要小,热膨胀量小,传热性好,耐磨。用铝合金制的活塞兼备以上性能,是当前的汽车活塞选用材料。

活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分。

活塞顶部有平顶、凹顶之分,表面力求光洁。活塞头部有几道矩形断面的环槽,用来安置各种活塞环,环槽底部钻有许多径向小孔,可使从缸壁上刮下的机油,通过这些孔流向油底壳。活塞头部承受并传递混合气燃烧后的爆发力;能传导混合气燃烧后产生的热量;与活塞环一道构成部分的燃烧室。活塞的裙部是指从活塞环槽到杯口的好个部分。它的主要功能是活塞在缸筒内往复运动中起着导向作用,以及承受缸壁给它的侧压力。

活塞在气缸内工作时,受热受力是很不均匀的,因而会带来不均匀的变形,遂使活塞与气缸筒壁之间的缝隙有的很大,有的很小,也会出现漏气现象和擦伤缸壁表面的可能。严重时会卡死,将活塞损坏。

为了使活塞在正常的工作温度下和气缸筒壁有较均匀的间隙,虽然气缸筒本身仍是圆柱形的,而活塞则制成椭圆形,令活塞在工作时能膨胀成类似的圆柱形。所以活塞在普通状态下为上端直径小,下端直径大的近似圆锥形或椭圆形。

当然,你如果留心,还会发现有的活塞裙部开有纵向和横向的沟槽。开横向槽的目的主要是阻断从活塞顶部传向裙部的热量,迫使裙部的膨胀不致过大。如横向横位于油环槽内,尚可起到油孔的作用。开纵向槽的作用是在活塞冷状态下装配时获得尽可能小的与气缸筒壁间的间隙;在热状态下,活塞不致在气缸筒内卡死。纵向槽的方向与活塞运动方向不平行,斜槽可以防止活塞划伤缸壁。

(3)活塞环 活塞必须与缸壁的配合很紧密,在活塞上嵌入活塞环正是针对这个问题所采取的措施。活塞环分气环和油环两种,前者防止燃烧混合气窜入曲轴箱;后者防止合金铸铁制成,开有斜口,富有弹怀,套在活塞上时,有向外张紧贴在气缸筒壁的特性。如果密封状态被破坏出现漏气现象,发动机就会丧失部分动力,燃料和机油损耗增加,活塞和燃烧室的表面出现严重积碳,并造成环境污染。

一般活塞上装2~3道气环,1~2道油环,在保证密封的要求下,应尽量减少环的数量。气环虽有好几个,但对各个环的要求也不尽相同。离顶部最近的是第一道气环,由于它靠近燃烧室,在温度压力最高及润滑最难的环境下工作,所以在它的工作表面上一般都镀上多孔性铬,此举不但提高了表面硬度,尚能贮存少量机油改善润滑条件,提高使用寿命。其他各气环一般只镀锡或作磷化处理。由于第一道气环的工作温度高,它的切口间隙也较大。当将各道活塞环装在活塞上时,须将它们各自的切口相互错开,这对气缸的密封是有所裨益的。

(4)活塞销 它是活塞与连杆小头的连接件,起着将活塞蝗受力传给连杆的作用。因为在高温条件下承受周期性的冲击力,而且润滑条件又差,所以要求它有足够的刚度、强度和耐磨性。为了减少惯性,一般将它制成空心圆柱体,以减小它的质量。活塞销一般用低碳钢制成,表面渗碳,再加以珩磨和抛光,以提高其表面的硬度和整体的韧性。活塞销装入活塞销孔和连杆小头孔内是浮动的,在发动机工作时,它可以在销座孔内绕自身主轴缓缓转动,以获得较为均匀的磨损。为了防止活塞销沿主轴方向窜动,在活塞销孔内淫卡环嵌在销座凹槽内予以限位。

(5)连杆它以上端的小头连接活塞销,以下端的大头连接曲轴,可将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。它正像你骑自行车时大腿的运动状态那样。连杆一般采用中碳钢或合金钢材料经锻造、机加工和热处理而成。因为连杆工作时受到压缩、拉伸和弯曲的周期性变化的力量,所以要求它质量尽可能小,而又足够的刚度和强度,如果刚度不够会造成大头孔失圆,轴瓦润滑不良而烧毁;杆身弯由会造成气缸漏气、窜油等现象。

连杆大头一般都制两个半圆块,一块是连杆大头的下端,另一块叫连杆盖,用连杆螺栓将两者拧在一起。这两块是一起进行加工(镗孔)的,大头孔的表面为了和轴瓦紧密配合,它的光洁度很高,其表面还铣出定位轴瓦的凹槽和小的油孔。

连杆螺栓的工作条件和连杆一样,一般采用优质合金钢或优质碳素钢材料,经煅造或冷镦而成。安装连杆大头时,必须按工厂规定的扭矩拧紧连杆螺栓,并采取措施防止自行松开。

连杆轴瓦和连杆大头一样,也是制成两半的,轴瓦的基体是薄钢板,内表面浇铸上如巴氏合金等减磨合金层。减磨合金具有减少磨擦,加速磨合,保持油膜的作用。

轴瓦与连杆大头和连杆盖相配合的表面要有极高的光洁度。轴瓦在未装入前,半个轴瓦并不半圆形的,当装入后,因有压量(过盈),所以轴瓦能紧贴在大头孔壁上。为了防止轴瓦工作中转动或轴向位移,在轴瓦上冲压定位凸台分别嵌入大头和连杆盖的凹槽内。轴瓦内表面还有油槽,以保证良好的润滑。

我们知道,进入气缸燃烧室混合气量愈多,它燃烧时放出热量愈大,爆发力也愈强。对于某一具体的发动机而言,它的燃烧室总容积是一定的。要想往燃烧室内多充混合气,必须让混合气的压力要高,温度要低。但由于混合气必须通过进气管才能进入气缸,在流动过程中不免产生阻力使充气压力下降;此外由于上一循环终了后残留气缸内的高温废气以及相邻部件的高温,加热了刚刚进入气缸的混合气,所以要百分之百地达到这个要求是很困难的。

发动机设计师们一般都从改进结构有利于降低进气和排气阻力、进气和排气门开启和持续时间着手,使进气和排气量尽可能地保持充分。气门在发动机上是个很重要的部件,它们必须按准确的时间开启或关闭。按气门布置形式可分顶置式和侧置式。按每个气缸气门数目可分有二气门式、四气门式甚至更多。

最常见的气门布置形式是顶置式,它的进气门和排气门吊挂在缸盖上,大头在下,小头在上,由一套配气机构保证各气门适时开闭。

如上所述,为了按准确的时间使气门开启和关闭,必须有一套配气机构。

 

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