第17章发动机工作原理课程讲解（机体组的构造和工作情况）

第17章发动机工作原理课程讲解（机体组的构造和工作情况）发动机气缸体的结构气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，是气缸修理的加工基准。气缸是构成发动机的骨架，是发动机各机构、系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。（2）气缸体的结构发动机气缸体的结构如下图所示。发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体-曲轴箱，也可以称为气缸体。气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸；下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在上曲轴箱上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。

机体组由气缸体、曲轴箱、气缸套及气缸盖等组成。

1

气缸体及曲轴箱

（1）气缸体的作用

气缸是构成发动机的骨架，是发动机各机构、系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。

（2）气缸体的结构

发动机气缸体的结构如下图所示。发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体-曲轴箱，也可以称为气缸体。气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为气缸；下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在上曲轴箱上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。

气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，是气缸修理的加工基准。

发动机气缸体的结构

（3）气缸体的分类

按照气缸体与油底壳安装平面位置不同，通常把气缸体分为平分式、龙门式和隧道式三种形式，如下图所示。

2

气缸与气缸套

汽车发动机气缸基本排列形式有直列式（单列式）、V形及水平对置式，如下图所示。

直列式多用于六缸以下的发动机。各个气缸排成一列，所有气缸共用一根曲轴和一个气缸盖，气缸多采用垂直布置（极少量采用斜置布置）。直列式发动机结构简单，易于制造，成本较低，但长度和高度都较大。如宝马的大部分车型均采用直列式发动机。

V形发动机将气缸排成两列，其气缸中心线夹角γ<180°，一般为60°~90°。V形发动机采用一根曲轴驱动两列气缸中的活塞运动，曲轴的每个连杆轴颈上都连接两个连杆，所以发动机必须至少有两个以上的气缸盖。该类型发动机的优点是缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸体的刚度及稳定性，运转平稳，结构紧凑。缺点是宽度有一定量增大、形状复杂、加工困难。多用于缸数较多的大功率发动机。如雷克萨斯、日产天籁等多缸数车型采用的是这种排列方式。

水平对置式发动机实际上可以看成是一种特殊的V形发动机，其夹角γ=180°。该类型发动机高度最小，应用在一些垂直空间非常小的车辆上。

与直列式发动机相比，V形发动机缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸体的刚度，重量也有所减轻，但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。有的多缸发动机为了满足需要，气缸排列还采用了W形。

气缸工作表面由于经常与高温、高压燃气相接触，且有活塞在其中做高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为满足以上要求，一般从材料、加工精度和结构等方面采取措施。气缸冷却方式有水冷和风冷两种。汽车发动机多用水冷式。

发动机用冷却液冷却时，气缸周围和气缸盖中均有用以充冷却液的空腔，称为水套，气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。发动机用空汽冷却时，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加散热面积，保证散热充分，一般风冷式发动机的气缸体与曲轴箱是分开铸造的。

气缸套有干式和湿式两种，干式气缸套不直接与冷却液接触，壁厚一般为1~3mm；湿式气缸套则与冷却液直接接触，壁厚一般为5~9mm。湿式气缸套装入座孔后，通常缸套顶面略高于气缸体上平面0.05~0.15mm。这是为了在紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，以保证气缸的密封性，防止冷却液和气缸内的高压气体窜漏。

3

气缸盖

气缸盖的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖内部也有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便利用循环冷却液来冷却燃烧室等高温部分。

发动机的气缸盖上有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道，还有进气通道和排气通道等，如下图所示。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

气缸盖可以分为分开式气缸盖和整体式气缸盖两种类型。分开式气缸盖即同一发动机上有多个气缸盖，气缸可以一缸一盖，也可以两缸或三缸共用一盖。分开式气缸盖主要应用在一些重量较大、热负荷重的柴油机或汽油机上。整体式气缸盖是指发动机所有气缸共用一个气缸盖，这种类型的气缸盖多应用在热负荷相对较轻的发动机上。

4

燃烧室

汽油机的燃烧室由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。发动机工作过程中对燃烧室有两点基本要求：一是结构尽可能紧凑，冷却面积要小，以减少热量损失及缩短火焰行程；二是使混合气在压缩冲程结束时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧的速率，保证混合气得到及时和充分的燃烧。汽油机常用的燃烧室的形式有半球形燃烧室、楔形燃烧室、盆形燃烧室。

少数发动机则采用多球（即ω）形燃烧室和篷形燃烧室。

5

油底壳

油底壳也称机油盘，其作用是储存发动机机油并与曲轴箱一起密封发动机。油底壳常用薄钢板冲压制成，如下图所示。它与曲轴箱用螺栓连接，结合处有衬垫，以防漏油。油底壳的底部有深度较大的集油池，壳内装有稳油挡板。集油池底部有放油螺塞，大多数放油螺塞带有磁性，可将铁屑吸住以减少机件磨损。

6

气缸垫

气缸垫的作用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏液和漏油。

气缸垫装配在气缸盖与气缸体之间，因接触高温高压燃气，在使用中易被烧蚀，故要求气缸垫必须能够耐热、耐腐蚀，还必须具有足够的强度和弹性。目前应用较多的气缸垫主要有两种，即金属-石棉气缸垫和纯金属气缸垫。

金属-石棉气缸垫的结构如下图（a）所示，该类型的气缸垫外层为铜皮或者钢皮，内层采用夹有金属丝或者金属屑的石棉材料，同时为了防止烧蚀，在水孔及燃烧室孔周围有镶边以增加强度。金属材料具有很好的散热性，石棉则耐热性和弹性都较好，可以提高气缸的密封性能。安装时，应该特别注意要把气缸垫光滑的一面朝向气缸体，否则容易被高压气体冲坏。金属-石棉气缸垫是目前使用最多的一种类型的气缸垫。如奥迪100、大众捷达、丰田凯美瑞等轿车采用的均是这一类型的气缸垫。

纯金属气缸垫的结构如下图（c）所示，该类型气缸垫基本上由单层或者多层金属片（低碳钢或铜）制造而成。为加强密封，在气缸孔、水道孔及机油孔周围冲有弹性凸纹，利用凸纹的弹性实现密封。如红旗CA7560型轿车使用的气缸垫即为这种气缸垫。

7

发动机支承

发动机支承的作用是支承发动机并给发动机定位，发动机支承一般通过变速器壳和飞轮壳体与车架一起支承发动机。常用的支承方式有三点支承和四点支承，如下图所示。三点支承的前支承经过曲轴箱支承在车架上，后支承通过变速器壳支承在车架上；四点支承则是前支承通过曲轴箱支承在车架上，后支承通过飞轮壳支承在车架上。

桑塔纳2000GSi发动机的支承如下图所示，该支承方式为三点支承。

由于发动机在工作过程中存在很大的震动，并对支承及车架产生周期性冲击，导致车架及支承产生扭曲变形。为了消除这些不良后果，发动机支承一般采用弹性支承。发动机支承上都有纵向拉杆，其作用是防止汽车制动或加速时由于弹性元件变形而产生发动机纵向位移，它是通过橡胶垫圈与车架纵梁和发动机相连的。