曲柄连杆机构与配气机构 |
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北京切诺基吉普车发动机为四行程、直列、四缸、水冷、顶置式配气机构、化油器式汽油机。 发动机的外形图和横剖面图如图2-1和图2-2所示,其结构可分为曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系等系统。 一、曲柄连杆机构 北京切诺基吉普车发动机的曲柄连杆机构和配气机构如图2-3和图2-4所示。 曲柄连杆机构的功用是把作用在活塞顶上的燃气作用力转变为曲轴的扭矩,以向底盘输出扭矩。 曲柄连杆机构主要分为三个部分: 缸体曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 (一)缸体曲轴箱组 缸体曲轴箱组包括气缸体、气缸盖、气缸套、气缸垫和机油盘等机件。 1.气缸体 气缸体是发动机的骨架,发动机几乎所有零件都安装在气缸体上。切诺基发动机的气缸体如图2-5所示为一般式气缸体。所谓一般式气缸体是指曲轴的轴线与气缸体的下表面在同一平面上。这种一般式气缸体高度小,构造简单,结构紧凑,重量较轻,但刚度较差。气缸中心距为111.25mm,缸体为薄壁铸铁体,基础壁厚3.8mm,水套厚4.47mm,总质量约为40kg,具有先进的铸造水平。缸套为干式缸套,与缸体铸成一体。所谓干式缸套指的是缸套不与水套中的冷却水直接接触。缸体的高度为236.728mm。 2.气缸盖和气缸垫 1)气缸盖 气缸盖的作用是密封气缸,并与活塞一起组成燃烧室,承受高温高压气体的作用。切诺基发动机的气缸盖也是薄壁铸铁体,基本壁厚为4.3mm,因为该发动机为顶置式配气机构,所以气缸盖形状较为复杂,缸盖上除了有水套之外,还有安装推杆和气门的孔道,此外,还有摇臂支座,如图2-6所示。缸盖的底部有楔形燃烧室,如图2-7所示,燃烧室容积为55.83-55.93mL。这种燃烧室的结构比较简单、紧凑,气门可以倾斜布置(可以采用较大的气门),其充气性能较好,而且还可以形成较好的涡流,有利于形成较均匀的可燃混合气。缸盖上的火花塞位于楔形燃烧室的最高处,倾斜成45°,并偏移于气缸中心线3mm。气门从前往后排列次序是排进进排排进进排,其轴线与缸盖底面成10°倾斜,并倾向于进排气道,进排气道都布置在缸盖左侧(从后往前看),进气腔道为长方形,排气腔道为圆形(有的进排气腔道均为方形),排气门口镶有合金铸铁座圈。 气缸盖通过气缸垫用缸盖螺栓固定在缸体上,装配力矩为115N·m(用于组装零部件),复检力矩108-122N·m(用于检查初步紧固的零部件),紧固缸盖螺栓时,按图2-8所示的顺序进行紧固,这样从中间向两端的顺序拧紧,可以使气缸垫平直不翘曲。 2)气缸垫 气缸垫的作用是保证气缸盖、气缸体、燃烧室之间的水、油和气体的密封。气缸垫一般应满足以下几个主要要求: (1)在高温、高压的燃气作用下,应有足够的强度,不易损坏; |
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(3)具有一定的弹性,能补偿结合面的不平度以保证良好的密封性; (4)拆装方便,而且能重复使用,寿命长。 一般气缸垫应用较多的是金属一石棉气缸垫, 图2-9为切诺基发动机的气缸垫。该缸垫由单片光整冷轧低碳钢制成,厚度为0.38±0.051mm。安装气缸垫时,注意将缸垫上标有“TOP”(朝上)字样的一面朝上,并且在缸垫上、下表面均匀地涂上密封剂(注意:密封剂不能涂到气缸体和气缸盖的加工表面上,并且不得将密封剂弄到气缸筒里)。3.机油盘 机油盘俗称油底壳,它的功用是储存机油并封闭曲轴箱。因为受力很小,一般采用薄钢板冲压。切诺基发动机的机油盘由低碳钢冲压而成,如图 2-10所示。该发动机的机油盘不是整体的,前后端有缺口,机油盘的垫片由两片组成,前端靠机油盘-正时链盖(前盖油封凸舌)进行密封,后端靠机油盘-主轴承密封罩进行密封。(二)活塞连杆组 活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销等。如 图2-11所示。1.活塞 活塞的主要作用是承受气缸体中的气体压力所造成的作用力,并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转对外作功。同时活塞顶部还与气缸盖、气缸垫共同组成燃烧室。 切诺基发动机的活塞由SAE332-T5合金铸铝制成,其顶部有一长圆形凹穴,深度为2.95mm,主要目的是为了在国内使用调整压缩比,顶部形成凹坑后,也可增强挤气涡流强度;活塞头部有两道气环槽和一道油环槽。裙部不受侧压力的两侧切去一部分形成所谓拖板式裙部结构,这样可以减轻活塞的重量,弹性较大,同时也可以减小活塞与缸壁之间的间隙。为了防止活塞裙部“冷敲热拉”,在活塞销座的内侧,贴有热胀系数较小的优质低碳钢片,这样可以抑制活塞的膨胀,同时将活塞裙部制成椭圆,其长轴垂直于活塞销销轴轴线,短轴平行于活塞销销轴轴线。活塞顶部打印有“FRT”(向前)和箭头,注意该箭头在安装活塞时是指向发动机前端的。 2.活塞环 活塞环分为气环和油环两种。 1)气环 气环的作用是保证活塞与气缸壁之间的密封,防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱,同时还可以将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁,再由冷却水或空气带走。 切诺基发动机共有两道气环。两道气环均为内圆上边缘切槽的扭曲环,这种扭曲环由于断面切开槽后不对称,自由状态直径大于缸径,装入气缸之后环的弹性内力会形成一对力偶而产生一个力矩,使扭曲环产生扭曲,使环的内圆表面成为微锥面,与气缸壁形成线接触,同时与环槽的上、下面也是线接触,因此密封性好、刮油性好,磨合性也较好。两道气环均由铸铁制造,第一道气环外表面喷钼,两道气环表面进行磷化处理。 安装气环时,注意将内圆上边缘的切槽向上,切诺基发动机第一和第二活塞环表面上标有朝上的标记,如 图2-12所示。2)油环 油环的作用是刮除气缸壁上多余的机油,并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油油膜,这样既可以防止机油窜入气缸燃烧,又可以减小活塞、活塞环和气缸壁的磨损和摩擦阻力,此外油环也起到封气的辅助作用。切诺基发动机的油环为组合式油环。上、下各为二钢片,中间为一道衬环组合而成。钢片油环作用在气缸壁上的单位面积压力高,钢片柔性好,上、下片可以互相独立且能适应气缸的不均匀磨损和活塞变形、摆动的影响,对油的密封性好,而且重量轻,由于表面镀铬,制造成本较高。 无论是气环还是油环,装入气缸之后,都会有环隙,因此安装时这些间隙要错开,以免形成通路而漏气,安装要求如 图2-13所示。第一道气环的开口与第二道气环、组合油环的上钢片、下钢片的开口,从上往下均相互错开180°,位置与活塞销轴线平行,环隙位置允许与图示位置有±20°的偏差。3.活塞销 活塞销是用来连接活塞和连杆的,并把活塞所承受的力传给连杆。 切诺基发动机的活塞销为“半浮式”活塞销。所谓“半浮式”活塞销指的是活塞销只能在活塞销座中转动,因此活塞销与连杆小头为过盈配合,与活塞销座为过渡配合。因为活塞销在连杆小头中不能转动,所以安装活塞销之后,在销座两端不必装卡环。活塞销由低碳钢制成,中空,双面镀锡,这样可提高刚度,减轻重量。 为了减轻活塞在压缩行程接近终了和作功行程开始时,活塞由于换向时受侧压力作用而对缸壁产生的拍击现象,切诺基发动机的活塞销孔中心线偏移活塞中心1.46-1.72mm。因此安装时,不看活塞顶部的安装记号,也应知道安装时,面对发动机偏位应向左。 4.连杆 连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴,推动曲轴转动,变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。连杆在工作中要承受活塞销传来的气体压力、活塞连杆组往复运动的惯性力和连杆大头围绕曲轴产生的旋转惯性力的作用,而且连杆本身是一个较长的杆件,因此要求连杆必须有足够的强度和刚度,并且尽量减轻重量。切诺基发动机的连杆由铸铁制成,杆身为“工”字形断面,大头为剖分式,下部为大头盖,用连杆螺栓将连杆轴承盖和连杆大头紧固在一起,用螺母拧紧,拧紧力矩为45N·m,复检力矩为41-47N·m。连杆去重部位在连杆轴承盖的下端面。连杆在大头和连杆轴承盖结合部的一侧有一凹槽,其用途是当发动机工作时,润滑油可以从凹槽中喷出来润滑凸轮轴凸台、分电器驱动齿轮、气缸壁和活塞销,因此装配时此凹槽应朝向凸轮轴并与活塞向前记号相配合,而且连杆和连杆轴承盖的标记要对应并与缸号相符。 (三)曲轴飞轮组 曲轴飞轮组由曲轴、飞轮和扭转减振器等机件组成(参看 图2-3)。1.曲轴 曲轴的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并在作功行程中,连续承受连杆传来的力,将其转变为扭矩输送给汽车传动系,同时还驱动配气机构以及其它辅助装置。 切诺基发动机的曲轴由球墨铸铁制成。曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、前端轴和后端轴组成。曲轴为全支承曲轴。所谓全支承曲轴就是曲轴的每一个连杆轴颈的两端都有主轴颈的曲轴。所以该发动机曲轴有四道连杆轴颈,有五道主轴颈,全支承曲轴抗弯刚度较高,主轴承负荷小,但曲轴较长,结构和工艺复杂。 曲轴的前端装有皮带轮和和正时链轮,正时链轮通过链条来驱动凸轮轴正时链轮。链条传动与齿轮传动比较,有传动噪音小、传动平稳等优点。曲轴通过皮带轮用蛇形皮带来驱动水泵、发电机、动力转向泵和空调压缩机,如 图2-14所示。曲轴前端还装有挡油圈、正时链罩、密封圈和扭转减振器(见 图2-3),扭转减振器用螺钉固定在皮带轮上。曲轴通过主轴承盖用螺栓固定在缸体的主轴承座上,主轴承瓦为细晶粒巴氏合金,钢背对开式,主轴承盖从前往后依次由1到5进行编号,并用箭头或凸点表示向前位置,装时不能错位,用螺栓拧紧主轴承盖的装配力矩为108N·m,复检力矩为95-115N·m。轴瓦表面均镀有锡层。曲轴依靠第二道主轴承瓦来进行轴向定位,该轴瓦为翻边轴瓦,曲轴的轴向间隙为0.038-0.165mm(0.051-0.064mm最佳)。曲轴前端安装了橡胶摩擦式扭转减振器,其目的是为了消减曲轴的扭转振动,避免强烈共振,曲轴皮带盘和扭转减振器装在一起实际形成了一个整体,其工作原理示意图如 图2-15所示。曲轴主轴颈与皮带轮的轮毂固定在一起,当曲轴发生扭转振动时,曲轴前端的振幅最大,要反映到皮带轮上,而皮带轮要带动其它辅助机件转动,与曲轴会产生相对的角振动,夹在中间的橡胶层会产生交替的扭转变形,而产生橡胶分子内部摩擦,消耗了扭转振动能量,整个曲轴的扭转振幅将减小,从而避免了强烈共振。 点火正时记号在曲轴皮带轮和正时链壳上。当曲轴皮带轮上的正时记号对准正时链壳上的0°刻度时,即表明第一、四缸活塞处于上止点位置。 2.飞轮 飞轮的功用是在作功行程中贮存一部分能量,而在非作功行程中释放一部分能量克服其阻力,保证曲轴运转均匀,同时将发动机的动力传递给离合器;齿圈是为了工作时与起动机的驱动齿轮啮合起动发动机。 飞轮由灰铸铁制成,齿圈为热轧圆角方钢,两者焊接而成,齿圈齿数为148个。 曲轴和飞轮安装成总成之后要进行静平衡和动平衡试验。[TOP] 配气机构的功用是按发动机各缸的发火顺序和配气相位的要求,定时地开启和关闭进、排气门。北京切诺基吉普车发动机的配气机构为顶置式配气机构,凸轮轴为上置式即凸轮轴位于气缸体的上部,由曲轴通过链条进行驱动。它由气门组和气门传动组组成。 (一)气门组 气门组包括气门、气门导管、气门座、气门弹簧及座圈、锁片、挡油圈和气门室罩等零件组成,如图2-16所示。气门为平顶式,这种结构比较简单,制造方便,受热面积小,气门锥角为44.5°。所谓气门锥角即指的是气门工作锥面与气门头平面之间的夹角。北京切诺基吉普车发动机的进气门为合金钢制造,排气门由奥氏体21-2N钢制造,气门弹簧座圈用锁片固定,所以气门的杆端有凹槽。 气门导管是缸盖整体的一部分,不可拆卸,它主要是为气门上下运动时起导向作用。气门在导管中上下运动,两者之间的间隙为0.02-0.07mm,为防止润滑油沿气门导管与气门之间的间隙渗入燃烧室,每个气门杆上都安装有伞形尼龙挡油圈,挡油圈与气门杆为过盈配合,这样即可防止润滑油从间隙中上窜到燃烧室。使用中如果气门与气门导管之间的间隙过大(超过0.0762mm),则应扩大气门导管孔,再配用气门杆直径加大一号的气门。 进气门座直接在缸盖上镗出,排气门座则另外单独制成,再镶嵌到气缸盖上。气门与气门座之间要进行研磨,以保证密封。气门研磨之后,其气门上的余量应为0.787mm,如图2-17所示。气门弹簧的作用是使气门自动回位,保证气门与气门座的密封。北京切诺基吉普车发动机的气门弹簧为右旋圆柱形螺旋弹簧,钢丝直径5mm,有效圈数为4.13。气门弹簧要经喷丸处理。 (二)气门传动组 气门传动组由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、枢轴、摇臂过桥、摇臂螺钉以及正时链轮、传动链等组成。如图2-18所示。 凸轮轴的前端装有正时链轮,通过传动链条由曲轴正时链轮驱动,传动链传动过程中由正时链张紧器来保证其松紧度,外面有正时链壳。凸轮轴上有四个轴颈,其直径从前往后依次减小,这样安装时比较方便。整个凸轮轴上有八个凸轮,每缸一个进气凸轮,一个排气凸轮,排列形式从前往后为排-进-进-排-排-进-进-排。凸轮轴的轴向定位,由分电器上的斜齿轮与凸轮轴上的驱动斜齿轮相啮合来保证。 摇臂总成最大的特点是没有摇臂轴。它由摇臂、枢轴、摇臂过桥和摇臂螺钉等组成。摇臂为一个冲压件,不仅重量轻而且简化了工艺,每个摇臂都用一个枢轴作为杠杆的支点,为增强稳定,每两个摇臂还用一个过桥连接起来,摇臂过桥和枢轴、摇臂一起用摇臂螺钉固定在缸盖的摇臂支座上(图2-19)。摇臂螺钉的拧紧力矩为26N·m,摇臂比为1.6(凸轮升程为6.73mm,气门升程为10.7mm)。[TOP] |
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