内燃机核心零部件详解
读懂内燃机原理固然好,但不知其零部件则枉然。引擎盖下各组件精密配合创造动力,对外行宛如魔法。
汽车发动机由不同尺寸、各司其职的组件构成。本文聚焦最常见的内燃机类型。
现代发动机零部件融合机械与电气组件。推荐阅读内燃机重要文章……
内燃机零部件:
以下是内燃机常见核心部件:
1. 气缸:
位于发动机缸体(即气缸体)内,外套衬套/缸套。衬套磨损后易更换。气缸内有活塞上下运动空间,燃烧在此发生。
气缸特征为缸径和行程。缸径即内径,行程指活塞往复有效长度(上止点TDC至下止点BDC)。
缸体还含环绕各气缸的中空夹套,允许冷却液进出循环,实现液冷发动机高效散热。
2. 活塞:
圆柱形部件在气缸内上下往复,完成完整燃烧循环(进气、压缩、燃烧、排气)。
活塞直径略小于缸径防磨损。活塞表面环槽装配三道活塞环(铝制),直接接触缸套防磨。前两道为气环,外缘倒角助吹失效应(防废气窜入曲轴箱);第三道为油环,防机油进入燃烧室并保证缸壁润滑油膜均匀分布。
3. 曲轴:
通过连杆将活塞往复运动转为旋转运动。位于缸体下方曲轴箱内。曲轴有偏心弯曲的曲柄销。多缸发动机每缸配专属曲柄销连接连杆活塞。
曲轴销轴承称大头,属滑动轴承。配重块抵消活塞往复运动产生的扭转振动。配重或螺栓连接或一体铸造。
曲轴分分体和整体式。整体式更优:无振动空间,纤维流向更好,抗应力能力更强。
材质通常为钢锻造或球墨铸铁铸造;整体曲轴用热处理碳钢,钒微合金钢因免热处理高强度也被采用。
4. 连杆:
连接活塞与曲轴,将活塞直线运动转为曲轴旋转运动。一端通过活塞销(腕销)连活塞,另端通过螺栓连曲轴销(大头),上下轴承盖固定。
大头装配两半滑动轴承。两端非刚性固定以摆动,持续运动承受活塞压力巨大应力。
通常锻钢制造,轻量化高冲击吸收场景用铝合金。制造精度极高,因敏感易失效。
5. 气缸盖:
覆盖缸体、配气机构、点火部件。通过缸垫螺栓固定于缸体。
材质铸铁,轻量化需求时用铝合金(导热更快)。
顶置凸轮轴发动机中,凸轮轴置于缸盖内,无推杆机构。进排气道、燃烧室也在缸盖下,形成完整发动机组件。
6. 凸轮轴:
装有凸轮的轴,直接压在气门上或通过摇臂推杆机构控制气门。凸轮尺寸决定配气正时(气门启闭时刻)。凸轮轴通过减速齿轮直接或通过带轮正时皮带间接安装在曲轴上。
齿轮传动凸轮轴需推杆挺柱摇臂机构。材质常用冷硬铸铁,高品质用钢坯。冷硬铸铁提供更高耐磨性和表面硬度。
7. 气门:
内燃机称蘑菇阀。由细长圆柱阀杆和平圆锥形阀头组成。功能:进气门开启允许新鲜混合气进入,排气门开启排出废气。启闭由凸轮轴滑动运动及连杆机构驱动。
发动机气门用填钠钢合金增强传热。分进气门(开启允许新鲜混合气进入)和排气门(开启排出废气)两类。
8. 摇臂:
传递凸轮/曲轴旋转运动,经挺柱/锁扣转为气门杆直线运动,压开气门头,关键作用。
轻中载发动机摇臂用钢冲压件;重载柴油机用铸铁和锻造碳钢(强度刚度更高)。摇臂绕缸盖固定支点杆摆动。
9. 曲轴箱:
位于缸体下方,含旋转曲轴的主轴承。主轴承为滑动轴承,供油充足。四缸直列汽油机曲轴箱三主轴承(两端一中间);柴油机五主轴承(两端及各缸之间各一)。
材质同缸体(铸铁/铝)。保护内部机构防尘防杂物;作为壳体容纳曲轴连杆,密封油气。
10. 机油泵与油底壳:
机油泵将机油输送至发动机各部位润滑清洁冷却。由曲轴齿轮驱动。机油加压分配至各部件润滑冷却系统。
油底壳作储油室。机油泵通过金属滤网从油底壳吸油(滤除杂质)。机油经滤清器和机油冷却器后分配至发动机部件。完成任务后回流油底壳。
其他发动机电气部件将另文讨论,包括:
- 发电机
- 启动电机
- 火花塞
- 电子燃油喷射器
- 点火线圈等
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