擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、前 言內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，帶動(dòng)了汽車的發(fā)展，給世人在“行”上帶來(lái)極大的便利，使得窨距離縮小，人們的工作速度得以提高。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，又使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)如虎添翼，成為高新技術(shù)的集成。汽車用內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力并發(fā)展成為支柱產(chǎn)業(yè)，在歷史上有幾次革命性的進(jìn)步，第一次是石油作為內(nèi)內(nèi)燃機(jī)的燃料，這使發(fā)動(dòng)機(jī)擺脫了最初建立在煤氣為燃料基礎(chǔ)上的固定式發(fā)動(dòng)機(jī)，從而邁向移動(dòng)式的車用動(dòng)力。第二次革命是汽車生產(chǎn)的工業(yè)化。第三次是電子技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相結(jié)合。電子技術(shù)最初在汽油機(jī)上的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)電子點(diǎn)火，然后到電控燃油噴射，至今天點(diǎn)火和噴射的集成管理。短短幾十年，發(fā)動(dòng)機(jī)成為高新技術(shù)的集成。無(wú)論是燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、廢氣排放水平等等

2、，是任何一種其他動(dòng)力機(jī)械所無(wú)法比擬的。這一切都來(lái)源于電子技術(shù)發(fā)揮的作用。汽車內(nèi)燃機(jī)是通過(guò)燃料的燃燒，把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的熱動(dòng)力機(jī)械。熱力學(xué)、燃燒學(xué)和機(jī)械學(xué)的理論分析表明，內(nèi)燃機(jī)是熱效率最高的熱力機(jī)械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。1內(nèi)燃機(jī)1.1內(nèi)燃機(jī)的概述內(nèi)燃機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種。發(fā)動(dòng)機(jī)是把某種形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器。能夠?qū)⑷剂现械幕瘜W(xué)能經(jīng)過(guò)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)使之再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為熱機(jī)。內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一種，他區(qū)別于其他形式熱機(jī)的特點(diǎn)，是燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，燃料燃燒時(shí)放出大量的熱量，使燃燒后的氣體膨脹推動(dòng)機(jī)械做功。燃?xì)馐菍?shí)現(xiàn)熱能向機(jī)

3、械能轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，這種媒介物質(zhì)稱為工作介質(zhì)1。發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)不同的特征來(lái)分類： 按所用燃料分 有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和其他代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是用電火花強(qiáng)制點(diǎn)燃由汽油與空氣組成的可燃混合氣，使之燃燒并產(chǎn)生熱能，故汽油機(jī)又稱強(qiáng)制點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)使用的柴油是直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，在高溫高壓條件下自燃而產(chǎn)生熱能，故柴油機(jī)又稱壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。 按完成一個(gè)工作循環(huán)所需要的活塞沖程數(shù)分 有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分 有水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)；單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)各缸的排列方式，又有直列式發(fā)動(dòng)機(jī)和“V”形發(fā)動(dòng)機(jī)等。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用水冷式多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 按活塞的運(yùn)動(dòng)

4、方式分 有往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。往復(fù)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞為上下運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞是旋轉(zhuǎn)的2。 現(xiàn)代汽車用的內(nèi)燃機(jī)絕大多數(shù)為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。為了方便敘述我們對(duì)各種型式的內(nèi)燃機(jī)都簡(jiǎn)稱為內(nèi)燃機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)。本文主要介紹的便是在旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行改造，而得出的擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作沖程為二沖程。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)和船舶等機(jī)器的動(dòng)力源，是它們的“心臟”，其性能是決定這些機(jī)器使用性能好壞的關(guān)鍵。往復(fù)機(jī)已有百年的歷史了，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用和發(fā)展，到目前，不論是二沖程還是四沖程，可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了比較完善的程度。它的最大優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)可靠，因此在工農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)中，一直占據(jù)主要地位。1.2選題的背景

5、眾所周知，往復(fù)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方案，是利用曲軸連桿機(jī)構(gòu)，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所造成的慣性力和慣性力矩，不能得到完全平衡，這是往復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)本身存在的缺陷。這些不平衡的力和力矩，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而急劇增大，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)軸承上的慣性負(fù)荷顯著增加，并引起振動(dòng)和噪音的增大。特別是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)不斷向高速發(fā)展時(shí)，活塞連桿機(jī)構(gòu)和氣閥機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的弊病。同時(shí)，活塞的平均速度，由于受到現(xiàn)有金屬材料性能的限制，通常不得超過(guò)允許值，也限制了往復(fù)機(jī)向高速方向發(fā)展。加之往復(fù)機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，這些因素是往復(fù)機(jī)進(jìn)一步提高功率、降低重量（和體積）的嚴(yán)重障礙。而旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)比較，它

6、的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)很小，動(dòng)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，此外制造成本也比較低。特別是在要求發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速大功率的使用場(chǎng)合，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性就更為突出。但是，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)也還存在著不少問(wèn)題，例如低速動(dòng)力性差，起動(dòng)性能和耐久性也有待進(jìn)一步提高等等?；谝陨蠋追N原因，我們希望有一種發(fā)動(dòng)機(jī)能夠一定程度上結(jié)合了旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)與往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。即具有旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)特性，也具有往復(fù)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。它能夠利用旋轉(zhuǎn)特性很好地解決曲柄連桿機(jī)構(gòu)存在的慣性力問(wèn)題，而且根除了四桿機(jī)構(gòu)的急回特性。而正在此時(shí)，老師向我們提出了晉江某企業(yè)已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一種擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而且做成了樣機(jī)，還成功發(fā)動(dòng)起來(lái)。只是這個(gè)樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)

7、存在著一些不合理性，以至于后來(lái)發(fā)生了故障。由于這種擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的市場(chǎng)開拓前景，我們?cè)趯?duì)樣機(jī)的理解上大膽地提出了改進(jìn)與創(chuàng)新。而所有的這些我們都將在下面的文章中做出詳細(xì)的說(shuō)明。2 往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)基本工作原理2.1 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及換氣過(guò)程汽油機(jī)是將汽油和空氣混合成可燃混合氣，然后進(jìn)入氣缸用電火花點(diǎn)燃。首先，我們以曲柄軸箱掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明一下二沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程。二沖程汽油機(jī)的工作沖程如下：（1）第一沖程 活塞自下止點(diǎn)向上移動(dòng)，三個(gè)氣孔被關(guān)閉后，在活塞上方，已進(jìn)入氣缸的可燃混合氣體被壓縮；而活塞下方的曲柄軸箱內(nèi)因容積增大，形成一定的真空度，在進(jìn)氣孔露出時(shí)，可燃混合氣體自化油器經(jīng)進(jìn)氣

8、孔流入曲柄軸箱內(nèi)。（2）第二沖程 活塞壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)，火花塞點(diǎn)燃混合氣體，高溫高壓的燃?xì)馀蛎洠苿?dòng)活塞下移做功。活塞下移做功時(shí)進(jìn)氣孔關(guān)閉，密閉在曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣體沖入氣功，驅(qū)除廢氣，進(jìn)行換氣過(guò)程。此過(guò)程一直進(jìn)行到下一沖程活塞上移，三個(gè)氣孔完全關(guān)閉為止?？傊?，活塞上行時(shí)進(jìn)行換氣、壓縮、曲柄軸箱進(jìn)氣；活塞下行時(shí)進(jìn)行做功、壓縮曲柄軸箱混合氣體、換氣。 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，由于省去單獨(dú)的進(jìn)排氣沖程，必須在下死點(diǎn)前后很短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行進(jìn)排氣，進(jìn)排氣的時(shí)間差不多只有四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的三分之一，因此，必須用有壓力的新氣清除氣缸內(nèi)的廢氣，稱為掃氣作用。如果在此期間，有可

9、能把廢氣完全驅(qū)除，而用新鮮氣充滿氣缸，則與同樣大小同樣轉(zhuǎn)速的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，可使功率增大50%-70%。但如掃氣作用進(jìn)行得不好，在氣缸中殘留下很多廢氣，與新氣混合，而且新氣中相當(dāng)一部分進(jìn)入氣缸后并沒(méi)有留在缸內(nèi)，而在掃氣期間短路經(jīng)過(guò)排氣口流出缸外的話，則由于氣缸內(nèi)空氣不足（加上為了壓縮新氣要消耗一定能量），功率就要受到影響。如果是汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)，新氣中含有燃料，短路溜走的燃料又會(huì)造成浪費(fèi)。這樣會(huì)使燃料消耗率增高很多，而且排氣污染更嚴(yán)重3。由此可見，對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，掃氣作用對(duì)性能影響特別大。如果掃氣不良，壓縮空氣中廢氣率高，實(shí)際的混合氣體濃度將很稀，經(jīng)常由于缺火使工作不穩(wěn)定，有時(shí)也會(huì)因?yàn)閴嚎s

10、過(guò)量，溫度過(guò)高而發(fā)生爆燃。小負(fù)荷由于進(jìn)氣節(jié)流，缺火會(huì)特別嚴(yán)重，甚至變成兩轉(zhuǎn)爆發(fā)一次，像四沖程那樣。由于二沖程的汽化器式發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性較差，如果能采用汽油直接噴射即可大大改善指標(biāo)（燃料消耗可下降1/4左右）。二沖程原理應(yīng)用于柴油機(jī)，效果顯著。排氣口一經(jīng)開啟，膨脹過(guò)程就告結(jié)束，因此排氣口應(yīng)盡可能晚開啟，但是它應(yīng)保證掃氣孔緊跟著它開啟時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力能降低到足夠低，以避免廢氣倒流，同時(shí)還保證掃氣過(guò)程又足夠的時(shí)間，所以排氣口不能開的太晚。由于氣口的存在，使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際壓縮比低于幾何壓縮比。實(shí)際壓縮比應(yīng)該為幾何壓縮比減去一個(gè)排氣口相對(duì)高度，而對(duì)于擺動(dòng)活塞則應(yīng)該減去一個(gè)排氣口的相對(duì)角度。掃氣口的開啟時(shí)間也應(yīng)

11、該從類似的考慮確定。應(yīng)該注意的是，換氣過(guò)程中氣體的流量不僅是活塞的位置的函數(shù)，而且是時(shí)間的函數(shù)，故發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，氣口相對(duì)高度或擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣相對(duì)角度就要越大。至于掃氣口和排氣口的關(guān)閉時(shí)間，如果掃氣孔比排氣孔先關(guān)，新氣可能逃逸，過(guò)后充填也就不可能了。所以最好是不對(duì)稱換氣，即排氣口先開先關(guān)，掃氣口后開后關(guān)4。2.2 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理四沖程汽油機(jī)的每個(gè)工作循環(huán)均經(jīng)過(guò)如下四個(gè)沖程：（1）進(jìn)氣沖程 在這個(gè)沖程中，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，氣缸與化油器相通，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方容積增大，氣缸內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度?？扇蓟旌蠚怏w被吸入氣缸內(nèi)?；钊兄料轮裹c(diǎn)時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)過(guò)半周，進(jìn)氣門關(guān)閉，

12、進(jìn)氣沖程結(jié)束。（2）壓縮沖程 進(jìn)氣沖程結(jié)束后，進(jìn)氣門、排氣門同時(shí)關(guān)閉。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的容積減少，進(jìn)入到氣缸內(nèi)的可燃混合氣體被壓縮，使其溫度、壓力升高?；钊缴现裹c(diǎn)時(shí)，壓縮沖程結(jié)束。（3）做功沖程 當(dāng)壓縮沖程臨近終了時(shí)，火花塞發(fā)出電火花，點(diǎn)燃可燃混合氣體。由于混合氣體迅速燃燒膨脹，在極短的時(shí)間內(nèi)壓力可達(dá)到3-5MPa，最高溫度約為2200-2800K。高溫、高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞迅速下行，并通過(guò)連桿使曲柄旋轉(zhuǎn)而對(duì)外做功。在做功沖程中，活塞自上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，曲軸轉(zhuǎn)至一周半。隨活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞上方容積增大，燃?xì)鉁囟?、壓力逐漸降低。（4）排氣沖程 混合氣體燃燒后成了廢

13、氣，為了便于下一個(gè)工作循環(huán)，這些廢氣應(yīng)及時(shí)排出氣缸，所以在做功沖程終了時(shí)，排氣門開啟，活塞向上移動(dòng)，廢氣便排到氣缸外5。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣門關(guān)閉、曲軸轉(zhuǎn)至兩周，完成一個(gè)工作循環(huán)。由此可見，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)過(guò)程，完成一個(gè)工作循環(huán)。這期間活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)了四個(gè)沖程，相應(yīng)的曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。由上面的分析我們可以看出二沖程與四沖程汽油機(jī)不同，即二沖程汽油機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周就有一個(gè)做功沖程，因此，理論上相同排量的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該等于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的二倍。和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，由于做功頻率較快，因而運(yùn)轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程中新鮮氣體損

14、失較多，廢氣排放也不徹底，而且氣孔占據(jù)了一部分活塞沖程，做功時(shí)能量損失較大，經(jīng)濟(jì)性較差。本文主要是針對(duì)二沖程汽油機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。3 擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理3.1 工作原理下面我們就用圖解法來(lái)說(shuō)明一下這個(gè)二沖程擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。如圖1所示，我們可以看出活塞在氣缸內(nèi)大致裝配位置（環(huán)狀缸體即為氣缸；扇形狀為活塞，我們稱為扇形活塞）。當(dāng)扇形活塞逆時(shí)針擺動(dòng)至死點(diǎn)時(shí)，可燃性混合氣體已經(jīng)被壓縮在左燃燒室內(nèi)。經(jīng)火花塞點(diǎn)火后，壓縮氣體爆炸產(chǎn)生作用力，推動(dòng)扇形活塞向右擺動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作。此時(shí)左儲(chǔ)氣室開始進(jìn)氣。右工作室進(jìn)氣已經(jīng)完畢，右氣門關(guān)閉。圖1圖2為扇形活塞運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度之后，右工作室工作沖程。扇形活塞順

15、時(shí)針擺動(dòng)，左氣門進(jìn)氣，左儲(chǔ)氣室增壓。右工作室封閉，右工作室氣體被壓縮。圖2圖3為扇形活塞繼續(xù)順時(shí)針擺動(dòng)，左工作室開始排氣，左氣門保持開啟，左儲(chǔ)氣室與左工作室相貫通，左工作室開始進(jìn)氣。右工作室則繼續(xù)壓縮。圖3圖4為扇形活塞繼續(xù)順時(shí)針擺動(dòng)至死點(diǎn)，左氣門還是保持開啟，而左工作室與左儲(chǔ)氣室持續(xù)貫通，左工作室充氣工作此時(shí)已經(jīng)完成。右工作火花塞點(diǎn)火，右儲(chǔ)氣室進(jìn)氣開始。圖4圖5為右工作室工作沖程，扇形活塞逆時(shí)針擺動(dòng)，右氣門保持開啟，右儲(chǔ)氣室持續(xù)進(jìn)氣，且開始增壓。左工作室開始?jí)嚎s，左氣門關(guān)閉。圖5圖6為扇形活塞繼續(xù)逆時(shí)針擺動(dòng)，右工作室已經(jīng)開始排氣，右儲(chǔ)氣室與工作室已經(jīng)貫通，壓縮氣體進(jìn)入右工作室，右氣門保持開啟

16、。左工作室繼續(xù)壓縮，左氣門保持關(guān)閉。此時(shí)工作沖程接近完畢，最后擺動(dòng)至左死點(diǎn)，即圖1所示位置，而后按圖1說(shuō)明完成一次往復(fù)熱循環(huán)運(yùn)動(dòng)。圖6從以上原理圖我們可以看出二沖程擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：每轉(zhuǎn)做功，因此升功率較大（約為四沖程汽油機(jī)的1.5-1.6倍），運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)；而且構(gòu)造較簡(jiǎn)單，重量也較輕，制造和維修都比較方便。但是我們也看到了，不論將排氣口開得多大，都不能將廢氣從氣缸內(nèi)排除得比較干凈，而且換氣時(shí)要損失一部分做功沖程，再加上有部分混合氣體在掃氣時(shí)隨同廢氣流失，所以動(dòng)力性較差。此外，因做功頻率較大，所以熱負(fù)荷較高6。因此二沖程擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)可以較多地應(yīng)用在摩托車和一些小型機(jī)具上，或用作某些柴油

17、機(jī)的起動(dòng)機(jī)。3.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)分析擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)是依靠一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)燃料在燃燒室中燃燒，推動(dòng)扇形活塞在氣缸內(nèi)一定范圍角度內(nèi)作往復(fù)的擺動(dòng)，通過(guò)一個(gè)與活塞相連的連桿把活塞的擺動(dòng)傳動(dòng)到輸出軸上的曲柄，從而使曲柄帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換（如圖7）?；钊趤?lái)回?cái)[動(dòng)一個(gè)過(guò)程中，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周。圖71 極位夾角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿處在兩個(gè)極位時(shí)，曲柄所在兩個(gè)位置之間的夾角稱為極位夾角。 當(dāng)曲柄以等角速度1順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)1=180+時(shí)，搖桿將由位置C1D擺到C2D，其擺角為，設(shè)所需要時(shí)間為t1，C點(diǎn)的平均速度為v1；當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)2=180 時(shí)，搖桿又從位置C2D回到C1D，擺角

18、仍然是，設(shè)所需要時(shí)間為t2，C點(diǎn)的平均速度為V2。由于曲柄為等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而12，所以有t1t2,v2v1。搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)成為急回特性（如圖8）。圖8圖8可見極位夾角越大，急回特性便越顯著。由于這種急回特性會(huì)導(dǎo)致活塞擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)慣性力的增大，降低傳動(dòng)的穩(wěn)定性，所以發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能地減小極位夾角。存在一種特例，使為零，從而消除急回特性，即曲柄回轉(zhuǎn)中心在搖桿兩極位時(shí)C1，C2的延長(zhǎng)線上。在設(shè)計(jì)總體機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)該盡量考慮采用無(wú)急回特性的機(jī)構(gòu)（如圖1所示），如果受到總體方案的限制，也應(yīng)該采用小的極位夾角，并且使急回沖程做功的運(yùn)動(dòng)，而更有利于傳遞動(dòng)力。本設(shè)計(jì)所采用的角即為零度。這也就較好地解決了一部分慣性力

19、問(wèn)題。2 傳動(dòng)角四桿機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)件AB經(jīng)連桿傳遞到從動(dòng)件CD上C點(diǎn)的力F的方向與C點(diǎn)速度方向之間的銳角稱為此位置的壓力角，而連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾的銳角為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。傳動(dòng)角越大，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳力則越有利。一般要保證最小傳動(dòng)角4050度，這樣才能使機(jī)構(gòu)有良好傳動(dòng)性。對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角在主動(dòng)件曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。傳動(dòng)角與各桿的長(zhǎng)度有關(guān)。4 擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)介紹傳統(tǒng)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)一般由以下幾個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：. 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)由活塞組、連桿組、曲軸飛輪組三部分組成。此機(jī)構(gòu)的作用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)與機(jī)

20、體組零件工作關(guān)系比較密切，比如氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱等在工作時(shí)的關(guān)系非常密切，再結(jié)構(gòu)分析時(shí)常把他們放在一起，組成廣義的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。配氣機(jī)構(gòu) 它的作用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)缸的工作順序，定時(shí)的開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)氣門和排氣門，以保證新鮮氣體及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣及時(shí)排出氣缸。它是由氣門組、傳動(dòng)組和驅(qū)動(dòng)組組成。. 供油系統(tǒng) 供給系統(tǒng)包括燃料供給、空氣供給與廢氣排出三個(gè)系統(tǒng)。其作用是將燃料和空氣及時(shí)供給氣缸，并將燃燒后的廢氣及時(shí)排出機(jī)外。. 冷卻系統(tǒng) 其功用是吸收內(nèi)燃機(jī)工作中受熱零件的多余熱量并及時(shí)散發(fā)出去，保證內(nèi)燃機(jī)各部位在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。水冷系統(tǒng)一般由水箱、水套、水泵、風(fēng)扇、散熱器、節(jié)溫器等組成

21、。風(fēng)冷系統(tǒng)由散熱片、風(fēng)扇、導(dǎo)流罩等組成。. 潤(rùn)滑系統(tǒng) 其作用是將潤(rùn)滑油輸送到內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦表面，以減少摩擦阻力和磨損，同時(shí)起到冷卻、密封、清洗和防銹的作用。主要包括機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器、機(jī)油壓力表、機(jī)油溫度表和閥門、潤(rùn)滑油道等。(6).點(diǎn)火系統(tǒng) 它是汽油機(jī)特有的一個(gè)系統(tǒng)。其功能就是在一定的時(shí)刻產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣。由于我們所設(shè)計(jì)的為二沖程汽油機(jī)，而且利用吸氣口與排氣口就能控制空氣的進(jìn)與出，因此沒(méi)有給它配備專門的配氣機(jī)構(gòu)。本文主要考慮的是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再輔以冷卻系統(tǒng)及潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7。4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)借以實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的

22、最主要的機(jī)構(gòu)，它的零件可分為固定件與運(yùn)動(dòng)件兩類。固定件包括氣缸端蓋、氣缸墊、氣缸體等。運(yùn)動(dòng)件包括活塞連桿組和曲軸飛輪組?；钊B桿組由活塞、密封環(huán)、活塞銷、連桿等零件組成；曲軸飛輪組由曲軸、飛輪及裝在曲軸上的其他零件組成8。下面我們就發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)： 氣缸的設(shè)計(jì)氣缸是內(nèi)燃機(jī)中重要部位，氣缸中裝有活塞，活塞在氣缸中高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸端面是用氣缸端蓋封閉的，中間再用密封圈加以密封9。為了保持結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易性，我們沒(méi)有在氣缸體壁留出水道以冷卻，而只是在氣缸端蓋上做出水道冷卻。主軸承安裝在氣缸端蓋上。為了保證主要機(jī)構(gòu)工作可靠，氣缸和軸承的尺寸和相對(duì)位置都加工得比較精確。參考樣機(jī)的設(shè)計(jì)，我們

23、暫時(shí)將氣缸的內(nèi)徑設(shè)為65mm，考慮到總體的功率問(wèn)題，這里我們將活塞的厚度定為60mm。為了減少氣缸與活塞之間的摩擦損失，氣缸外壁尺寸和形狀要求比較精確，表面粗糙度要高。如果按2-3級(jí)精度的尺寸公差來(lái)加工氣缸必然會(huì)增加加工困難，并且提高零件的加工成本。因此，一般將尺寸公差加大，按4-5級(jí)精度來(lái)加工，然后按2-3級(jí)精度的尺寸公差來(lái)選配，這樣加工就比較容易，而且成本也降低了。為了提高氣缸的耐磨性，可選用含有少量合金元素鎳（Ni）的優(yōu)質(zhì)鑄鐵，這種材料機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性好，但成本相對(duì)會(huì)高一些。我們知道氣缸是個(gè)類似于環(huán)形的缸體，怎么才能保證活塞在一定的角度內(nèi)擺動(dòng)呢？為此我們可在氣缸壁上再加上兩塊楔形塊，氣

24、缸中的楔形塊與活塞側(cè)面所包圍的空間，就是擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。兩楔形塊形成一定的角度，即為活塞的活動(dòng)空間。楔形塊與組合后的氣缸形狀如下圖所示。楔形塊的左右端面都是加工成弧形，再用螺栓將其與氣缸壁鎖緊，當(dāng)然這也就要求楔形塊的加工精度相對(duì)較高。配合前應(yīng)先畫線以確保配合的精度。保證活塞的活動(dòng)空間的準(zhǔn)確性。圖9由圖9可知，由于氣缸筋板結(jié)構(gòu)所限，如果要右邊再設(shè)置進(jìn)氣口，結(jié)構(gòu)會(huì)顯得比較復(fù)雜。我們就沒(méi)有采用原先所提到的兩邊點(diǎn)火爆發(fā)做功。而改為單邊爆發(fā)做功，即只是在左邊設(shè)置火花塞位置及進(jìn)氣口位置。 燃燒室的設(shè)計(jì)在介紹燃燒室的設(shè)計(jì)之前，我們先來(lái)看看壓縮比對(duì)燃燒室設(shè)計(jì)的影響。氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，即為壓縮比。

25、通常用符號(hào)表示。=Va/Vc。如圖10所示，Va為活塞位于右止點(diǎn)時(shí)，活塞左側(cè)的整個(gè)空間；Vc為活塞位于左止點(diǎn)時(shí)，活塞左側(cè)的空間。壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)很重要的參數(shù)。它反映了在壓縮沖程中氣缸內(nèi)的可燃混合氣體被壓縮的程度。排量相同的發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比越高，做功沖程時(shí)膨脹能力就越強(qiáng)，輸出功率也越大。汽油機(jī)壓縮比一般為6-1010。在此我們選用壓縮比為8。由此我們可以看出，在氣缸總體積一定的情況下，壓縮比的大小關(guān)系到燃燒室的大小。圖10燃燒室的形狀和尺寸對(duì)內(nèi)燃機(jī)的性能有很大的影響。對(duì)燃燒室有兩點(diǎn)基本要求：第一是結(jié)構(gòu)要緊湊，散熱面積小以減少散熱損失，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短以減少爆燃傾向；第二是其形狀要使混合氣在壓縮終了

26、時(shí)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄_流，以提高燃燒速率，保證混合氣體得到及時(shí)和完全燃燒。此外燃燒室做成扇形狀有利于力的分布均勻，減少活塞振動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生影響，如左圖所示。參考樣機(jī)的設(shè)計(jì)，我們可將燃燒室的角度設(shè)為110。這樣由第一章燃燒比設(shè)為8可知，氣缸的總?cè)莘e為8*11=880。我們只要再設(shè)計(jì)出扇形活塞的角度即可將兩楔形塊的位置確定出來(lái)，從而完成氣缸的尺寸設(shè)計(jì)。 活塞連桿組的設(shè)計(jì)（1）扇形活塞的設(shè)計(jì)考慮到力如果從主軸輸出的話，主軸的尺寸就會(huì)顯得比較大，整個(gè)結(jié)構(gòu)都會(huì)因此而顯得比較龐大，為此我們將搖桿定在活塞上，即將活塞銷置于活塞上的小孔內(nèi)（活塞銷孔）。因此活塞一方面隨著氣體的壓力，一方面又要將力通過(guò)活塞銷傳給連桿

27、。它直接承愛高溫高壓的燃?xì)鈮毫?，并在氣缸中高速往?fù)運(yùn)動(dòng)。圖11為活塞的示意圖：圖11參考樣機(jī)的設(shè)計(jì)以及考慮活塞的強(qiáng)度要求，我們先將扇形活塞的角度定為600左右，其寬度與氣缸寬度一致均為60mm。扇形活塞下方的直板為掃氣板，其作用就是將氣體充分地掃進(jìn)燃燒室內(nèi)。而為了便于實(shí)現(xiàn)活塞與活動(dòng)缸壁的密封，我們將扇形活塞與活動(dòng)缸壁做成一體，因此我們從上圖中便可看出，扇形活塞后加一突出的圓盤即為活動(dòng)缸壁。由于還要在活動(dòng)缸壁上加工出環(huán)槽用以密封，因此，缸壁的半徑取100mm，厚度取20mm，缸壁的半徑?jīng)Q定了氣缸臺(tái)階的半徑也為100mm。掃氣板由于也要開密封槽，厚度也取20mm。而扇形活塞內(nèi)徑則依主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，這

28、在下面的設(shè)計(jì)中再做介紹。（2）搖桿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)扇形活塞上半部有一小孔即為活塞銷孔?；钊N孔中心到扇形活塞中心的距離即為搖桿的長(zhǎng)度。由扇形活塞的受力可知，扇形活塞的側(cè)面受到力作用。其力的作用中心約位于扇型活塞直徑的2/3處，即是65mm*2/343.3mm考慮到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單和連桿與主軸的干涉，取大值，定為46mm。這樣在整個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的長(zhǎng)度就出來(lái)了。（3）扇形活塞材料的選擇由于活塞承受高溫氣體的加熱，一般最高燃燒溫度高達(dá)1200度以上，活塞側(cè)面最高溫度達(dá)300-400度，這會(huì)使材料的機(jī)械強(qiáng)度顯著下降。同時(shí)，活塞在氣缸中高速運(yùn)動(dòng)，活塞與氣缸壁之間摩擦嚴(yán)重。因此扇形活塞最好用強(qiáng)度高、重量

29、輕、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好的材料制造。鑄鐵活塞雖有強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，但重量大，導(dǎo)熱性差，所以在中小型高速內(nèi)燃機(jī)中很少采用。鋁合金活塞重量輕，導(dǎo)熱性好，用于中小型高速內(nèi)燃機(jī)可以滿足強(qiáng)度要求，因而應(yīng)用非常廣泛。但是，其主要缺點(diǎn)卻是熱膨脹系數(shù)大。（4）扇形活塞與氣缸的間隙活塞在高速擺動(dòng)時(shí)，要求活塞與氣缸頂壁間有恒定的最佳間隙，以減小摩擦和磨損。如果間隙過(guò)小，由于鋁合金膨脹系數(shù)大，內(nèi)燃機(jī)熱車時(shí)活塞會(huì)在氣缸中卡住。反之，間隙過(guò)大，內(nèi)燃機(jī)冷車時(shí)密封效果就會(huì)大打折扣11。為此我們參考了目前廣泛使用的最佳間隙量后，對(duì)活塞頂壁的尺寸公差及制造精度做出了確定。圖20主視圖圖21俯視圖圖22左視圖5 潤(rùn)滑

30、系統(tǒng)5.1 潤(rùn)滑的作用與設(shè)計(jì)要求內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要作用是將一定數(shù)量的清潔潤(rùn)滑油送到各摩擦部位，以潤(rùn)滑、冷卻和凈化摩擦表面。一個(gè)良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)必須具備以下幾個(gè)條件：有布置合理的油路，使內(nèi)燃機(jī)所有的摩擦部位都能得到潤(rùn)滑。 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在允許的工況和環(huán)境條件下，在內(nèi)燃機(jī)允許的傾斜范圍內(nèi)，仍有適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油壓力、溫度和足夠的循環(huán)油量，以保證摩擦表面的潤(rùn)滑。 進(jìn)入摩擦部位的潤(rùn)滑油應(yīng)清潔。 內(nèi)燃機(jī)一經(jīng)啟動(dòng)，各摩擦部位應(yīng)能夠立即充滿潤(rùn)滑油。也可在啟動(dòng)前將潤(rùn)滑油預(yù)先壓入各摩擦部位進(jìn)行潤(rùn)滑。5.2 幾種常見的潤(rùn)滑方式根據(jù)內(nèi)燃機(jī)類型和潤(rùn)滑部位不同，采用不同的潤(rùn)滑方式，主要有以下5種： 壓力循環(huán)潤(rùn)滑 即潤(rùn)滑油是在機(jī)油泵

31、作用下以一定的壓力注入摩擦部位。常用于承受較大負(fù)荷的摩擦表面，如軸承、軸套等。 飛濺潤(rùn)滑 潤(rùn)滑油濺于摩擦表面上。常用于那些壓力送油難以到達(dá)，或承受負(fù)荷不大的摩擦部位，如氣缸壁、齒輪、凸輪等。 油霧潤(rùn)滑 油霧附著于摩擦表面周圍，積多后滲入摩擦部位。常用于承受負(fù)荷較小或相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不大的摩擦部位，如氣門調(diào)整、螺釘球頭、氣門桿頂端與搖臂之間等處。 壓力間歇潤(rùn)滑 潤(rùn)滑油在微量機(jī)油泵作用下定期注入摩擦部位。常用于曲軸箱掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承及大型柴油機(jī)氣缸壁等。 摻混潤(rùn)滑 潤(rùn)滑油以一定比例摻混在汽油中，在燃料經(jīng)化油器時(shí)呈霧狀進(jìn)人曲軸箱，借此摻混的油霧來(lái)潤(rùn)滑摩擦部位。常用于摩托車和其他小型曲軸箱掃氣二沖程

32、汽油機(jī)的摩擦部位。除了個(gè)別情況采用單一的潤(rùn)滑方式(例如二沖程摩托車汽油機(jī)采用摻混潤(rùn)滑)外，大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)都是采用壓力循環(huán)潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑和油霧潤(rùn)滑的復(fù)合形式。這是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)是各類機(jī)械中潤(rùn)滑條件最困難的一種。5.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于作者設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，我們主要考慮幾個(gè)主要相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件潤(rùn)滑，即連桿、主軸與主軸軸承、扇形活塞、曲軸與曲軸軸承的潤(rùn)滑。.連桿潤(rùn)滑由于整個(gè)連桿裸露在氣缸體的外面，因此不能采用通常的飛濺方式潤(rùn)滑，只能在定期地往連桿注油孔擠壓機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑。雖然這種潤(rùn)滑效果比較差，但是由于此發(fā)動(dòng)機(jī)還處于試驗(yàn)階段，不會(huì)作大負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間的工作，基于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單考慮后還是采用此法。我們可以在連桿

33、大頭及小頭內(nèi)挖一個(gè)小的儲(chǔ)油槽，以便更大程度上地減少注油次數(shù)，提高效率。當(dāng)然今后我們可以對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)并入一個(gè)氣缸體內(nèi)。.主軸與主軸軸承的潤(rùn)滑對(duì)于主軸與支承主軸的主軸軸承來(lái)說(shuō)，由于主軸軸承所受到的力比較簡(jiǎn)單的，不會(huì)特別大。再加上我們?cè)跉飧锥松w上設(shè)有水道，故如果要在氣缸端蓋上開專門的潤(rùn)滑油路，還要考慮水的密封問(wèn)題，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)又會(huì)顯得比較復(fù)雜。因此我們暫定為定期將軸承端蓋打開，朝滾動(dòng)軸承添加黃油或機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑即可。.曲軸與曲軸軸承的潤(rùn)滑對(duì)于曲軸軸承來(lái)說(shuō)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)軸承座的時(shí)候已經(jīng)在軸承座的上蓋預(yù)置了螺紋孔，這樣我們便可在軸承座上安裝油杯。我們只須隨著需要朝軸承座里添加潤(rùn)滑機(jī)油。而

34、曲軸銷的潤(rùn)滑剛可從連桿上得到潤(rùn)滑.扇形活塞的潤(rùn)滑在氣缸內(nèi)扇形活塞的潤(rùn)滑方面，采用的是摻混潤(rùn)滑，和上述所提到的二沖程摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，把機(jī)油和汽油以一定的比例混合，就可以對(duì)活塞起到潤(rùn)滑作用。而且也省去了開通油道的煩惱。所以對(duì)于本設(shè)計(jì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，潤(rùn)滑方式有濺油潤(rùn)滑又有摻混潤(rùn)滑，故屬于復(fù)合潤(rùn)滑方式。雖然說(shuō)潤(rùn)滑效果及效率不是很好，但能滿足通常的要求即可。由于潤(rùn)滑系統(tǒng)只是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)輔助構(gòu)件，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)略顯簡(jiǎn)單點(diǎn)。但由于我們只是對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)的初步探討。勢(shì)必會(huì)有不合理的地方，這將在今后的改進(jìn)中進(jìn)行重新考慮。6 冷卻系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒氣體的最高溫度達(dá)1800-2200度，使直接與燃燒氣

35、體相接觸的零件如活塞、氣缸端蓋、氣缸等強(qiáng)烈受熱。如果不采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，將會(huì)產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果：(1)各受熱件將要達(dá)到很高的溫度，使金屬的強(qiáng)度顯著下降，以致發(fā)生變形破壞。(2)零件受熱后要膨脹。溫度越高，膨脹量越大，以致破壞零件之間的正常 合間隙。常見的活塞卡列在氣缸中的現(xiàn)象，溫度太高就是其中一個(gè)主要原因。(3)潤(rùn)滑油在高溫下容易氧化變質(zhì)，使粘度降低，不利于摩擦表面形成油膜，潤(rùn)滑油使用期限縮短，消耗量增加。(4)新鮮氣體進(jìn)入氣缸之前受到高溫機(jī)件的加熱后，比容增加，每次被吸入氣缸的氣體重量減少，使內(nèi)燃機(jī)功率下降，而且還會(huì)導(dǎo)致混合氣體燃燒不正常。由此可見，不進(jìn)行冷卻，內(nèi)燃機(jī)就不能正常工作，所以冷

36、卻系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)正常工作所必需的。但是，過(guò)度冷卻也是極其有害的。因?yàn)閷?zhí)量散發(fā)到大氣中去，必然消耗一部分燃料所發(fā)出的熱能，這就會(huì)降低內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。不僅如此，內(nèi)燃機(jī)在過(guò)冷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可燃混合氣體不能很好地形成和燃燒；機(jī)油在低溫時(shí)粘度增高，零件運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力增加。降低零件的使用壽命。因此，冷卻系統(tǒng)的作用就是保持內(nèi)燃機(jī)最適宜工作的溫度范圍。采用水冷卻時(shí)，冷卻水溫度應(yīng)在80-90攝氏度之間；采用空氣冷卻時(shí)，鋁氣缸壁的允許溫度為150-180攝氏度，鋁氣缸蓋則為160-200攝氏度。本文主要采用的冷卻方法為水冷卻。6.1 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)水冷卻系統(tǒng)的組成水冷卻系統(tǒng)是用水做為介質(zhì)冷卻內(nèi)燃機(jī)，然后再將熱傳給

37、空氣。這種冷卻方法的優(yōu)點(diǎn)是：冷卻比較均勻。目前用得最為廣泛的水冷卻采用的是強(qiáng)制循環(huán)式的水冷卻。它主要是由以下幾個(gè)部件組成的：.散熱器 散熱器的功用是將水的熱量散發(fā)給外界大氣，因此必須有足夠的散熱面積，并用導(dǎo)熱性好的材料制造。.風(fēng)扇 風(fēng)扇通常裝在散熱器后面。風(fēng)扇放置時(shí)，把散熱器周圍的熱空氣抽走，冷空氣通過(guò)散熱器芯部提高了散熱器的散熱能力，使流過(guò)芯部的冷卻水很快得到冷卻。.水泵 水泵與風(fēng)扇安裝在同一根軸上，它的功用是迫使冷卻水在冷卻系統(tǒng)內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)。目前在內(nèi)燃機(jī)上應(yīng)用最廣泛的是離心式水泵，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、排量大、工作可靠。當(dāng)水泵因故障而停止工作時(shí)，其結(jié)構(gòu)不妨礙水在冷卻系統(tǒng)內(nèi)的自然循環(huán)等

38、優(yōu)點(diǎn)。.冷卻強(qiáng)度的調(diào)整裝置在強(qiáng)制循環(huán)式水冷卻系統(tǒng)中，可用節(jié)溫器來(lái)改變流過(guò)散熱器的冷卻水的循環(huán)量，以自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。一般節(jié)溫器安裝在氣缸蓋出水口處。6.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性，我們只在主軸上、活塞內(nèi)孔以及在氣缸端蓋上留出水道，而沒(méi)有在裝配圖上繪制出強(qiáng)制循環(huán)式水冷卻所必需的水泵、散熱器以及風(fēng)扇。1. 氣缸端蓋的冷卻冷卻水的走向見圖23所示(氣缸端蓋實(shí)體按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后所形成的圖形)。圖23由上圖我們可知,冷卻水從端蓋的上方進(jìn)入，流經(jīng)整個(gè)氣缸端蓋內(nèi)腔后從端蓋下方流出。這樣可以很好地對(duì)氣缸端蓋及扇形活塞壁進(jìn)行冷卻。2.扇形活塞內(nèi)部的冷卻主軸及扇形活塞內(nèi)部冷卻水的流向如圖24所示圖24由上圖,我們可以清楚地看到,冷卻水經(jīng)主軸左端水道流入,流經(jīng)扇形活塞內(nèi)腔后又進(jìn)入主軸水道,流向另一扇形活塞內(nèi)腔。最后從主軸右