作者：王珺
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
汽车构造(全一册)(第三版)试读：
前言
“汽车构造”是高职高专院校汽车类专业的一门主要专业课程。第三版在保留第二版内容体系的基础上进行修订，突出实用性。全书共分为12章，主要内容包括：发动机基本知识、曲柄连杆机构、配气机构、汽油机燃料供给系统、柴油机燃油供给系统、发动机润滑系统、发动机冷却系统、汽车传动系统、汽车行驶系统、汽车转向系统、汽车制动系统和汽车车身。
本次修订的内容如下：（1）增加了汽车车身的内容。（2）改写了第8章汽车传动系统中分动器的内容，增加了双离合变速器的内容。（3）改写了第5章柴油机燃油供给系统的部分内容。
配套的资源有PPT课件，主要结构及原理的动画演示、视频以及习题答案。
参加本书编写的人员有王珺（第1～3章、第7章）、刘小斌（第6章）、尹新权（第4章、第5章及9.4节）、李万敏（第8章及9.1～9.3节）、张亚萍（第10～12章）。
全书由王珺、刘小斌担任主编，由王珺统稿。
本书在编写过程中参考了一些相关资料，在此向所有相关资料的作者一并表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免出现疏漏之处，恳请广大读者批评指正。编者第1章发动机基本知识1.1 概述
发动机是一种能够把其他形式的能转化为机械能的机器，包括内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。根据内燃机将热能转变为机械能的主要构件形式，车用内燃机分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式内燃机两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。1.1.1 汽车发动机分类
汽车发动机（主要指车用往复活塞式内燃机）按照不同的特征来分类。1．按照所使用燃料分类
按照所使用燃料的不同，汽车发动机可以分为汽油机和柴油机，如图1-1所示。图1-1 应用不同燃料的内燃机
以汽油为燃料的内燃机称为汽油机；以柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机转速高，质量小，噪声小，启动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。2．按照冲程分类
按照完成一个工作循环所需的行程数，汽车发动机可以分为四冲程内燃机和二冲程内燃机，如图1-2所示。图1-2 不同冲程的内燃机
曲轴转两圈（720°），活塞在汽缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机；曲轴转一圈（360°），活塞在汽缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用的是四冲程内燃机。3．按照冷却方式分类
按照冷却方式不同，汽车发动机分为水冷发动机和风冷发动机，如图1-3所示。图1-3 不同冷却方式的发动机
水冷发动机是利用在汽缸体和汽缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；风冷发动机是利用流动于汽缸体与汽缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。4．按照汽缸数目分类
按照汽缸数目不同，汽车发动机可以分为单缸发动机和多缸发动机，如图1-4所示。图1-4 不同汽缸数目的发动机
仅有一个汽缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上汽缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。5．按照汽缸排列方式分类
按照汽缸排列方式不同，汽车发动机可以分为直列发动机、V形发动机、W形发动机和水平对置发动机，如图1-5所示。图1-5 汽缸排列方式
单列式发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把汽缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把汽缸排成两列，两列之间的夹角小于180°（一般为90°），称为V形发动机，若两列之间的夹角等于180°，则称为对置式发动机。6．按照进气系统是否采用增压方式分类
按照进气系统是否采用增压方式，汽车发动机可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压）式发动机，如图1-6所示。图1-6 发动机的进气方式1.1.2 汽车发动机的基本结构
单缸四冲程汽油发动机的基本结构如图1-7所示。发动机的工作腔称作汽缸，汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内做往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在汽缸内做往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断地由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。在汽缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在汽缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带、齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成汽缸的零件称作汽缸体，支撑曲轴的零件称作曲轴箱，汽缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。1—油底壳；2—机油；3—曲轴；4—曲轴同步带轮；5—同步带；6—曲轴箱；7—连杆；8—活塞；9—水套；10—汽缸；11—汽缸盖；12—排气管；13—凸轮轴同步带轮；14—摇臂；15—排气门；16—凸轮轴；17—高压线；18—分电器；19—空气滤清器；20—化油器；21—进气管；22—点火开关；23—点火线圈；24—火花塞；25—进气门；26—蓄电池；27—飞轮；28—启动机图1-7 单缸四冲程汽油发动机的基本结构1.1.3 汽车发动机的基本术语1．工作循环
活塞在汽缸内做往复运动所完成的进气、压缩、做功和排气四个过程叫作一个工作循环。2．上、下止点
活塞在汽缸里做往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点；活塞在汽缸里做往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点，如图1-8所示。图1-8 发动机的基本术语3．活塞行程
活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程，一般用S表示。对应一个活塞行程，曲轴旋转180°，如图1-8所示。4．曲柄半径
曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R，如图1-8所示。5．汽缸工作容积
活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为汽缸工作容积，一般用Vh表示，如图1-8所示。
Vh=(πD2/4×106)×S
式中 D—汽缸直径，单位mm；
S—活塞行程，单位mm。6．汽缸总容积
活塞位于下止点时，其顶部与汽缸盖之间的容积称为汽缸总容积，一般用Va表示。显而易见，汽缸总容积就是汽缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va=Vc+Vh，如图1-8所示。7．发动机排量
多缸发动机各汽缸工作容积的总和，称为发动机排量，一般用VL表示：
VL=iVh
式中 Vh—汽缸工作容积；
i—汽缸数目。8．压缩比
压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，一般用ε表示：
ε=Va/Vc=1＋(Vh/Vc)
式中 Va—汽缸总容积；
Vh—汽缸工作容积；
Vc—燃烧室容积。
通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～2。1.2 发动机的基本工作原理1.2.1 四冲程汽油机的工作原理
四冲程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序不断循环反复的，如图1-9所示。图1-9 四冲程汽油机工作原理示意图1．进气行程
由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，汽缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，汽缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，汽缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在汽缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器与汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入汽缸，直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中，受空气滤清器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，汽缸内气体压力略低于大气压，为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。2．压缩行程
曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，汽缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。压缩比越大，压缩终了时汽缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。但压缩比太高，容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声，会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的，汽油机的压缩比一般为ε=6～10。3．做功行程
做功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点（即点火提前角）位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热，使汽缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K。高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，汽缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，做功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K。4．排气行程
可燃混合气在汽缸内燃烧后生成的废气必须从汽缸中排出去以便进行下一个进气行程。当做功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出汽缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，为0.105～0.115MPa，温度为900～1200K。曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程完成一个工作循环，其间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。1.2.2 四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机和四冲程汽油机的工作过程相同，如图1-10所示。每一个工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油黏度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成、着火方式、燃烧过程以及气体温度、压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。1—进气门；2—进气道；3—汽缸；4—活塞；5—连杆；6—曲轴；7—汽缸盖；8—排气门；9—排气道图1-10 单缸四冲程柴油机工作原理示意图
四冲程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入汽缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力为0.0785～0.0932MPa，气体温度为300～370K。
压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在汽缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多（一般为16～22），压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油的自燃温度。压缩终了时，气体压力为3.5～4.5MPa，气体温度为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。
柴油喷入汽缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在汽缸内部形成的，而不像汽油机那样，混合气主要是在汽缸外部形成。柴油机燃烧过程中汽缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。做功终了时，气体压力为0.2～0.4MPa，气体温度为1200～1500K。
柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，汽缸内气体压力为0.105～0.125MPa，气体温度为800～1000K。
柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛的应用。1.2.3 二冲程汽油机的工作原理
二冲程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成的，但它是在曲轴旋转一圈（360°），活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二冲程发动机与四冲程发动机工作原理不同，结构也不一样。
例如，曲轴箱换气式二冲程汽油机，汽缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气。工作原理如下：图1-11（a）表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩；当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，如图1-11（b）所示；活塞接近上止点时，如图1-11（c）所示，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩；当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入汽缸内，并扫除废气，如图1-11（d）所示。1—进气孔；2—排气孔；3—换气孔图1-11 二冲程汽油机工作原理示意图
第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方汽缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行做功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。1.2.4 二冲程柴油机的工作原理
二冲程柴油机和二冲程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如，带有扫气泵的二冲程柴油机工作原理示意图如图1-12所示。图1-12 二冲程柴油机工作原理示意图
第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均已开启，利用从扫气泵流出的空气使汽缸换气。当活塞继续向上运动，进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使汽缸内压力增大。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外做功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，汽缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭时结束。1.3 发动机的总体结构
发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。发动机的类型各不相同，但其基本构造相似。通常，汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由两大机构四大系统组成（无点火系统）。
奥迪100发动机纵剖视图如图1-13所示。1—曲轴；2—曲轴轴承盖；3—曲轴前端油封板；4—曲轴正时齿轮；5—压缩机传动带；6—压缩机传动带轮调整垫片；7—正时齿轮拧紧螺栓；8—压缩机传动带轮压紧盘；9—曲轴传动带轮（压缩机）；10—曲轴传动带轮（水泵、发动机）；11—正时齿轮下罩盖；12—压缩机支架；13—中间轴正时齿轮；14—中间轴；15—正时传动带；16—偏心轮张紧机构；17—汽缸体；18—正时齿轮上罩盖；19—凸轮轴正时齿轮；20—凸轮轴前端油封；21—气门室罩；22—机油加油口；23—凸轮轴机油挡油板；24—凸轮轴轴承盖；25—排气门；26—气门弹簧；27—进气门；28—液压挺柱总成；29—凸轮轴；30—汽缸密封垫片；31—汽缸盖；32—火花塞；33—活塞销；34—曲轴后端油封挡板；35—飞轮齿圈；36—油底壳；37—活塞；38—机油标尺；39—连杆总成；40—机油集滤器；41—中间轴轴瓦；42—放油螺塞；43—曲轴主轴瓦图1-13 奥迪100发动机纵剖视图1．曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图1-14所示。在做功行程中，活塞承受燃气压力在汽缸内做直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。图1-14 曲柄连杆机构2．配气机构
配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入汽缸，并使废气从汽缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成，如图1-15所示。图1-15 配气机构3．燃料供给系统
汽油机燃料供给系统如图1-16所示。它的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入汽缸，并将燃烧后的废气从汽缸内排出到大气中；柴油机燃料供给系统的功用是把柴油和空气分别供入汽缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。图1-16 燃料供给系统4．润滑系统
润滑系统如图1-17所示。它的功用是向做相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。图1-17 润滑系统5．冷却系统
冷却系统如图1-18所示。它的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。图1-18 冷却系统6．点火系统
点火系统如图1-19所示。在汽油机中，汽缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的汽缸盖上装有火花塞。火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统，点火系统通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。图1-19 点火系统7．启动系统
要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞做往复运动，以便汽缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的启动。完成启动过程所需的装置，称为发动机的启动系统，如图1-20所示。图1-20 启动系统
汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构，燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和启动系统组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构，燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和启动系统组成，柴油机是压燃的，不需要点火系统。1.4 发动机产品名称和型号编制规则
为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准（GB 725－82）《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型号做了统一规定。1．内燃机的名称和型号
内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，如汽油机、柴油机、煤气机等。内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。
内燃机型号由以下四部分组成：
首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。
中部：由缸数符号、冲程符号、汽缸排列形式符号和缸径符号等组成。
后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。
尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。
内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：2．型号编制举例（1）汽油机
1E65F：表示单缸，二冲程，缸径65mm，风冷通用型；
4100Q：表示四缸，四冲程，缸径100mm，水冷车用；
4100Q—4：表示四缸，四冲程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品；
CA6102：表示六缸，四冲程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号；
8V100：表示八缸，四冲程，缸径100mm,V形，水冷通用型；
TJ376Q：表示三缸，四冲程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号；
CA488：表示四缸，四冲程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号。（2）柴油机
195：表示单缸，四冲程，缸径95mm，水冷通用型；
165F：表示单缸，四冲程，缸径65mm，风冷通用型；
495Q：表示四缸，四冲程，缸径95mm，水冷车用；
6135Q：表示六缸，四冲程，缸径135mm，水冷车用；
X4105：表示四缸，四冲程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号。思考题
1．简述发动机的基本构造。
2．发动机的工作循环是什么？简述四冲程汽油机的工作过程。
3．试分析汽油机与柴油机的特点和区别。
4．内燃机产品名称和型号包括几部分？其含义是什么？
5．解释下列名词：上止点；下止点；活塞行程；总容积；工作容积；燃烧室容积；压缩比；发动机排量。第2章曲柄连杆机构2.1 概述2.1.1 功用与组成
曲柄连杆机构的功用是将燃料燃烧时产生的热能转变为机械能，通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。曲柄连杆机构由机体组（主要包括汽缸体、曲轴箱、油底壳、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等不动件）、活塞连杆组（主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件）和曲轴飞轮组（主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器和平衡轴等机构）三部分组成。2.1.2 受力分析
曲柄连杆机构是在高温、高压、高速以及有化学腐蚀的条件下工作的。发动机做功时，汽缸内的最高温度可达2500K以上，最高压力可达5～9MPa，汽车发动机转速在3000～6000r/min时，则活塞每秒钟要经过100～200个行程，其线速度是很大的。此外，汽缸、汽缸盖、活塞等部件还将受到化学腐蚀。
由于曲柄连杆机构是在高压下做变速运动，曲柄连杆机构主要承受气体压力、往复惯性力、旋转运动件的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力。（1）气体压力
在每个工作循环的四个行程中，气体压力始终存在。进气、排气两行程中气体压力较小，对机件影响不大，做功和压缩行程中的气体压力影响较大。
在做功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力。这时，燃烧气体压力直接作用在活塞的顶部，如图2-1（a）所示。当活塞所受总力Fp传到活塞销上时，可分解为Fp1和Fp2，分力Fp1通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上；Fp1又可分为两个分力FR和FS，分力FR沿曲柄方向使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；分力FS对曲轴形成转矩T，推动曲轴旋转；分力Fp2把活塞压向汽缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支撑在车架上。图2-1 气体压力作用情况
在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶的气体总压力F'p也可以分解为两个分力F'p1和F'p2，如图2-1（b）所示，F'p1又分解为F'R、F'S。F'R使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力，F'S对曲轴造成一个旋转阻力矩T'，企图阻止曲轴旋转；F'p2、F'p1因连杆的左右摇摆运动，在活塞销和曲轴轴颈的表面以及两者的支撑表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。同样，汽缸壁沿圆周方向的磨损也不均匀。（2）往复惯性力与离心力
当活塞和连杆小头在汽缸中做往复直线运动时，速度很高，而且数值在不断变化。当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达到最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上，以Fj表示，如图2-2（a）所示；后半行程是减速运动，惯性力向下，以F'j表示，如图2-2（b）所示。图2-2 往复惯性力和离心力作用情况
同理，当活塞向上时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。活塞、活塞销和连杆小头的质量越大，曲轴转速越高，则往复惯性力也越大。它使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈受周期性的附加载荷，加快轴承的磨损；未被平衡的变化着的惯性力传到汽缸体后，还会引起发动机的振动。
在工作循环的任何行程中，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的，偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，即离心力，其方向沿曲柄半径向外，其大小与曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关。曲柄半径长，旋转部分质量大，曲轴转速高，则离心力大。如图2-2所示，离心力Fc在垂直方向的分力Fcy与往复惯性力Fj方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动；而水平方向分力Fcx则使发动机产生水平方向的振动。离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲轴主轴颈及其轴承受到又一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。（3）摩擦力
在任何一对互相压紧并做相对运动的零件表面之间，必定存在摩擦力，其最大值取决于上述各种力对摩擦面形成的正压力和摩擦系数。
上述各种力作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使它们受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为了保证工作可靠，减少磨损，在结构上必须采取相应的措施。2.2 机体组
机体是发动机各机构和各系统的安装基础，必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由汽缸体、汽缸盖、汽缸垫、油底壳等零件组成。2.2.1 汽缸体图2-3 汽缸体
水冷发动机的汽缸体和上曲轴箱常铸成一体。汽缸体如图2-3所示，一般用灰铸铁铸成，上部的圆柱形空腔称为汽缸，下半部为支撑曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在汽缸体内部铸有许多加强筋、冷却水套和润滑油道等。1．按照安装位置划分
汽缸体应具有足够的强度和刚度，根据汽缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把汽缸体分为三种形式，如图2-4所示。图2-4 汽缸体的三种形式（1）一般式
这种形式的汽缸体油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。汽缸体的机体高度小，质量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但刚度和强度较差。（2）龙门式
这种形式的汽缸体油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心，强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但工艺性较差，结构笨重，加工较困难。（3）隧道式
这种形式的汽缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从汽缸体后部装入，结构紧凑，刚度和强度好，但加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。
为了能够使汽缸内表面在高温下正常工作，必须对汽缸和汽缸盖进行适当的冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷，如图2-5所示。图2-5 汽缸体冷却方式
水冷发动机的汽缸周围和汽缸盖中都加工有冷却水套，并且汽缸体和汽缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对汽缸和汽缸盖起冷却作用。2．按照排列方式不同
现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，汽缸的排列形式决定了发动机的外形尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照汽缸的排列方式不同，汽缸体还可以分成直列式、V形和对置式三种，如图2-6所示。图2-6 多缸发动机排列形式（1）直列式
发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的。直列式汽缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用直列式。例如，捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式汽缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。（2）V形
汽缸排成两列，左右两列汽缸中心线的夹角γ小于180°，称为V形发动机。V形发动机与直列式发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了汽缸体的刚度，减轻了发动机的质量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于八缸以上的发动机，六缸发动机有的也采用这种形式的汽缸体。（3）对置式
汽缸排成两列，左右两列汽缸在同一水平面上，夹角γ等于180°，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种汽缸形式应用较少。
汽缸直接镗在汽缸体上叫作整体式汽缸，整体式汽缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种汽缸对材料要求高，成本高。如果将汽缸制造成单独的圆筒形零件（即汽缸套），然后再装到汽缸体内，这样，汽缸套采用耐磨的优质材料制成，汽缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，汽缸套可以从汽缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长汽缸体的使用寿命。汽缸套有干式汽缸套和湿式汽缸套两种，如图2-7所示。1—汽缸壁；2—冷却水套壁；3—冷却水套；4—上置半截缸套；5—干缸套；6—可卸式干缸套；7—可卸式湿缸套；8—橡胶密封圈；9—铜密封圈；A、B—圆环带；C—凸缘图2-7 汽缸套
干式汽缸套的特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和汽缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式汽缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良，如图2-7（b）、（c）所示。
湿式汽缸套的特点是汽缸套装入汽缸体后，其外壁直接与冷却水接触，汽缸套仅在上、下各有一圆环带和汽缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便；但缺点是强度、刚度都不如干式汽缸套好，而且容易产生漏水现象，应该采取一些防漏措施，如图2-7（d）～（h）所示。2.2.2 汽缸盖
汽缸盖安装在汽缸体的上面，从上部密封汽缸并构成燃烧室。汽缸盖经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的汽缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通，利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。
汽缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的汽缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的汽缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的汽缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。
汽缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金汽缸盖被采用得越来越多。汽缸盖实物图如图2-8所示。图2-8 汽缸盖实物图
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