气缸盖和气缸衬垫的作用及应用

1.气缸盖

气缸盖简称缸盖,主要作用是封闭气缸体上部,并与活塞顶和气缸壁一起构成燃烧室。它是发动机中除气缸体外最复杂的零件。

图3-5　JL462Q发动机气缸盖及其零部件

1—弹簧卡圈;2—软管;3—卡子;4—机油加注口盖;5—气缸盖固定螺栓;6—密封胶圈;7—气缸盖罩;8—密封衬垫;9—螺栓;10—垫圈;11—火花塞;12—定位销;13—气缸垫;14—气缸盖;15—导气垫;16—导气板

缸盖的结构取决于发动机的冷却方式、燃烧室形状以及配气机构的布置形式等因素。在气缸盖上布置的零部件主要有气门组、气门传动组、进排气道、火花塞(汽油机)或者喷油器(柴油机)、各种传感器等。对于水冷发动机还布置有冷却水套以及与气缸体相通的水道和燃烧室等。发动机气缸盖及其零部件如图3-5所示。

近年来,多气门在轿车发动机中得到广泛应用,使得气缸盖的结构变得更加复杂化和多样化。图3-6所示为日本马自达公司生产的带可变进气系统的轿车发动机的单顶置凸轮轴四缸12气门轿车发动机具有主、副进气道的气缸盖。根据气缸盖的工作条件,气缸盖一般采用铸铁或铝合金制造,如东风EQ6100、解放CA6102型发动机气缸盖使用灰铸铁制成,它的优点是强度高,不易变形,缺点是导热性差。南京依维柯SOFIM8142、北京BJ492及一些轿车发动机气缸盖采用铝合金铸成,其优点是质量小、导热性好,有利于提高压缩比,但铝合金缸盖刚度小,使用中容易变形。

图3-6　单顶置凸轮轴12气门气缸盖

气缸盖的结构形式主要有三种:单体式、块状式和整体式。前二者由于缸盖较短,所以缸盖的密封性、刚度较好,制造和维修方便,但发动机长度增加,多用于缸径较大、气缸数较多的发动机,如东风EQ1090汽油机、6135Q柴油机等。整体式缸盖则可以缩短发动机长度,减少缸盖零件数目。风冷发动机为了便于铸造和加工,大多采用整体式气缸盖。

2.气缸衬垫

气缸垫安装在气缸盖和气缸体的结合面之间。它的主要功用是弥补加工误差,保证气缸体与气缸盖结合面的密封性,防止漏气、漏水和漏油。为此,气缸垫要有一定的强度和弹性,能补偿结合面的不平度,同时要有良好的耐热、耐压、耐腐蚀性,在高温高压下不烧损、不变形。

图3-7　气缸垫的构造

(a)、(b)、(c)、(d)金属石棉气缸垫;(e)冲压钢板气缸垫;(f)无石棉气缸垫

目前在汽车发动机上使用的气缸垫主要有以下几种:

(1)金属-石棉衬垫。金属-石棉衬垫是在石棉中间夹有金属丝或金属屑,外覆铁皮或铜皮,如图3-7(a)、(b)所示。此种衬垫具有很好的弹性和耐热性,能重复使用,但厚度和质量分布的均匀性较差。有的发动机还采用金属网或带孔的钢板为骨架,两面用石棉及橡胶黏结剂压成的气缸垫,如图3-7(c)、(d)所示。此种气缸垫弹性好,但易黏结,一般只能使用一次。

(2)纯金属气缸垫。一些强化发动机采用纯金属气缸衬垫,它由单层或多层金属片(铜、铝或低碳钢)制成。为了增强密封,在缸口、润滑油道、冷却水道口处,冲有弹性凸筋,如图3-7(e)所示。

(3)加强型无石棉气缸垫。此类较先进的气缸垫被解放CA6102发动机采用,结构如图3-7(f)所示。它是在气缸密封部位采用五层薄钢板组成,并设计成圆形,无石棉夹层,从而消除了气囊的产生,也减少了工业污染。在油孔和水孔周围均包有钢护圈,以提高密封性。

(4)其他新型密封材料。随着新型密封材料的研制,一些发动机开始使用单层金属片加耐热密封胶,或只用耐热密封胶,从而彻底取代了气缸垫,但使用此种材料的发动机对气缸体和气缸盖结合面的加工精度要求较高。(www.xing528.com)

缸盖螺栓用于连接气缸盖和气缸体为标准件。拧紧螺栓时,必须按由中央对称地向四周扩散的顺序分2～3次进行,最后一次使用扭力扳手按工序规定的拧紧力矩值拧紧,以免损坏气缸垫和使缸盖变形而发生漏水现象。拧松与拧紧顺序相反。如果气缸盖由铝合金制成,则最后必须在发动机冷的状态下拧紧,这样热起来时可以增加密封的可靠性。

在对缸盖螺栓进行装配时,必须注意保护燃油系统的输油管和回油管,同时要放空冷却液。

3.燃烧室

(1)半球形:半球形燃烧室(图3-8)结构紧凑,火花塞布置在燃烧室中央,火焰行程短,故燃烧速率高,散热少,热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列,进气口直径较大,故充气效率较高,虽然使配气机构变得较复杂,但有利于排气净化,在轿车发动机上被广泛地应用。

图3-8　半球形燃烧室

图3-9　楔形燃烧室

(2)楔形:楔形燃烧室(图3-9)结构简单、紧凑,散热面积小,热损失也小,能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动,有利于提高混合气的混合质量,进气阻力小,提高了充气效率。气门排成一列,使配气机构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播距离长。切诺基轿车发动机采用了这种形式的燃烧室。

图3-10　盆形燃烧室

(3)盆形:盆形燃烧室(图3-10)的气缸盖工艺性好,制造成本低,但因气门直径易受限制,进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。

4.油底壳

气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来储存润滑油,并封闭上曲轴箱,故又称为油底壳,如图3-11所示。

结构特点:受力很小,一般采用薄钢板冲压而成,其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板,以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞,通常放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属碎屑,减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。

图3-11　油底壳

1—密封垫;2—油底壳;3—垫圈;4、5—螺栓;6—放油螺塞磁铁;7—组合密封垫圈;8—螺塞