汽車發動機構造與維修主編

屈殿銀尹維貴模塊2曲柄連桿機構的構造與維修【學習目標】

1.熟悉曲柄連桿機構的功用與組成。

2.掌握曲柄連桿機構各組成零件的構造。

3.理解曲柄連桿機構的裝配技術要求。

4.能夠對曲柄連桿機構各零件進行正確的檢驗與維修。

5.能夠對曲柄連桿機構進行正確拆裝。【本節目標】

1.掌握機體組的組成及各零部件的構造。

2.掌握機體組零部件的檢測和維修方法。

3.掌握氣缸套、缸蓋、缸墊的拆裝及技術要求。2.1機體組的構造與維修圖2-1發動機氣缸體

1—氣缸套2—氣缸體3—挺桿室【基本理論知識】1.氣缸體

(1)氣缸體的構造氣缸體與上曲軸箱常鑄成一體，簡稱氣缸體。氣缸為圓柱形空腔，活塞在其內部作往復直線運動，多個氣缸組合為一體即為氣缸體，如圖2-1所示。2.1機體組的構造與維修圖2-2氣缸的排列形式

a)直列式b)V形式c)對置式(2)氣缸的排列形式根據氣缸的排列形式，氣缸體有直列式、V形式和對置式，如圖2-2所示。

1)直列式

2)V形式

3)對置式2.1機體組的構造與維修圖2-3曲軸箱的形式

a)平分式b)龍門式c)隧道式(3)曲軸箱的形式曲軸箱分平分式、龍門式和隧道式三種，如圖2-3所示。2.1機體組的構造與維修圖2-4氣缸套

a)干式b)、c)濕式

1—氣缸套2—水套3—氣缸體4—橡膠密封圈

A—下支撐定位帶B—上支撐定位帶C—缸套凸緣平面2.氣缸與氣缸套

氣缸體內引導活塞作往復直線運動的空腔稱為氣缸。氣缸套有干式和濕式兩種，如圖2-4所示。2.1機體組的構造與維修3.油底殼

油底殼用于貯存和冷卻機油并封閉曲軸箱，用薄鋼板沖壓而成。內部設有穩油擋板，以防止汽車振動時油底殼油面產生較大的波動。最低處有放油螺塞。曲軸箱與油底殼之間有密封襯墊，如圖2?5所示。圖2-5油底殼

1—襯墊2—油底殼3—放油螺塞墊圈4—放油螺塞5—穩油擋板2.1機體組的構造與維修4.氣缸蓋與氣缸墊

汽油機燃燒室是由活塞頂部和氣缸蓋上相應的凹坑所組成。氣缸蓋結構關系如圖2?6所示。圖2-6EQ6100-1氣缸蓋

1—曲軸箱通風空氣濾清器總成2—缸蓋螺母3—密封墊

4—螺栓5—缸蓋罩6—缸蓋罩密封條7—氣缸蓋8—塞片2.1機體組的構造與維修(1)常見的汽油機燃燒室形狀

1)楔形燃燒室：氣門斜置，氣流導流較好，充氣效率高。能形成擠氣渦流，因而燃燒速度較快，CO和HC排放較低而NO的排放稍高，如圖2-7a所示。

2)盆形燃燒室：氣門平行于氣缸軸線，可形成擠氣渦流，盆的形狀狹窄，氣門尺寸受限，換氣質量較差，燃燒速度較低，CO和HC排放較高而NO的排放較低，如圖2-7b所示。

3)半球形燃燒室：氣門成橫向V形排列，因此氣門頭部直徑可以做得較大，換氣好；火花塞位于燃燒室的中部，火焰行程短，燃燒速度最高，動力性、經濟性最好。半球形燃燒室是高速發動機常用的燃燒室，CO和HC排放最少，而NO的排放較高，如圖2-7c所示。2.1機體組的構造與維修圖2-7汽油機燃燒室

a)楔形燃燒室b)盆形燃燒室c)半球形燃燒室2.1機體組的構造與維修圖2-8氣缸蓋螺栓拆卸順序

a)拆卸順序b)安裝順序(2)氣缸蓋的拆裝為避免氣缸蓋變形，氣缸蓋拆卸時，氣缸蓋螺栓應按由四周向中央的順序，分2~4次逐漸擰松，氣缸蓋螺栓拆卸順序如圖2-8所示。2.1機體組的構造與維修(3)氣缸墊其構造如圖2-9所示，氣缸墊的主要類型有：1)金屬-石棉墊(見圖2-9a、b)：外包銅皮和鋼片，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加強，內填石棉(常摻入銅屑或鋼絲，以加強導熱)。

2)金屬骨架-石棉墊：以編織的鋼絲網(見圖2-9c)或有孔鋼板(見圖2-9d)為骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口處用金屬片包邊。

3)純金屬墊(見圖2-9e)：由單層或多層金屬片(銅、鋁或低碳鋼)制成，用于某些強化發動機。2.1機體組的構造與維修圖2-9氣缸墊的結構

a)、b)、c)、d)金屬-石棉板e)純金屬墊f)無石棉氣缸墊2.1機體組的構造與維修圖2-10平面度的檢查5.氣缸體、氣缸蓋和氣缸套的檢修

氣缸體、氣缸蓋和氣缸套的主要損傷有裂紋、變形、磨損等。

(1)氣缸體裂紋的檢查與修理

(2)氣缸體上平面變形的檢查與修理檢查氣缸體上平面平面度時，在如圖2-10所示的六個方向上放置直尺，用塞尺測量直尺與氣缸上平面的間隙，測得的最大值即為氣缸體上平面的平面度誤差。2.1機體組的構造與維修(3)氣缸磨損的檢查氣缸磨損是有規律的。由于氣缸上部潤滑條件差，氣缸內燃燒的高壓產生在活塞上止點附近，所以氣缸的磨損呈上大下小的圓錐形。由于活塞在上、下止點間運動時，其側壓力使活塞緊壓氣缸的兩側，所以氣缸在左右兩側(橫向)磨損嚴重，沿曲軸軸線方向磨損較輕。氣缸磨損測量，通常使用量缸表。測量方法如下：

清潔氣缸壁上的油污和積炭，在氣缸的上、中、下三個不同的平面，每個平面在縱向和橫向分別測量氣缸的直徑，根據測量結果計算出氣缸的最大磨損量、圓度、圓柱度，如圖2-11、圖2-12所示。(4)氣缸蓋、氣缸墊的檢修2.1機體組的構造與維修圖2-11氣缸磨損的測量部位圖2-12量缸表測量法2.1機體組的構造與維修【本節目標】

1.掌握活塞連桿組的功用與組成。

2.掌握活塞連桿組各零件的結構。

3.掌握活塞連桿組的拆裝方法及技術要求。

4.掌握活塞連桿組各零件的檢測、鑒定和維修。

2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-14活塞連桿組

1、2—氣環3—油環刮片4—油環襯簧5—活塞6—活塞銷7—活塞銷卡環8—連桿組9—連桿襯套10—連桿11—連桿螺栓12—連桿蓋13—連桿螺母14—連桿軸承【基本理論知識】

活塞連桿組主要由活塞、連桿、活塞環、活塞銷、連桿軸承等組成，如圖2-14所示。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-15活塞的基本結構1.活塞

(1)活塞的功用(2)活塞的構造活塞主要由活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部三部分組成，如圖2-15所示。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-16活塞頂部形狀

a)平頂b)凸頂c)凹頂1)活塞頂部：活塞頂部是燃燒室的組成部分，用來承受氣體壓力。根據不同的要求，活塞頂部制成各種不同的形狀，如圖2-16所示。2.2活塞連桿組的構造與維修2)活塞頭部

3)活塞裙部：活塞環槽以下的部分為活塞裙部。其作用是為活塞運動導向和承受側壓力。發動機工作時，由于氣體壓力和活塞銷座處金屬較多的影響，活塞裙部沿活塞銷軸軸線方向膨脹量較大，如圖2-17所示。所以，在常溫下，活塞裙部截面形狀呈橢圓形，橢圓形長軸垂直于活塞銷方向，以保證在熱態下活塞與氣缸配合間隙均勻。發動機工作時，活塞的溫度從上到下逐漸降低，膨脹量逐漸減少，所以，常溫下，活塞裙部直徑上小下大，如圖2-18所示。為了減小銷座附近的熱變形量，有的活塞在銷座附近的裙部外表面制成凹陷，有的活塞在裙部受側壓力小的一面，開有T形槽，如圖2-19所示。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-17活塞裙部變形圖2-18活塞裙部示意圖2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-19開槽活塞

1—絕熱槽2—膨脹槽2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-20活塞環2.活塞環

(1)活塞環的功用活塞環按其功用可分為氣環和油環，如圖2-20所示。2.2活塞連桿組的構造與維修(2)活塞環的結構

1)活塞環的間隙。活塞環上有一個切口，稱活塞環開口。活塞環開口不僅便于拆裝，還可以使活塞環直徑略大于氣缸直徑，靠其彈性在缸內壓緊氣缸壁，加強密封性。發動機工作時，活塞及活塞環都會發生熱膨脹，因此活塞環在氣缸內應有開口間隙，與活塞環槽間應有側隙和背隙。

活塞環的間隙如圖2-21所示。圖2-21活塞環的間隙

1—氣缸2—活塞環3—活塞

Δ1—開口間隙Δ2—側隙Δ3—背隙2.2活塞連桿組的構造與維修2)氣環。氣環的密封原理如圖2-22所示。

環在自由狀態下，環外徑＞缸徑，裝缸后在其彈力Po作用下與缸壁壓緊，形成第一密封面。圖2-22氣環的密封原理

1—第一密封面2—第二密封面PA—第一密封面的壓緊力PB—第二密封面的壓緊力P—氣缸內氣體壓力P1—環側氣體壓力P2—背壓力P0—環的彈力Pj—環的慣性力F—環與缸壁的摩擦力2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-23活塞環的泵油過程活塞環的泵油過程如圖2-23所示。

活塞環泵油是當活塞帶著環下行(進氣行程)時，環靠在環槽的上方，環從缸壁上刮下的潤滑油充入環槽下方；當活塞又帶著環上行(壓縮行程)時，環又靠在環槽的下方，同時將油擠壓到環槽上，如此反復，就將潤滑油泵到活塞頂。2.2活塞連桿組的構造與維修氣環在結構上采用不同的斷面形狀，如圖2-24所示。

①矩形環：結構簡單，與缸壁接觸面積大，散熱好，但易泵油，如圖2-24a所示。

②錐形環：與缸壁線接觸，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜，如圖2-24b所示。

③扭曲環：將矩形環內圓上方或外圓下方切成臺階或倒角而成，如圖2-24c、f所示。當活塞環裝入氣缸后，由于環的彈性內力不對稱產生斷面傾斜，防止活塞環在環槽內上下竄動而造成的泵油作用，同時增加了密封性，并具有向下的刮油作用。

④梯形環：當活塞在側壓力作用下左、右換向時，環的側隙和背隙將不斷變化，使膠狀油焦不斷從環槽中被擠出。梯形環用于熱負荷較大的柴油機的第一道環，如圖2-24d所示。

⑤桶形環：多用于強化發動機上，環的外圓面為凸圓弧形，環面與缸壁圓弧接觸，如圖2-24e所示。環上下運動時，均能形成楔形間隙，使機油容易進入摩擦面，減少磨損，但加工困難。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-24氣環的斷面形狀

a)矩形環b)錐形環c)內切口扭曲環d)梯形環

e)桶形環f)外切口扭曲環2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-25整體式油環3)油環。汽車發動機采用的油環有整體式和組合式兩種，如圖2-25、圖2-26所示。圖2-26組合式油環2.2活塞連桿組的構造與維修3.活塞銷

活塞銷的功用是連接活塞與連桿小頭，將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。活塞銷與活塞銷座孔的連接方式有全浮式和半浮式兩種，如圖2-27所示。圖2-27活塞銷的連接方式

a)全浮式b)半浮式2.2活塞連桿組的構造與維修4.連桿

(1)組成與功用連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成，如圖2-28所示。其功用是將活塞的力傳給曲軸，使活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。(2)連桿結構連桿由連桿小頭、連桿桿身和連桿大頭(包括連桿蓋)三部分組成。連桿大頭的切口形式分為平切口和斜切口兩種。平切口連桿的剖切面垂直于連桿軸線(見圖2-28)，一般汽油機均采用平切口。柴油機的負荷大，連桿的受力也大，連桿大頭尺寸大于氣缸直徑，為便于拆裝，一般采用斜切口(見圖2-29)。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-28連桿組

1—連桿小頭2—連桿桿身3—連桿大頭4、9—裝配記號(朝前)5—螺母6—連桿蓋7—連桿螺栓8—軸瓦10—連桿體11—襯套12—集油孔圖2-29斜切口連桿

1—連桿小頭2—連桿桿身3—連桿大頭4—連桿螺釘5—連桿蓋6—連桿螺釘鎖止鐵絲7—鋸齒8—定位銷2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-30連桿軸瓦

1—鋼背2—減磨層(3)連桿螺栓

(4)連桿軸瓦連桿軸瓦(俗稱小瓦)，如圖2-30所示。連桿軸瓦裝在連桿大頭內，保護連桿軸頸及連桿大頭孔。連桿軸瓦要求有足夠的強度、良好的減摩性和抗腐蝕性。2.2活塞連桿組的構造與維修5.活塞連桿組的檢測與維修

(1)活塞的檢查與維修(2)活塞環的檢測與選配

1)活塞環的拆裝。2)活塞環的檢測。

①活塞環的彈力檢測。活塞環的彈力是指使活塞環端隙為零時作用在活塞環上的背向力。活塞環的彈力檢測在活塞環彈力檢驗儀上進行，如圖2-31所示。將活塞環置于滾輪和底座之間，沿秤桿移動活動量塊，使環的端隙達到規定的間隙值時，可由量塊的位置讀出作用在活塞環上的力，即活塞環的彈力。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-31活塞環彈力檢驗儀

1—重錘2—支撐銷3—滾輪4—秤桿

5—活動量塊6—底座7—底板2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-32活塞環漏光度的檢驗

1—蓋板2—活塞環

3—氣缸4—燈光②活塞環的漏光度檢驗。活塞環的漏光度檢驗的目的是檢測環的外圓表面與缸壁的接觸和密封程度，即活塞環與氣缸的接觸面積，以免造成漏氣和竄機油。

常用的活塞環漏光度的檢查方法是：活塞環置于氣缸內，用倒置的活塞將其推平，用直徑略小于活塞環外徑的圓形蓋板放在環的上面，在氣缸下部放置燈光，從氣缸上部觀察漏光情況，如圖2-32所示。2.2活塞連桿組的構造與維修表2-1活塞環各部間隙③活塞環“三隙”的檢查。活塞環的“三隙”是指端隙、側隙和背隙。一般，活塞環的“三隙”是上環大于下環、柴油機環大于汽油機環、氣缸直徑大的環大于直徑小的環、壓縮比大的環大于壓縮比小的環，幾種常見發動機活塞環的三隙見表2-1。2.2活塞連桿組的構造與維修端隙檢驗：活塞環置于氣缸內，用倒置的活塞將其推平，用塞尺測量，如圖2-33a所示。若間隙大于規定值，應重新選配活塞環，若間隙小于規定值，用細平銼刀對環的端口進行銼修，只銼修一端環口，且平整。修后去除毛刺。

側隙檢驗：將環放入槽內，圍繞環槽滾動一周，應自如，既不松曠又不卡阻，用塞尺測量，應符合要求，如圖2-33b所示。背隙檢驗：將環落入環槽底，用深度游標卡尺測出環外圓柱面與環槽上沿的數值，此數值一般為0~0.35mm。為了測量方便，通常以槽深與環厚之差來表示，即活塞環一般應低于岸邊0～0.35mm，如果背隙過小時，可更換活塞環或車深活塞環槽。背隙在實際中很少測量。(3)活塞銷的選配2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-33檢驗活塞環的間隙

a)檢驗活塞環端隙b)檢驗活塞環側隙2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-34檢查連桿彎曲量

a)測量間隙b)彎曲示意圖(4)連桿的檢測與校正

1)連桿變形的檢查。連桿變形主要是彎曲和扭曲。檢查要在專用的連桿檢測儀上進行，如圖2-34、圖2-35所示。三點式量規有三個指銷，上面一個，下面兩個。若三個指銷均與檢測儀平面貼合，說明連桿無變形。若量規上面一個指銷(或下面兩個指銷)與檢測儀平面有間隙，說明連桿有彎曲變形，如圖2-34所示，間隙大小說明連桿的彎曲程度。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-35檢查連桿扭曲量

a)測量間隙b)扭曲示意圖2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-36連桿扭曲的校正2)連桿變形的校正。校正扭曲時，將連桿下蓋按規定裝配和擰緊，用臺虎鉗(墊軟金屬片)夾緊連桿大頭側面，用專用扳鉗在連桿桿身的上、下部位，校正變形，如圖2-36所示。

校正彎曲變形時，將連桿置入專用的壓器(見圖2-37)，彎曲的凸起朝上，轉動絲杠，并停留一段時間，再卸下，反復校正，直到合格為止。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-37連桿彎曲的校正2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-38連桿襯套油孔對準連桿油孔(5)連桿襯套的修理與選配

1)連桿襯套的選配。新襯套的壓入在臺虎鉗上進行。壓入前，檢查連桿小頭有無毛刺，以免劃傷襯套外圓。壓入時，將襯套倒角一端朝向連桿小頭倒角一端，襯套上的油孔對正連桿小頭油孔放正，緩緩壓入，如圖2-38所示。2.2活塞連桿組的構造與維修2)連桿襯套的修配。活塞銷與連桿襯套的配合，在常溫下應有0.005~0.010mm的間隙，接觸面積在75%以上。配合間隙過小，可將連桿夾到內圓磨床上進行磨削，并留有研磨余量。再將活塞銷插入連桿襯套內配對研磨，研磨時加少許機油，將活塞銷夾在臺虎鉗上，沿活塞銷軸線方向扳動連桿，應無間隙感覺，加入機油扳動時應無氣泡產生，把連桿置于75°角時應能停住，輕拍連桿緩緩下降，如圖2-39所示，此時配合間隙合適。

經過加工修理的連桿襯套，應能用大拇指把活塞銷推入連桿襯套內，無間隙和卡阻感覺，如圖2-40所示。2.2活塞連桿組的構造與維修圖2-39連桿襯套修配質量的檢驗圖2-40檢查活塞銷與連桿襯套的配合2.2活塞連桿組的構造與維修【本節目標】

1.掌握曲軸飛輪組的功用與組成。

2.掌握曲軸飛輪的結構。

3.掌握曲軸飛輪的拆裝方法及技術要求。

4.掌握曲軸、主軸承的檢測、鑒定和維修方法。2.3曲軸飛輪組的構造與維修【基本理論知識】

曲軸飛輪組由曲軸、飛輪、傳動帶輪、正時齒輪（或鏈輪）等組成，如圖2?42所示。圖2-42曲軸飛輪組

1—起動爪2—起動爪鎖緊墊片3—扭轉減振器、帶輪4—擋油片5—正時齒輪

6—第1、第6缸活塞上止點記號7—圓柱銷8—齒環9—螺母10—潤脂嘴

11—聯接螺栓12—中間軸承上下軸瓦13—主軸承上下軸瓦14、15—半圓鍵16—曲軸2.3曲軸飛輪組的構造與維修1.曲軸

(1)功用(2)曲軸的構造曲軸包括前端軸、主軸頸、連桿軸頸、曲柄、平衡重、后端軸等，一個連桿軸頸和它兩端的曲柄及主軸頸構成一個曲拐，如圖2-43所示。主軸頸是曲軸的支承部分。每個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸的稱為全支承曲軸（見圖2?44a）；主軸頸數等于或少于連桿軸頸數的稱為非全支承曲軸（見圖2?44b）。全支承曲軸的優點是曲軸剛性好，主軸承負荷小，在汽油機和柴油機中應用廣泛。2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-44曲軸的支承形式示意圖

a)全支承曲軸b)非全支承曲軸圖2-43曲軸的構造

1—前端軸2—主軸頸3—連桿軸頸

4—曲柄5—平衡重6—后端凸緣2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-45曲軸前端的結構

1、2—滑動推力軸承3—止推片4—正時齒輪

5—甩油盤6—油封7—傳動帶輪8—起動爪(3)曲軸前后端的密封和軸向定位前端軸用來安裝正時齒輪、傳動帶輪及起動爪等；后端軸有凸緣盤，用來安裝飛輪，如圖2-45所示。

曲軸的后端有安裝飛輪的凸緣，為防止機油漏出，采用甩油盤、油封和回油螺紋等封油裝置，如圖2?46所示。2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-46曲軸后端的結構

1—曲軸2—襯套3—自緊油封4—油封護圈

5—擋油盤6—信號發生器齒輪7—定位銷2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-47曲軸軸承的組成(4)主軸承主軸承俗稱大瓦，基本結構和連桿軸承相同。一般都是滑動式軸承，主要由鋼背和減摩層組成，鋼背是軸承的基體，在鋼背的內圓表面制有耐磨的減摩層。為可靠潤滑，主軸承內表面制有油槽儲油，還制有油孔以便潤滑油進入曲軸內的油道(見圖2-47)。為防止發動機工作時，軸承發生軸向竄動，在軸承的鋼背上制有定位凸鍵或定位銷孔，以便安裝后定位，如圖2-48所示。2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-48曲軸軸承的定位

1—定位槽2—定位凸鍵3—曲軸軸承分界面4—定位銷孔5—定位銷2.3曲軸飛輪組的構造與維修表2-2直列四缸發動機做功循環表(5)連桿軸頸的布置形式常見的發動機連桿軸頸布置和做功順序如下：

1)直列四缸發動機。連桿軸頸夾角180°，連桿軸頸的布置如圖2-49所示，做功間隔角180°，做功順序為1—3—4—2或1—2—4—3兩種，做功循環表見表2-2。2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-49直列四缸發動機曲軸曲拐布置2.3曲軸飛輪組的構造與維修表2-3直列六缸發動機做功循環表2)直列六缸發動機。連桿軸頸夾角120°，連桿軸頸的布置如圖2-50所示，做功間隔角120°，做功順序為1—5—3—6—2—4，做功循環表見表2-3。2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-50直列六缸發動機曲軸曲拐布置2.3曲軸飛輪組的構造與維修圖2-51橡膠式扭轉減振器

1—曲軸前端2—帶輪轂

3—減振器圓盤4—橡膠層

5—慣性盤6—帶輪3)扭轉減振器。扭轉減振器有橡膠式、摩擦式、硅油式等多種形式。常用的是橡膠式扭轉減振器。橡膠式扭轉減振器如圖2-51所示，慣性盤5通過硫化橡膠層4與減振器圓盤3粘接在一起。當曲軸發生扭轉振動時，通過帶輪轂2帶動減振器圓盤3一起振動，而慣性盤的轉動慣量較大，瞬時角速度較均勻，所以橡膠層發生扭轉變形，從而消耗曲軸扭轉振動的能量，消減扭振。2.3曲軸飛輪組的構造與維修目前轎車發動機使用的扭轉減振器一般不單獨設慣性盤，而是利用曲軸帶輪兼作慣性盤，帶輪和減振器制成一體。如圖2-5