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汽车发动机构造与维修,第二章 曲柄连杆机构的构造与维修,曲柄连杆机构图,请点击图片观看该图片对应的教学动画,2.1 曲柄连杆机构概述,一、功用： 把热能转换成机械能，活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。 活塞上的气压力经连杆传给曲轴，对外输出功率。 二、工作条件： 热负荷 机械负荷 发动机的最高压力为59MPa，轿车转速为40006000r/min，惯性力与气压力相当。,活塞在上、下止点位置时速度为零，加速度最大。 活塞在行程中的速度是变化的，从上止点往下止点运动时，上半行程是加速运动，后半行程是减速运动。 同理，下半行程到上半行程也如此。,三、曲柄连杆机构的运动,2.1 曲柄连杆机构概述,四、曲柄连杆机构的受力分析,2.1 曲柄连杆机构概述,受力类型：气压力、惯性力、摩擦力。 1.气压力：工作循环中，气缸气体压力不断变化作用于活塞。,气压力分析图,请点击图片观看该图片对应的教学动画,2.1 曲柄连杆机构概述,2.往复惯性力和离心惯性力： 曲柄连杆机构运动速度大小和方向是不断变化的，从而产生惯性力。 惯性力可分解为往复惯性力与离心惯性力。 （1）往复惯性力: 指活塞组件和连杆小端在气缸内作往复运动所产生的惯性力，用Fj表示。 Fj与质量、加速度成正比，方向与加速度方向相反。 （2）离心惯性力: 指曲柄，连杆轴颈，连杆大端等围绕曲轴轴线作圆周运动产生的离心惯性力。,请点击图片观看该图片对应的教学动画,往复惯性力和离心力作用示意图,2.1 曲柄连杆机构概述,3.摩擦力: 曲柄连杆机构中互相接触表面作相对运动时，存在摩擦力。 摩擦力大小与摩擦系数、正压力有关，方向与活塞运动方向相反。,一、作用、工作条件与要求: 1.作用 承受气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞传给连杆，以推动曲轴旋转。 活塞顶部与气缸盖，气缸壁共同组成燃烧室。 2.工作条件 高温 高压 承受呈周期性变化的气压力和惯性力,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.2.1 活塞,2.2 活塞连杆组构造和维修,3.要求 要有足够的强度和刚度 质量要尽量小，保持较小惯性力 热膨胀系数要小 导热性要好 耐磨 和气缸壁间要保持最小的间隙,活塞连杆组的组成图,活塞的基本结构图,2.2 活塞连杆组构造和维修,二、材料 现代汽车发动机广泛采用的活塞材料是铝合金，个别汽车的柴油机用高级铸铁或耐热钢制造活塞。 三、组成 头部（顶部与环槽部） 裙部 活塞销座,2.2 活塞连杆组构造和维修,四、活塞的结构 1.活塞顶部形状 汽油机：平顶、凹顶、凸顶。 柴油机常用形状：凹坑。 2.环槽部 活塞的环槽部切有若干环槽、用以安装活塞环、是活塞的防漏部分。 活塞顶部的环槽装有压缩环（气环），一般为23道；下面的环槽装有油环12道。,2.2 活塞连杆组构造和维修,3.裙部 活塞运动导向 承受侧压力 4.活塞销座 将活塞顶部气体作用力经活塞销传给连杆,2.2 活塞连杆组构造和维修,五、活塞的变形及相应结构措施 1.活塞和气缸之间必须保持一定的间隙 导向作用的间隙尤为严格； 间隙过小，将会因活塞膨胀而拉缸，卡死等现象； 间隙过大，将出现敲缸，窜气，泵油等故障。 2.变形主要原因：热膨胀,2.2 活塞连杆组构造和维修,3.采取措施 活塞加工成冷态下其裙部断面为长轴垂直与活塞销方向的椭圆 活塞将销座附近的裙部外表制成下陷0.51.0mm 油冷活塞 偏置销座等,请点击图片观看该图片对应的教学动画,活塞销偏置图,2.2 活塞连杆组构造和维修,六、活塞的安装方向 活塞顶面上有方向标记：如箭头，缺口等，安装须注意。,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.2.2 活塞环,一、分类与功用 1.分类: 油环 气环 2.气环功用: 保证活塞与气缸壁的密封 防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱 将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁由冷却水或空气带走 3.油环的作用: 刮除气缸壁多余机油，铺涂均匀油膜，防止机油串入气缸燃烧 减少活塞和活塞环与气缸的磨损,2.2 活塞连杆组构造和维修,二、活塞环的间隙 开口间隙 侧隙 背隙,2.2 活塞连杆组构造和维修,三、活塞环的安装 三道活塞环：各环错开120 四道活塞环：一道和二道互错开180 二道和三道互错开90 三道和四道错开180,2.2 活塞连杆组构造和维修,四、 气环的密封原理 1.漏气路线: 环面和气缸壁间 环与环槽的面间 开口端隙处 2.第一密封面: 自由状态下活塞环大于缸径，装入气缸后产生一定弹力与缸壁压紧，第一密封面建立。 3.第二密封面: 在作功和压缩行程中，气体压力使活塞环紧压在环槽的下侧，形成第二密封面。,请点击图片观看该图片对应的教学动画,气环密封图,请点击图片观看该图片对应的教学动画,2.2 活塞连杆组构造和维修,五、活塞环的泵油作用,泵油图,2.2 活塞连杆组构造和维修,六、气环的类型 矩形环 锥形环 扭曲环 梯形环 桶面环 七、扭曲环的安装 内圆切槽向上，外圆切槽向下。 内上切口一般装于第一道环槽，外切口装于背压力较小的第二、三环槽，不可装反。,活塞环类型图,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.2.3 活塞销,一、功用 连接活塞和连杆小端，将活塞承受的气压力传给连杆 二、结构 厚壁管状体 三、连接方式 全浮式：销与连杆小端、活塞销座之间有一定的配合间隙。 半浮式：销与活塞销座，连杆小端处，一处固定，一处浮动。,活塞销连接方式图,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.2.4 连杆,一、连杆组件： 连杆体 连杆盖 连杆螺栓 连杆轴瓦 二、连杆体构成: 小端 杆身 大端,连杆组件图,2.2 活塞连杆组构造和维修,三、定位方式： 连杆螺栓定位 锯齿形定位 套销定位 止口定位 四、连杆的安装： 配对安装 标记安装,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.2.5 活塞连杆组的检修,一、活塞的选配 1.活塞的正常磨损 活塞环槽的磨损 活塞裙部的磨损 活塞销座孔磨损等 活塞环槽的磨损较大，以第一道环槽的磨损最为严重，各环槽由上而下逐渐减轻。 2.活塞的异常损坏 活塞刮伤 顶部烧蚀等 根据气缸的修理尺寸选配活塞。,2.2 活塞连杆组构造和维修,3.活塞选配 （1）选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。 活塞裙部的尺寸是镗磨气缸的依据，即气缸的修理尺寸是哪一级，也要选用哪一级修理尺寸的活塞。 只有在选用同一分组活塞后，才能按选定活塞的裙部尺寸进行镗磨气缸。 （2）同一发动机必须选用同一厂牌的活塞。 （3）在选配的成套活塞中，尺寸差和质量差应符合要求。,2.2 活塞连杆组构造和维修,二、活塞环的选配 1.活塞环的常见损伤 活塞环的磨损 弹性减弱 折断等 注意：在两次大修间隔之间的某次二级维护，当气缸的圆柱度达到0.090.11mm时，则需要更换活塞环一次。,2.2 活塞连杆组构造和维修,2.要求： 与气缸、活塞的修理尺寸一致； 具有规定的弹力，以保证气缸的密封性； 环的漏光度、端隙、侧隙和背隙应符合原厂规定。 3.活塞环检验 活塞环的漏光度检验（点击观看视频：活塞环的漏光度检验.wmv） 检查活塞环的开口间隙（点击观看视频：检查活塞环开口间隙.wmv） 检查活塞环侧隙（点击观看视频：检查活塞环侧隙.wmv）,活塞环开口间隙检查图,活塞环侧隙检查图,2.2 活塞连杆组构造和维修,三、活塞销的选配 1.发动机大修时，一般应选择标准尺寸的活塞销，以便为小修留有余地。 2.选配活塞销的原则是：同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销。,2.2 活塞连杆组构造和维修,四、连杆组的检修 连杆组的检修项目主要有： 连杆变形的检验 连杆小端衬套的压装铰削 连杆大端与下盖结合平面损伤修理等 点击观看视频：检查连杆轴向间隙.wmv,2.3 发动机曲柄连杆机构拆装,气缸盖 点击观看视频：气缸盖的拆卸.wmv,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,2.4.1 概述,一、组成： 曲轴 飞轮 扭转减震器 带轮 正时齿轮 二、功用： 将气压力转变扭矩对外输出,曲轴飞轮组图,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,2.4.2 曲轴,一、整体式曲轴构造： 前端轴 主轴颈 连杆轴颈 平衡块 曲柄 后端轴,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,二、曲轴支承形式 全支承曲轴：每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈，主轴颈数大于连杆轴颈数。 非全支承曲轴：主轴颈数等于或少于连杆轴颈数。 三、曲拐的布置 直立四缸 1 3 4 2 （1 2 4 3） 直立六缸 1 5 3 6 2 4 （1 4 2 6 3 5）,全支承曲轴、非全支承曲轴图,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,四、多缸发动机曲拐的布置 1.直列四缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置。 曲轴曲拐对称布置于同一平面内，作功间隔720/4=180，各缸的工作顺序有1-3-4-2和1-2-4-3。 2.直列六缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置。 各缸的工作顺序为1-5-3-6-2-4，曲拐均匀布置在互成120的三个平面内，作功间隔角为720/6=120。,直列四缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置图,直列四缸四冲程发动机工作循环表图,直列六缸四冲程发动机曲轴曲拐的布置图,直列六缸四冲程发动机工作循环表图,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,2.4.3 飞轮,一、功能： 存储和释放能量，提高发动机运转的均匀性和克服短暂的超负荷能力。 二、构造： 外缘有齿圈，有一缸上止点记号，点火提前角刻线或供油提前角刻线。,飞轮图,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,2.4.4 曲轴飞轮组的检修,一、曲轴的检修 1.曲轴的常见损伤 轴颈磨损 曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规律性。 弯扭变形 所谓曲轴弯曲是指主轴颈的同轴度误差大于0.05mm。 裂纹 曲轴的裂纹多发生在曲柄与轴颈之间的过渡圆角处以及油孔处。,2.4 曲轴飞轮组构造和维修,2.曲轴的检修 检验项目主要是： （1）裂纹的检验 （2）变形的检验 （3）磨损的检验 曲轴轴颈磨损的检修先检视轴颈有无磨痕和损伤，再测量主轴颈和连杆轴颈的圆度误差和圆柱度误差。 对曲轴短轴颈的磨损以检验圆度误差为主，对长轴颈则必须检验圆度和圆柱度误差。,点击观看视频：曲轴弯曲的检验.wmv 将百分表触头垂直地抵在中间主轴颈上，慢慢转动曲轴一圈，百分表指针所示的最大摆差。 中间主轴颈的径向圆跳动误差值，若大于0.15mm，则应进行压力校正，低于此限，可结合磨削主轴颈予以修正。,请点击图片观看该图片对应的教学动画,曲轴弯曲检查图,2.5 机体的构造和检修,2.5.1 气缸体和曲轴箱,一、基本结构与作用 1.结构： 气缸体上部有一个或数个为活塞在其中运动作导向的圆柱形空腔，称为气缸，下部为支撑曲轴的曲轴箱。,EQ6100-1气缸体图,2.5 机体的构造和检修,2.气缸体冷却方式有水冷式和风冷式两种。,3.整体式气缸体有上下两个平面，用以安装气缸盖和下曲轴箱。上平面是气缸修理的加工基准。 4.气缸体的材料一般采用灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铝合金缸体。,2.5 机体的构造和检修,2.5 机体的构造和检修,二、气缸与气缸套 1.气缸体材料一般采用优质灰铸铁制造 提高其耐磨性，采用表面处理，如表面淬火和镀铬 2.气缸体内镶入气缸套，形成气缸工作表面。 气缸套使用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，气缸体则可以用价格较低的普通铸铁或铝合金等材料制造。 3.气缸套有干式和湿式两种形式,气缸套图,2.5 机体的构造和检修,（1）湿式缸套的优点 缸体上没有封闭的水套，铸造较容易 便于修理更换，且散热效果较好 （2）湿式缸套的缺点 缸体的刚度差，易产生穴蚀，且易漏气漏水 主要用于高负荷发动机和铝合金缸体发动机,2.5 机体的构造和检修,三、气缸的排列形式,气缸的排列形式图,2.5 机体的构造和检修,四、曲轴箱的形式,曲轴箱的形式图,2.5 机体的构造和检修,五、下曲轴箱,下曲轴箱图,2.5 机体的构造和检修,2.5.2 气缸盖与气缸垫,一、气缸盖 1.功用 是封闭气缸上部并与气缸和活塞顶部共同构成燃烧室。 2.结构：气缸盖有冷却水套。 冷却水孔与气缸体上的冷却水孔相通利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 3.材料：气缸盖一般都采用灰铸铁或合金铸铁，也有用铝合金铸造。 4.燃烧室：汽油机燃烧室是由活塞顶部和气缸盖上相应凹坑所组成。,2.5 机体的构造和检修,对燃烧室的基本要求： 结构尽可能紧凑，冷却面积要小，以减少热量损失及缩短火焰行程； 混合气在压缩终了时能有一定的涡流，提高混合气混合质量和燃烧速度，保证混合气能及时充分燃烧。,燃烧室图,2.5 机体的构造和检修,二、气缸垫 1.功用： 保证气缸体与气缸盖接合面间的密封，防止漏气、漏水。 2.形式： 金属石棉垫。 3.安装： 注意将卷边朝向易修整的接触面或硬平面。 如气缸盖和气缸体同为铸铁时，卷边应朝向气缸盖（易修整）；而气缸盖为铝合金，气缸体为铸铁时，卷边应朝向气缸体。,气缸垫图,2.5 机体的构造和检修,2.5.3 气缸体与气缸盖的检修,一、气缸体与气缸盖的常见损伤 1.裂纹 2.变形 3.磨损,2.5 机体的构造和检修,气缸磨损的特点： 在正常磨损情况下，气缸磨损的特点是不均匀磨损。 气缸沿工作表面在活塞环运动区域内呈上大下小的不规则锥形磨损。 磨损的最大部位是活塞在上止点位置时第一道活塞环相对应的气缸壁，而活塞环接触不到的上口几乎没有磨损而形成了明显的“缸肩”。 气缸沿圆周方向的磨损也是不均匀的，形成不规则的椭圆形。其最大磨损部位往往随气缸结构、使用条件不同而异，一般是前后或左右方向磨损最大。,请点击图片观看该图片对应的教学动画,气缸的锥形磨损图,2.5 机体的构造和检修,二、气缸体与气缸盖的检修 1.检查气缸盖及气缸体平面 将气缸盖翻过来，把刀形样板尺放到气缸盖下表面上，用塞尺检查气缸盖的平面度。 气缸盖的平面度最大不得超过0.1mm。如超过最大极限值，应予以修理或更换。 点击观看视频：气缸体上平面的平面度检测.wmv,检查气缸盖平面度图,2.5 机体的构造和检修,2.气缸体与气缸盖裂纹的检修 气缸体裂纹的检查一般采用水压试验法： 在0.30.4MPa的压力下，保持约5min，应没有任何渗漏现象。 3.气缸磨损的测量 （1）使用刻度范围在50200mm的量缸表，在气缸内三个位置上。进行横向（A向）和纵向（B向）垂直测量。 点击观看视频：气缸磨损检测.wmv,检查气缸内径图,2.5 机体的构造和检修,（2）圆度误差： 指同一横截面上磨损的不均匀性。 用同一横截面上不同方向测得的最大与最小直径差值之半作为圆度误差。 （3）圆柱度误差： 指沿气缸轴线的轴向截面上磨损的不均匀性。 数值是被测气缸表面任意方向所测得的最大与最小直径差值之半。 （4）气缸公差： 气缸圆度公差：汽油机为0.05mm，柴油机为0.065mm。 气缸圆柱度公差：汽油机为0.20mm，柴油机为0.25mm。如超出此范围，则应进行镗缸修理。,2.5 机体的构造和检修,4.气缸的修理 气缸的修理就是按修理尺寸法或镶套修复法，通过镗削或磨削加工，使气缸达到原来的技术要求。,一、活塞敲缸响 1.现象 （1）发动机怠速时，在气缸的上部发出清晰的“嗒嗒嗒”敲击声。 （2）冷车时响声明显，热车时响声减弱或消失。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,2.原因 （1）活塞与气缸壁的间隙过大，活塞在气缸内摆动，导致撞击气缸壁而发出响声。 （2）活塞销与连杆衬套装配过紧。 （3）活塞顶碰到气缸衬垫。 （4）连杆变形。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,3.故障诊断与排除 （1）用听诊器在气缸体上部听诊，声响明显。 （2）响声在冷车时明显，热车时减弱或消失。 （3）该缸“断火”后，响声减弱或消失，表明是该缸活塞响声。 （4）为进一步证明某缸敲缸，可向怀疑发响的气缸内注入少量机油，使机油附于气缸壁和活塞之间，再起动发动机察听。若敲击声减轻或消失，但运转短时间后又出现，则判断是该缸活塞敲缸响，这是由于活塞与气缸壁间隙过大所致。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,二、连杆轴承响 1.现象 （1）在突然加速时，有明显连续“铛铛”敲击声。 （2）响声在怠速时较小，中速时较为明显。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,2.原因 （1）连杆轴承盖的固定螺栓松动或折断。 （2）轴承合金烧毁或脱落。 （3）连杆轴承与轴颈磨损过甚，而使径向间隙过大。 （4）轴颈失圆，使轴与轴承间接触不良而造成的早期损坏。 （5）轴承接触面积太小，单位面积上压力过大。 （6）机油压力太低或机油变质。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,3.诊断与排除 （1）在机油加油口处听诊，发动机由低速加速时，发出明显连续的敲击声。 （2）单缸“断火”时响声减弱或消失，复火时响声恢复，表明该连杆轴承间隙过大或轴承合金层脱落。 （3）机油压力明显降低。 （4）如果确诊了有响声的连杆轴承，则应拆下油底壳进行检查。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,三、活塞销响 1.现象 （1）怠速和中速时响声比较明显、清脆，为有节奏的“嗒、嗒”声。 （2）发动机的转速变化时，响声的周期也随着变化。 （3）发动机温度升高后，响声不减弱。 （4）该缸“断火”后，响声减弱或消失；恢复该缸工作时的瞬间，会出现明显的响声或连续两个响声。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,2.原因 （1）活塞销与连杆铜套磨损过甚而松旷。 （2）机油压力过低，机油飞溅不足，润滑条件差。 （3）活塞销锁环脱落，使活塞销自由窜动。 （4）活塞销与活塞销座孔配合松旷。,2.6 曲柄连杆机构常见异响的诊断与排除,3.故障诊断排除