汽车发动机构造与维修教案全书

汽车发动机构造与维修教案全书前言汽车发动机，作为汽车的“心脏”，其构造的精密性与工作的可靠性直接关系到车辆的动力性能、经济性和排放水平。《汽车发动机构造与维修教案全书》旨在为汽车维修专业的师生、一线维修技术人员提供一套系统、全面、实用的教学与参考资料。本书从发动机的基本原理入手，逐步深入到各系统的构造、工作原理、常见故障诊断与排除方法，力求理论与实践相结合，突出技能培养，强调安全规范。本教案全书的编写，注重内容的先进性与实用性，既涵盖了传统发动机的经典结构与维修工艺，也融入了现代汽车发动机的新技术、新特点。通过学习本书，读者能够对汽车发动机形成完整的认知体系，并掌握扎实的维修技能，为今后的专业工作打下坚实基础。本课程适用对象：汽车运用与维修专业学生、汽车维修企业技术人员、汽车爱好者。学习目标：掌握发动机各系统的构造与工作原理；能够正确使用工具设备对发动机进行拆装、检测与调整；能够对常见发动机故障进行诊断与排除；树立安全操作、规范作业的职业意识。---第一章发动机基础知识与总体构造1.1发动机的定义与分类发动机是将某种形式的能量（通常为化学能，如汽油、柴油燃烧释放的热能）转换为机械能的机器。汽车发动机多为内燃机，即燃料在发动机内部燃烧，直接将燃烧产生的热能转变为机械能。内燃机的分类方式多样：*按燃料种类：汽油机、柴油机、气体燃料发动机等。*按工作循环冲程数：四冲程发动机、二冲程发动机。*按气缸排列形式：直列、V型、水平对置、W型等。*按冷却方式：水冷式发动机、风冷式发动机。*按进气方式：自然吸气发动机、增压发动机。1.2发动机基本术语*上止点（TDC）：活塞在气缸内作往复运动时，离曲轴中心最远的位置。*下止点（BDC）：活塞在气缸内作往复运动时，离曲轴中心最近的位置。*活塞行程（S）：上止点与下止点之间的距离。*气缸直径（D）：气缸的内径。*燃烧室容积（Vc）：活塞位于上止点时，活塞顶部与气缸盖底面之间的容积。*气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点移动到下止点所扫过的容积。计算公式：Vh=πD²S/4。*发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积的总和。计算公式：VL=Vh×i（i为气缸数）。*压缩比（ε）：气缸总容积（Va=Vc+Vh）与燃烧室容积（Vc）之比。压缩比是发动机的重要参数，直接影响发动机的动力性、经济性和排放。汽油机压缩比较柴油机低。1.3发动机基本工作原理1.3.1四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机完成一个工作循环，活塞在气缸内上下往复四次（即四个冲程），曲轴旋转两周。1.进气冲程：进气门开，排气门关。活塞由上止点向下止点移动，气缸容积增大，压力降低，可燃混合气经进气系统被吸入气缸。2.压缩冲程：进、排气门均关闭。活塞由下止点向上止点移动，气缸内的可燃混合气被压缩，压力和温度急剧升高。3.做功冲程：进、排气门均关闭。在压缩冲程接近终了时，火花塞跳火点燃被压缩的可燃混合气。混合气迅速燃烧膨胀，产生巨大压力推动活塞由上止点向下止点移动，通过连杆带动曲轴旋转做功。4.排气冲程：排气门开，进气门关。活塞由下止点向上止点移动，将燃烧后产生的废气经排气系统排出气缸。四个冲程周而复始，发动机便能持续输出动力。1.3.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、做功、排气四个冲程，与汽油机的主要区别在于：*进气冲程：吸入的是纯空气，而非可燃混合气。*压缩冲程：压缩的是纯空气，由于柴油机压缩比较高（通常为16-22），压缩终了时空气温度远高于柴油的自燃温度（约____℃）。*做功冲程：在压缩冲程接近终了时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油与高温空气迅速混合并自行着火燃烧，产生压力推动活塞做功。无需点火系统。1.3.3二冲程发动机工作原理（简介）二冲程发动机完成一个工作循环，活塞在气缸内上下往复两次（即两个冲程），曲轴旋转一周。其结构相对简单，转速较高，功率密度大，但经济性和排放通常不如四冲程发动机，在汽车上已较少应用，但在小型摩托车、通用机械上仍有使用。1.4发动机的总体构造尽管发动机的类型和具体结构有所差异，但其基本组成可概括为以下几大系统和机构：*曲柄连杆机构：将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，并输出动力。主要由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成。*配气机构：按照发动机工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）及时进入气缸，并将废气及时排出。主要由气门组、气门传动组（凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等）组成。*燃料供给系统：根据发动机工况，向气缸供给一定数量和浓度的可燃混合气（汽油机）或雾化良好的柴油（柴油机），并将燃烧后的废气排出。主要由油箱、燃油泵、燃油滤清器、喷油器（或化油器）、进排气管、排气消声器等组成。*点火系统（汽油机特有）：在压缩冲程终了时，及时点燃气缸内的可燃混合气。主要由火花塞、点火线圈、分电器（传统点火系统）、点火控制器、传感器等组成。*冷却系统：吸收和散发发动机工作时产生的多余热量，使发动机在适宜的温度下工作。主要由水泵、散热器、风扇、节温器、水套等组成。*润滑系统：对发动机各运动部件进行润滑，减少摩擦和磨损，同时起到冷却、清洁、密封和防锈的作用。主要由机油泵、机油滤清器、机油冷却器、油道等组成。*起动系统：使静止的发动机启动并转入自行运转。主要由起动机、蓄电池、起动开关及控制电路组成。*进排气系统：吸入新鲜空气或可燃混合气，并排出燃烧后的废气。包括空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器、催化转化器（三元催化器）等。---第二章曲柄连杆机构的构造与维修2.1曲柄连杆机构的功用与组成功用：将燃料燃烧产生的热能转变为机械能；将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，并通过曲轴对外输出动力。同时，还承受发动机工作时产生的各种力和力矩。组成：曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三大部分组成。2.2机体组的构造与检修2.2.1气缸体气缸体是发动机的骨架，是安装各机构和系统的基础。许多零部件（如气缸盖、曲轴箱、油底壳、活塞、曲轴等）都直接或间接安装在气缸体上。气缸体内部铸有冷却水套和润滑油道。气缸体的结构形式：一般式、龙门式、隧道式。气缸排列形式：直列、V型、水平对置等。气缸：气缸是活塞运动的轨道，也是燃料燃烧的场所。气缸内壁应具有良好的耐磨性。为提高耐磨性，通常采用：*气缸套：分为干式气缸套和湿式气缸套。干式气缸套不与冷却液直接接触，壁厚较薄；湿式气缸套外表面直接与冷却液接触，壁厚较厚，冷却效果好，便于更换，但对密封要求高。气缸体的检修：*气缸体裂纹的检查与修复：常用水压试验法检查裂纹。裂纹较小且在非受力部位可采用焊补、粘补等方法修复；重要部位裂纹或大面积裂纹通常需要更换气缸体。*气缸磨损的检查：测量气缸内径，检查其圆度误差、圆柱度误差是否超过允许极限。测量部位一般选择活塞上止点第一道环对应气缸壁、气缸中部和气缸下部（距下止点10mm左右）三个截面，每个截面在纵向和横向两个方向进行测量。*气缸的修理：当气缸磨损超过允许极限时，可采用镗缸、镶缸套等方法修复，恢复其正确的几何形状和尺寸精度。2.2.2气缸盖与气缸垫气缸盖：安装在气缸体顶部，封闭气缸上部，与活塞顶部共同构成燃烧室。气缸盖上加工有燃烧室、进排气道、气门座、气门导管孔、火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机），以及冷却水套和润滑油道。V型发动机有左右两个气缸盖。气缸盖的材料多为灰铸铁或铝合金。铝合金气缸盖散热性能好，重量轻，但强度和耐磨性稍逊。气缸垫：安装在气缸体与气缸盖之间，其功用是保证气缸体与气缸盖接合面的密封，防止冷却液、润滑油泄漏，以及气缸内的高压气体窜漏。气缸垫的材料多为金属包边的石棉板或纯金属片（如铜皮、钢片），现代发动机多采用无石棉气缸垫。气缸盖与气缸垫的检修：*气缸盖变形的检查：主要检查其平面度误差。将直尺放在气缸盖下平面（或燃烧室平面），用塞尺测量直尺与平面之间的间隙。*气缸盖裂纹的检查：同样可采用水压试验或气压试验，重点检查燃烧室、进排气道、水套等部位。*气缸盖的修理：轻微变形可通过磨削平面修复；裂纹视情况采用焊补、粘补或更换。*气缸垫的更换：拆装气缸盖时必须更换新的气缸垫。安装时注意正反面和安装方向，按规定扭矩和顺序分次均匀拧紧气缸盖螺栓。2.2.3油底壳油底壳安装在气缸体（或曲轴箱）的下部，用于储存润滑油并封闭曲轴箱。其内部设有挡油板，防止润滑油因汽车行驶而剧烈晃动。油底壳底部通常装有放油螺塞和磁性放油螺栓，以吸附润滑油中的铁屑等杂质。2.3活塞连杆组的构造与检修2.3.1活塞功用：承受气缸内气体压力，并通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转；与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。构造：活塞顶部（构成燃烧室的一部分，形状与燃烧室类型有关）、活塞头部（安装活塞环，承受气体压力并传给活塞销）、活塞裙部（引导活塞在气缸内作往复运动，承受侧压力）。活塞裙部通常开有膨胀槽和绝热槽，以防止活塞受热膨胀后卡死。活塞材料：铝合金（质量轻、导热性好）。活塞环：安装在活塞头部的环槽内，分为气环和油环。*气环（压缩环）：密封气缸，防止可燃混合气或废气窜入曲轴箱；将活塞顶部的热量传给气缸壁。*常见气环断面形状：矩形环、扭曲环、锥面环、桶面环、梯形环等。扭曲环应用广泛，具有良好的密封性和刮油效果。*油环：刮除气缸壁上多余的润滑油，防止其窜入燃烧室；同时在气缸壁上涂布一层均匀的油膜，减小摩擦和磨损。*分为普通油环（整体式）和组合油环。组合油环刮油效果好，回油能力强，广泛应用。*活塞环的“三隙”：端隙（开口间隙）、侧隙（边隙）、背隙。安装时必须保证三隙符合规定。2.3.2活塞销功用：连接活塞和连杆小头，将活塞承受的力传给连杆。构造：中空圆柱体，两端支承在活塞销座孔和连杆小头衬套中。连接方式：全浮式连接（活塞销可在活塞销座孔和连杆小头衬套内自由转动）、半浮式连接（活塞销与活塞销座孔或连杆小头中的一个固定，另一个可转动）。全浮式应用广泛。2.3.3连杆功用：连接活塞和曲轴，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。构造：连杆小头（安装活塞销）、连杆杆身（通常为“工”字形截面，以减轻重量并保证强度）、连杆大头（与曲轴曲柄销连接，分为连杆盖和连杆体，用连杆螺栓紧固）。连杆大头孔内通常装有连杆轴瓦（分为上瓦和下瓦），轴瓦内表面有减磨合金层。连杆螺栓：承受交变载荷，为关键紧固件，必须按规定扭矩和方法拧紧，且通常为一次性使用。2.3.4活塞连杆组的检修*活塞的检修：检查活塞顶部积碳、烧蚀情况；检查活塞裙部磨损、拉伤、变形；测量活塞直径，与气缸直径比较，确定活塞与气缸的配合间隙。*活塞环的检修：检查活塞环的弹力、磨损、对口、折断情况。新活塞环需检查并调整端隙、侧隙。安装时注意活塞环的安装方向（有记号的一面朝上）和各道环的开口应相互错开（避开活塞销孔和侧压力大的方向）。*活塞销的检修：检查活塞销的磨损、弯曲变形。测量活塞销外径与活塞销座孔、连杆小头衬套内径的配合间隙。*连杆的检修：检查连杆是否弯曲、扭曲变形（通过连杆校正仪检查）；检查连杆大头孔的磨损和失圆；检查连杆螺栓是否有裂纹、变形、螺纹损伤。连杆轴瓦的检查与选配（根据曲轴曲柄销直径和瓦孔尺寸选择合适级别或进行刮削配瓦）。2.4曲轴飞轮组的构造与检修2.4.1曲轴功用：将连杆传来的力转变为旋转扭矩，通过飞轮对外输出；驱动发动机的配气机构及其他辅助装置（如水泵、机油泵、发电机等）。构造：曲轴前端（自由端，装有正时齿轮/链轮、皮带轮、扭转减振器等）、若干个曲柄单元（每个曲柄单元包括一个曲柄销、两个曲柄臂）、曲轴后端（功率输出端，装有飞轮）。曲轴上开有润滑油道，用于润滑主轴颈和曲柄销。为了平衡曲轴旋转时产生的离心力和减轻主轴承的负荷，曲轴上通常设有平衡重。曲轴材料：优质合金钢或球墨铸铁。曲轴轴承：即主轴瓦，安装在气缸体的主轴承座孔内，支承曲轴。结构与连杆轴瓦类似，分为上瓦和下瓦。2.4.2飞轮功用：储存做功冲程产生的能量，克服其他冲程的阻力，使曲轴均匀旋转；通过飞轮齿圈与起动机齿轮啮合，便于发动机起动；是离合器的主动件（手动变速器汽车）。飞轮外缘通常刻有第一缸点火（或喷油）正时标记。2.4.3曲轴扭转减振器功用：吸收曲轴扭转振动的能量，防止曲轴因共振而断裂或加剧磨损。安装在曲轴前端。常见形式有橡胶摩擦式、硅油式等。2.4.4曲轴飞轮组的检修*曲轴的检修：检查曲轴主轴颈和曲柄销的磨损（测量直径、圆度、圆柱度）；检查曲轴的弯曲和扭曲变形（测量主轴颈的同轴度）；检查曲轴裂纹（磁力探伤或渗透探伤）；检查润滑油道是否畅通。*曲轴轴颈的修理：磨削（按修理尺寸级别）。*飞轮的检修：检查飞轮齿圈的磨损、打齿情况；检查飞轮工作面（与离合器摩擦片接触的面）的磨损、起槽、烧蚀；检查飞轮的端面圆跳动和径