发动机机械系统构造与维修

第一章

发动机总体构造1.1发动机简史1.2发动机的作用和基本工作原理1.3发动机的总体构造1.4发动机的主要性能指标和特性小结1.1发动机简史内燃机以其热效率高，结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点而著称于世。一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。目前，世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其他的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的最重要的热能机械。下一页返回1.1发动机简史当然，内燃机同样也存在着不少的缺点，主要是:对燃料的要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料;由于间歇换气以及制造的困难，单机功率的提高受到限制，现代内燃机的噪声和废气中的有害成分对环境的污染尤其突出;内燃机不能反转。可以说，内燃机的发展史就是人类不断革新、不断挑战克服这些缺点的历史。内燃机发展至今，约有一个半世纪的历史了。同其他科学一样，内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结。上一页下一页返回1.1发动机简史内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进。在它的发展史中应当特别提到的是德国人奥托和狄塞尔，正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上，对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环，才使得到他们为止的几十年间无数人的实践和创造活动得到了一个科学的总结，并有了质的飞跃，他们将前任粗浅的、纯经验的、零乱无序的经验，加以继承、发展、总结、提高，找出了规律性，为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础，为内燃机的发展做出了巨大的贡献。内燃机是燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的，它的工质在燃烧前是燃油与空气的混合气，在燃烧后则是燃烧产物。上一页下一页返回1.1发动机简史1.煤气机—最早的内燃机1860年，法国人雷诺依尔((J.J.E.Lenoir)制成了第一台实用内燃机(单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74一1.47kW，转速为100r/min，热效率4%)。1862年，法国工程师得罗沙(BeauDeRochas)提出了著名的等容燃烧四冲程循环:进气、压缩、燃烧、膨胀和排气。上一页下一页返回1.1发动机简史1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机(单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21kW、转速为180r/min)1881年，英国的克拉克(DugaldClerk,1852-1913年)在法国巴黎展览会上展出其发明的二冲程内燃机。上一页下一页返回1.1发动机简史2.汽油机的出现1883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用自炽灯管解决了点火问题。以前内燃机的转速都不超过200r/min,而戴姆勒的汽油机转速一跃为800-1000r/min。它的特点是功率大，质量轻，体积小，转速快和效率高，特别适用于交通工具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器。上一页下一页返回1.1发动机简史

1886年，戴姆勒和本茨分别成功地把他们制造的高速汽油机装在车辆上运行，现在公认这一年为汽车诞生年。20世纪最初的20年，为适应交通运输的要求，以提高功率和比功率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增加缸数和改进相应辅助装置。对提高飞机的飞行性能和汽车的负载能力具有重大的意义。在20世纪20年代，主要解决汽油机的爆震燃烧问题。从20世纪20年代后期到20年代旱期，主要是在汽油机上装备增压器。上一页下一页返回1.1发动机简史从20世纪50年代至今，汽油机技术在原理重大变革之前发展已近极致。它的结构越来越紧凑，转速越来越高。其技术现状为:缸内喷射;多气门技术;进气滚流，稀薄分层燃烧;电子控制点火正时、汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理;废气再循环及三兀催化等排气净化技术等。两个重要的进步:20世纪50年代兴起的增压技术在发动机上的广泛应用;20世纪70年代开始的电子技术及计算机在发动机研制中的应用。上一页下一页返回1.1发动机简史3.柴油机—内燃机家族的另一个明星1892年，德国的工程师鲁道夫·狄塞尔(Rudolfdiesel,1858-1913年)提出了一种新型内燃机的专利，即在压缩终了将液体燃油喷入缸内，利用压缩终了气体的高温将燃油点燃。这种构想在5年之后终于变为一个实际的机器，即压燃式发动机—柴油机。热效率可以比当时其他的内燃机高一倍。上一页下一页返回1.1发动机简史柴油机的高压缩比具有以下众多的优点。(1)不但可以省却化油器和点火装置，提高了热效率，而且可以使用比汽油便官’得多的柴油做燃料。(2)由于柴油机的压缩比大，所以最大功率点、单位功率的油耗低。(3)因为柴油机的压缩比高，发动机结实，故经久耐用、寿命长。上一页下一页返回1.1发动机简史柴油机的高压缩比同时也具有以下缺点。(1)柴油机的结构笨重。(2)在同一排量下，柴油机的输出功率约为汽油机的1!30近百年来，柴油机的热效率提高近8000，比功率提高几十倍，空气利用率达9000。当今柴油机的技术水平表现为:优良的燃烧系统;采用四气门技术;超高压喷射;增压和增压中冷;可控废气再循环和氧化催化器;降低噪声的双弹簧喷油器;全电子发动机管理等，集中体现在以采用电控共轨式燃油喷射系统为特征的新一代柴油机上。上一页下一页返回1.1发动机简史4.转子发动机的发明1957年，汪克尔(F.Wankel)成功地试验了他发明的转子发动机，如图1一1所示。这种发动机在一定领域(如赛车和小型发电机组)获得较好的应用。目前，日本Mazda公司还生产这种发动机，并应用于汽车上。上一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理发动机是将燃料燃烧的热能转化为机械能的一种机器。其作用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。现代汽车用发动机多为往复活塞式内燃机，简称活塞式内燃机。图1一2为单缸四冲程发动机的简单结构示意图。下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理一、发动机的基本术语如图1一3所不为发动机基本术语示意图。1.上止点上止点是指活塞离曲轴回转中心的最远处，即活塞的最高位置。2.下止点下止点是指活塞离曲轴回转中心的最近处，即活塞的最低位置。3.活塞行程(S)活塞行程是指上、下两止点间的距离，单位为mm(毫米)。活塞由一个止点移到另一个止点运动一次的过程称行程。上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理4.曲柄半径(R)曲柄半径是指与连杆大端相连接的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离显然，曲轴每转一周，活塞移动两个行程，即S=2R。5.气缸工作容积(Vh)气缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所让出的空间的容积。其计算公式为式中Vb—气缸工作容积，L:D—气缸直径，mmS—活塞行程，mm上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理6.发动机工作容积(Vl)发动机工作容积是指发动机所有气缸工作容积的总和，也称发动机的排量。若发动机的气缸数为:i,则Vl=Vhi.7.燃烧室容积(Vc)燃烧室容积是指活塞在上止点时，活塞顶上面空间的容积，单位为L。8.气缸总容积(Va)气缸总容积是指活塞在下止点时，活塞顶上面空间的容积，单位为I，它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理9.压缩比(￡)压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积的比值，即上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理二、四冲程发动机的简单工作原理发动机将热能转变为机械能的过程，是经过进气、压缩、做功和排气四个连续的过程来实现的，每进行一次这样的过程就叫一个工作循环。凡是曲轴旋转两周，活塞往复四个行程完成一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机。1.四冲程汽油机的简单工作原理四冲程汽油机的工作循环是由进气、压缩、做功和排气四个行程所组成的。图1一4所示为单缸四冲程汽油机工作循环不意图。上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理(1)进气行程。活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时，排气门关闭，进气门开启。活塞移动过程中，气缸内容积逐渐增大，形成一定真空度，于是经过滤清的空气与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸人气缸。至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。由于进气系统存在进气阻力，进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力，为0.075-0.09MPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环留下的高温残余废气的加热，气体温度升高到370一440K。上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理(2)压缩行程。进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，气缸内容积逐渐减小，由于进、排气门均关闭，可燃混合气被压缩，至活塞到达上止点时，压缩结束。气缸内气体被压缩的程度称为压缩比。压缩比越大，则压缩终了时气缸内气体的压力和温度就越高，燃烧速度也越快，因而发动机发出的功率越大，经济性也越好。现代汽油发动机压缩比一般为6-10。压缩行程中，气体压力和温度同时升高，并使混合气进一步均匀混合，压缩终了时，气缸内的压力为0.6-1.2MPa,温度为600-800K。上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理(3)做功行程。在压缩行程末，火花塞产生电火花点燃混合气，并迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转做功，至活塞到达下止点时，做功结束。在做功行程中，开始阶段气缸内气体压力、温度急剧上升，瞬间压力可达3-5MPa,瞬时温度可达2200-2800K。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理（4）排气行程。在做功行程终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和在活塞推动下，被排出气缸，至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气行程终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气体压力也因排气系统存在排气阻力而略高于大气压力。此时，压力为0.105-0.115MPa,温度为900一1200K.上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理2.四冲程柴油机的简单工作原理四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也是由进气、压缩、做功和排气四个行程组成。但由于所使用燃料的性质不同，可燃混合气的形成和着火方式与汽油机有很大区别。下面主要叙述柴油机与汽油机工作循环的不同之处。如图1一5为单缸四冲程柴油机工作循环不意图。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理(1)进气行程。进气行程不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于行程残留的废气温度也比汽油机低，进气行程终了的压力为0.075-0.095MPa,温度为320一350K。(2)压缩行程。压缩行程不同于汽油机的是压缩纯空气，由于柴油的压缩比大，为15-22，压缩终了的温度和压力都比汽油机高，压力可达3-5MPa,温度可达800-1000K。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理(3)做功行程。此行程与汽油机有很大差异，压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温高压空气中，被迅速汽化并与空气形成混合气，由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K),柴油混合气便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行做功。做功行程中，瞬时压力可达5-10MPa,瞬时温度可达1800-2200K，做功行程终了时压力约为0.125MPa,温度为800-1000K.(4)排气行程。此行程与汽油机基本相同。排气行程终了时的气缸压力为0.105-0.125MPa。温度为800-1000K.上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理由上述四冲程汽油机和柴油机的工作循环可知，两种发动机工作循环的基本内容相似。每个工作循环曲轴转两周(720度)，每一行程曲轴转半周(180度)。四个行程中，只有做功行程做功，其他三个行程是为做功行程作准备工作的辅助行程，都要消耗一部分能量。发动机启动时的第一个循环，必须有外力将曲轴转动，以完成进气和压缩行程;当做功行程开始后，做功能量便通过曲轴储存在飞轮内，以维持以后的行程和循环得以继续进行。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理三、二冲程发动机的简单工作原理1.二冲程汽油机的简单工作原理二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、做功和排气四个过程，但它是在活塞往复两个行程内完成的。图1一6为二冲程汽油机的工作循环不意图。上一页下一页返回1.2发动机的作用和基本工作原理(1)第一行程:活塞由曲轴带动从下止点向上止点移动，当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时[图1-6

(a)]，已进入气缸的新鲜混合气被压缩活塞继续上移至上止点，压缩结束:与此同时，活塞上行时，其下方曲轴箱内形成一定真空度，当活塞上行到一定位置时，进气孔开启[图1一6(b)]，新鲜的混合气被吸人曲轴箱。至此，第一行程结束。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理(2)第二行程:活塞接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃被压缩混合气，燃烧形成的高温高压气体推动活塞下行做功[图1-6

(c)],当活塞下行到关闭进气孔后，曲轴箱内的混合气被预压，活塞继续下行至排气孔开启时[图1-6

(d)]，燃烧后废气靠自身压力经排气孔排出:紧接着，换气孔开启，曲轴箱内经预压的混合气进入气缸，并排除气缸内残余废气，这一过程称换气过程，它将一直延续到下一行程活塞再上行关闭换气孔和排气孔时为止。活塞下行到下止点时，第二行程结束。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理由上两个行程可知，第一行程时，活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进行进气:第二行程时，活塞上方进行做功、换气，活塞下方预压混合气。因此，换气过程跨越两个行程。2.二冲程柴油机的简单工作原理二冲程柴油机工作循环与汽油机的主要不同之处是进入气缸的是纯空气，废气则由令设的排气门排出。带有换气泵的二冲程柴油机的工作循环不意图如图1一7所示。换气泵的作用是将新鲜空气压力提高到0.12-0.14MPa后，经气缸外部的空气室和气缸壁上的一圈进气孔进入气缸内。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理(1)第一行程:活塞由下止点向上止点移动，在此前，进气孔和排气门均已开启，由换气泵提压后的新鲜空气进入气缸进行换气[图1一7(a)]。当活塞上移至进气孔被关闭，排气门此时也关闭，于是进入气缸的空气开始被压缩[图1一7(b)]。，并自行着火燃烧[图1一7(c)]。(2)第二行程:活塞到达上止点后，着火燃烧的高温高压气体推动活塞下行做功。当活塞下行到2/3行程时，排气门开启，废气靠自身压力排出气缸[图1一7(d)]，此后，进气孔开启，进行与二冲程汽油机类似的换气过程。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理3.二冲程发动机的特点(1)由于进、排气过程几乎是完全重叠进行的，所以在换气过程中有混合气损失和废气难以排净的缺点，经济性较差，柴油机由于进入的是纯空气，因此没有混合气损失。(2)完成一个工作循环，曲轴只转一周，当与四冲程发动机转速相等时，其做功次数比四冲程多一倍。因此，运转平稳，与同排量四冲程发动机比较，在理论上发出功率应是四冲程发动机的两倍，但由于换气时的混合气损失，实际是1.5-1.6倍。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理(3)二冲程汽油机在摩托车上应用较多，二冲程柴油机由于没有混合气损失，经济性比二冲程汽油机要好，在一些中型汽车上也有采用。由于二冲程发动机对大气的污染较为严重，因此，这种发动机目前已基本上被淘汰。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理四、多缸发动机的工作从上述各单缸发动机工作原理可知，只有做功行程产生动力，其他三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个储备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，做功行程快，其他行程慢。汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用得较多是四缸、六缸、八缸发动机。上一页下一页返回1.2

发动机的作用和基本工作原理多缸发动机是在曲轴转角720度内(四冲程发动机)或曲轴转角360度内(二冲程发动机)，各缸都要像单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸做功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸做功间隔角为

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发动机的作用和基本工作原理即曲轴每转120度就有一个缸做功，各缸做功行程略有搭接，这样多缸发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的做功行程为其他缸的准备行程提供动力，所以储存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲做功冲程就已连续，而六缸、八缸发动机都有做功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。图1一8所示为V形多缸发动机结构示意图。上一页返回1.3发动机的总体构造汽车发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器，其结构形式多种多样。例如，现今最广泛使用的采用汽油和柴油作为燃料的往复活塞式发动机，其具体构造也千差万别，但由于基本工作原理相同，所以其基本结构也就大同小异。汽油机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火、起动五大系统组成;柴油机通常由两大机构和四大系统组成(无点火系)。汽油机和柴油机的结构如图1一9、图1一10、图1一11、图1一12,图1一13、图1一14、图1一15所示。下一页返回1.3发动机的总体构造一、发动机的组成1.曲柄连杆机构曲柄连杆机构是由机体、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成的，其作用是将燃料燃烧所产生的热能，经机构由活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。机体还是发动机各个机构、各个系统和一些其他部件的安装基础，并且机体许多部分还是配气机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的组成部分。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造2.配气机构配气机构由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成。其作用是使新鲜气体及时充入气缸，并使燃烧产生的废气及时排出气缸。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造3.燃料供给系汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系由于使用燃料和燃烧过程不同，在结构上有很大区别，汽油燃料供给系又分化油器式和燃油直接喷射式两种。通常所用的化油器式燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给已配好的口1燃混合气，并控制进入气缸内可燃混合气数量，以调节发动机输出的功率和转速，最后，将燃烧后的废气排出气缸。柴油机燃料供给系由燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、喷油器进排气管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给纯空气，并在规定时刻向缸内喷入定量柴油，以调节发动机输出功率和转速，最后将燃烧后的废气排出气缸。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造4.冷却系冷却系有水冷式和风冷式两种，现代汽车一般都采用水冷式。水冷式由水泵、散热器、风扇、分水管、节温器和水套(在机体内)等组成，其作用是利用冷却水冷却高温零件，并通过散热器将热量散发到大气中去，从而保证发动机在正常温度状态工作。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造5.润滑系润滑系由机油泵、润滑油道、集滤器、机油滤清器、限压阀、油底壳等组成。其作用是将润滑油分送至各个摩擦零件的摩擦面，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦表面，从而延长发动机使用寿命。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造6.点火系汽油机传统点火系由电源(蓄电池和发电机)、点火线圈、分电器和火花塞等组成，其作用是按一定时刻向气缸内提供电火花以点燃缸内的可燃混合气。7.起动系起动系由起动机和起动继电器组成，其作用是带动飞轮旋转以获得必要的动能和起动转速，使静止的发动机启动并转人自行运转状态。上一页下一页返回1.3发动机的总体构造二、国产内燃机型号编制规则我国于1982年制定了新的国家标准GB725-1982。该标准的主要内容如下:(1)内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，如汽油机、柴油机等。(2)内燃机型号以阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。(3)内燃机型号由首部、中部、后部和尾部四部分组成，如图1一16所示上一页下一页返回1.3发动机的总体构造例1:汽油机EQ6100Q-1第二汽车制造厂、六缸、四冲程、缸径100mm、水冷式、车用、第一种变型.例2:步华油机12V135Z-十二缸、V形、四冲程、缸径135mm、增压。上一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性

一、发动机的主要性能指标评价发动机工作性能的指标有指不指标和有效指标。以工质在气缸内对活塞做功为基础的指标称为发动机指不指标。指不指标用来评价发动机实际工作循环进行的好坏，以及燃料的热能转变为功的完善程度。指不指标在生产和使用中应用不多。以发动机曲轴对外输出功率为基础的指标称为有效指标。下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性两种指标的主要区别在于:有效指标扣除了发动机在热功转换过程中，为维持实际循环工作过程所消耗掉的功。有效指标的动力性指标显不了发动机对外输出实际能被利用的功的大小，而其经济性指标则显不了燃料的热能有多少转为能被利用的有效功。在实际生产和使用中，评价发动机性能的好坏，以及评价发动机维修质量的好坏，都使用有效指标。这里，就介绍常用的几个发动机有效指标。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性1.有效转矩和有效功率Me和Pe是有效动力性指标，用来衡量发动机动力性大小。Me和Pe之间有如下关系式中n—发动机转速，r/min。Pe的单位是kW，可利用测功机和转速计来测定Pe的大小。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性2.有效耗油率gege是有效经济性指标。它是指发动机每发出1kW的有效功率，在1h内所消耗的燃油克数式中GT—发动机工作每小时耗油量，kg/h.上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性二、发动机的特性发动机有效性能指标随调整情况和使用工况而变化的关系称为发动机特性，通常用曲线来表不它们之间的关系，这条曲线称为特性曲线。其中，有效性能指标随调整情况而变化的关系，称为调整特性，如汽油机的燃料调整特性、点火提前角调整特性、柴油机的喷油提前角调整特性等;随使用工况而变化的关系称为使用特性，如速度特性、负荷特性等。通过对特性曲线的分析，可以评价发动机在不同工况下的动力性、经济性及其他运转性能，为合理选择、有效利用发动机以及评价发动机维修后质量好坏提供依据。下面，将对应用较多的发动机的速度和负荷两个使用特性做一介绍。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性1.速度特性在化油器节气门开度(或喷油泵供油拉杆位置)一定的条件下，发动机的有效功率Pe、有效转矩Me、有效耗油率Ge、随发动机转速变化的规律，称为发动机速度特性。节气门开度最大(或喷油泵供油拉杆在标定功率的循环供油量位置)时，测得的速度特性称为外特性;部分开度(或喷油泵供油拉杆所处位置供油量小于标定功率的循环供油量位置)时，测得的速度特性称为部分特性。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性上一页下一页返回(1)汽油机外特性曲线分析。图1一17为BJ492发动机的外特性曲线图。由图分析可知，当发动机转速n=nM时，发动机发出转矩最大;当n<nM或n>nM时，发动机转矩都将减少。当n=np时，发动机发出功率最大;当n<np或n>np时，发动机功率都减小。当n=ng时，发动机有效耗油率最小;当n<ng或n>ng时，发动机有效耗油率将增大。由以上分析可知，一般汽油机工作范围应在np与nM之间，当n>np时，汽油机的动力性、经济性和可靠性均大大下降，因而不能使用;当用在np~nM转速范围内，从经济性角度看，经济性较好。因此这个转速范围可作为汽油机常用转速范围的参考依据。汽油机部分特性曲线分析如图1一18所示1.4发动机的主要性能指标和特性(2)柴油机外特性曲线分析。如图1一19为6120Q柴油机外特性曲线图。由图分析可知，发动机转矩Me随发动机转速n的增加而缓慢增加。在中等转速范围内，发动机转矩Me随发动机转速n变化很小;在高速时，发动机转矩Me随发动机转速n的增加而降低，这样柴油机的转矩曲线就比较平缓，这对柴油机运转的稳定性和克服超载能力是不利的。为此，柴油机必须通过调速器中的油量校正装置来改造柴油机外特性转矩曲线。柴油机部分特性曲线分析如图1一20所示上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性有效功率Pe曲线，由于不同转速时Me变化不大，在一定转速范围内，Pe几乎随n上升成正比增加，但n增大到一定数值时，Pe虽然有上升，然而由于循环供油量增加，燃烧恶化，排放黑烟严重。因此，柴油机的标定功率会受冒烟界限限制，其最高转速需由调速器来限制。有效耗油率ge曲线变化趋势与汽油机相同，但较平坦，说明柴油机在较大的转速范围内，都有比较好的经济性。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性2.负荷特性发动机转速一定，逐渐改变节气门开度(或改变喷油泵供油拉杆位置)，使发动机每小时耗油量GT、有效耗油率ge、随有效功率Pe(或有效转矩Me)变化而变化的关系，称为发动机负荷特性。负荷特性可用来评定不同转速及不同负荷下发动机的经济性。(1)汽油机负荷特性曲线分析。如图1-21，为6100Q汽油机负荷特性曲线图。由图分析可知，随节气门开度增大，有效功率Pe由小增大，发动机每小时耗油量

GT随之上升，当节气门开度达到全开的80%时，化油器加浓装置开始工作，

ge上升速度加快，曲线变陡。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性当发动机在怠速状态运转时，输出有效功率Pe=0，故有效耗油率ge曲线趋向无穷大，并随节气门开度的增大，Pe小变大，ge迅速下降，直至降到最低值;随Pe继续加大，节气门开度增大到全开的80%时，化油器加浓装置开始工作，ge又有所上升。(2)柴油机负荷特性曲线分析。图1一22为6135Q柴油机负荷特性曲线图，其中标明1200,1800两条曲线分别是额定转速为1200r/min和1800r/min时的有效耗油率ge曲线，由图分析可知，GT随Pe增大而近似直线上升，直至Pe增大到全负荷的90%当负荷继续增大GT迅速加大，曲线变陡。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性有效耗油率ge在怠速时趋向无穷大，Pe增加，ge下降。当Pe增大到全负荷的90%时，ge达到最小值，图中1点所不，再增加负荷，片、上升至曲线点2时，柴油机排放黑烟，至曲线点3时，柴油机发出最大功率。为了避免由排放黑烟引起的环境污染、易使燃烧室积碳和发动机过热等现象，采用由调速器来控制标定的循环供油量，可是标定功率限制在曲线点2以内。从负荷特性曲线上可以看出，在接近全负荷时，ge最低。因此，为了提高汽车的燃料经济性，希望发动机经常处于ge最低、负荷又较大的经济负荷区运行。上一页下一页返回1.4发动机的主要性能指标和特性3.万有特性车用发动机工作转速和负荷变化范围很广。要全面评价发动机性能，用速度特性和负荷特性很不方便。通常根据负荷特性曲线族来经过转换画出多参数特性—万有特性。通过万有特性可以方便查出发动机各种工况下的性能指标。以转速n为横坐标，以扭矩Ttq或平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性，图1一23为CA6120汽油机万有特性图。图1一24为FQD6102-1型柴油机万有特性图。上一页返回小结1.发动机的作用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能。2.活塞行程是指上、下两止点间的距离。3.气缸工作容积是指上、下两止点间的容积。4.发动机排量是所有气缸工作容积的总和。5.压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值。6.四冲程发动机的四个行程是进气、压缩、做功和排气。7.二冲程发动机的两个行程是第一行程和第二行程，在这两个行程中包括进气、压缩、做功和排气四个过程。8.发动机由曲柄连杆、配气两个机构和燃料供给、润滑、冷却、起动、点火(柴油机无)五个系统组成。下一页返回小结9.发动机的有效动力性指标主要有:有效功率Pe和有效转矩Me。10.发动机的有效经济性指标主要是有效耗油率。11.发动机的有效性能指标随调整情况和使用工况而变化的关系称为发动机的特性。12.在化油器节气门开度(或柴油机喷油泵供油拉杆位置)一定的条件下，发动机的有效性能指标随发动机转速变化的关系称为发动机速度特性。13.在发动机转速一定的条件下，改变节气门开度(或柴油机喷油泵供油拉杆位置)，发动机每小时耗油量ge和有效耗油率GT或有效转矩Me变化而变化的关系称为发动机负荷特性。12.国家标准(GB725-1982)制定了国产内燃机产品名称和型号编制规则。上一页返回图1-1转子发动机原理简图返回图1-2

发动机的结构示意图返回下一页图1-2

发动机的结构示意图返回上一页图1-3发动机基本术语示意图返回图1-4

四冲程汽油发动机工作循环示意图返回图1-5

单缸四冲程柴油机工作循环示意图返回图1-6二冲程汽油机的工作循环示意图返回图1-7带有换气泵的二冲程柴油机工作循环示意图返回图1-8V形多缸发动机结构示意图返回图1-9发动机全图返回图1-10丰田4E-FE型四气门汽油喷时式发动机纵剖图返回图1-11CA6102型发动机总成（左侧）返回图1-12CA6102型汽油机纵剖图返回图1-13CA6102型汽油机横剖图返回图1-14

大众Audi涡轮增压直喷柴油发动机返回下一页图1-14

大众Audi涡轮增压直喷柴油发动机返回上一页图1-15

一汽奥迪100型轿车发动机总体结构返回图1-16内燃机型号的组成返回图1-17BJ492汽油机外特性曲线图返回图1-18汽油机部分特性曲线分析返回图1-196120Q柴油机外特性返回图1-20柴油及部分特性曲线分析返回图1-216100Q汽油机负载特性曲线返回图1-226135Q柴油机负荷特性返回图1-23CA6120汽油机万有特性图返回图1-24EQD6102-1型柴油机万有特性图返回第二章

曲柄连杆机构的构造与维修2.1路径的概念2.2机体的构造和检修2.3活塞连杆组的构造和检修2.4曲轴飞轮组构造和检修2.5曲柄连杆机构常见故障诊断与排除2.6曲柄连杆机构的新型结构和检修特点小结2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理一、曲柄连杆的功用、组成和工作原理(1)功用。曲柄连杆机构的功用是将燃气作用在活塞顶上的压力转变为能使曲轴旋转运动而对外输出的动力。(2)组成。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。(3)工作原理。曲柄连杆机构是往复活塞式发动机将热能转换为机械能的主要机构。在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞做往复直线运动。经活塞销、连杆和曲轴，将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。发动机产生的动力，大部分经由曲轴后端的飞轮输出;还有一部分用以驱动本机其他机构和系统。下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理1.机体组机体组主要包括气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸盖、气缸套和气缸垫等不动件，如图2一1所示。2.活塞连杆组活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件，如图2一2所示。3.曲车由飞轮组曲轴飞轮组主要包括曲轴和飞轮等机件，如图2一3所示。曲柄连杆机构的主要零部件以及相互连接关系如图2-4所示。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理二、工作条件与受力简析发动机工作时，气缸内最高温度可达2500K以上，最高压力可达5一9MPa,现代发动机最高转速可达4000-6000r/min，其线速度是很高的。此外，与可燃混合气和燃烧废气接触的机件(如气缸、气缸盖、活塞组等)还将受到化学腐蚀和电化学腐蚀。因此，曲柄连杆机构是在高温、高压、高速和有腐蚀的条件下工作的。由于曲柄连杆机构是在高压下做变速运动，因此，它在工作中的受力情况很复杂，其中主要有气体作用力、运动质量的惯性力、旋转运动件的离心力以及相对运动件的接触表面所产生的摩擦力等。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理1.气体作用力在每个工作循环的四个行程中，气体压力始终存在。但由于进、排气两个行程中的气体压力较小，对机件影响不大，故这里主要分析做功和压缩两个行程中气体的作用力。在做功行程中，气体压力推动活塞向下运动，如图2一5(a)所示。设活塞所受的总压力为Fp，其传到活塞销上可分解为Fp1和Fp2。分力Fp1通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在连杆轴颈上。还可分解为两个分力R和s。分力R沿曲柄方向使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力:分力s垂直于曲柄，其除了使主轴颈和主轴承之间产生压紧力外，还对曲轴产生转矩T,驱动曲轴旋转。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理Fp2把活塞压向气缸壁，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。在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶上的气体总压力也可分解为Fp1'和Fp2'[见图2一5(b)]，Fp1'又可分解为R'和S'。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理分力s‘对曲轴形成一个旋转阻力矩T'，企图阻止曲轴旋转;而Fp2'则将活塞压向气缸的另一侧壁。由上述分析可知，做功行程中气体压力越大，发动机动力也越大。但气体压力又是造成机件磨损和损坏的主要因索。如活塞与活塞销、活塞销与连杆衬套、连杆轴承与连杆轴颈、主轴承与主轴颈等在气体压力作用下互相压紧，在运动中产生磨损;另外，气体压力还会使活塞紧压在气缸壁上，从而加剧活塞、活塞环和气缸壁的磨损。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理2.往复惯性力与离心力往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。物体绕某一中心做旋转运动时，就会产生离心力(若旋转速度发生变化时，还会产生转动惯量)。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都存在。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，前半冲程是加速运动，惯性力向上，用Fj表示，如图2一6(a)所示;后半冲程是减速运动，惯性力向下，用Fj'表示，如图2-6(b)所示。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理同理，当活塞向上运动时，前半冲程惯性力向下，后半冲程惯性力向上。由于往复惯性力和气体压力都可以认为是作用于气缸中心，只是上、下方向有时不同，因此惯性力分解后引起各传动机件的受力情况和气体压力相同。但惯性力不作用于气缸盖，它在单缸发动机内部是不平衡的，会引起发动机上下振动，多缸发动机的惯性力可能在各缸之间相互平衡，引起振动的倾向大为减小。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理偏离曲轴轴线的曲柄、连杆轴颈和连杆大头在绕曲轴轴线旋转时，将产生离心力Fc(见图2一6)，其方向沿曲柄向外。Fc在垂直方向上的分力Fcy与往复惯性力Fj的方向总是一致的，因而加剧了发动机的上下振动。而水平方向上的分力Fcx则使发动机产生水平方向的振动。另外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈、曲轴主轴承和轴颈受到又一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。上一页下一页返回2.1

曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理3.摩擦力曲柄连杆机构中互相接触的表面做相对运动时都存在摩擦力，其大小与正压力和摩擦系数成正比，其方向总是与相对运动的方向相反。摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根源。上述各种力，作用在曲柄连杆机构的各有关零件上，使它们承受了拉伸、压缩、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，减轻振动，在结构上应采取相应措施。如为了减小曲轴离心力的影响，在曲轴上增设平衡块;为抵抗连杆的拉伸、压缩及弯曲等变形，将连杆杆身断面制成“工”字形;为减小惯性力的影响，活塞采用密度小的铝合金材料;为减少机件磨损，可提高加工精度、材料硬度和加强润滑;等等。上一页返回2.2机体的构造和检修一、气缸体与曲轴箱1.气缸体与曲轴箱的基本结构与功用汽车发动机中通常将气缸体与上曲轴箱铸成一体，称为气缸体一曲轴箱，简称气缸体。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，其内腔为曲轴运动的空间，如图2一7所示。下一页返回2.2机体的构造和检修气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。为了使气缸散热，在气缸内部制有水套(水冷式发动机，见图2-8),或气缸外部制有散热片(风冷式发动机，见图2一9)在上曲轴箱有前后壁和中间隔板，其上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修整体式气缸体有上、下两个平面，用以安装气缸盖和下曲轴箱，其往往也是气缸修理的加工基准。气缸体承受较大的机械负荷和较复杂的热负荷，气缸体的变形会破坏各运动件间准确的位置关系，导致发动机的技术状况变坏、使用寿命缩短。所以，要求气缸体具有足够的强度、刚度和良好的耐热性及耐腐蚀性等。气缸体和上曲轴箱根据其工作条件和结构特点，一般采用灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁制造。有些发动机为了减轻质量、加强散热而采用铝合金缸体。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修2.气缸与气缸套为了适应气缸的工作条件，提高气缸表面的耐磨性，可从材料结构和加工精度等方面来考虑。气缸体材料一般采用优质灰铸铁制造，有时在铸铁中加入少量合金兀索，如镍、钥、镐,磷等以提高其耐磨性，有些气缸还采用表面处理，如表面淬火和镀铬等。但是，如果气缸体全部采用优质耐磨材料制造，将造成材料上的浪费，因为除了与活塞配合的气缸壁表面外，其他各部分对耐磨度的要求并不高。所以近年来，多采用在气缸体内镶人气缸套，形成气缸工作表面。这样气缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而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。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸套有干式和湿式两种形式，如图2一10所示。干式缸套[见图2一10(a)]不直接与冷却水接触，壁厚一般为1--3mm.湿式缸套[见图2一10(b),(c)]则与冷却水直接接触，壁厚一般为5一9mm。气缸套的外表面有两个保证径向定位的圆带A和B，分别称为上支撑定位带和下支撑密封带，缸套的轴向定位是利用上端的凸缘C来实现。为了更好地密封，有的缸套凸缘下面还装有紫铜垫片。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸套的上支撑定位带直径略大，与缸套座孔配合较紧密。下支撑密封带与座孔配合较松，常装有1-3道耐热、耐油橡胶密封圈来封水。其密封形式有两种，使用较广泛的一种是将密封环槽开在气缸套上，将具有一定弹性的密封圈装入环槽内。另一种是将安置密封圈的环槽开在气缸体上。大多数湿式气缸套装入座孔后，其顶面高出气缸体上平面0.05-0.15mm。这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，以保证气缸更好地密封和气缸套更好地定位。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修湿式缸套的优点是缸体上没有封闭的水套，铸造较容易，又便于修理更换，且散热效果较好。缺点是缸体的刚度差，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。如BJ292Q型汽油机等。为了减少气缸的磨损，气缸壁有较高的加工精度和较低的粗糙度。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修3.气缸的排列形式汽车发动机气缸的排列常见的有单列式和双列式两种形式。单列式(直列式)发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置[见图2一11(a)]，但为了降低发动机的高度，有时也把气缸布置成倾斜甚至水平的。双列式发动机左、右气缸中心线的夹角r<180。者称为V形发动机[见图2一11(b)];r=180。则称为对置式(对称式)发动机[见图2一11(c)].4.曲车由箱形式上曲轴箱有三种基本结构形式，如图2一12所示。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(1)平分式。曲轴轴线与气缸体下平面在同一平面上的为平分式。这种结构便于加工，但刚度小，且前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难，给维修造成不便。多用于中小型发动机，如BJ492QA型发动机。(2)龙门式。曲轴轴线高于气缸体下平面的为龙门式。这种结构刚度较高，且下曲轴箱前后端为同一平面，其密封简单可靠，维修方便，但工艺性较差，在大中型发动机中被广泛采用，如解放CA6102型发动机就采用这种形式。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(3)隧道式。这种形式的主轴承座孔不分开，其结构刚度最大，主轴承同轴度易保证，但拆装较困难。多用于机械负荷较大的、主轴承采用滚动轴承的发动机，如6135Q型柴油机等。油底壳(也称为下曲轴箱)的结构如图2一13所示，其主要功用是存储机油并密封曲轴箱。其内部有防止机油过分激荡的稳油挡板，有利于机油泵的正常工作和机油内杂质的沉淀。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修为了保证在发动机纵向倾斜时机油泵仍能吸到机油，油底壳后部或前部一般做得较深，并在其最低处装有放油塞。有的放油塞是磁性的，能吸集机油中的金属屑，以减少发动机运动件的磨损。油底壳受力很小，一般用薄钢板冲压成或采用铝合金制成。为了防止漏油，一般都有密封垫，也有的采用密封胶密封。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修二、气缸盖与气缸垫1.气缸盖气缸盖的主要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。气缸盖内也有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体上的冷却水孔相通，以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。气缸盖上有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道等。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修汽油机气缸盖还设有火花塞座孔，柴油机则设有喷油器的座孔。为了制造和维修方便，减小缸盖变形对气缸密封的影响，缸径较大的发动机多采用分开式气缸盖，即一缸一盖、二缸一盖或三缸一盖。缸径较小、缸盖负荷较轻的汽油机多采用整体式缸盖(见图2一14和图2一15）所示。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸盖由于形状复杂，一般都采用灰铸铁或合金铸铁铸造。汽油机的气缸盖也有用铝合金铸造的，因其导热性比铸铁好，有利于提高压缩比，但其刚度低，使用中易变形。由于可燃混合气的形成和燃烧过程不同，汽油机与柴油机的燃烧室在技术要求和结构上都有很大差别。由于柴油机燃烧室的形状与燃烧理论密切相关，故结合在柴油机燃料供给系中叙述，这里仅叙述汽油机燃烧室。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修汽油机燃烧室是由活塞顶部和气缸盖上相应凹坑所组成。对燃烧室的基本要求主要有两点:一是结构尽可能紧凑，冷却面积要小，以减少热量损失及缩短火焰行程;其次是使混合气在压缩终了时能有一定的涡流，以提高混合气混合质量和燃烧速度，保证混合气能及时地、充分地燃烧。汽油机常见的几种燃烧室类型如图2一16所示。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(1)锲形燃烧室气门斜置，气道导流较好，充气效率较高。在压缩终了时，能形成挤气涡流，因而燃烧速度快，燃烧质量较好。如CA6120型发动机[见图2一16(a)].(2)盆形燃烧室气门平行于气缸轴线，可形成挤气涡流。但气门尺寸受到限制，影响换气质量，因而燃烧速度稍差，燃烧质量稍低。如BJ492QA型发动机[见图2一16(b)].上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(3)半球形燃烧室气门成横向V形排列，因此气门可以做得较大，换气好。火花塞通常位于燃烧室的中部，因而火焰行程短，燃烧迅速而完全。但因没有挤气涡流，低速性能较差，配气机构也较复杂，是高速发动机的典型燃烧室[见图2一16(c)].

2.气缸垫气缸垫用来保证气缸体与气缸盖接合面间的密封，防止漏气、漏水。它是汽车上最重要的一种垫片，如图2一17所示。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸垫接触高温、高压气体和冷却水，在使用中很容易被烧蚀，特别是缸口卷边周围。因此，气缸垫要耐热、耐蚀，具有足够的强度、一定的弹性和导热性，从而保持可靠的密封。另外，还要求气缸垫能较方便地拆装和有较长的使用寿命。应用较多的是金属一石棉气缸垫。气缸垫内填夹有金属屑或金属钟的石棉，外覆铜皮或钢皮，在缸口、水孔和油道口周围采用卷边加固。金属包皮具有提高强度、耐腐蚀和传热能力；石棉芯有较高的耐热性和一定的弹性。这种垫片可重复使用。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修另一种是金属骨架一石棉气缸垫。这种气缸垫是用编织的钢丝网或冲孔钢片为骨架，外覆石棉及橡胶钻结剂压成垫片，只在缸口、油道口及水孔处用金属包边。这种缸垫弹性更好，但易钻结，一般只能使用一次。有的强化发动机采用纯金属片作为气缸垫。国外一些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫，这种发动机对气缸盖和气缸体接合面平面度要求极高。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸垫安装时，应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。三、气缸体与气缸盖的检修(一)气缸体与气缸盖的常见损伤气缸体与气缸盖的主要损伤形式有裂纹、变形和磨损等。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修1.裂纹气缸体产生裂纹的主要原因有:曲轴在高速转动时产生振动，增加了气缸体的负荷，在气缸体的薄弱部位发生裂纹;发动机处于高温状态时突然加入大量冷水，或因水垢积聚过多而散热不良，使水道壁产生裂纹;在冬天及寒冷地区末加注防冻液的车辆，停驶时间较长而末及时放水，致使水道冻裂;镶换气缸套时，过盈量选择过大或压装工艺不当造成气缸局部裂纹;装配螺栓时拧紧力矩过大，或镶套修复损坏的螺纹孔时，其过盈量选择过大使原螺纹孔裂损。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸盖的裂纹多发生在进、排气门座之间的过梁处，这是由于气门座或气门导管配合过盈量过大与镶换工艺不当所引起。裂纹发生在水道壁较薄处，一般是在冬季，由于冷却水在低温下结冰膨胀所致。2.变形气缸体在使用过程中发生变形的现象是普遍存在的，造成变形的原因主要有以下几点。①由于拆装螺栓时力矩过大或不匀，或不按顺序拧紧以及在高温下拆卸气缸盖等原因，会引起气缸体与气缸盖的结合平面翘曲变形。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修②气缸体上、下在螺纹口周围凸起，通常是由于装配式螺栓扭紧力过大，或装配时螺纹孔中末清理干净。③曲轴轴承座孔同轴度偏差增大，或是受到整个气缸体变形的影响:或是由于曲轴轴承座孔处厚薄不均，铸造后残余应力不均衡，而在使用中引起变形。气缸盖变形是指与气缸体的接合平面翘曲变形，是一种常见的损伤形式。这种损伤通常是由于拆装气缸盖时操作不当，以及末按气缸盖螺栓规定的顺序和拧紧力矩操作所致。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸体与气缸盖的变形，致使气缸体与气缸盖平面度误差扩大，将造成气缸密封不严、漏水、漏气，甚至燃气冲坏气缸垫，从而严重影响发动机的装配质量。3.磨损气缸的磨损程度是衡量发动机是否需要大修的重要依据之一。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(1)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(见图2一18)。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。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(2)气缸磨损的原因。气缸是在润滑不良、高温、高压、交变负荷和腐蚀性物质作用的恶劣环境下工作的，同时由于活塞、活塞环在气缸内高速往复运动，也会使气缸工作表面发生磨损。气缸的最大磨损位置处在第一道活塞环在上止点的部位，该部位磨损最大的主要原因是:①由于活塞环换向，运动速度几乎为零，环的布油能力最差，油膜不易建立，此时活塞环的背压最大，使其接触面间的油膜形成更困难。因此，气缸壁形成了上大下小的机械磨损。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修②可燃混合气燃烧产生的酸性物质对气缸壁起腐蚀作用，当发动机燃用高硫分燃油和发动机长期低温使用，以及在低温状态下频繁启动，这种腐蚀磨损更为严重。③进气中的灰尘在此处缸壁上附着量较多，加剧了此处的磨料磨损。④燃烧产生的高温、高压，使活塞承受的侧向力加大且冷却不够，气缸与活塞可能由于干摩擦使两者熔融钻着或剥落，造成钻着磨损。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(二)气缸体与气缸盖的检修1.气缸体与气缸盖变形的检修气缸体与气缸盖平面发生变形可用直尺放在平面上，然后用厚薄规测量直尺与平面间的间隙，即平面度误差，如图2一19所示。气缸体与气缸盖接合平面的平面度要求如下。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸体上平面的平面度误差，在任意位置，每(50X50)mm2的范围内均应不大于0.05mm。全长不大于600mm的气缸体，其平面度误差不大于0.15mm:全长大于600mm的铸铁气缸体，其平面度误差不大于0.25mm:全长大于600mm的铝合金气缸体，其平面度误差不大于0.35mm。用高度规检查气缸两端的高度，以确定气缸体上、下平面的平行度:检查气缸下平面至曲轴主轴承孔的距离，以确定主轴承孔与气缸体下平面的平行度，这些平行度误差应符合原厂技术要求。在镗缸时，这些平面是主要的定位基准，直接影响到气缸中心线与主轴承孔中心线的垂直度。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸体平面局部不平，可用铲削的方法修平。平面变形较大时，可采用平面磨床进行磨削加工修理，但总切削量不官’过大，为0.24-0.50mm，否则，将影响气缸的压缩比。气缸盖可根据情况采用磨削等方法子以修平。气缸盖平面度要求:全长上应不大于0.10mm，在100mm长度上应不大于0.03mm.上一页下一页返回2.2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。试验时，应用专用的盖板封住气缸体水道口，用水压机将水压入缸体水道中，要求在0.3--0.4MPa的压力下保持5min，应没有任何渗漏现象。当需要镶换气缸套(干式)时，应在镶好气缸套后再进行一次水压试验。气缸体在焊接修理后，也应进行水压试验。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸体裂纹的修理方法有钻结法、焊接法等几种。在修理中，应根据裂纹的大小、裂纹的部位、损伤的程度以及技术能力、设备条件等情况，灵活而适当地选择。气缸盖出现裂纹一般应子以更换。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修3.气缸磨损程度的测量测量气缸的磨损程度是确定发动机技术状况的重要手段。通过测量，主要是确定气缸磨损后的圆度、圆柱度，根据气缸的磨损程度，确定发动机是否需要进行大修，以及确定修理尺寸。测量气缸磨损通常使用量缸表。其测量方法如下。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(1)根据气缸直径的尺寸，选择合适的接杆，装入量缸表的下端。接杆装好后与活动伸缩杆的总长度应与被测气缸尺寸相适应。(2)校正量缸表的尺寸。将外径千分尺校准到被测气缸的标准尺寸，再将量缸表校准到外径千分尺的尺寸，并使伸缩杆有1~2mm的压缩行程，旋转表盘使表钊对准零位。(3)将量缸表的测杆伸人到气缸的上部，根据气缸磨损规律，测量第一道活塞环在上止点位置时所对应的气缸壁S1(见图2一20)。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(2)量缸表下移，测量气缸中部和下部的磨损。气缸中部为上、下止点中间的位置5:，气缸下部为距离气缸下边缘10-20mm处S3。用量缸表进行测量时，应注意使测杆与气缸轴线保持垂直位置，以达到测量的准确性。当摆动量缸表，其指针指示到最小读数时，即表不测杆已垂直于气缸轴线，这时才能记录读数;否则，测量不准确(见图2一21)。圆度误差是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的1/2作为圆度误差。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修圆柱度误差是指沿气缸轴线的轴向截面上磨损的不均匀性。其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的1/2。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。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修4.气缸的修理当气缸磨损后，其圆度或圆柱度误差超过允许的限度时，对磨损的气缸进行机械加工，使其通过尺寸的改变，恢复气缸正确的几何形状和配合性质，这种方法称为修理尺寸法。打大后的尺寸叫做修理尺寸。气缸经多次修理，当直径超过最大修理尺寸，或气缸壁上有特殊损伤时，可对气缸做圆整加工，用过盈配合的方式镶上新的气缸套，使气缸恢复到原来的尺寸，这种方法称为镶套修复法。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修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。(1)气缸的镗削。①选择确定气缸的修理尺寸，并选配与气缸修理尺寸相对应的活塞、活塞环。气缸的修理尺寸应按修理级别进行。修理级别一般分为4一6级，每加大0.25mm为一级，最大不超过1.00mm或1.50mm。由于气缸偏磨，每次气缸大修时都要超过一级修理尺寸，故常用十0.50mm、十1.00mm、十1.50mm三级，其余则为辅助级。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修气缸的修理尺寸=气缸最大直径十镗磨余量镗磨余量一般取0.10-0.20mm，在保证加工精度和粗糙度的前提下尽可能小些。计算出的修理尺寸应与修理级别相对照。如与修理级别不相符，应回圆整到下一个修理另别。同一台发动机的各气缸应采用同一级修理尺寸。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修②气缸的修理尺寸确定以后，选择同级修理尺寸的活塞，并依次测定每个活塞裙部的尺寸。结合必要的活塞与气缸壁的配合间隙和镗磨余量，分别根据各缸的实际尺寸，计算确定各缸的镗削量。镗削量=活塞裙部最大直径一气缸最小直径十配合间隙一磨缸余量配合间隙应根据各发动机技术要求确定。磨缸余量一般取0.01~0.05mm.在保证磨缸质量的条件下，尽可能取较小值。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修③通过气缸镗削加工，恢复气缸应有的正确圆度、圆柱度和表面粗糙度，并保证各缸中心线与曲轴主轴承座孔中心线在同一平面内并互相垂直。目前，‘常用的镗缸设备有两种:固定式镗缸机和移动式镗缸机。固定式镗缸机是以气缸下平面为基准面，刚性好，加工精度高，生产效率高。移动式镗缸机是以气缸上平面为基准面，机动灵活，安装方便，但加工精度稍差。气缸镗削时，气缸中心线位置的确定有同心定心法和偏心定心法两种。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修同心定心法是以气缸磨损最小的部位为基准来确定气缸的镗削中心。将镗杆对准气缸中心，降下镗杆，使定心指处于气缸上口(缸肩处)或下口的气缸末磨损部位。旋出定心指，抵紧气缸壁，借定心指外伸的顶力，使镗缸机微微移动，使镗杆对准气缸中心。最后，将镗缸机紧固在缸体上，收回定心指，摇起镗杆。偏心定心法是以气缸磨损最大的部位为基准来确定气缸的镗削中心。修理后的气缸中心与原中心不重合，向气缸磨损较大的一方偏移了一个距离。由于偏移，影响了装配精度，故现已不采用这种定心法。气缸镗削后的质量要求是:圆柱度公差不超过0.0lmm，表面粗糙度R。不超过1.6um上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(2)气缸的磨削。气缸磨削的目的是去除锁削刀痕，降低表面粗糙度，提高气缸表面加工质量，达到气缸加工的最终尺寸要求。磨缸是用沂磨的方法来加工气缸表面。沂磨是一种高精度的加工方法，主要加工工具是带有砂条的沂磨头。磨头由磨缸机主轴带动旋转并做上下往复运动。磨头工作时是以气缸孔本身进行定位的，它与主轴是挠性连接，因而可以消除磨头与气缸中心间的误差。气缸磨削后，气缸与活塞的配合间隙应符合要求。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(3)气缸的镶套。在气缸体上镶换新的气缸套，然后按原厂标准尺寸锁缸或磨缸，达到原来的气缸技术要求，以延长气缸体的使用寿命。干式气缸套的镶配工艺如下。①气缸套外径的修理尺寸一般分为四级。第一次镶套应选用标准尺寸的气缸套。若气缸体上已镶有缸套，锁去旧套后，应选用大一级修理尺寸的气缸套。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修②根据气缸套的外径尺寸，将气缸锁至所需用的尺寸，按照基轴制配合留有过盈量。一般无凸缘的气缸套过盈量为0.07-0.10mm，有凸缘的气缸套为0.05-0.07mm，其凸缘部分与气缸体上端凸缘槽的配合间隙应不小于0.05mm。③将气缸套外壁涂以机油，放正气缸套，用压床以20-50kN的力缓慢压入。为防止气缸体的变形，应采用隔缸压入法。气缸套压入后，应与气缸体上平面平齐。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修镶换气缸套后的气缸体应进行水压试验。湿式气缸套的镶换工艺如下。①轻敲气缸套底部，拆去旧套，并清除气缸体承孔接合面上的沉积物。②将锁磨好后的气缸套，在装水封圈的部位涂以密封胶，装妥水封圈并将其压紧在气缸体承孔内。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修5.气缸盖的燃烧室容积测量气缸盖下平面，若用去除材料的方法修整后，其燃烧室容积将发生变化。若燃烧室容积超差一定范围，则会使气缸压缩压力发生变化，引起发动机工作不稳定。于是，对加工后气缸盖的燃烧室容积必须进行测量。测量方法为:首先清除燃烧室内的积炭和污垢，将火花塞和进、排气门按规定装配好，并保证不泄漏;在量杯中配备80%的煤油和20%的机油的混合油，将液体注人燃烧室，记下量杯中液面变化的差值，它即为该燃烧室的容积。燃烧室容积一般不得小于公称容积的95%;同一发动机的各燃烧室容积的公差为公称容积的1%-20%。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(三)气缸盖的拆装气缸盖的拆装操作应按照一定的要求进行，一般在发动机的修理工艺中均有严格的规定。在拆装过程中，主要应注意下列几点。(1)气缸盖螺栓的拧紧力矩。气缸盖螺栓的拧紧力矩太大或太小都将会对发动机产生不良影响，易造成气缸盖变形、漏气等现象。因此，几乎所有发动机都明确地规定了气缸盖螺栓的拧紧力矩并要求分几次拧紧至规定值。铝合金气缸盖应在发动机冷态下按规定力矩拧紧，铸铁气缸盖应在热态下再复紧一遍。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修(2)气缸盖螺栓的拆装顺序。气缸盖螺栓的拆装一般采用对称法:装配时，由中间向两端逐个对称拧紧(见图2-22);拆卸时，则由两端向中间逐个对称拧松。(3)气缸盖应在冷态时拆卸，拆装过程中不能碰擦下平面，以免平面损伤。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修四、发动机的支撑发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑点支撑在车架上。支撑方式有三点支撑和四点支撑两种。三点支撑如图2一23(a)所示，前端两点通过气缸体支撑在车架上，后端一点在变速器壳上。四点支撑如图2一23(b)所示，前端两点同三点支撑，后端两点是通过飞轮壳支撑在车架上。上一页下一页返回2.2机体的构造和检修发动机在车架上的支撑都是弹性的，这是为了消除汽车在行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，以及减少传给底盘和乘员的振动与噪声。但这使得发动机运转时(特别是工作不稳定，如低转速或超负荷时可能发生横向角振动。因此，与发动机相连接的各种管、杆等