发动机课件模块曲柄连杆机构的构造与维修

汽车发动机构造与维修主编

屈殿银尹维贵模块2曲柄连杆机构的构造与维修【学习目标】

1.熟悉曲柄连杆机构的功用与组成。

2.掌握曲柄连杆机构各组成零件的构造。

3.理解曲柄连杆机构的装配技术要求。

4.能够对曲柄连杆机构各零件进行正确的检验与维修。

5.能够对曲柄连杆机构进行正确拆装。【本节目标】

1.掌握机体组的组成及各零部件的构造。

2.掌握机体组零部件的检测和维修方法。

3.掌握气缸套、缸盖、缸垫的拆装及技术要求。2.1机体组的构造与维修图2-1发动机气缸体

1—气缸套2—气缸体3—挺杆室【基本理论知识】1.气缸体

(1)气缸体的构造气缸体与上曲轴箱常铸成一体，简称气缸体。气缸为圆柱形空腔，活塞在其内部作往复直线运动，多个气缸组合为一体即为气缸体，如图2-1所示。2.1机体组的构造与维修图2-2气缸的排列形式

a)直列式b)V形式c)对置式(2)气缸的排列形式根据气缸的排列形式，气缸体有直列式、V形式和对置式，如图2-2所示。

1)直列式

2)V形式

3)对置式2.1机体组的构造与维修图2-3曲轴箱的形式

a)平分式b)龙门式c)隧道式(3)曲轴箱的形式曲轴箱分平分式、龙门式和隧道式三种，如图2-3所示。2.1机体组的构造与维修图2-4气缸套

a)干式b)、c)湿式

1—气缸套2—水套3—气缸体4—橡胶密封圈

A—下支撑定位带B—上支撑定位带C—缸套凸缘平面2.气缸与气缸套

气缸体内引导活塞作往复直线运动的空腔称为气缸。气缸套有干式和湿式两种，如图2-4所示。2.1机体组的构造与维修3.油底壳

油底壳用于贮存和冷却机油并封闭曲轴箱，用薄钢板冲压而成。内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。最低处有放油螺塞。曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫，如图2⁃5所示。图2-5油底壳

1—衬垫2—油底壳3—放油螺塞垫圈4—放油螺塞5—稳油挡板2.1机体组的构造与维修4.气缸盖与气缸垫

汽油机燃烧室是由活塞顶部和气缸盖上相应的凹坑所组成。气缸盖结构关系如图2⁃6所示。图2-6EQ6100-1气缸盖

1—曲轴箱通风空气滤清器总成2—缸盖螺母3—密封垫

4—螺栓5—缸盖罩6—缸盖罩密封条7—气缸盖8—塞片2.1机体组的构造与维修(1)常见的汽油机燃烧室形状

1)楔形燃烧室：气门斜置，气流导流较好，充气效率高。能形成挤气涡流，因而燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高，如图2-7a所示。

2)盆形燃烧室：气门平行于气缸轴线，可形成挤气涡流，盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低，如图2-7b所示。

3)半球形燃烧室：气门成横向V形排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；火花塞位于燃烧室的中部，火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。半球形燃烧室是高速发动机常用的燃烧室，CO和HC排放最少，而NO的排放较高，如图2-7c所示。2.1机体组的构造与维修图2-7汽油机燃烧室

a)楔形燃烧室b)盆形燃烧室c)半球形燃烧室2.1机体组的构造与维修图2-8气缸盖螺栓拆卸顺序

a)拆卸顺序b)安装顺序(2)气缸盖的拆装为避免气缸盖变形，气缸盖拆卸时，气缸盖螺栓应按由四周向中央的顺序，分2~4次逐渐拧松，气缸盖螺栓拆卸顺序如图2-8所示。2.1机体组的构造与维修(3)气缸垫其构造如图2-9所示，气缸垫的主要类型有：1)金属-石棉垫(见图2-9a、b)：外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉(常掺入铜屑或钢丝，以加强导热)。

2)金属骨架-石棉垫：以编织的钢丝网(见图2-9c)或有孔钢板(见图2-9d)为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。

3)纯金属垫(见图2-9e)：由单层或多层金属片(铜、铝或低碳钢)制成，用于某些强化发动机。2.1机体组的构造与维修图2-9气缸垫的结构

a)、b)、c)、d)金属-石棉板e)纯金属垫f)无石棉气缸垫2.1机体组的构造与维修图2-10平面度的检查5.气缸体、气缸盖和气缸套的检修

气缸体、气缸盖和气缸套的主要损伤有裂纹、变形、磨损等。

(1)气缸体裂纹的检查与修理

(2)气缸体上平面变形的检查与修理检查气缸体上平面平面度时，在如图2-10所示的六个方向上放置直尺，用塞尺测量直尺与气缸上平面的间隙，测得的最大值即为气缸体上平面的平面度误差。2.1机体组的构造与维修(3)气缸磨损的检查气缸磨损是有规律的。由于气缸上部润滑条件差，气缸内燃烧的高压产生在活塞上止点附近，所以气缸的磨损呈上大下小的圆锥形。由于活塞在上、下止点间运动时，其侧压力使活塞紧压气缸的两侧，所以气缸在左右两侧(横向)磨损严重，沿曲轴轴线方向磨损较轻。气缸磨损测量，通常使用量缸表。测量方法如下：

清洁气缸壁上的油污和积炭，在气缸的上、中、下三个不同的平面，每个平面在纵向和横向分别测量气缸的直径，根据测量结果计算出气缸的最大磨损量、圆度、圆柱度，如图2-11、图2-12所示。(4)气缸盖、气缸垫的检修2.1机体组的构造与维修图2-11气缸磨损的测量部位图2-12量缸表测量法2.1机体组的构造与维修【本节目标】

1.掌握活塞连杆组的功用与组成。

2.掌握活塞连杆组各零件的结构。

3.掌握活塞连杆组的拆装方法及技术要求。

4.掌握活塞连杆组各零件的检测、鉴定和维修。

2.2活塞连杆组的构造与维修图2-14活塞连杆组

1、2—气环3—油环刮片4—油环衬簧5—活塞6—活塞销7—活塞销卡环8—连杆组9—连杆衬套10—连杆11—连杆螺栓12—连杆盖13—连杆螺母14—连杆轴承【基本理论知识】

活塞连杆组主要由活塞、连杆、活塞环、活塞销、连杆轴承等组成，如图2-14所示。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-15活塞的基本结构1.活塞

(1)活塞的功用(2)活塞的构造活塞主要由活塞顶部、活塞头部和活塞裙部三部分组成，如图2-15所示。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-16活塞顶部形状

a)平顶b)凸顶c)凹顶1)活塞顶部：活塞顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。根据不同的要求，活塞顶部制成各种不同的形状，如图2-16所示。2.2活塞连杆组的构造与维修2)活塞头部

3)活塞裙部：活塞环槽以下的部分为活塞裙部。其作用是为活塞运动导向和承受侧压力。发动机工作时，由于气体压力和活塞销座处金属较多的影响，活塞裙部沿活塞销轴轴线方向膨胀量较大，如图2-17所示。所以，在常温下，活塞裙部截面形状呈椭圆形，椭圆形长轴垂直于活塞销方向，以保证在热态下活塞与气缸配合间隙均匀。发动机工作时，活塞的温度从上到下逐渐降低，膨胀量逐渐减少，所以，常温下，活塞裙部直径上小下大，如图2-18所示。为了减小销座附近的热变形量，有的活塞在销座附近的裙部外表面制成凹陷，有的活塞在裙部受侧压力小的一面，开有T形槽，如图2-19所示。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-17活塞裙部变形图2-18活塞裙部示意图2.2活塞连杆组的构造与维修图2-19开槽活塞

1—绝热槽2—膨胀槽2.2活塞连杆组的构造与维修图2-20活塞环2.活塞环

(1)活塞环的功用活塞环按其功用可分为气环和油环，如图2-20所示。2.2活塞连杆组的构造与维修(2)活塞环的结构

1)活塞环的间隙。活塞环上有一个切口，称活塞环开口。活塞环开口不仅便于拆装，还可以使活塞环直径略大于气缸直径，靠其弹性在缸内压紧气缸壁，加强密封性。发动机工作时，活塞及活塞环都会发生热膨胀，因此活塞环在气缸内应有开口间隙，与活塞环槽间应有侧隙和背隙。

活塞环的间隙如图2-21所示。图2-21活塞环的间隙

1—气缸2—活塞环3—活塞

Δ1—开口间隙Δ2—侧隙Δ3—背隙2.2活塞连杆组的构造与维修2)气环。气环的密封原理如图2-22所示。

环在自由状态下，环外径＞缸径，装缸后在其弹力Po作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。图2-22气环的密封原理

1—第一密封面2—第二密封面PA—第一密封面的压紧力PB—第二密封面的压紧力P—气缸内气体压力P1—环侧气体压力P2—背压力P0—环的弹力Pj—环的惯性力F—环与缸壁的摩擦力2.2活塞连杆组的构造与维修图2-23活塞环的泵油过程活塞环的泵油过程如图2-23所示。

活塞环泵油是当活塞带着环下行(进气行程)时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行(压缩行程)时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。2.2活塞连杆组的构造与维修气环在结构上采用不同的断面形状，如图2-24所示。

①矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油，如图2-24a所示。

②锥形环：与缸壁线接触，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，如图2-24b所示。

③扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成，如图2-24c、f所示。当活塞环装入气缸后，由于环的弹性内力不对称产生断面倾斜，防止活塞环在环槽内上下窜动而造成的泵油作用，同时增加了密封性，并具有向下的刮油作用。

④梯形环：当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环，如图2-24d所示。

⑤桶形环：多用于强化发动机上，环的外圆面为凸圆弧形，环面与缸壁圆弧接触，如图2-24e所示。环上下运动时，均能形成楔形间隙，使机油容易进入摩擦面，减少磨损，但加工困难。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-24气环的断面形状

a)矩形环b)锥形环c)内切口扭曲环d)梯形环

e)桶形环f)外切口扭曲环2.2活塞连杆组的构造与维修图2-25整体式油环3)油环。汽车发动机采用的油环有整体式和组合式两种，如图2-25、图2-26所示。图2-26组合式油环2.2活塞连杆组的构造与维修3.活塞销

活塞销的功用是连接活塞与连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销与活塞销座孔的连接方式有全浮式和半浮式两种，如图2-27所示。图2-27活塞销的连接方式

a)全浮式b)半浮式2.2活塞连杆组的构造与维修4.连杆

(1)组成与功用连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成，如图2-28所示。其功用是将活塞的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。(2)连杆结构连杆由连杆小头、连杆杆身和连杆大头(包括连杆盖)三部分组成。连杆大头的切口形式分为平切口和斜切口两种。平切口连杆的剖切面垂直于连杆轴线(见图2-28)，一般汽油机均采用平切口。柴油机的负荷大，连杆的受力也大，连杆大头尺寸大于气缸直径，为便于拆装，一般采用斜切口(见图2-29)。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-28连杆组

1—连杆小头2—连杆杆身3—连杆大头4、9—装配记号(朝前)5—螺母6—连杆盖7—连杆螺栓8—轴瓦10—连杆体11—衬套12—集油孔图2-29斜切口连杆

1—连杆小头2—连杆杆身3—连杆大头4—连杆螺钉5—连杆盖6—连杆螺钉锁止铁丝7—锯齿8—定位销2.2活塞连杆组的构造与维修图2-30连杆轴瓦

1—钢背2—减磨层(3)连杆螺栓

(4)连杆轴瓦连杆轴瓦(俗称小瓦)，如图2-30所示。连杆轴瓦装在连杆大头内，保护连杆轴颈及连杆大头孔。连杆轴瓦要求有足够的强度、良好的减摩性和抗腐蚀性。2.2活塞连杆组的构造与维修5.活塞连杆组的检测与维修

(1)活塞的检查与维修(2)活塞环的检测与选配

1)活塞环的拆装。2)活塞环的检测。

①活塞环的弹力检测。活塞环的弹力是指使活塞环端隙为零时作用在活塞环上的背向力。活塞环的弹力检测在活塞环弹力检验仪上进行，如图2-31所示。将活塞环置于滚轮和底座之间，沿秤杆移动活动量块，使环的端隙达到规定的间隙值时，可由量块的位置读出作用在活塞环上的力，即活塞环的弹力。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-31活塞环弹力检验仪

1—重锤2—支撑销3—滚轮4—秤杆

5—活动量块6—底座7—底板2.2活塞连杆组的构造与维修图2-32活塞环漏光度的检验

1—盖板2—活塞环

3—气缸4—灯光②活塞环的漏光度检验。活塞环的漏光度检验的目的是检测环的外圆表面与缸壁的接触和密封程度，即活塞环与气缸的接触面积，以免造成漏气和窜机油。

常用的活塞环漏光度的检查方法是：活塞环置于气缸内，用倒置的活塞将其推平，用直径略小于活塞环外径的圆形盖板放在环的上面，在气缸下部放置灯光，从气缸上部观察漏光情况，如图2-32所示。2.2活塞连杆组的构造与维修表2-1活塞环各部间隙③活塞环“三隙”的检查。活塞环的“三隙”是指端隙、侧隙和背隙。一般，活塞环的“三隙”是上环大于下环、柴油机环大于汽油机环、气缸直径大的环大于直径小的环、压缩比大的环大于压缩比小的环，几种常见发动机活塞环的三隙见表2-1。2.2活塞连杆组的构造与维修端隙检验：活塞环置于气缸内，用倒置的活塞将其推平，用塞尺测量，如图2-33a所示。若间隙大于规定值，应重新选配活塞环，若间隙小于规定值，用细平锉刀对环的端口进行锉修，只锉修一端环口，且平整。修后去除毛刺。

侧隙检验：将环放入槽内，围绕环槽滚动一周，应自如，既不松旷又不卡阻，用塞尺测量，应符合要求，如图2-33b所示。背隙检验：将环落入环槽底，用深度游标卡尺测出环外圆柱面与环槽上沿的数值，此数值一般为0~0.35mm。为了测量方便，通常以槽深与环厚之差来表示，即活塞环一般应低于岸边0～0.35mm，如果背隙过小时，可更换活塞环或车深活塞环槽。背隙在实际中很少测量。(3)活塞销的选配2.2活塞连杆组的构造与维修图2-33检验活塞环的间隙

a)检验活塞环端隙b)检验活塞环侧隙2.2活塞连杆组的构造与维修图2-34检查连杆弯曲量

a)测量间隙b)弯曲示意图(4)连杆的检测与校正

1)连杆变形的检查。连杆变形主要是弯曲和扭曲。检查要在专用的连杆检测仪上进行，如图2-34、图2-35所示。三点式量规有三个指销，上面一个，下面两个。若三个指销均与检测仪平面贴合，说明连杆无变形。若量规上面一个指销(或下面两个指销)与检测仪平面有间隙，说明连杆有弯曲变形，如图2-34所示，间隙大小说明连杆的弯曲程度。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-35检查连杆扭曲量

a)测量间隙b)扭曲示意图2.2活塞连杆组的构造与维修图2-36连杆扭曲的校正2)连杆变形的校正。校正扭曲时，将连杆下盖按规定装配和拧紧，用台虎钳(垫软金属片)夹紧连杆大头侧面，用专用扳钳在连杆杆身的上、下部位，校正变形，如图2-36所示。

校正弯曲变形时，将连杆置入专用的压器(见图2-37)，弯曲的凸起朝上，转动丝杠，并停留一段时间，再卸下，反复校正，直到合格为止。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-37连杆弯曲的校正2.2活塞连杆组的构造与维修图2-38连杆衬套油孔对准连杆油孔(5)连杆衬套的修理与选配

1)连杆衬套的选配。新衬套的压入在台虎钳上进行。压入前，检查连杆小头有无毛刺，以免划伤衬套外圆。压入时，将衬套倒角一端朝向连杆小头倒角一端，衬套上的油孔对正连杆小头油孔放正，缓缓压入，如图2-38所示。2.2活塞连杆组的构造与维修2)连杆衬套的修配。活塞销与连杆衬套的配合，在常温下应有0.005~0.010mm的间隙，接触面积在75%以上。配合间隙过小，可将连杆夹到内圆磨床上进行磨削，并留有研磨余量。再将活塞销插入连杆衬套内配对研磨，研磨时加少许机油，将活塞销夹在台虎钳上，沿活塞销轴线方向扳动连杆，应无间隙感觉，加入机油扳动时应无气泡产生，把连杆置于75°角时应能停住，轻拍连杆缓缓下降，如图2-39所示，此时配合间隙合适。

经过加工修理的连杆衬套，应能用大拇指把活塞销推入连杆衬套内，无间隙和卡阻感觉，如图2-40所示。2.2活塞连杆组的构造与维修图2-39连杆衬套修配质量的检验图2-40检查活塞销与连杆衬套的配合2.2活塞连杆组的构造与维修【本节目标】

1.掌握曲轴飞轮组的功用与组成。

2.掌握曲轴飞轮的结构。

3.掌握曲轴飞轮的拆装方法及技术要求。

4.掌握曲轴、主轴承的检测、鉴定和维修方法。2.3曲轴飞轮组的构造与维修【基本理论知识】

曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、传动带轮、正时齿轮（或链轮）等组成，如图2⁃42所示。图2-42曲轴飞轮组

1—起动爪2—起动爪锁紧垫片3—扭转减振器、带轮4—挡油片5—正时齿轮

6—第1、第6缸活塞上止点记号7—圆柱销8—齿环9—螺母10—润脂嘴

11—联接螺栓12—中间轴承上下轴瓦13—主轴承上下轴瓦14、15—半圆键16—曲轴2.3曲轴飞轮组的构造与维修1.曲轴

(1)功用(2)曲轴的构造曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐，如图2-43所示。主轴颈是曲轴的支承部分。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈的称为全支承曲轴（见图2⁃44a）；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数的称为非全支承曲轴（见图2⁃44b）。全支承曲轴的优点是曲轴刚性好，主轴承负荷小，在汽油机和柴油机中应用广泛。2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-44曲轴的支承形式示意图

a)全支承曲轴b)非全支承曲轴图2-43曲轴的构造

1—前端轴2—主轴颈3—连杆轴颈

4—曲柄5—平衡重6—后端凸缘2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-45曲轴前端的结构

1、2—滑动推力轴承3—止推片4—正时齿轮

5—甩油盘6—油封7—传动带轮8—起动爪(3)曲轴前后端的密封和轴向定位前端轴用来安装正时齿轮、传动带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，用来安装飞轮，如图2-45所示。

曲轴的后端有安装飞轮的凸缘，为防止机油漏出，采用甩油盘、油封和回油螺纹等封油装置，如图2⁃46所示。2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-46曲轴后端的结构

1—曲轴2—衬套3—自紧油封4—油封护圈

5—挡油盘6—信号发生器齿轮7—定位销2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-47曲轴轴承的组成(4)主轴承主轴承俗称大瓦，基本结构和连杆轴承相同。一般都是滑动式轴承，主要由钢背和减摩层组成，钢背是轴承的基体，在钢背的内圆表面制有耐磨的减摩层。为可靠润滑，主轴承内表面制有油槽储油，还制有油孔以便润滑油进入曲轴内的油道(见图2-47)。为防止发动机工作时，轴承发生轴向窜动，在轴承的钢背上制有定位凸键或定位销孔，以便安装后定位，如图2-48所示。2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-48曲轴轴承的定位

1—定位槽2—定位凸键3—曲轴轴承分界面4—定位销孔5—定位销2.3曲轴飞轮组的构造与维修表2-2直列四缸发动机做功循环表(5)连杆轴颈的布置形式常见的发动机连杆轴颈布置和做功顺序如下：

1)直列四缸发动机。连杆轴颈夹角180°，连杆轴颈的布置如图2-49所示，做功间隔角180°，做功顺序为1—3—4—2或1—2—4—3两种，做功循环表见表2-2。2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-49直列四缸发动机曲轴曲拐布置2.3曲轴飞轮组的构造与维修表2-3直列六缸发动机做功循环表2)直列六缸发动机。连杆轴颈夹角120°，连杆轴颈的布置如图2-50所示，做功间隔角120°，做功顺序为1—5—3—6—2—4，做功循环表见表2-3。2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-50直列六缸发动机曲轴曲拐布置2.3曲轴飞轮组的构造与维修图2-51橡胶式扭转减振器

1—曲轴前端2—带轮毂

3—减振器圆盘4—橡胶层

5—惯性盘6—带轮3)扭转减振器。扭转减振器有橡胶式、摩擦式、硅油式等多种形式。常用的是橡胶式扭转减振器。橡胶式扭转减振器如图2-51所示，惯性盘5通过硫化橡胶层4与减振器圆盘3粘接在一起。当曲轴发生扭转振动时，通过带轮毂2带动减振器圆盘3一起振动，而惯性盘的转动惯量较大，瞬时角速度较均匀，所以橡胶层发生扭转变形，从而消耗曲轴扭转振动的能量，消减扭振。2.3曲轴飞轮组的构造与维修目前轿车发动机使用的扭转减振器一般不单独设惯性盘，而是利用曲轴带轮兼作惯性盘，带轮和减振器制成一体。如图2-5