【教学任务书】

（续）

【项目实施建议】

（续）

【项目实施】

一、概述

1.功用

曲柄连杆机构的功用是：把燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。

2.组成

曲柄连杆机构的主要零件可以分成三组，即机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。

3.工作条件

在发动机做功时，气缸内最高温度可达2500K以上，最高压力可达5～9MPa，现代汽车发动机最高转速可达3000～6000r/min，则活塞每秒钟要行经约100～200个行程，可见其线速度是很大的。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。因此，曲柄连杆机构工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。

二、机体组

机体组主要由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫和发动机支承等组成。

1.气缸体与曲轴箱

气缸体是气缸的壳体，曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体，二者组成了发动机的机体。水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体-曲轴箱，也可简称为气缸体。风冷式发动机常将气缸体与曲轴箱分开制造再用螺栓连接起来。

（1）气缸体的结构形式 气缸体作为发动机各个机构和系统的装配基体，承受较大的机械负荷和热负荷，气缸体本身应具有足够的刚度、强度和良好的耐热性，其具体结构形式分为三种。曲轴轴线与上曲轴箱下表面在同一平面的为一般式气缸体，如图3-1a所示；发动机气缸体为龙门式，如图3-1b所示；有的气缸体为了便于安装滚柱轴承支承曲轴，采用了隧道式如图3-1c所示。

1）一般式气缸体。气缸体下平面通过曲轴中心线，这种气缸体的刚度虽不如其他两种，但气缸体高度低，重量轻，容易加工。小轿车和轻型载货汽车用汽油机，由于其负荷率低，因此常采用这种结构形式。

2）龙门式气缸体。气缸体下平面低于曲轴中心线，刚度好，一般柴油机和负荷较大的汽油机采用这种形式的气缸体，大多数V型发动机和铝合金气缸体发动机多采用这种形式。

3）隧道式气缸体。气缸体上的曲轴轴承座为整体式，形成隧道样，这种气缸体的发动机采用滚动轴承的盘形曲轴，安装时，曲轴从一端插入，这种气缸体比较笨重，但刚度最好。

（2）气缸体的布置形式 气缸体内引导活塞作往复运动的圆筒就是气缸。多缸发动机气缸的排列形式决定了发动机外形尺寸和结构特点，对发动机气缸体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。多缸发动机可分为单排直列式、V形排列、对置式等几种，如图3-2所示。

图3-1 气缸体的结构形式

1—气缸体 2—水套 3—湿式气缸套 4—凸轮轴承座 5—加强筋 6—主轴承座 7—主轴承座孔 8—安装油底壳平面 9—安装主轴承盖平面

图3-2 多缸发动机气缸排列形式

1）单排直列式。一般气缸体是竖立的，气缸是垂直排成单行，结构简单，加工方便，但高度较高，长度较长，六缸以下发动机多采用这种形式。

2）V形排列式。V形排列式发动机的气缸分为左、右两边排列成V形，其优点是发动机总长度缩短、高度降低、结构紧凑、功率增大、刚度加强及重量减轻等，但发动机宽度加大，形状复杂，加工困难。一般用在八缸以上功率较大的发动机上。

3）对置式。对置式发动机把气缸对置排列在同一水平面上，这样降低了发动机的总高度，结构也更加紧凑，一般使用在车身底板下安装发动机的大型公共汽车上。

气缸工作表面由于经常与高压、高温的燃气相接触，且有活塞在其中作高速往返运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了保证气缸表面能在高温下正常工作，必须随时加以冷却，冷却方式有两种：一种是水冷，另一种是风冷，如图3-3所示。

图3-3 发动机冷却方式

汽车发动机上常采用水冷却。发动机用水冷却时，气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔，称为水套。轿车上常用敞开式水套和封闭式水套两种。敞开式的水套在气缸体平面敞开，气缸体重量轻，结构紧凑，冷却较好，变形小，使用寿命长。

曲轴箱有前、后壁和中间隔板，其上制有主轴承孔。为了给这些轴承润滑，在侧壁上钻有主油道，前、后壁和中间隔板上钻有分油道。

2.气缸套

气缸体材料应具有足够的强度、良好的铸造性和切削加工性且价格低廉，因此常用的气缸体材料是铸铁或合金铸铁。但最近铝合金使用越来越普遍，因为铝合金气缸体重量轻、导热性良好，冷却液容量可以减少。起动后，气缸体可较快达到工作温度，并且和铝活塞的膨胀系数完全一致，受热后间隙变化小，可减少冲击噪声和润滑油消耗，且和铝气缸盖的膨胀系数相同，工作时可减少冷、热冲击所产生的热应力。

气缸壁要求有足够的耐磨性，其他部分的耐磨性能要求不高，因此，大型发动机上广泛采用镶入气缸体内的气缸套，形成气缸工作表面，常将气缸套分为干式和湿式两种。

（1）干式气缸套 干式气缸套（见图3-4a）的特点是外表面不与冷却液接触，它是一个耐磨性能良好的薄壁套筒，壁厚一般为1～3.5mm，它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。

（2）湿式气缸套 湿式气缸套（见图3-4b）是一个与冷却液直接接触的厚壁套筒，壁厚应保证气缸套有足够的强度和刚度，一般为气缸径的5%～10%。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与冷却液接触的外表面不需要加工，拆装方便，但其缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。

图3-4 气缸套

1—气缸套 2—凸缘 3、7—定位环 4—水套 5—气缸套 6—密封胶圈

3.气缸盖

（1）气缸盖的结构形式 气缸盖密封气缸并与活塞顶、气缸内壁上部共同形成燃烧室，顶置发动机气缸盖上还要布置进、排气道以及相应的冷却水套，对于顶置凸轮轴发动机还要考虑凸轮轴的支承，还有火花塞或喷油器以及气缸盖螺栓的布置等，结构十分复杂。水冷式气缸盖有三种结构形式，即整体式、分体式和单体式，如图3-5所示。

1）整体式缸盖。多缸发动机的整列气缸共用一个气缸盖的称为整体式气缸盖，一般用于缸径较小的发动机。缸径小于110mm的发动机多采用整体式气缸体，这种形式结构紧凑，可缩短气缸中心距，但刚度小，制造、维修不便。

图3-5 发动机气缸盖

图3-6 汽油机燃烧室

2）分体式缸盖。多缸发动机的整列气缸中，分开为二缸一盖或三缸一盖的称为分体式气缸盖。缸径大于110mm且小于150mm的发动机多采用分体式缸盖。

3）单体式缸盖。多缸发动机每缸采用一个气缸盖的称为单体式气缸盖。单体式缸盖刚度大，制造、修理方便，备件存储比较优越，但气缸中心距较大，且要用专门的回水管回流气缸盖冷却液，故结构复杂，缸径大于150mm的发动机多采用单体式气缸盖，风冷发动机均采用单体式气缸盖。

各种形式的气缸盖底面都与气缸、活塞共同形成燃烧室，有气道、气门的布置，有火花塞或喷油器的布置，有冷却水套和导流片或导液管的布置等。对顶置气门和顶置凸轮轴还要布置摇臂轴承座、凸轮轴轴承座以及气门座和气门导管等。

（2）燃烧室的结构形式 汽油机的燃烧室是由活塞顶面和气缸盖上相应的凹坑所组成，其形式各不相同，但大致有以下几种，如图3-6所示。

1）楔形燃烧室。楔形燃烧室横向剖面呈楔形，有较大的挤气面产生压缩涡流，使距火花塞燃烧最远处得到很好的冷却，有利于抑制爆燃的产生，这种燃烧室气门多列于一侧。

2）浴盆式燃烧室。浴盆式燃烧室的形状像浴盆，燃烧室中可适当布置挤气面，燃烧温度较低，工作较柔和，只是进气受到室壁的影响。

3）半球形燃烧室。半球形燃烧室的气门呈横向V形排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好。火花塞多位于燃烧室得中部，抗爆性好，经济性和动力性好。

4）浅蓬形燃烧室。浅蓬形燃烧室断面像蓬形，由半球形发展而成，燃烧室紧凑，适于装置多气门。进、排气门分布在气缸盖两侧，呈V形，但其夹角较球形小，这种气门有利于驱动。

柴油机的分隔式燃烧室有两种类型，即涡流室燃烧室和预燃室燃烧室，如图3-7所示。

图3-7 柴油机分隔式燃烧室

4.气缸垫

气缸垫置于气缸盖与气缸体之间，作用是保证燃烧室的密封，防止漏气、漏水。

气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿接合面的平面度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温、高压下不烧损、不变形，拆装方便，能重复使用，使用寿命长。

目前应用的气缸垫结构大致有金属-石棉垫、纯金属垫等几种，如图3-8所示。

5.油底壳

油底壳的主要功能是储存润滑油，并封闭曲轴箱。油底壳一般受力很小，多采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和润滑油的容量。在有些发动机上，为了加强油底壳内润滑油的散热，采用了铝合金铸造的油底壳，在壳体的底部还铸有相应的散热肋片，如图3-9所示。(www.daowen.com)

为了保证在发动机纵向倾斜时机油泵能够吸到润滑油，油底壳后部一般做得较深。油底壳内还设有挡油板，防止汽车振动时油面波动过大。油底壳底部装有放油螺塞。多数放油螺塞是磁性的，能吸附润滑油中的金属屑，减少发动机运动机件的磨损。

图3-8 发动机气缸垫

图3-9 油底壳

6.发动机支承

发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑支承在车架上。发动机的支承方法，一般有三点支承和四点支承两种，发动机在车架上的支承是弹性的，这是为了消除在汽车行驶过程中车架的扭转变形对发动机造成的影响，以减少传给底盘和乘员的噪声和振动。发动机支承如图3-10所示。

三、机体组检修和装配

气缸体与气缸盖的主要耗损有：气缸体上、下平面的翘曲变形，气缸体和气缸盖裂纹，气缸的磨损，气缸体上螺纹孔的损坏以及水道孔边缘处的腐蚀等。

图3-10 发动机支承

1.气缸体与气缸盖裂纹的检修

气缸体裂纹常用的检验方法有水压试验法和气压试验法等。

（1）检验方法

1）水压试验法。如图3-11所示，将气缸盖和气缸垫装在气缸体上，用一盖板装在气缸体装水泵的位置上，用水管与水压机相连，其他水道口一律封闭，将水压入水套内。

水压机的压力在340～440kPa时，保持5min，应无任何渗水现象。若有水珠出现，即为该处有裂纹。修补过的气缸体，以及新镶气缸套的气缸体，均应作水压试验。

图3-11 水压试验

1—气缸盖 2—软管 3—气缸体 4—水压表 5—水压机 6—水槽

2）气压试验法。在没有水压机的情况下，可往水套内加入自来水，用气泵或打气筒向水套内充气，借气体的压力检查渗漏部位，为防止水气倒流，应在充气管上装入单向阀。

（2）修理方法 气缸体裂纹的修理方法有粘结法和焊接法等。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，灵活而适当地进行选择。气缸盖出现裂纹一般应予以更换。

1）粘接法。用环氧树脂胶粘接，具有粘接力强、收缩性小、耐疲劳、设备简单和操作方便等优点，适合急救与抢修。但它存在不耐高温、不耐冲击的缺点，不能在燃烧室、气门座附近温度高、受力较大的部位使用。除此之外的任何部位均可使用环氧树脂胶粘接方法。

2）焊修法。对于气缸体和气缸盖的裂纹，若发生在受力较大或用其他方法不易操作的部位，则可采用焊补法进行修复。

当镶换气缸套（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。

2.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测量其平面度误差。

（1）测量方法 测量时用等于或略大于被测平面全长的刀口形直尺或直尺，沿气缸体或气缸盖平面的纵向、横向和对角线方向多处进行测量，然后用塞尺测量其与平面间的间隙，最大间隙即为该平面的平面度误差，如图3-12所示。

图3-12 气缸体与气缸盖平面度性能检测

（2）测量要求 气缸体与气缸盖接合平面的平面度要求如下：铝合金气缸体一般为0.25mm，铸铁气缸体一般为0.10mm。气缸盖一般不能超过0.05mm，否则应进行修理或更换。

对铝合金气缸盖的变形多用压力校正法进行修理，即将气缸盖放置在平台上，用压力机在其凸起部分逐渐加压，同时用喷灯在变形处加热至300～400℃，待气缸盖平面与平台贴合后保持压力直到冷却。

对于铸铁气缸盖的变形，一般采用磨削或铣削方法进行修理。但切削量不能过大，一般不允许超过0.5mm，否则将改变发动机压缩比。

（3）燃烧室容积的测量 用煤油与润滑油的混合液测量燃烧室容积。测量燃烧室容积所用的液体要按规定的比例进行配制，一般是80%的煤油，20%的润滑油，如图3-13所示。

3.气缸磨损（圆度、圆柱度）的检查

判断发动机是否需要大修，主要取决于气缸的磨损程度。当气缸的磨损达到大修标准时，应对发动机总成进行大修，并确定气缸的修理尺寸；若磨损未达到大修标准，可确定汽车继续行驶的里程。

（1）发动机的大修标准 发动机大修的标准是：汽车必须行驶完规定的修理间隔里程；发动机任何一个气缸的磨损量达到0.37mm；发动机气缸体破裂，不能用小修恢复其技术状况等。

图3-13 检查燃烧室容积

1—量杯 2—气缸盖 3—玻璃板 4—燃烧室

（2）气缸磨损检验的工艺流程

1）安装量缸表。

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。

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2mm的压缩行程，旋转表盘使表针对准零位。

2）测量。

① 根据气缸的标准直径，选择长度合适的接杆，旋上固定螺母，把接杆旋入量缸表下端的接杆座内，固定螺母暂不旋紧。将微分表的杆部插入量缸表杆上端的孔内，当表杆与传动杆接触，表针有少量顶动即可，并使微分表表面与活动测杆同一方向，用锁紧螺母把微分表固定。

② 将量缸表的测杆插入气缸的上部，旋出接杆，当表针转动1～1.5圈时为合适，拧紧接杆上的固定螺母。

③ 测量时，应前、后方向摆动量缸表，这是因为只有测杆与气缸轴线保持垂直时，测量才能准确。当前、后摆动量缸表，表针均指示到某一最小数值时，即表示测杆已垂直于气缸轴线。这种测量气缸的方法，称为二点测量法，微分表针摆差数值的一半，就是气缸的圆柱度误差值。

④ 根据气缸的磨损特点，在活塞环行程内找到气缸磨损的最大处（一般为活塞运动到上止点处），测量气缸下部为距离气缸下边缘10～20mm左右处。旋转表盘，使“0”对准表针，在任意方向测量，找到气缸的最小直径处。此时，表针所指的位置与“0”位之间相差的数值（即表针摆差），即为气缸的最大磨损量。

⑤ 取出量缸表，用外径千分尺测量量缸表在气缸内最大直径处的测杆长度，即测出了气缸磨损后的实际直径尺寸。从外径测微器上读出的实际尺寸，也可与记载的发动机各气缸原始修理尺寸相对照，两者之差，就是该气缸的最大磨损量。

实践经验证明：发动机一般前、后两气缸较其他气缸磨损严重。因此，测量气缸的磨损情况时，可按磨损规律重点测量前、后两个气缸。

3）确定最大磨损气缸。各气缸的圆度和圆柱度进行比较，以最大的圆度或圆柱度作为最大磨损气缸，并以此缸为确定发动机气缸修理尺寸的依据。

气缸圆度：汽油机为0.05mm，柴油机为0.065mm。气缸圆柱度：汽油机为0.20mm，柴油机为0.25mm。如果超出此范围，则应进行镗缸修理。

4）确定发动机气缸修理尺。以最大磨损气缸尺寸为依据，来确定发动机气缸的修理尺寸。

5）气缸的修理。当气缸磨损后，可以用修理尺寸法修复。可以对气缸进行镗削或研磨修理。

（3）气缸的镗削

1）选择修理尺寸 气缸的磨损超过允许限度后，应按修理尺寸进行镗削加工，同时选配与气缸修理尺寸相同的活塞，以恢复正确的几何形状和正常的配合间隙。

气缸的修理尺寸通常分为六级。它是在气缸标准直径的基础上，每加大0.25mm为一级，逐级递增至1.5mm。凡超过1.5mm者，不能继续镗削，应更换新气缸套。各级修理尺寸以修理手册为准。

2）确定镗削量和镗削次数 因为活塞与气缸配合的要求比较高，所以，在修理任务不多时，应采用修配法镗削气缸，即按活塞的实际尺寸镗缸。

（4）气缸的研磨 气缸镗削后，它的表面存在细微的刀痕，必须将这些刀痕磨掉，才能提高气缸的表面粗糙度，使气缸获得正确的几何形状，并与活塞有正常良好的配合。

4.气缸盖的拆装

气缸盖的拆装操作应按照一定的要求，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）气缸盖的拆卸 拆卸气缸盖螺栓，拆卸时为了防止造成气缸盖和气缸体表面的变形，应该按照先两边、再中间的顺序逐步拆卸，交叉进行，并且不能1次完全松开，应分2～3次，最后取下螺栓，取下气缸盖。

（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3-14）；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

（4）气缸垫的安装要求 安装气缸盖前，在气缸体上面放一张气缸垫，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。

图3-14 气缸盖螺栓拧紧顺序

（5）气缸盖螺栓的拧紧力矩 气缸盖螺栓必须用扭力扳手扭紧，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。发动机都应按规定的气缸盖螺栓拧紧力矩要求，分2～3次拧紧至规定值。