第 2 章曲柄连杆机构

第2章曲柄连杆机构 学习目标 ●理解曲柄连杆机构的作用和组成 ●知道曲柄连杆机构的受力分析 ●掌握机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组主要零件的构造和装配连接关系 ●掌握机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组主要零件的检测和维修方法 ●学会曲柄连杆机构的装配与调整

本章主要介绍的内容有： ● 机体组 ● 活塞连杆组 ● 曲轴飞轮组

第一节　机体组 本节主要介绍的内容有： ● 气缸盖 ● 机体 ● 油底壳 ● 气缸垫

机体组组成： 气缸盖罩气缸垫气缸盖油道和水道气缸体曲轴箱油底壳气缸

一、气缸盖 　　气缸盖一般采用优质灰铸铁或合金铸铁铸造，轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖。其上加工有进、排气门座孔，气门导管孔，火花塞安装孔（汽油机）或喷油器安装孔（柴油机）。在气缸盖内还铸有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。若凸轮轴安装在气缸盖上，则气缸盖上还加工有凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。 1．组成

　　气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。　　气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。　　气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。另外，气缸盖内的水套和油道也是冷却系统和润滑系统的组成部分。 2．分类 3．作用

　　对气缸盖的检验要求是：气缸盖无破裂。气缸盖下平面的平面度误差，每50mm×50mm 范围内不大于0.05mm，整个平面的平面度误差不大于0.20mm。可用直尺放在缸盖的下平面上，然后用塞尺测量直尺与平面间的间隙。　　对气缸盖裂纹的修复方法主要有粘结法、焊修法和堵漏法等。应根据裂纹的部位和大小程度，选用其中合适的一种方法修复裂纹。（如图2-2） 4．检测

　　气缸盖的主要耗损形式是裂纹和变形。气门座的装配应力过大会使气缸盖的进、排气门座之间的过梁处产生裂纹而报废。气缸体、气缸盖的平面度用测量尺和厚薄规检测，如图2-3所示。气缸盖长度L≤300mm，平面度公差为0.05 mm；L＞300mm，平面度公差为0.1 mm。气缸盖翘曲变形，指的是气缸盖下平面的平面度误差逾限。气缸盖平面变形后，会使气缸密封不严，可用铲削或磨削的方法修理，或更换新缸盖。 5．维修

　　汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。　　汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。　　如图2-4a）所示。结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。　　如图2-4b）所示。结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长。切诺基轿车发动机采用了这种形式的燃烧室。汽油机燃烧室

　　如图2-4c）所示。气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。　　如图2-4c）所示。气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。

柴油机燃烧室 　　柴油机燃烧室在缸盖的部分主要为涡流室或预燃室、直喷式。柴油机的燃烧室则几乎全部在活塞上。二、机体的分类　　（1）、直列式　　（2）、对置式　　（3）、V型　　（4）、W型 1．按气缸排列形式分类

（1）无气缸套式机体（如图2-6a所示） 　　（2）干气缸套式机体（如图2-6b所示）　　（3）湿气缸套式机体（如图2-6c所示） 2．按气缸结构形式分类图　2-6

干式气缸套和湿式气缸套 强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。

3．按曲轴箱结构形式分类

油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度 一般式龙门式隧道式气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心

（1）气缸体基准面的检验： 　　（2）气缸体变形的检验：（如图2-8所示）　　（3）气缸体主轴承座孔、凸轮轴座孔的检验：（如图2-9所示） 4．气缸体的检验

（4）气缸体的裂纹检验： 　　（5）气缸压缩压力的检测：（如图2-10所示）　　（6）气缸漏气率的检验：　　（7）气缸的修理：（如图2-11所示）　　气缸修理尺寸一般分为六级（桑塔纳气缸分三级）。如表2-1所示。　　（8）曲轴箱窜气量的检测

　　测量气缸磨损时，必须测量包括气缸最大磨损断面在内的活塞全行程内的上、中、下三个断面，每个断面必须测量发动机纵向和横向两条直径，才能正确地测量出气缸的最大磨损量以及圆度和圆柱度误差，如图2-12所示。　　测量气缸磨损时，必须测量包括气缸最大磨损断面在内的活塞全行程内的上、中、下三个断面，每个断面必须测量发动机纵向和横向两条直径，才能正确地测量出气缸的最大磨损量以及圆度和圆柱度误差，如图2-12所示。 5．气缸体的维修

　　油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。如图2-13所示。油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成。油底壳内设有挡板如图2-13（a），用以减轻汽车颠簸时油面的震荡。油底壳底部设放油螺塞如图2-13（b）。有的放油螺塞带磁性，可以吸引机油中的铁屑，油底壳在安装时须更换密封垫，同时涂抹密封胶。如图2-13（c）。　　油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。如图2-13所示。油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成。油底壳内设有挡板如图2-13（a），用以减轻汽车颠簸时油面的震荡。油底壳底部设放油螺塞如图2-13（b）。有的放油螺塞带磁性，可以吸引机油中的铁屑，油底壳在安装时须更换密封垫，同时涂抹密封胶。如图2-13（c）。三、油底壳

四、气缸垫 　　气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密封件。其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏其实物如图2-14。　　气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种如图2-15。　　发动机大修时须更换气缸垫。

第二节　活塞连杆组 本节主要介绍的内容有： ● 活塞组的构造 ● 活塞组的检修 ● 连杆组的构造 ● 连杆组的维修 ● 连杆轴承（瓦）异响的维修

活塞连杆组的组成 气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖

　　汽油机与柴油机活塞按顶部结构分类，如图2-16、2-17所示。　　汽油机与柴油机活塞按顶部结构分类，如图2-16、2-17所示。一、活塞组的构造 1、活塞（1）、分类

　　大多数汽油机采用平顶活塞。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。采用凸顶活塞，多数是为了在不改动气缸盖结构的情况下增大压缩比，有的半球形燃烧室发动机采用凸顶活塞，则是为了增强挤流。　　大多数汽油机采用平顶活塞。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。采用凸顶活塞，多数是为了在不改动气缸盖结构的情况下增大压缩比，有的半球形燃烧室发动机采用凸顶活塞，则是为了增强挤流。　　在活塞顶部除有燃烧室凹坑外，有的活塞顶还加上有避让气门的气门凹坑。（2）作用

顶部：构成燃烧室，承受气体压力。 头部:安装活塞环，制作较厚。裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。（3）结构活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。

活塞顶部 凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。

头部活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。作用： 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。

活塞裙部 位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。裙部

　如图12-18 2、活塞环（1）、气环　　①按气环开口形状分

动态演示

　如图12-19 　　②气环的断面形状分

　　常见的油环有整体式和组合式两种结构形式，如图2-20所示。目前广泛应用的是组合式油环。组合式油环一般由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，轴向衬环夹装在第二、三刮油钢片之间，径向衬环使三片刮油钢片压紧在气缸壁上。　　常见的油环有整体式和组合式两种结构形式，如图2-20所示。目前广泛应用的是组合式油环。组合式油环一般由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，轴向衬环夹装在第二、三刮油钢片之间，径向衬环使三片刮油钢片压紧在气缸壁上。（2）油环

油环的刮油作用 油环的刮油作用

　　如图2-21所示，活塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。　　如图2-21所示，活塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。 3．活塞销

形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。 活塞销半浮式：活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车全浮式：活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。连杆

　　发动机大修时，应更换全部活塞。更换时应注意：　　发动机大修时，应更换全部活塞。更换时应注意：　　（1）选择与气缸同一修理尺寸的活塞。同一台发动机应选用同一厂牌的同一组活塞。以使活塞的材料、性能、质量、尺寸一致。同组活塞裙部最大直径差值：CA141不大于0.02mm；EQ140不大于0.01mm；BJ212不大于0.02mm。质量差：CA141不大于8g；EQ140不大于8g；BJ212不大于4g。质量超过规定的，可在裙部内壁下部向上20mm处车削，予以调整。　　（2）活塞裙部的锥形及椭圆应符合技术标准的规定。　　（3）对膨胀槽应开到底，而未开通的活塞，装配前应将膨胀槽开通。二、活塞组的检修 1．活塞的选配

　　活塞环的技术要求； 　　（1）活塞环的弹力应符合技术标准的规定。几种国产车的活塞环弹力要求，如表2-2。　　（2）活塞环的端隙、侧隙、背隙应符合技术标准的规定。　　（3）漏光度。活塞环开口处左右30°范围内，不允许漏光。每处漏光弧长所对应的圆心角不超过25°，同一环上漏光弧长所对应的圆心角总和不超过45°。漏光处的间隙不大于0.03mm。 2．活塞环的选配

　　发动机大修时，选择标准尺寸的活塞销，以便给小修留有修理余地。活塞销除标准尺寸以外，还有四级修理尺寸，每级直径加大0.04mm。　　发动机大修时，选择标准尺寸的活塞销，以便给小修留有修理余地。活塞销除标准尺寸以外，还有四级修理尺寸，每级直径加大0.04mm。　　选配活塞销的质量要求是：表面粗糙度不高于，圆度、圆柱度不超过0.0025mm，质量差不大于10g。　　活塞销与销座孔的配合要求很高，对全浮式活塞销与销座孔的配合，汽油机在常温时应有微量过盈（一般为0.0025～0.0075mm），发动机工作时又有微量间隙，使活塞销能在销座孔中转动。柴油机常温时为过渡配合，允许有向量间隙。 0.8 3．活塞销的选配

现象： 1）发动机怠速时，在气缸的上部发出清晰的敲击声，好像用一小锤轻敲水泥地面产生的“嗒嗒嗒”的声音； 2）发动机低温时响声明显，温度升高后响声减弱或消失，怠速或下中速时响声明显，中高速时一般减弱或消失； 3）该缸断火后，响声减弱或消失。原因： 1）活塞与气缸壁间隙过大； 2）气缸壁润滑条件不佳。 4．活塞组异响故障的维修（1）活塞敲缸响

检查与判断： 1）这种响声的特点是冷车明显，热车时减弱或消失，断火试验时响声减弱或消失； 2）发动机在下中速运转时，可用手抖动油门检查，一般在收油门的瞬间响声较明显； 3）可用听诊器具，放在气缸上部听察，并结合断火试验来确定哪个气缸发响； 4）经诊断初步确定为某缸发响后，为进一步证实，可将发动机熄火，卸下火花塞，往气缸内注入少量机油，然后再装上火花塞起动发动机。如声音减弱或消失，过一会，响声又起，或在起动着火后的几十秒钟内出现几声响，随后即消失，过一会又出现几声，则可断定此缸敲缸响； 5）有时遇到“反上缸”现象，即在断火试验时出现敲击响声，并由间断变为连响。这是由于活塞裙部锥度过大，致使活塞头部撞击气缸壁所致； 6）如冷车时响，热车不响时，可继续运行。大修出厂的车辆，在温度低于213K（40℃）时，允许有轻微响声。

现象： 1）此响声一般出现在发动机大修后的走合期。即发动机在怠速运转时出现“嗒嗒嗒”声，略像活塞敲缸的声音，而温度升高后，响声不但不消失，反而稍重一些，且有时还带有“吭吭”的声音，发动机稍有抖动现象； 2）断火试验仍有响声，但严重拉伤后也出现活塞敲缸响，不过此时断火试验响声有减弱； 3）拉伤到一定程度时，出现发动机突然熄火现象； 4）严重时，从加机油口处往外冒烟。原因： 1）活塞与缸壁间隙过小或活塞膨胀系数过大； 2）活塞椭圆度不足，或反椭圆； 3）活塞头部尺寸大，活塞环背隙或端隙过小；（2）拉缸声

4）活塞销与销座孔配合过紧，致使活塞变形胀大。4）活塞销与销座孔配合过紧，致使活塞变形胀大。 5）机油不足或润滑孔道堵塞，润滑不良； 6）发动机缺水，温度过高； 7）发动机长时间高速运转，尤其在走合期内； 8）全浮式活塞销未装锁环，半浮式活塞销固定螺钉未拧紧，活塞销轴向窜动拉缸。检查与判断： 1）发动机运转中，出现类似敲缸的现象，但声音不是随发动机温度的升高而减弱消失，可初步断定为拉缸响声； 2）拆下气缸盖，检查缸壁的拉伤情况，并找出拉伤原因。如只是由于活塞与缸壁配合较紧而轻微拉伤时，可稍磨一下缸壁，仍可用原活塞装复。如拉伤严重，应重新镗缸，并换加大活塞的方法修复。

现象： 1）发动机在怠速或中速运转时，在发动机的侧上部可听到“嗒嗒嗒”的明显、清晰而尖脆的敲击声； 2）用手拉油门，由怠速往下中速急速抖动油门时响声非常明显，且清脆而连贯； 3）发动机温度升高，响声不减弱； 4）断火试验时响声减弱或消失，而恢复工作时的瞬间，有明显的1～2下响声。原因： 1）活塞销与连杆小头衬套配合松旷； 2）活塞销与活塞的销座孔配合松旷； 3）机油压力过低，曲轴箱内机油飞溅量不足，或连杆上的润滑油道堵塞，而造成活塞销烧蚀严重。（3）活塞销响

第 2 章 曲柄连杆机构