汽车发动机构造与维修一体化教程项目二

2018汽车发动机构造与维修一体化教程02项目二发动机曲柄连杆机构的检修学习目标通过本任务的学习，你应当能：正确的进行曲柄连杆机构的拆解；正确的进行气缸体上平面度的检查；正确的进行汽缸磨损度的检查；正确的安装气缸盖等零部件。一、任务导入(一)客户报修：正时皮带达到更换里程(二)客户报修：发机怠速时上部异响(三)客户保修：气门漏气响二、信息搜集机体组主要由机体、曲轴箱、汽缸盖和汽缸垫等零件组成。引导问题一机体组由哪些部分组成？在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为汽缸壁表面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对汽缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。1.机体（1）机体的工作条件及要求(2)机体的类型直列式机体V形机体W型机体①机体根据汽缸的排列方式可分为直列式、V形、W形和水平对置式等②汽缸体根据制造材料的不同，常见的有铸铁汽缸体和铝合金汽缸体。③汽缸体根据冷却方式的不同分为风冷式和水冷式，汽车发动机一般采用水冷式。④汽缸体根据是否有汽缸套可将汽缸体分为整体式和缸套式。汽缸套有干式汽缸套和湿式汽缸套。湿式气缸套干式气缸套（3）机体的结构一般情况下，水冷式机体的结构主要由水套、油道、曲轴支撑座等组成。水冷式机体轴承支架2.曲轴箱汽缸体下部用来安装和封闭曲轴的部分为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与汽缸体铸成一体，曲轴轴线与机体下表面在同一平面上的为一般式曲轴箱，便于加工、工艺性好下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，又称为油底壳。3.气缸盖1.功用和工作条件2.材料和结构特点3.燃烧室4.进、排气道汽缸盖是配气机构的安装基体，也是汽缸的密封盖，与汽缸及活塞顶部组成燃烧室为了保证汽缸的密封性，汽缸盖应具有足够的强度、刚度和散热特性，确保不会产生损坏和较大变形。现有车用汽油机汽缸盖基本上都采用铝合金材料。部分柴油机上也有采用铝合金材料。汽缸盖是结构复杂的箱形零件。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。对燃烧室基本要求为结构尽可能紧凑，散热面积小，使混合气在压缩终了时形成一定的气流运动，提高混合气燃烧速度。进、排气道是进、排气管与燃烧室相连的通道，通过进、排气门控制打开或关闭。气缸盖半球形楔形浴盆形常见燃烧室形状进、排气道引导问题二气缸垫的作用和结构是怎样的?汽缸垫装于汽缸盖和汽缸体之间，保证汽缸盖与汽缸体间的密封，防止发动机漏气、漏水或漏油，汽缸垫上有冷却水和润滑油流通孔等引导问题三活塞连杆组由哪些部分组成?活塞活塞是作为一个整体通过锻造或铸造成型后加工而成的，通常把活塞分为三个部分，即活塞顶部、活塞头部和活塞裙部图2-18活塞1.工作条件及要求活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞要有足够的刚度和强度；良好的导热性，耐高压、耐高温、耐磨损；重量轻，尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金。2.活塞顶部活塞顶部是燃烧室的底部，承受气体压力，其形状、位置和大小与燃烧室的具体形式有关。平顶形凹顶形凸顶形3.活塞头部和活塞环槽活塞头部是活塞环的安装部位，常指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分，又称防漏部。活塞头部具有密封和传热的作用，与活塞环一起密封汽缸，防止可燃混合气泄漏到曲轴箱内，同时将部分热量通过活塞环传递到汽缸壁。为减少活塞头部向裙部的传热，常采用一定的结构措施，如把油环槽内的回油孔设计成相对较长的环槽，具有隔热的作用。4.活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔，如图2-18所示。图2-18活塞活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。活塞裙部的长短取决于侧压力和活塞直径。为减小裙部摩擦，有些活塞在裙部涂有石墨层，如图2-20所示。图2-20活塞裙部石墨层为减小活塞质量，应当尽量缩短活塞裙部的长度，但活塞在往复运动过程中，如果受力不均匀会造成活塞以活塞销为中心的摆动。为了最大限度地防止这种现象，现代活塞常把与活塞销孔平行的侧面(两侧的推力面)下端的长度加长，即拖板式活塞(图2-21)。图2-21拖板式活塞1）活塞裙部采用椭圆结构图2-22活塞裙部变形图2-23活塞裙部椭圆结构2）活塞采用锥形结构图2-24活塞受压变形图2-25锥形活塞结构3）活塞采用双金属组合图2-26双金属活塞4）裙部开绝热—膨胀槽图2-27开槽活塞5）活塞销偏置活塞销中置活塞销偏置图2-28活塞销是否偏置对工作过程的影响6）活塞的冷却a)b)图2-29活塞的冷却活塞环活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环活塞环(1)工作条件及要求活塞环在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作，特别是第一道环。活塞环弹性好、强度高、耐磨损。活塞环采用的材料有耐热不锈钢、优质碳素钢、球墨铸铁、合金铸铁等。(2)气环矩形环锥形环内切口扭曲环外切口扭曲环梯形环桶形环气环密封原理各活塞环断面2.扭曲环1.矩形环3.锥面环4.梯形环5.桶面环扭曲环工作示意图(3)油环槽孔式油环槽孔撑簧式油环钢带组合油环油环的作用是储存一部分机油对活塞与缸壁之间进行润滑并刮除缸壁上多余的机油，防止机油进入燃烧室。槽孔式油环断面形状槽孔撑簧式油环断面形状钢带组合油环示意图活塞销活塞销连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。工作条件及要求活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。活塞销的结构活塞销的内孔有圆柱形、两段截锥与一段圆柱组合、两段截锥形等多种形状。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。圆柱环两段截锥形两段截锥与一段圆柱结合活塞销形状活塞销的安装活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有“全浮式”和“半浮式”。全浮式一般采用活塞销与活塞销座孔和连杆衬套都采用间隙配合，发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，磨损均匀。活塞销全浮式安装连杆组连杆组连接活塞与曲轴，功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出现在做功行程上止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。连杆功用及工作条件连杆的结构连杆大头连杆杆身连杆小头①连杆小头小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆小头的连接方式。活塞与连杆小头压力分配全浮式半浮式青铜衬套油孔连杆小头与活塞销的连接连杆小头结构②连杆杆身③连杆大头平分式斜分式连杆杆身结构连杆大头切分形式连杆大头定位④V型发动机连杆V型发动机连杆连杆螺栓连杆螺栓是使剖分的连杆大头的轴承与杆身固接的螺栓。连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦引导问题四曲轴飞轮组的结构是怎样的？曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件等组成曲轴飞轮组曲轴把活塞连杆组传来的气体作用力转变为旋转的动力，用以驱动汽车传动系统、发动机的配气机构和其他辅助装置，如水泵、机油泵、发电机、风扇等。1.工作条件及要求1.曲轴曲轴把活塞连杆组传来的气体作用力转变为旋转的动力，用以驱动汽车传动系统、发动机的配气机构和其他辅助装置，如水泵、机油泵、发电机、风扇等。（1）工作条件及要求曲轴高速旋转时，承受周期性变化的气体作用力，惯性力及其力矩的共同作用，受力大且复杂，承受弯曲、扭转等交变载荷的冲击。因此，曲轴需要保证足够的刚度和强度，具有良好的抗冲击载荷能力和抗弯曲、抗扭转疲劳强度，且轴颈应有足够的承压面，耐磨损和润滑良好。（2）曲轴的材料及加工曲轴一般由45、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，圆角处要经滚压处理。（3）曲轴的结构曲轴的结构2.主轴颈1.曲拐3.连杆轴颈4.曲柄臂和平衡重全支撑曲轴非全支撑曲轴曲轴的支撑形式曲轴离心力和平衡重曲轴的平衡重(4)曲轴的润滑曲轴中的油道(5)曲轴偏置曲轴偏置曲轴的形状和曲拐相对位置取决于汽缸数、汽缸排列和发动机的点火顺序。曲轴的形状和曲拐相对位置取决于汽缸数、汽缸排列和发动机的点火顺序。多缸发动机的点火顺序有以下要求：连续做功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，避免可能发生的进气重叠现象；做功间隔应力求均匀，即发动机在一个工作循环内，每个汽缸都应点火做功一次且分布均匀；V形发动机左右两列汽缸应交替点火。（6）曲柄布置①四冲程四缸发动机的点火顺序和曲拐布置四缸四冲程发动机曲拐布置曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0～180°做功排气压缩进气180°～360°排气进气做功压缩360°～540°进气压缩排气做功540°～720°压缩做功进气排气曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0～180°做功压缩排气进气180°～360°排气做功进气压缩360°～540°进气排气压缩做功540°～720°压缩进气做功排气点火顺序为1-2-2-4-2工作循环表点火顺序为1-2-4-3工作循环表②四冲程直列六缸发动机的点火顺序和曲拐布置点火顺序为1-5-2-6-2-4工作循环表曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0～180°60°做功排气进气做功压缩进气120°压缩排气180°进气做功180°～360°240°排气压缩300°做功进气360°压缩排气360°～540°420°进气做功480°排气压缩540°做功进气540°～720°600°压缩排气660°进气做功720°排气压缩六缸四冲程发动机曲拐布置③四冲程V形八缸发动机的点火顺序V型8缸发动机曲拐布置曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸第七缸第八缸0～180°90°做功做功进气压缩排气进气排气压缩180°排气压缩进气做功180°～360°270°排气做功压缩进气360°进气做功压缩排气360°～540°450°进气排气做功压缩540°压缩排气做功进气540°～720°630°压缩进气排气做功720°做功进气排气压缩点火顺序为1-8-2-4-2-6-5-7-2V型8缸四冲程发动机工作循环表2.扭转减震器在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力大小和方向都是周期性变化的，曲轴各个曲拐的旋转速度也呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动与飞轮不同步，这种现象称为曲轴的扭转振动。汽车发动机常采用的减振器型式有橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油一橡胶扭转减振器等。扭转减震器曲轴皮带轮安装在曲轴的前端，用于驱动各种辅助装置。有些发动机的曲轴皮带轮在皮带轮金属盘之间的夹缝中镶人橡胶，利用橡胶的弹性来吸收、抑制振动。曲轴皮带轮3.主轴承主轴承与连杆轴承一样，由上、下两片轴瓦对合而成，承受交变载荷和高速摩擦，应具有足够的抗疲劳强度，且摩擦小、耐磨损和腐蚀。多采用薄壁钢背轴瓦，内表面浇铸有耐磨合金层。翻边轴瓦半圆环止推片止推轴承结构4.飞轮飞轮是一个较重的铸铁或精冲钢板圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，转动惯量大，用来贮存做功行程的能量，克服进气、压缩和排气行程的阻力和其他阻力，使曲轴尽量均匀地旋转飞轮的结构引导问题五平衡轴的作用和结构是怎样的？现代汽车发动机特别重视乘坐的舒适性和振动噪声，须将引起发动机振动和噪声的不平衡力和不平衡力矩降低到最小。曲轴的平衡重只能平衡旋转惯性力和力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡需采用专门的平衡机构。直列四缸一、二阶往复惯性力示意图双平衡轴机构直列三缸机的一阶和二阶往复惯性力矩都不平衡，部分发动机采用单轴平衡机构将一阶往复惯性力矩平衡，平衡轴与曲轴转速相同、方向相反。单平衡轴机构三、检