《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修2》課件第2章

第2章曲柄連桿機(jī)構(gòu)2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的維修實(shí)訓(xùn)2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的拆裝實(shí)訓(xùn)3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的檢查與調(diào)整實(shí)訓(xùn)4汽缸體、汽缸蓋、曲軸的檢驗(yàn)(選做)實(shí)訓(xùn)5連桿的檢驗(yàn)與校正(選做)實(shí)訓(xùn)6活塞環(huán)的選配與偏缸檢驗(yàn)實(shí)訓(xùn)7曲柄連桿機(jī)構(gòu)的異響診斷 2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理

2.1.1概述

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和組成

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用是將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。

曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成。

(1)機(jī)體組：由汽缸體、曲軸箱、汽缸套、汽缸蓋、汽缸墊和油底殼等不動(dòng)件組成，如圖2-1所示。圖2-1機(jī)體組

(a)汽缸蓋；(b)汽缸體；(c)油底殼(2)活塞連桿組：由活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等運(yùn)動(dòng)件組成，如圖2-2所示。圖2-2活塞連桿組

(3)曲軸飛輪組：由曲軸、飛輪等組成，如圖2-3所示。圖2-3曲軸飛輪組發(fā)動(dòng)機(jī)做功時(shí)，汽缸內(nèi)的最高溫度可達(dá)2500K以上，最高壓力可達(dá)5～9MPa，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)3000～6000r/min，則活塞每秒鐘要行經(jīng)約100～200個(gè)行程，可見其線速度是很大的。此外，與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸的機(jī)件(如汽缸、汽缸蓋、活塞組等)還將受到化學(xué)腐蝕。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作條件的特點(diǎn)是高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕。

2.受力分析

曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力主要有氣壓力、往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)離心力和摩擦力。

(1)氣壓力：每個(gè)工作循環(huán)中始終存在氣體壓力。但由于進(jìn)氣和排氣兩個(gè)行程中氣體壓力較小，對(duì)機(jī)件影響不大，因此這里主要研究做功和壓縮兩個(gè)行程中的氣體作用力。在做功行程中，氣體壓力是指推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的力。這時(shí)，燃燒氣體產(chǎn)生的高壓直接作用在活塞頂部，如圖2-4(a)所示。設(shè)活塞所受總壓力為Fp，傳到活塞銷上可分解為Fp1和Fp2。分力Fp1通過活塞銷傳給連桿，并沿連桿方向作用在曲柄銷上。Fp1還可分解為兩個(gè)分力Fp1a和Fp1b。沿曲柄方向的分力Fp1a使曲軸主軸頸與主軸承之間產(chǎn)生壓緊力；與曲柄垂直的分力Fp1b除了使主軸頸和主軸承之間產(chǎn)生壓緊力外，還對(duì)曲軸形成轉(zhuǎn)矩T，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。力Fp2把活塞壓向汽缸壁，形成活塞與缸壁間的側(cè)壓力，使機(jī)體有翻倒的趨勢(shì)，故機(jī)體下部的兩側(cè)應(yīng)支承在車架上。在壓縮行程中，氣體壓力是指阻礙活塞向上運(yùn)動(dòng)的阻力。這時(shí)作用在活塞頂?shù)臍怏w總壓力也可以分解為兩個(gè)分力和，如圖2-4(b)所示。而又分解為和。使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力，對(duì)曲軸造成一個(gè)旋轉(zhuǎn)阻力矩T

′，試圖阻止曲軸旋轉(zhuǎn)；而則將活塞壓向汽缸的另一側(cè)壁。

在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨活塞的位移而變化的，再加上連桿在左右搖擺，因而作用在活塞銷和曲軸軸頸的表面以及二者的支承表面上的壓力和作用點(diǎn)是不斷變化的，這樣會(huì)造成各處磨損的不均勻性。同樣，汽缸壁沿圓周方向的磨損也不均勻。圖2-4氣壓力作用受力分析圖

(a)做功行程；(b)壓縮行程

(2)往復(fù)慣性力與離心力：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生往復(fù)慣性力。物體繞某一中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生離心力。這兩種力在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)中都是存在的。

活塞和連桿小頭在汽缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度很高，而且數(shù)值在不斷變化。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度變化的規(guī)律是：從零開始，逐漸增大，臨近中間位置達(dá)最大值，然后又逐漸減小至零。也就是說，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半行程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上，以Fj表示，如圖2-5(a)所示；后半行程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下，以表示，如圖2-5(b)所示。同理，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半行程的慣性力向下，后半行程的慣性力向上。偏離曲軸軸線的曲柄、曲柄銷和連桿大頭圍繞曲軸軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力，即離心力。其方向沿曲柄半徑向外，其大小與曲柄半徑、旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量及曲軸轉(zhuǎn)速有關(guān)。曲柄半徑越長、旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量越大、曲軸轉(zhuǎn)速越高，則離心力越大。如圖2-5所示，離心力Fc在垂直方向的分力Fcy與往復(fù)慣性力Fj的方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動(dòng)機(jī)的上下振動(dòng)；而水平方向的分力Fcx則使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生水平方向振動(dòng)。離心力使連桿大頭的軸瓦和曲柄銷、曲軸主軸頸及其軸承受到又一附加載荷，增加它們的變形和磨損。圖2-5往復(fù)慣性力與離心力作用受力分析圖

(a)上半行程；(b)下半行程

(3)摩擦力：相互運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦力，是造成配合表面磨損的根源。在活塞和汽缸壁，連桿主軸徑和主軸承、活塞銷和銷座等配合副表面都存在摩擦力。

上述各種力作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等不同形式的載荷。2.1.2機(jī)體組

機(jī)體組由汽缸體、曲軸箱、汽缸套、汽缸蓋、汽缸墊、油底殼和發(fā)動(dòng)機(jī)支承等組成。

1.汽缸體與曲軸箱

通常將汽缸體與曲軸箱鑄為一體，稱為汽缸體-曲軸箱，簡稱為汽缸體，如圖2-6所示。汽缸體內(nèi)引導(dǎo)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒就是汽缸，汽缸外面安裝有水套以散熱。曲軸箱上有主軸承座孔，還有主油道和分油道。圖2-6汽缸體的構(gòu)造

(a)BJ492發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體；(b)奧迪TDI發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體汽缸的排列形式分為以下三種，如圖2-7所示。

(1)直列式：多用于六缸及六缸以下的發(fā)動(dòng)機(jī)。

(2)?V型式：它縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)的長度和高度，多用于六缸及六缸以上的發(fā)動(dòng)機(jī)。

(3)對(duì)置式：是V型的特殊形式。圖2-7汽缸的排列型式

(a)直列式；(b)V型式；(c)對(duì)置式圖2-8曲軸箱的形式(a)平分式；(b)龍門式；(c)隧道式

(1)平分式：主軸承座孔中心線位于曲軸箱分開面上的為平分式曲軸箱。其特點(diǎn)是剛度小，前后端呈半圓形，汽缸與油底殼結(jié)合面的密封較困難。該形式的汽缸主要應(yīng)用于中小型發(fā)動(dòng)機(jī)。

(2)龍門式：主軸承座孔中心線高于曲軸箱分開面的為龍門式曲軸箱。其特點(diǎn)是剛度較大，油底殼前后端為一平面，密封簡單可靠。該形式的汽缸主要應(yīng)用于大中型發(fā)動(dòng)機(jī)。

(3)隧道式：主軸承座孔不分開的為隧道式曲軸箱。其特點(diǎn)是剛度最大，易保證主軸承同軸度，主軸承采用滾動(dòng)軸承。該形式的汽缸主要應(yīng)用于負(fù)荷較大的柴油機(jī)。汽缸體的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、良好的澆鑄性和切削性且價(jià)格低廉，因此常用的缸體材料是鑄鐵或合金鑄鐵。但近年來鋁合金汽缸體的使用越來越廣泛，因?yàn)殇X合金缸體重量輕、導(dǎo)熱性良好，其冷卻液容量可以減少。起動(dòng)后，缸體可較快地達(dá)到工作溫度，并且和鋁活塞膨脹系數(shù)完全一致，受熱后間隙變化小，可減少?zèng)_擊噪聲和機(jī)油消耗；和鋁缸蓋膨脹系數(shù)相同，工作時(shí)可以減少冷熱沖擊所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

汽缸壁要求有足夠的耐磨性，其他部分的耐磨性能則要求不高。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用在汽缸體內(nèi)嵌入汽缸套的方法，形成汽缸工作表面，從而滿足對(duì)汽缸體和汽缸壁的要求。

2.汽缸套

汽缸套采用耐磨性較好的合金鑄鐵或合金鋼。汽缸套有以下兩種結(jié)構(gòu)，如圖2-9所示。圖2-9汽缸套(a)干式；(b)濕式由于汽缸套鑲嵌在汽缸體內(nèi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中承受巨大的橫向和縱向作用力，因此需要對(duì)其進(jìn)行可靠的定位。如圖2-9所示，濕式汽缸套的徑向定位由上下兩個(gè)凸出的、與汽缸體間為動(dòng)配合的圓環(huán)帶A和B(分別稱為上支承定位帶和下支承密封帶)來實(shí)現(xiàn)。汽缸套的軸向定位則是利用缸套上部凸緣與缸體相應(yīng)的臺(tái)階。

濕式汽缸套與汽缸體之間是冷卻液套，需要對(duì)其進(jìn)行密封。汽缸套的下部靠1～3個(gè)耐熱耐油的橡膠密封圈密封；在汽缸套的上部，缸套頂面高出缸體0.05～0.15mm，當(dāng)汽缸蓋螺栓擰緊后，缸套與缸體凸臺(tái)結(jié)合處、缸套與缸墊結(jié)合處，均承受較大的壓緊力，具有防止水套漏水、汽缸漏氣和保證缸套定位的作用。

3.汽缸蓋

汽缸蓋的主要作用是密封汽缸上部，并與活塞頂部和汽缸壁一起形成燃燒室。如圖2-10所示，與汽缸蓋相連接的元件有氣墊機(jī)油反射罩、汽缸蓋罩和氣門罩墊等。在汽缸蓋內(nèi)部裝有與汽缸體相通的冷卻液套，有進(jìn)、排氣門座及氣門導(dǎo)管孔和進(jìn)、排氣通道，有燃燒室、火花塞座孔(汽油機(jī))或噴油器座孔(柴油機(jī))，上置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋上還有用以安裝凸輪軸的軸承座。汽油機(jī)常用的燃燒室有以下三種，如圖2-11所示。

(1)盆形燃燒室。其特點(diǎn)為：①氣門平行于汽缸軸線；②有擠氣-冷激面，可形成擠氣渦流；③由于盆的形狀狹窄，氣門尺寸受限，因此換氣質(zhì)量較差，燃燒速度較低，CO和HC排放較高而NO×的排放較低。

(2)楔形燃燒室：其特點(diǎn)為：①氣門斜置，氣流導(dǎo)流較好，充氣效率高；②有擠氣-冷激面，可形成擠氣渦流；③燃燒速度較快，CO和HC排放較低而NO×的排放稍高。

(3)半球形燃燒室。其特點(diǎn)為：①氣門成橫向V型排列，因此氣門頭部直徑可以做得較大，且換氣好；②火花塞位于燃燒室的中部，火焰行程短，燃燒速度最高，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性最好，是高速發(fā)動(dòng)機(jī)常用的燃燒室；③?CO和HC的排放最少，而NO×的排放較高。圖2-10發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋圖2-11汽油機(jī)燃燒室類型

(a)盆形燃燒室；(b)楔形燃燒室；(c)半球形燃燒室

4.汽缸墊

汽缸蓋與汽缸體之間裝有汽缸墊，汽缸墊的作用是保證汽缸體與汽缸蓋之間的密封，防止漏水、漏氣。汽缸墊的構(gòu)造有以下幾種類型，如圖2-12所示。

(1)金屬-石棉墊：見圖2-12(a)、(b)，汽缸墊外包銅皮和鋼片，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加厚，內(nèi)填石棉(常摻入銅屑或鋼絲，以加強(qiáng)導(dǎo)熱)。這種襯墊壓緊厚度為l.2～2mm，有很好的彈性和耐熱性，能重復(fù)使用，但厚度和質(zhì)量的均一性較差。圖2-12汽缸蓋襯墊的結(jié)構(gòu)

(a)～(d)金屬-石棉網(wǎng)；(e)沖壓鋼板；(f)無石棉汽缸墊

(2)金屬骨架-石棉墊：以編織的鋼絲網(wǎng)(見圖2-12(c))或扎孔銅板(見圖2-12(d))為骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口處用金屬片包邊。

(3)純金屬墊：見圖2-12(e)，由單層或多層金屬片(銅、鋁或低碳鋼)制成，用于某些強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)。例如紅旗轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)即采用此種汽缸墊。這種襯墊在需要密封的汽缸孔和水、油孔周圍沖壓出一定高度的凸紋，利用凸紋的彈性變形實(shí)現(xiàn)密封。

(4)無石棉汽缸墊：有的發(fā)動(dòng)機(jī)采用較先進(jìn)的加強(qiáng)無石棉汽缸墊結(jié)構(gòu)，見圖2-12(f)，即在汽缸口密封部位采用五層薄鋼板，并設(shè)計(jì)成正圓形，由于沒有石棉夾層，從而消除了氣囊的產(chǎn)生，在油孔和水孔處均包有鋼護(hù)圈以提高密封性。解放CA1091型汽車的6102型發(fā)動(dòng)機(jī)就采用了這種汽缸墊。安裝汽缸蓋襯墊時(shí)，應(yīng)注意安裝方向。一般是襯墊卷邊的一面朝汽缸蓋，光滑面朝汽缸體安裝。也可根據(jù)標(biāo)記或文字要求進(jìn)行安裝，如襯墊上的文字標(biāo)記“TOP”、“OPEN”表示朝上，“FRONT”表示朝前。

汽缸蓋用螺栓固定在汽缸體上，擰緊螺栓時(shí)，必須按由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分幾次進(jìn)行，最后一次要用扭力扳手按工廠規(guī)定的擰緊力矩值(如東風(fēng)6100-1型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，此值為170～190N·m)擰緊，以免損壞汽缸襯墊和發(fā)生漏水現(xiàn)象。如果汽缸蓋由鋁合金制成，則最后必須在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下擰緊，這樣在熱態(tài)時(shí)能增加密封的可靠性，這是因?yàn)殇X制汽缸蓋的膨脹程度比鋼制螺栓的大；而鑄鐵汽缸蓋則應(yīng)該在發(fā)動(dòng)機(jī)熱時(shí)最后擰緊。

5.油底殼

油底殼的作用是儲(chǔ)存和冷卻機(jī)油并封閉曲軸箱。油底殼一般采用薄鋼板沖壓而成，如圖2-13所示。油底殼的形狀取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。在有些發(fā)動(dòng)機(jī)上，為了加強(qiáng)油底殼內(nèi)機(jī)油的散熱，采用鋁合金鑄造的油底殼，在殼的底部還鑄有相應(yīng)的散熱肋片。

為了保證在發(fā)動(dòng)機(jī)縱向傾斜時(shí)機(jī)油泵能經(jīng)常吸到機(jī)油，油底殼后部一般做得較深；油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板，防止汽車振動(dòng)時(shí)油面波動(dòng)過大，油底殼底部裝有放油螺塞。有的放油螺塞是磁性的，能吸附機(jī)油中的金屬屑，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)零件的磨損。在曲軸箱與油底殼之間還有密封襯墊。圖2-13油底殼

6.發(fā)動(dòng)機(jī)支承

發(fā)動(dòng)機(jī)一般通過汽缸體和飛輪殼或變速器殼支承在車架上，發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方法有三點(diǎn)支承和四點(diǎn)支承兩種。圖2-14(a)所示為三點(diǎn)支承，前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上，后端一點(diǎn)通過變速器殼支承在車架上。圖2-14(b)所示為四點(diǎn)支承，前端兩點(diǎn)通過曲軸箱支承在車架上，后端兩點(diǎn)通過飛輪殼支承在車架上。圖2-14發(fā)動(dòng)機(jī)支承

(a)三點(diǎn)支承；(b)四點(diǎn)支承2.1.3活塞連桿組

活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等組成，如圖2-15所示.圖2-15活塞連桿組的組成1、2—活塞環(huán)；3—油環(huán)刮片；

4—油環(huán)襯簧；5—活塞；

6—活塞銷；7—活塞銷卡環(huán)；

8—連桿組；9—連桿襯套；

10—連桿；11—連桿螺栓；

12—連桿蓋；13—連桿螺母；

14—連桿軸承

1.活塞

活塞的作用是與汽缸蓋、汽缸壁等共同組成燃燒室，用于承受氣體壓力，并將此力傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞廣泛采用鋁合金材料，其特點(diǎn)為：①質(zhì)量小(約為鑄鐵活塞的50%～70%)；②導(dǎo)熱性好(約為鑄鐵的三倍)；③熱膨脹系數(shù)大。

活塞的基本構(gòu)造可分為頂部、頭部和裙部三部分，如圖2-16所示。在活塞頭部加工有活塞環(huán)槽和加強(qiáng)筋，在活塞裙部有安裝活塞銷的活塞銷座。圖2-16活塞的組成1—活塞頂；2—活塞頭；3—活塞環(huán)槽；4—活塞銷座；5—活塞銷；6—活塞銷鎖環(huán)；7—活塞裙；8—加強(qiáng)筋

(1)活塞頂部?；钊敳渴侨紵业慕M成部分，用來承受氣體壓力。汽油機(jī)活塞的頂部形狀如圖2-17所示，其分類有：①平頂，因其受熱面積小，故被廣泛采用；②凸頂，與半球形燃燒室配合使用；③凹頂，高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)為了防止碰撞氣門，可利用凹頂?shù)纳疃葋碚{(diào)整壓縮比。圖2-17活塞頂部形狀

(a)平頂；(b)凹頂；(c)凸頂

(2)活塞頭部?；钊^部是活塞環(huán)槽以上的部分，其主要作用為：①將氣體的作用力傳給連桿；②與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)汽缸的密封；③將活塞頂所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳到汽缸壁上。活塞頭部刻有若干道用以安裝活塞環(huán)的環(huán)槽。汽油機(jī)一般有2～3道環(huán)槽，上面兩道用于安裝氣環(huán)，下面一道用于安裝油環(huán)。在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使油環(huán)從汽缸壁上刮下來的多余機(jī)油得以經(jīng)過這些小孔流回油底殼。

活塞頭部一般做得較厚，以便于熱量從活塞頂經(jīng)活塞環(huán)傳給汽缸的冷卻壁面，從而防止活塞頂部的溫度過高。活塞環(huán)槽的磨損常常是影響活塞使用壽命的一個(gè)重要因素。在熱負(fù)荷較高的發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于活塞的第一道環(huán)槽溫度較高，鋁合金材料硬度下降，再加上活塞環(huán)與環(huán)槽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，更加速了環(huán)槽的磨損。為了保護(hù)和加強(qiáng)活塞環(huán)槽，可在鋁合金活塞環(huán)槽部位鑄入由耐熱材料制造的環(huán)槽護(hù)圈，如圖2-18所示。采用奧氏體鑄鐵護(hù)圈后，環(huán)槽的壽命可以提高3～10倍。圖2-18活塞環(huán)槽護(hù)圈

(a)一道護(hù)圈；(b)兩道護(hù)圈

(3)活塞裙部?；钊共渴侵赣铜h(huán)槽下端以下的部分，其作用是為活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和承受側(cè)壓力，因而裙部要有一定的長度和足夠的面積，以保證可靠導(dǎo)向和減輕磨損。

裙部的基本形狀為一薄壁圓筒，若該圓筒為完整的則稱為全裙式(見圖2-16)。許多高速發(fā)動(dòng)機(jī)為了減小活塞質(zhì)量，在活塞不受作用力的兩側(cè)，即沿銷座孔軸線方向的裙部切去一部分，形成拖板式裙部(如圖2-19所示)，這種結(jié)構(gòu)的活塞裙部彈性較好，可以減小活塞與汽缸的裝配間隙。

此外，這種活塞裙部的結(jié)構(gòu)還可為曲軸上的平衡重塊準(zhǔn)備了運(yùn)動(dòng)空間，這對(duì)于短行程的高速汽油機(jī)來說是很重要的。在有的柴油機(jī)上因采用滾柱軸承作為主軸承，為了避免活塞裙部與主軸承座圈相碰，在活塞裙部也銑去了一部分。圖2-19拖板式活塞活塞工作時(shí)，燃燒氣體壓力p均勻作用在活塞頂上，而活塞銷給予的反作用力則作用在活塞頭部的銷座處，由此而產(chǎn)生的變形是裙部直徑沿活塞銷座軸線方向增大，見圖2-20(a)。側(cè)壓力N也使活塞裙部直徑在同一方向上增大，見圖2-20(b)。此外，活塞銷座附近的金屬堆積，受熱后膨脹量大，致使裙部在受熱變形時(shí)，沿活塞銷座軸線方向的直徑增量大于其他方向，因此活塞工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械變形和熱變形，使得其裙部斷面變成長軸在活塞銷方向上的橢圓。圖2-20活塞裙部的變形

(a)由于p的變形；(b)由于N的變形；(c)加工成的形狀鑒于上述情況，為了使活塞在正常溫度下與汽缸壁間保持有比較均勻的間隙，以免在汽缸內(nèi)卡死或引起局部磨損，必須預(yù)先在冷態(tài)下把活塞加工成其裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓形，見圖2-20(c)。為了減少銷座附近處的熱變形量，有的活塞制造時(shí)將銷座附近的裙部外表面下陷0.5～1.0mm。

由于活塞沿軸線方向的溫度分布和質(zhì)量分布都不均勻，因此各個(gè)斷面的熱膨脹量是上大下小，鋁合金活塞的這種差異尤為顯著。為了使鋁合金活塞在工作狀態(tài)(熱態(tài))下接近一個(gè)圓柱形，就必須事先把活塞做成直徑上小下大的近似圓錐形。有的汽油機(jī)活塞，還開有“П”形或“T”形槽，見圖2-21。其中橫槽的作用是切斷從活塞頭部向裙部傳輸熱流的部分通道，以減少從頭部到裙部的傳熱，從而使裙部的熱膨脹量減少。橫槽開在油環(huán)槽中時(shí)，可兼作油孔?？v槽使裙部具有彈性，從而使冷態(tài)下的裝配間隙得以盡可能小，而在熱態(tài)下又因切槽的補(bǔ)償作用，活塞不致在汽缸中卡死。因裙部開縱槽的一面剛度較小，故裝配時(shí)應(yīng)注意使縱槽位于做功行程中不受側(cè)壓力的裙部面上，即從發(fā)動(dòng)機(jī)前面向后看的右面?？v槽與活塞底面不垂直，可以防止活塞在運(yùn)動(dòng)中劃傷汽缸壁?？v槽一般不開至裙底，以免過分削弱裙部剛度。圖2-21開槽活塞

(a)∏形槽；(b)T形槽為了減少鋁活塞裙部的熱膨脹量，有的汽油機(jī)活塞銷座中鑲鑄了熱膨脹系數(shù)較低的“恒范鋼片”(含鎳33%～36%，線膨脹系數(shù)約為鑄鋁合金的1/10)，以牽制裙部的熱膨脹，見圖2-22。圖2-22恒范鋼片活塞柴油機(jī)鑄鋁活塞的裙部有的鑲鑄筒形鋼片，見圖2-23。還有的采用鑲復(fù)式鋼片的結(jié)構(gòu)，見圖2-24，即在裙部上方受側(cè)壓力的那一面鑲?cè)雰善容^矮的弓形鋼片，在銷座位置鑄入相應(yīng)于裙部周圍形狀的筒形鋼片。兩部分鋼片的聯(lián)合作用保證了整個(gè)裙部的膨脹量很小而且很均勻。

活塞裙部采取了上述結(jié)構(gòu)措施后，與汽缸壁之間的冷態(tài)裝配間隙便可減小，使之不產(chǎn)生冷“敲缸”現(xiàn)象。

為了改善鋁合金活塞的磨合性，通常都對(duì)活塞裙部進(jìn)行表面處理。汽油機(jī)的鑄鋁活塞的裙部外表面可鍍錫；柴油機(jī)的鑄鋁活塞的裙部外表面可磷化；對(duì)于鍛鋁活塞，在裙部的外表面上可涂以石墨。圖2-23鑲筒形鋼片的活塞圖2-24鑲復(fù)式鋼片的活塞活塞銷座的作用是將活塞頂部的氣體作用力經(jīng)活塞銷傳給連桿。銷座通常由肋片與活塞內(nèi)壁相連，以提高其剛度。

銷座孔內(nèi)有安放彈性卡環(huán)的卡環(huán)槽?？ōh(huán)用來防止活塞銷在工作中發(fā)生軸向竄動(dòng)。銷座孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內(nèi)，但也有一些高速汽油機(jī)的活塞銷孔中心線偏離活塞中心線平面，見圖2-25。活塞銷座軸線向在做功行程中受側(cè)向力的一面偏移了1～2?mm，這是因?yàn)?，如果活塞銷對(duì)中布置，如圖2-25(a)所示，則當(dāng)活塞越過上止點(diǎn)時(shí)側(cè)壓力的作用方向改變，會(huì)使活塞敲擊汽缸壁面產(chǎn)生噪聲。如果把活塞銷偏移布置，如圖2-25(b)所示，則可使活塞較平順地從壓向汽缸的一面過渡到壓向另一面，且過渡時(shí)刻早于達(dá)到最高燃燒壓力的時(shí)刻，可以減輕活塞“敲缸”，減小噪聲，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作的平順性。但這種活塞銷偏置的結(jié)構(gòu)，卻使活塞裙部兩端的尖角負(fù)荷增大，引起這些部位的磨損或變形增大。這就要求活塞的間隙應(yīng)盡可能地減小。圖2-25活塞銷位置與活塞的換向過程

(a)活塞銷對(duì)中布置；(b)活塞銷偏移布置

2.活塞環(huán)

活塞環(huán)包括氣環(huán)和油環(huán)兩種。

1)氣環(huán)

氣環(huán)的作用是保證活塞與汽缸壁間的密封，防止汽缸中的高溫、高壓燃?xì)獯罅柯┤肭S箱，同時(shí)還將活塞頂部的大部分熱量傳導(dǎo)到汽缸壁，再由冷卻液或空氣帶走。

油環(huán)用來刮除汽缸壁上多余的機(jī)油，并在汽缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油膜，這樣既可以防止機(jī)油竄入汽缸燃燒，又可以減小活塞、活塞環(huán)與汽缸的磨損和摩擦阻力。此外，油環(huán)也起到密封燃?xì)獾妮o助作用。氣環(huán)所起的密封和導(dǎo)熱兩大作用中，密封作用是主要的，如果氣環(huán)的密封性能不好，高溫燃?xì)鈱⒅苯訌臍猸h(huán)外圓表面漏入曲軸箱，此時(shí)不但由于氣環(huán)和汽缸貼合不嚴(yán)而不能很好地散熱，相反地，氣環(huán)外圓表面還接受附加的熱量，最后必將導(dǎo)致活塞和氣環(huán)燒壞。

活塞環(huán)工作時(shí)受到汽缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔茫錅囟容^高(尤其是第一道氣環(huán)，溫度可高達(dá)600K)?；钊h(huán)在汽缸內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下機(jī)油可能變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤滑條件變壞，難以保證液體潤滑，因此磨損嚴(yán)重。另外由于汽缸壁的錐度和橢圓度，活塞環(huán)隨活塞在汽缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿徑向會(huì)產(chǎn)生一張一縮的運(yùn)動(dòng)，使活塞環(huán)受到交變彎曲應(yīng)力作用而容易折斷。

總之，在高溫、高壓、高速以及潤滑困難的條件下工作的活塞環(huán)，在發(fā)動(dòng)機(jī)所有零件中工作壽命是最短的。當(dāng)活塞環(huán)磨損到失效時(shí)，將出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、功率不足、曲軸箱壓力升高、通風(fēng)系統(tǒng)嚴(yán)重冒煙、機(jī)油消耗增大、排氣冒藍(lán)煙、燃燒室和活塞表面嚴(yán)重積炭等不良狀況。

目前廣泛應(yīng)用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化，活塞環(huán)特別是第一道氣環(huán)，承受著很大的沖擊負(fù)荷，因此要求除材料耐熱、耐磨以外，還應(yīng)有較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。第一道氣環(huán)的工作表面一般都鍍上多孔性鉻。多孔性鉻層硬度高，并能儲(chǔ)存少量機(jī)油，以改善潤滑條件，使第一道氣環(huán)的使用壽命提高2～3倍。其余氣環(huán)一般鍍錫或磷化，以改善磨合性能。此外，還可用噴銅來提高活塞環(huán)的耐磨性。

在高速強(qiáng)化的柴油機(jī)上，還可以采用鈉片環(huán)來提高彈力和沖擊韌性。用粉末冶金的金屬陶瓷和聚四氟乙烯制造的活塞環(huán)也在國外獲得試用?；钊h(huán)有一個(gè)切口，在自由狀態(tài)時(shí)不是圓環(huán)形，其外形尺寸也比汽缸的內(nèi)徑大些，因此，活塞環(huán)裝入汽缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼在汽缸壁上，使燃?xì)獠荒芡ㄟ^活塞環(huán)與汽缸接觸面之間的間隙，如圖2-26所示?；钊h(huán)在燃?xì)鈮毫Φ淖饔孟聣壕o在環(huán)槽的下端面上，于是燃?xì)獗憷@流到活塞環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時(shí)，燃?xì)鈮毫?duì)活塞環(huán)背部的作用力使環(huán)更緊地貼在汽缸壁上，如圖2-27所示。壓力已有所降低的燃?xì)?，從第一道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時(shí)，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃?xì)庥掷@流到這個(gè)環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進(jìn)一步降低，如此繼續(xù)進(jìn)行下去。從最后一道氣環(huán)漏出來的燃?xì)?，其壓力和流速已?jīng)大大減小，因而泄漏的燃?xì)饬烤秃苌倭?。因此，為?shù)很少的幾道切口相互錯(cuò)開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”的封氣裝置，就足以對(duì)汽缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。一般汽油機(jī)設(shè)有兩道氣環(huán)，而柴油機(jī)由于壓縮比高，常設(shè)有三道氣環(huán)，通常在保證密封的前提下，應(yīng)盡可能減少環(huán)數(shù)。

圖2-26活塞環(huán)的間隙圖2-27氣環(huán)的密封原理汽缸內(nèi)的燃?xì)饴┤肭S箱的主要通路是活塞環(huán)的切口，因此，切口的形狀和裝入汽缸后的間隙大小對(duì)于漏入曲軸箱的燃?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊?。切口間隙過大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率減?。磺锌陂g隙過小，活塞環(huán)受熱膨脹后就可能卡死或折斷。切口間隙一般為0.25～0.8mm。第一道氣環(huán)的溫度最高，故其切口間隙最大。氣環(huán)的切口形狀如圖2-28所示。直角形切口的工藝性好；階梯形切口的密封性較好，但工藝性較差；斜切口的斜角一般為30°或45°，其密封作用和工藝性均介于前二者之間，但其銳角部位在套裝入活塞時(shí)容易折損；二行程發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口，壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的。圖2-28氣環(huán)的切口形狀

(a)直角形；(b)階梯形；(c)斜切口；(d)帶防轉(zhuǎn)銷釘槽氣環(huán)的斷面形狀有多種，如圖2-29所示。其中矩形斷面是比較常用的，其工藝性和導(dǎo)熱效果較好，但矩形斷面的氣環(huán)隨活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)把汽缸壁上的機(jī)油不斷送入汽缸中，這種現(xiàn)象稱為“氣環(huán)的泵油作用”，其泵油原理如圖2-30所示?；钊滦袝r(shí)，由于環(huán)與缸壁之間的摩擦阻力以及環(huán)本身的慣性，氣環(huán)將壓靠在環(huán)槽的上端面，缸壁上的機(jī)油就被刮入下邊隙與背隙內(nèi)。當(dāng)活塞上行時(shí)，氣環(huán)又壓靠在環(huán)槽的下端面，結(jié)果第一道環(huán)背隙里的油就進(jìn)入汽缸中，如此反復(fù)，結(jié)果就像油泵的作用一樣，將缸壁的機(jī)油最后壓入燃燒室。圖2-29氣環(huán)的斷面形狀

(a)矩形環(huán)；(b)錐形環(huán)；(c)正扭曲內(nèi)切環(huán)；(d)反扭曲錐面環(huán)；(e)梯形環(huán)；(f)桶形環(huán)圖2-30氣環(huán)的泵油作用竄入汽缸的機(jī)油，會(huì)使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機(jī)油消耗，并且還可能在環(huán)槽(特別是第一道環(huán)槽)中形成積炭，使氣環(huán)被卡死在環(huán)槽中，失去密封作用，還易劃傷汽缸壁，甚至使環(huán)折斷。

為了消除或減少有害的泵油作用，除在氣環(huán)的下面裝有油環(huán)外，還廣泛采用非矩形斷面的扭曲環(huán)，見圖2-29(c)、(d)。扭曲環(huán)就是在矩形的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分。將這種氣環(huán)隨同活塞裝入汽缸時(shí)，氣環(huán)的彈性內(nèi)力不對(duì)稱作用會(huì)產(chǎn)生明顯的斷面傾斜，其作用原理如圖2-31所示?；钊h(huán)裝入汽缸后，其外側(cè)拉伸應(yīng)力的合力F1與內(nèi)側(cè)壓縮應(yīng)力的合力F2之間有一力臂e，于是產(chǎn)生了扭曲力矩M。它使環(huán)外圓周扭曲成上小下大的錐形，從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下端面接觸，提高了表面的接觸應(yīng)力，這樣防止了活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)上下竄動(dòng)而造成的泵油作用，同時(shí)增加了密封性。扭曲環(huán)還易于磨合，并有向下刮油的作用。圖2-31扭曲環(huán)的作用原理

(a)矩形環(huán)；(b)扭曲環(huán)圖2-29(b)中的錐形環(huán)，可以改善環(huán)的磨合，并且在汽缸內(nèi)可向下刮油，而向上滑動(dòng)時(shí)由于斜面的油楔作用，氣環(huán)可在油膜上浮起，減少磨損。

在熱負(fù)荷較高的柴油機(jī)上，第一道氣環(huán)常采用梯形環(huán)，見圖2-29(e)。其主要作用是，當(dāng)活塞受側(cè)壓力的作用而改變位置時(shí)，氣環(huán)的側(cè)隙Δ2相應(yīng)發(fā)生變化，見圖2-32，使沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦被擠出，避免了氣環(huán)被粘在環(huán)槽中而引起折斷。在做功行程中，作用在梯形環(huán)上的燃?xì)庾饔昧的徑向分力Rx加強(qiáng)了環(huán)的密封作用，見圖2-33。因此，梯形環(huán)即使在喪失一些彈力的情況下，仍能與汽缸貼合良好，延長了環(huán)的使用壽命。它的主要缺點(diǎn)是上、下兩面的精磨工藝比較復(fù)雜。圖2-32梯形環(huán)工作情況圖2-33梯形環(huán)受力情況桶形環(huán)見圖2-29(f)，是近年來興起的一種新型結(jié)構(gòu)，目前已普遍在強(qiáng)化柴油機(jī)中用作第一環(huán)。桶形環(huán)的特點(diǎn)是活塞環(huán)的外圓面為凸圓弧形。因桶形環(huán)與汽缸是圓弧接觸，故對(duì)汽缸壁形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入接觸面，從而使磨損大大減少；對(duì)汽缸表面的適應(yīng)性相對(duì)活塞偏擺的適應(yīng)性較好，有利于密封。它的缺點(diǎn)是凸圓弧表面加工較困難。

2)油環(huán)

油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)。普通油環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖2-34(a)所示，一般是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環(huán)的刮油作用如圖2-35所示，無論活塞上行還是下行，油環(huán)都能將汽缸壁上多余的機(jī)油刮下來經(jīng)活塞上的回油孔流回油底殼。油環(huán)的斷面形狀見圖2-36，油環(huán)上刮片的上端面外緣一般均有倒角，使油環(huán)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠形成油楔。機(jī)油可以把油環(huán)推離汽缸壁，易于進(jìn)入油環(huán)的切槽內(nèi)。下刮片的下端面外緣沒有倒角，這樣向下刮油的能力較強(qiáng)。圖2-36(d)、(e)所示為鼻式油環(huán)，其刮油能力更強(qiáng)，但加工較困難。圖2-34油環(huán)

(a)普通油環(huán)；(b)組合油環(huán)圖2-35油環(huán)的刮油作用

(a)活塞下行；(b)活塞上行圖2-36油環(huán)的斷面形狀

(a)異向外倒角油環(huán)；(b)同向外倒角油環(huán)；

(c)同向內(nèi)倒角油環(huán)；(d)鼻式油環(huán)；(e)雙鼻式油環(huán)由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán)如圖2-34(b)所示。軸向襯環(huán)夾裝在第二、三刮油片之間，徑向襯環(huán)使三個(gè)刮油片壓緊在汽缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是：①片環(huán)很薄，對(duì)汽缸壁的比壓大，因而刮油作用強(qiáng)；②三個(gè)刮油片是各自獨(dú)立的，故對(duì)汽缸的適應(yīng)性好；③質(zhì)量?。虎芑赜屯反?。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了較廣泛的應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是制造成本高(片環(huán)的外表面必須鍍鉻，否則滑動(dòng)性不好)。

一般活塞上裝有1～2道油環(huán)，采用兩道油環(huán)時(shí)，靠下面的一道油環(huán)多安裝在活塞裙部的下端。

3.活塞銷

活塞銷的作用是連接活塞和連桿小頭，以將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。由于活塞銷在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷，潤滑條件較差(一般靠飛濺潤滑)，因而要求其有足夠的剛度和強(qiáng)度、表面耐磨且質(zhì)量盡可能小。因此，活塞銷通常做成空心圓柱體，如圖2-37所示。

活塞銷一般用低碳鋼或低碳合金鋼制成，先經(jīng)表面滲碳處理以提高表面的硬度，并保證芯部具有一定的沖擊韌性，然后進(jìn)行精磨和拋光。圖2-37活塞銷的內(nèi)孔形狀

(a)圓柱形；(b)兩段截錐形；(c)組合形活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形、兩段截錐形以及兩段截錐與一段圓柱的組合形等。圓柱形孔容易加工，但活塞銷的質(zhì)量較；兩段錐形孔的活塞銷質(zhì)量較小，并且接近等強(qiáng)度梁的要求(因活塞銷所承受的彎矩在中部最大，距中部愈遠(yuǎn)處愈小)，但孔的加工較復(fù)雜；組合形孔的結(jié)構(gòu)則介于二者之間。活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套孔的連接配合，一般多采用“全浮式”，見圖2-38，即在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，活塞銷不僅可以在連桿小頭襯套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以在銷座孔內(nèi)緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，以使活塞銷各部分的磨損比較均勻。半浮式活塞是指銷與銷座孔和連桿小頭兩處，一處固定(一般固定連桿小頭)，另一處浮動(dòng)。裝配半浮式活塞時(shí)也采用熱裝合，加熱連桿小頭后，將銷裝入，冷態(tài)時(shí)為過盈配合。圖2-38全浮式活塞銷連接方式當(dāng)采用鋁活塞時(shí)，活塞銷座的熱膨脹量大于鋼活塞銷。為了保證高溫工作時(shí)有正常的工作間隙(0.01～0.02mm)，在冷態(tài)裝配時(shí)活塞銷與活塞銷座孔為過渡配合。裝配時(shí)，應(yīng)先將鋁活塞放在溫度為70℃～90℃的水或油中加熱，然后將銷裝入。為了防止銷的軸向竄動(dòng)而刮傷汽缸壁，可在活塞銷座兩端用卡環(huán)在銷座凹槽中加以軸向定位。

4.連桿

連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

連桿承受活塞銷傳來的氣體作用力以及其本身擺動(dòng)和活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。這些力的大小和方向都是周期性變化的，因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷，這就要求連桿在質(zhì)量盡可能小的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度。連桿的剛度不夠，可能產(chǎn)生的結(jié)果有：連桿大頭變形失圓，導(dǎo)致連桿大頭軸瓦因油膜破壞而燒損；連桿桿身彎曲，造成活塞與汽缸偏磨、活塞環(huán)漏氣和竄油等。

連桿一般用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后經(jīng)機(jī)械加工和熱處理。

如圖2-39所示，連桿組主要由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成。圖2-39連桿組的組成連桿小頭與活塞銷相連。工作時(shí)小頭與銷之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此小頭孔中一般壓入減摩的青銅襯套。為了潤滑活塞銷與襯套，在小頭和襯套上鉆出集油孔或銑出集油槽用來收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被激濺上來的機(jī)油，以便潤滑。有的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭則采用壓力潤滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。

連桿桿身通常做成“工”字形斷面，以求在強(qiáng)度和剛度足夠的前提下減小質(zhì)量。連桿大頭與曲軸的曲柄銷相連，除了個(gè)別小型汽油機(jī)的連桿采用整體式大頭以外，連桿大頭一般做成分開式，被分開的部分稱為連桿蓋，由特制的連桿螺拴緊固在連桿大頭上。連桿蓋與連桿大頭是組合鏜孔的，為了防止裝配時(shí)配對(duì)錯(cuò)誤，在每組的同一側(cè)都刻有配對(duì)記號(hào)。大頭孔表面有很高的光潔度，以便與連桿軸瓦(或滾動(dòng)軸承)緊密結(jié)合。連桿大頭上還銑有連桿軸瓦的定位凹坑。有的連桿大頭連同軸瓦還鉆有油孔，從中噴出機(jī)油以加強(qiáng)配氣凸輪與汽缸壁的激濺潤滑。

連桿大頭按剖分面的方向可分為平切口和斜切口，如圖2-40所示。柴油機(jī)的連桿，由于受力較大，其大頭的尺寸往往超過汽缸直徑，為使連桿大頭能通過汽缸、便于拆裝，一般采用斜切口連桿，見圖2-40(a)。斜切口式連桿的大頭剖分面與連桿軸線成30°～60°夾角。

平切口連桿的剖分面垂直于連桿軸線，見圖2-40(b)。一般汽油機(jī)連桿大頭的尺寸都小于汽缸直徑，因而采用平切口。圖2-40連桿構(gòu)造圖

(a)斜切口；(b)平切口連桿螺栓是一個(gè)經(jīng)常承受交變載荷的重要零件，一般采用韌性較高的優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鍛鋼冷鐓成型。連桿大頭在安裝時(shí)，必須緊固可靠。連桿螺栓必須以規(guī)定的擰緊力矩，分2～3次均勻地?cái)Q緊，還必須用防松膠或其他鎖緊裝置緊固，以防止工作時(shí)自動(dòng)松動(dòng)。

平切口的連桿蓋與連桿的定位，是利用連桿螺栓上精加工的圓柱凸臺(tái)或光圓柱部分，與經(jīng)過精加工的螺栓孔來保證的。

斜切口連桿在工作中受到慣性力的拉伸，在切口方向也有一個(gè)較大的橫向分力，因此在斜切口連桿上必須采用可靠的定位措施。斜切口連桿常用的定位方法如圖2-41所示。圖2-41斜切口連桿大頭的定位方式

(a)鋸齒形定位；(b)套或銷定位；(c)止口定位鋸齒形定位見圖2-41(a)，其優(yōu)點(diǎn)是鋸齒接觸面大、結(jié)合緊密、定位可靠、結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)是對(duì)齒節(jié)距公差要求嚴(yán)格，否則連桿蓋裝在連桿大頭上時(shí)，中間會(huì)有幾個(gè)齒脫空，不僅影響連桿組件的剛度，連桿大頭孔也會(huì)立即失圓。如果能采用拉削工藝，保證齒的節(jié)距公差，則這種定位方式還是比較好的。

套或銷定位見圖2-41(b)，是在連桿蓋的每一個(gè)螺栓孔中壓配一個(gè)剛度大且剪切強(qiáng)度高的短套筒。因其與連桿大頭有精度很高的配合間隙，故裝拆連桿蓋時(shí)也很方便。它的缺點(diǎn)是定位套筒孔的工藝要求高，若孔距不夠準(zhǔn)確，則可能因過定位(定位干涉)而造成大頭孔嚴(yán)重失圓。此外，連桿大頭的橫向尺寸也必然因此而加大。

V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)兩汽缸的連桿共同安裝于一個(gè)曲軸曲柄銷上，有以下三種布置形式：

(1)并列連桿式：相對(duì)應(yīng)的左右兩汽缸的連桿一前一后地裝在同一個(gè)曲柄銷上。這樣布置的優(yōu)點(diǎn)是連桿可以通用，兩列汽缸的活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。其缺點(diǎn)是兩列汽缸軸心線沿曲軸軸向要錯(cuò)開一段距離，因而使曲軸的長度增加、剛度降低。

(2)主副連桿式：見圖2-42(a)，一列汽缸的連桿為主連桿，其大頭直接安裝在連桿軸徑全長上；另一列汽缸的連桿為副連桿，其大頭與對(duì)應(yīng)的主連桿大頭(或連桿蓋)上的兩個(gè)凸耳作鉸鏈連接。這種結(jié)構(gòu)中，左右兩列對(duì)應(yīng)汽缸的主、副連桿與其汽缸中心線位于同一平面內(nèi)，故不致加大發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向長度。缺點(diǎn)是主、副連桿不能互換，此外，左右兩列汽缸的活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力都不一樣。

(3)叉形連桿式見圖2-42(b)，左右兩列汽缸對(duì)應(yīng)的兩個(gè)連桿中，一個(gè)連桿的大頭做成叉形，跨于另一個(gè)連桿的厚度較小的片形大頭兩端。叉形連桿式布置的優(yōu)點(diǎn)是：兩列汽缸中的活塞連桿組的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同；左右對(duì)應(yīng)的兩汽缸軸心線不需要在曲軸軸向上錯(cuò)位。其缺點(diǎn)是叉形連桿大頭的結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜，而且大頭的剛度也不高。圖2-42主副連桿與叉形連桿

(a)主副連桿；(b)叉形連桿

5.連桿軸承

連桿軸承俗稱連桿軸瓦，安裝在連桿大頭和連桿蓋的孔中，是剖分成兩半的滑動(dòng)軸承。

軸瓦是在1～3mm厚的薄鋼背的內(nèi)圓面上澆鑄0.3～0.7mm厚的減磨合金層(如巴氏合金、銅鉛合金、高錫鋁合金等)而成，如圖2-43所示。減磨合金具有保持油膜、減少摩擦阻力和加速磨合的作用。巴氏合金軸瓦的疲勞強(qiáng)度較低，只能用于負(fù)荷不大的汽油機(jī)，而銅鉛合金或高錫鋁合金軸瓦均具有較高的承載能力與耐疲勞性。含錫量20%以上的高錫鋁合金軸瓦，在汽油機(jī)和柴油機(jī)上均得到廣泛應(yīng)用。在銅鉛合金減磨層上再鍍一層厚度為0.02～0.03?mm的鋼或錫，即能用于高強(qiáng)度強(qiáng)化的柴油機(jī)。

國外有些柴油機(jī)軸承在鋼背與錫鋁合金層之間加一層Al-Si-Mn合金過渡層以提高結(jié)合強(qiáng)度；在表面鍍層與錫鋁合金層之間再鍍一層鎳，以防止表層錫向中間合金層擴(kuò)散，從而構(gòu)成了五層合金軸承，使其性能更好。連桿軸瓦的背面應(yīng)有很高的光潔度，軸瓦在自由狀態(tài)下不是圓形，其曲率半徑略大于座孔半徑，直徑之差稱為自由彈勢(shì)或張開量。當(dāng)它們裝入連桿大頭孔內(nèi)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生過盈，靠合適的過盈量保證軸瓦均勻地緊貼在大頭孔壁上，使其在工作時(shí)不轉(zhuǎn)、不移、不振，并利用軸瓦與座孔緊密結(jié)合進(jìn)行散熱。這樣可以提高其工作可靠性和延長使用壽命。圖2-43連桿軸瓦

2.1.4曲軸飛輪組

曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪以及其他不同作用的零件和附件組成。其零件和附件的種類和數(shù)量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能要求。典型的實(shí)例如圖2-44所示。圖2-44EQ6100發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸飛輪組分解圖

1.曲軸

曲軸的作用是承受連桿傳遞的力，并由此產(chǎn)生繞其本身軸線而旋轉(zhuǎn)的力矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，各工作表面要耐磨而且潤滑良好。如圖2-45所示，曲軸主要由三部分組成，即：①曲軸的前端(或稱自由端)；②若干個(gè)曲柄銷和左右兩端的曲柄，以及前后兩個(gè)主軸頸組成的曲拐；③曲軸后端(或稱功率輸出端)；④平衡重用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的離心力和離心力矩，有時(shí)還用來平衡一部分往復(fù)慣性力。曲軸的曲拐數(shù)取決于汽缸的數(shù)目和排列方式。直列式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于汽缸數(shù)；V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于汽缸數(shù)的一半。圖2-45曲軸

(a)CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸；(b)BJ492發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸按照曲軸的主軸頸數(shù)，可以把曲軸分為全支撐曲軸和非全支撐曲軸。在相鄰的兩個(gè)曲拐之間，都會(huì)設(shè)置一個(gè)主軸頸的曲軸，稱為全支撐曲軸；否則稱為非全支撐曲軸。因此直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的全支撐曲軸，其主軸頸總數(shù)(包括曲軸前端和后端的主軸頸)比汽缸數(shù)多一個(gè)；V型發(fā)動(dòng)機(jī)的全支撐曲軸，其主軸頸總數(shù)比汽缸數(shù)的一半多一個(gè)。

全支撐曲軸的優(yōu)點(diǎn)是可以提高曲軸的剛度和彎曲強(qiáng)度，并且可減輕主軸承的載荷；其缺點(diǎn)是曲軸的加工表面增多，主軸承數(shù)增多，使機(jī)體加長。這兩種形式的曲軸均可用于汽油機(jī)，但柴油機(jī)一般多采用全支撐曲軸，這是因?yàn)槠漭d荷較大的緣故。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸一般為整體式。連桿大頭為整體式的某些小型汽油機(jī)或采用滾動(dòng)軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動(dòng)機(jī)，必須采用組合式曲軸，如圖2-46所示，其主軸承即為滾動(dòng)軸承，相應(yīng)的汽缸體必須是隧道式。圖2-46組合式曲軸曲軸要求使用強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性都比較高的材料制造，一般都采用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛。為了提高曲軸的耐磨性，其主軸頸和曲柄銷表面均需高頻淬火或氯化，再經(jīng)過精磨，以達(dá)到高的光潔度和精度。近年來國產(chǎn)的許多發(fā)動(dòng)機(jī)還采用了高強(qiáng)度的稀土球墨鑄鐵來鑄造曲軸，節(jié)省了大量優(yōu)質(zhì)鋼材，但這種曲軸必須采用全支撐式以保證剛度。

曲柄銷很多都做成空心的，目的在于減小質(zhì)量和離心力，并且從主軸承經(jīng)曲柄孔道輸入的機(jī)油就儲(chǔ)存在此空腔中，曲柄銷與軸瓦上鉆有徑向孔與此油腔相通，如圖2-47所示。圖2-47曲軸油道圖2-48曲軸平衡重作用示意圖

(a)受力平衡；(b)設(shè)置平衡重圖2-49菲亞特C40N型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加平衡重會(huì)導(dǎo)致曲軸質(zhì)量和材料消耗的增加，且鍛造工藝復(fù)雜。因此曲軸是否加平衡重，要視具體情況而定。

如圖2-50所示，曲軸前端裝有驅(qū)動(dòng)配氣凸輪軸的正時(shí)齒輪、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及止推片等。為了防止機(jī)油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個(gè)甩油盤，隨著曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)齒輪擠出和甩出來的機(jī)油落在盤上時(shí)，由于離心力的作用而被甩到齒輪室蓋的壁面上，再沿壁面流下來，回到油底殼中。即使還有少量機(jī)油落到甩油盤前面的曲軸軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住。注意甩油盤的外斜面應(yīng)向后，如果裝錯(cuò)，效果將適得其反。圖2-50曲軸前端的結(jié)構(gòu)此外，在中、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸前端還裝有起動(dòng)爪(圖2-50的8)，以便必要時(shí)用人力轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。曲軸后端還安裝有飛輪用的凸緣。

為防止機(jī)油向后漏出，在曲軸后端通常切出回油螺紋或其他封油裝置。回油螺紋可以是梯形或矩形的，其螺旋方向應(yīng)為右旋?；赜吐菁y的工作原理見圖2-51。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，流到回油螺紋槽中的機(jī)油也被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闄C(jī)油本身有粘性，所以受到機(jī)體后蓋孔壁的摩擦阻力Fr。Fr可分解為平行于螺紋的分力Fr1和垂直于螺紋的分力Fr2。機(jī)油在Frl的作用下，順著螺紋槽道被推送向前，最終流回機(jī)油盤。圖2-51回油螺紋的封油原理發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸經(jīng)常受到離合器施加于飛輪的軸向力作用而有軸向竄動(dòng)的趨勢(shì)。曲軸竄動(dòng)將破壞曲軸連桿機(jī)構(gòu)各零件的正確相對(duì)位置，故必須用推力軸承(一般是滑動(dòng)軸承)加以限制。而在曲軸受熱膨脹時(shí)，又應(yīng)允許它能自由伸長，因此曲軸上只能有一處設(shè)置軸向定位裝置。

滑動(dòng)推力軸承的形式有兩種：一是翻邊軸瓦的翻邊部分；二是單制的具有減磨合金層的推力片。前者的應(yīng)用越來越廣泛。曲軸的形狀和各曲拐的相對(duì)位置(即所謂曲拐的布置)，取決于缸數(shù)、汽缸的排列方式(單列或V型等)和發(fā)火次序(即各缸的做功行程交替次序)。在安排多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序時(shí)，應(yīng)注意使連續(xù)做功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，同時(shí)避免可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象(即相鄰兩缸進(jìn)氣門同時(shí)開啟)以免影響充氣；做功間隔應(yīng)力求均勻。這就是說，在發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個(gè)汽缸都應(yīng)發(fā)火做功一次，而且各缸發(fā)火的時(shí)間間隔(以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角)應(yīng)力求均勻。對(duì)缸數(shù)為i的四行程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)火間隔角為720°/i，即曲軸每轉(zhuǎn)720°/i時(shí)，就應(yīng)有第一缸做功，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。常用的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐布置和發(fā)火次序如下：

四行程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序-發(fā)火間隔角應(yīng)為720°/?4=180°。曲拐布置如圖2-52所示，四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即1—2—4—3或1—3—4—2，它們的工作循環(huán)如表2-1和表2-2所示。圖2-52直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲拐布置

四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序-發(fā)火間隔角應(yīng)為720°/6=120°。曲拐布置如圖2-53所示，六個(gè)曲拐分別布置在三個(gè)平面內(nèi)，各平面夾角為120°。曲拐的具體布置有兩種方案，第一種發(fā)火次序是1—5—3—6—2—4，國產(chǎn)汽車六缸發(fā)功機(jī)的點(diǎn)火次序都采用這種方案，其工作循環(huán)在表2-3中列出；另一種發(fā)火次序是1—4—2—6—3—5。圖2-53直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲拐布置表2-3六缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)表(發(fā)火次序：1—5—3—6—2—4)四行程V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序-發(fā)火間隔角應(yīng)為720°/??8=90°。因?yàn)閂型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩列中相對(duì)應(yīng)的一對(duì)連桿共用一個(gè)曲拐。所以V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)只有四個(gè)曲拐，其布置可以與四缸發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個(gè)夾角為90°的平面內(nèi)，如圖2-54所示，這樣可使發(fā)動(dòng)機(jī)得到更好的平衡性。紅旗轎車8V100型發(fā)動(dòng)機(jī)就采用這種布置形式，發(fā)火次序?yàn)?—8—4—3—6—5—7—2，其工作循環(huán)如表2-4所示。圖2-548V100型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲拐布置2.曲軸扭轉(zhuǎn)減振器

曲軸是一種扭轉(zhuǎn)彈性系統(tǒng)，本身具有一定的自振頻率。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，經(jīng)連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和方向都是周期性變化的，這種周期性變化的力作用在曲軸上，引起曲拐回轉(zhuǎn)的瞬時(shí)角速度也呈周期性變化。由于安裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，其瞬時(shí)角速度基本上可看做是均勻的。這樣，曲拐便會(huì)有時(shí)比飛輪轉(zhuǎn)得快，有時(shí)又比飛輪轉(zhuǎn)得慢，形成相對(duì)于飛輪的扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，當(dāng)外力頻率與曲軸自振頻率成整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)便因共振而加劇。這將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率受到損失，正時(shí)齒輪或鏈條磨損增加，嚴(yán)重時(shí)甚至將曲軸扭斷。為了消減曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，有的發(fā)動(dòng)機(jī)在曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最常用的曲軸扭轉(zhuǎn)減振器是摩擦式減振器，其作用原理是使曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能量逐漸消耗于減振器內(nèi)的摩擦，從而使振幅逐漸減小。

圖2-55所示為紅旗轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的慣性盤用一層橡膠墊和由薄鋼片沖壓制成的減振器圓盤相連。減振器圓盤和慣性盤都同橡膠墊硫化粘接。減振器圓盤的轂部用螺釘固定在曲軸前端的風(fēng)扇皮帶輪上。當(dāng)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，曲軸前端的角振幅最大，而且通過皮帶輪轂帶動(dòng)減振器圓盤一起振動(dòng)。慣性盤則因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大而實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)小型的飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)瞬時(shí)角速度也就比減振器圓盤均勻得多。這樣，慣性盤就同減振器圓盤作相對(duì)角振動(dòng)，從而使橡膠墊產(chǎn)生正反方向交替變化的扭轉(zhuǎn)變形。這時(shí)由于橡膠墊變形而產(chǎn)生的橡膠內(nèi)部的分子摩擦，消耗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能量，整個(gè)曲軸的扭轉(zhuǎn)振幅將減小，把曲軸共振轉(zhuǎn)移向更高的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，從而避免在常用轉(zhuǎn)速內(nèi)出現(xiàn)共振。圖2-55紅旗轎車發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器

3.飛輪

飛輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的圓盤，如圖2-56所示。其主要作用是將在做功行程中輸入曲軸的部分動(dòng)能儲(chǔ)存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)越過上、下止點(diǎn)，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出轉(zhuǎn)矩盡可能均勻，并使發(fā)動(dòng)機(jī)有可能克服短時(shí)間的超載荷，此外，在結(jié)構(gòu)上，飛輪又往往用作汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中摩擦離合器的驅(qū)動(dòng)件。

飛輪多采用灰鑄鐵制造，當(dāng)輪緣的圓周速度超過50?m/s時(shí)要采用強(qiáng)度較高的球鐵或鑄鋼制造。圖2-56飛輪飛輪外緣上壓有一個(gè)齒環(huán)，可與起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用。飛輪上通?？逃械谝桓椎陌l(fā)火正時(shí)記號(hào)，以便校準(zhǔn)發(fā)火時(shí)間。如圖2-57所示，解放CA6102型發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)記號(hào)是“上止點(diǎn)/1-6”，當(dāng)這個(gè)記號(hào)與飛輪殼上的刻線對(duì)準(zhǔn)時(shí)，即表示1-6缸的活塞處在上止點(diǎn)位置。東風(fēng)EQ6100-1型發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，該記號(hào)為一個(gè)鑲嵌的鋼球。圖2-57汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火正時(shí)記號(hào) 2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的維修

2.2.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的維護(hù)

1.清除積炭

發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋、汽缸上沿、活塞頂、活塞環(huán)、氣門頭部及火花塞(或噴油嘴的噴口處)等零件表面，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中會(huì)粘著一層積炭。積炭是一層粗糙、堅(jiān)硬且粘結(jié)力很強(qiáng)的物質(zhì)，它可以減少燃燒室的容積，改變壓縮比，并在燃燒過程中形成許多熾熱點(diǎn)，易發(fā)生早燃現(xiàn)象，破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。此外，積炭可以粘結(jié)活塞環(huán)，形成新的磨料，影響潤滑作用。故在汽車使用過程中，應(yīng)定期清除積炭。

清除積炭常用機(jī)械和化學(xué)方法，或兩者并用。

1)機(jī)械方法清除積炭

根據(jù)零件的形狀和部位，利用專用鋼絲刷，裝在電動(dòng)工具上進(jìn)行刷洗，或用刮刀直接刮除。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、氣門等處的積炭，在拆下汽缸蓋后，可先用煤油浸泡使其軟化，然后用木質(zhì)刮刀將其刮除?；钊h(huán)槽的積炭可用專用工具(見圖2-58)，將其手柄夾緊并予以旋轉(zhuǎn)，即可清除積炭。就車清除汽缸表面和活塞頂部的積炭，可將活塞處于上止點(diǎn)位置，在活塞與缸壁縫隙四周涂抹一層滑脂，以防刮下來的積炭掉入汽缸，然后仔細(xì)進(jìn)行刮除。刮除完畢后，應(yīng)將各部件清洗干凈。圖2-58清理環(huán)槽積炭

2)化學(xué)方法清除積炭

化學(xué)方法清除積炭是利用化學(xué)溶劑對(duì)積炭浸泡2～3h，靠物理或化學(xué)作用使積炭軟化，然后用刷洗或擦洗法將其去除。所用化學(xué)溶劑分為有機(jī)溶劑和無機(jī)溶劑。無機(jī)溶劑的毒性小、成本低，但退炭效果較差，而且使用時(shí)需要加熱至85℃～95℃，若使用不當(dāng)還會(huì)對(duì)某些有色金屬造成腐蝕。有機(jī)溶劑具有退炭能力強(qiáng)、常溫下使用對(duì)有色金屬無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但成本高、毒性大，在使用中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)。

采用無機(jī)溶劑清除積炭時(shí)，對(duì)鐵質(zhì)零件和鋁質(zhì)零件應(yīng)分別采用不同的化學(xué)配方，見表2-5。有機(jī)溶劑常見配方見表2-6。

2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的檢查與調(diào)整

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中，曲軸(連桿)軸承、曲軸推力片(推力軸承)會(huì)逐漸磨損，即在磨合期內(nèi)磨損較大，磨合期后磨損較緩慢，但磨損到一定限度后又會(huì)急劇磨損。使用中應(yīng)按規(guī)定周期或根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況經(jīng)常進(jìn)行檢查和調(diào)整，以減緩軸承的磨損，確保有一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隙。若曲軸(連桿)軸承的徑向間隙過大，則在沖擊力的作用下，軸承變形，合金脫落，泄漏機(jī)油過多以致破壞潤滑條件，發(fā)生嚴(yán)重的撞擊聲響；若間隙過小，則運(yùn)動(dòng)零件表面很難形成潤滑油膜，容易燒傷軸承和損傷軸頸。若曲軸軸向間隙過大，則由于曲軸前后的竄動(dòng)導(dǎo)致汽缸的偏磨，嚴(yán)重時(shí)造成拉缸，從而改變配氣正時(shí)以及產(chǎn)生不正常的敲擊聲響。

1)曲軸軸承徑向間隙的檢查與調(diào)整

(1)檢查方法如下：

①專用塑料線規(guī)檢驗(yàn)法。一些汽車的曲軸軸承的配件中，配有檢驗(yàn)曲軸間隙的專用塑料線規(guī)。檢驗(yàn)時(shí)，拆下軸承蓋，把線規(guī)縱向放入軸承中，再按原廠規(guī)定的扭矩緊固軸承蓋，如圖2-59所示，在擰緊過程中應(yīng)注意防止曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。然后拆下軸承蓋，取出已壓展的塑料線規(guī)，將它與附帶的不同寬度色標(biāo)的量規(guī)比較(或者與第一道主軸承側(cè)面上不同寬度的刻線比較)，根據(jù)量規(guī)化色標(biāo)(或刻線所標(biāo)示的值)即可得出軸承的間隙值。上海桑塔納轎車的測(cè)量線規(guī)用顏色來標(biāo)識(shí)間隙值，如綠色表示間隙為0.025～0.076?mm，紅色表示間隙為0.050～0.150mm，藍(lán)色表示間隙為0.100～0.230mm。

圖2-59用專用塑料線規(guī)測(cè)量主軸承間隙1—塑料線規(guī)標(biāo)尺；2—壓扁的塑料線規(guī)②使用通用量具檢驗(yàn)。

③手感檢視法。技術(shù)熟練的工人，多用手感法來檢視軸承的徑向間隙。將軸承蓋螺栓按規(guī)定順序和扭矩?cái)Q緊后，用適當(dāng)?shù)呐ぞ剞D(zhuǎn)動(dòng)，試其松緊度。

連桿軸承的檢查與曲軸軸承方法相似。如采用經(jīng)驗(yàn)法，將連桿按規(guī)定裝在軸頸上，然后用手用力甩動(dòng)連桿小頭，連桿應(yīng)能轉(zhuǎn)動(dòng)1.25～1.75圈視為合適。

(2)調(diào)整方法如下：可通過改變軸承蓋的墊片厚度來調(diào)整間隙。但現(xiàn)代汽車的軸瓦表面通常有一層很薄的減磨合金，以保護(hù)軸瓦減磨后和軸頸表面不被劃傷，減緩磨損，因而使配合間隙變化不大。因此，軸承蓋與軸承座間無須調(diào)整墊片，軸頸與軸承的油膜間隙通常是通過精確的軸頸磨削加工和軸承的直接選配來達(dá)到的。部分汽車軸承的徑向間隙值見表2-7。

2)曲軸軸向間隙的檢查與調(diào)整

曲軸的軸向間隙是指軸承承推端面與軸頸定位肩之間的間隙。檢查方法如圖2-60，用百分表觸針頂在曲軸的平衡鐵上，再用撬棒將曲軸前后撬動(dòng)，觀察表針擺動(dòng)數(shù)值。另—方法：用撬棒將曲軸撬向一端，再用厚薄規(guī)在推力軸承處的承推面與軸頸定位肩之間進(jìn)行測(cè)量。曲軸軸向間隙一般為0.05～0.20mm，使用極限為0.35mm，部分車型的曲軸軸向間隙值見表2-8。曲軸軸向間隙的調(diào)整是通過更換不同厚度、裝在曲軸前端或后端的推力片來進(jìn)行調(diào)整的；有的則是通過更換裝在中間不同厚度的推力軸承來進(jìn)行調(diào)整的。圖2-60檢查軸向間隙

3.汽缸壓縮壓力的測(cè)定

1)汽缸壓力表

汽缸壓力表是檢測(cè)汽缸壓縮壓力的一種專用壓力表，如圖2-61所示。它一般由壓力表頭、導(dǎo)管、單向閥和接頭等組成。壓力表頭的驅(qū)動(dòng)元件是一根扁平的彎成圓圈狀的管子，一端為固定端，另一端為活動(dòng)端?；顒?dòng)端通過杠桿、齒輪機(jī)構(gòu)與指針相連。當(dāng)壓力進(jìn)入彎管時(shí)彎管伸直，于是通過杠桿、齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針動(dòng)作，在表盤上指示出壓力的大小。圖2-61汽缸壓力表汽缸壓力表的接頭有兩種：一種為錐形或階梯形的橡膠接頭，可以壓緊在火花塞或噴油器孔上；另一種為螺紋管接頭，可以擰緊在火花塞或噴油器孔內(nèi)。接頭通過導(dǎo)管與壓力表頭相連通，導(dǎo)管也有兩種：一種為金屬硬導(dǎo)管，適用于橡膠接頭；另一種為軟導(dǎo)管，適用于螺紋管接頭。

汽缸壓力表還裝有能通大氣的單向閥，當(dāng)單向閥處于關(guān)閉位置時(shí)，可保持壓力表的指針位置以便于讀數(shù)，當(dāng)按下單向閥按鈕使其處于開啟位置時(shí)，可使壓力表指針歸零。

2)檢測(cè)方法

測(cè)量汽缸的壓縮壓力時(shí)，應(yīng)將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常工作溫度(水溫80℃～90℃)后熄火進(jìn)行。汽油機(jī)需要拆除全部火花塞，將節(jié)氣門和阻風(fēng)門全開；柴油機(jī)需要拆除全部噴油器。然后把汽缸壓力表的錐形橡膠接頭壓緊在火花塞(噴油器)孔上(如圖2-62所示)，用起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸3～5s(轉(zhuǎn)速應(yīng)符合原廠規(guī)定)。待壓力表指針指示并保持最大壓力后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄壓力表指示的讀數(shù)。按下單向閥按鈕使壓力表指針歸零。按上述方法依次進(jìn)行測(cè)量，每缸測(cè)量次數(shù)不少于兩次，然后取平均值。圖2-62汽缸壓縮壓力的測(cè)量

3)診斷標(biāo)準(zhǔn)

以發(fā)動(dòng)機(jī)處在海平面為準(zhǔn)，汽缸壓縮壓力應(yīng)符合原廠規(guī)定的范圍。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各缸的壓力差標(biāo)準(zhǔn)為：汽油機(jī)應(yīng)不超過其平均值的10%；柴油機(jī)應(yīng)不超過其平均值的8%。部分國產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原廠提供的汽缸壓縮壓力的規(guī)定范圍或標(biāo)準(zhǔn)值見表2-9。

4)結(jié)果分析

當(dāng)測(cè)得的汽缸壓縮壓力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，可根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析其原因。

如果測(cè)得的汽缸壓縮壓力超過原廠規(guī)定，其原因一般為燃燒室內(nèi)積炭過多或缸體與缸蓋結(jié)合平面經(jīng)多次修理磨削過度所致。如果測(cè)得的汽缸壓縮壓力低于原廠規(guī)定，可向該缸火花塞(噴油器)孔內(nèi)注入20～30mL新機(jī)油后再測(cè)量，分析如下：①若第二次測(cè)出的壓力比第一次高，接近標(biāo)準(zhǔn)壓力，表明是汽缸、活塞環(huán)、活塞磨損過大或活塞環(huán)對(duì)口、卡死、斷裂及缸壁拉傷等原因造成汽缸不密封。

②若第二次測(cè)出的壓力與第一次基本相同，即仍比標(biāo)準(zhǔn)壓力低，則表明是進(jìn)、排氣門或汽缸襯墊不密封。

③若兩次檢測(cè)結(jié)果均表明某相鄰兩缸的壓力都相當(dāng)?shù)停瑒t說明兩缸相鄰處的汽缸襯墊燒損竄氣。2.2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的檢修

1.汽缸體和汽缸套的檢修

1)汽缸體裂紋的檢修

汽缸體產(chǎn)生裂紋的部位有曲軸箱的共振裂紋、水套的冰凍裂紋和汽缸套承孔裂紋等。因此，在零件檢驗(yàn)分類和更換汽缸套之后應(yīng)各進(jìn)行一次壓力為350～400kPa的水壓試驗(yàn)，來檢驗(yàn)汽缸體的裂紋。對(duì)曲軸箱等應(yīng)力較大的部位的裂紋可采取加熱減應(yīng)焊進(jìn)行修理，對(duì)水套及其他應(yīng)力較小的部位的裂紋可以用膠粘修理。

2)汽缸體變形的檢修

汽缸體在使用過程中的變形是不可避免的，相當(dāng)多的汽缸體在一個(gè)大修間隔里程后，部分主要要素的形位公差逾限稱為“汽缸體變形”。汽缸體變形會(huì)造成異常磨損。例如汽缸軸線垂直度誤差達(dá)0.1mm，汽缸磨損可能增大40%左右，并嚴(yán)重影響汽缸的密封性，增大機(jī)油的消耗量。汽缸體變形后又未在修理中進(jìn)行整形修理，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性的一個(gè)重要因素。

GB3801—83《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體與汽缸蓋修理技術(shù)條件》中規(guī)定的汽缸體主要要素的形位公差見表2-10。

(1)汽缸體上平面度的檢驗(yàn)方法如下：

在汽車維修企業(yè)中對(duì)汽缸體和汽缸蓋平面的檢驗(yàn)，多采用厚薄規(guī)和刀形樣板尺法。該方法檢驗(yàn)誤差較大，測(cè)量結(jié)果是近似值，但由于設(shè)備簡單，方法簡便，故使用中較為普遍。如圖2-63所示，利用等于或略大于被測(cè)平面全長的刀形樣板尺，沿AA、A1A1、BB、B1B1、CC、C1C1方向用厚薄規(guī)在每間隔50mm處測(cè)出平面與樣板尺的間隙，所有方向間隙的最大值為平面全長上的平面度，各方向上相鄰兩點(diǎn)間隙差的最大值為平面50mm×50mm范圍內(nèi)的平面度誤差，特別是兩汽缸之間過梁平面的平面度誤差符合要求，能有效地防止沖汽缸墊。圖2-63汽缸蓋平面的檢驗(yàn)

(2)汽缸軸線與主軸承孔公共軸線垂直度的檢驗(yàn)方法如下：

如圖2-64所示，汽缸軸線與主軸承孔公共軸線垂直度檢驗(yàn)儀由基準(zhǔn)定位部分、測(cè)量部分和測(cè)量儀表等組成。基準(zhǔn)部分包括基準(zhǔn)心軸、基準(zhǔn)套和本體。本體上部的兩端制有上導(dǎo)塊和側(cè)導(dǎo)塊，其平面與心軸貼合并可沿心軸滑動(dòng)。缸徑定位部分的作用是為檢驗(yàn)儀的下端提供一個(gè)汽缸直徑的固定位置，防止其橫向擺動(dòng)，以保證測(cè)量板在進(jìn)行垂直重復(fù)測(cè)量時(shí)的位置不變。缸徑定位部分主要包括滑柱和彈簧頂銷等。滑柱沿端凸緣的棱圓與其桿部軸線垂直且同軸，當(dāng)滑柱在汽缸內(nèi)靠頂銷壓緊在汽缸壁上時(shí)，就可保證其軸線通過汽缸軸線。測(cè)量部分包括一對(duì)對(duì)稱的測(cè)量板、傳動(dòng)板、挺桿和四個(gè)間隙墊環(huán)等。兩個(gè)測(cè)量板對(duì)稱地裝在本體和蓋板之間，其間隙由墊環(huán)的厚度來保證。測(cè)量時(shí)可以繞銷轉(zhuǎn)動(dòng)，其上有三個(gè)觸頭，兩個(gè)外觸頭在測(cè)量時(shí)與汽缸的前后壁接觸，另一個(gè)內(nèi)觸頭與傳動(dòng)板的底端面接觸。這樣，當(dāng)汽缸的前后壁相對(duì)于基準(zhǔn)心軸垂直方向傾斜某一角度時(shí)，通過測(cè)量板便將這一變化由內(nèi)觸頭傳給傳動(dòng)板，再經(jīng)挺桿傳遞給百分表。檢驗(yàn)時(shí)，被測(cè)汽缸體倒置于平臺(tái)上，心軸置入主軸承孔內(nèi)。將檢驗(yàn)儀的缸徑定位裝置壓縮后裝入被測(cè)汽缸內(nèi)，使本體上的導(dǎo)塊平面與心軸靠合并沿心軸滑動(dòng)檢驗(yàn)儀，當(dāng)測(cè)量板的兩個(gè)外觸點(diǎn)分別與汽缸前、后壁接觸時(shí)，分別記下百分表的讀數(shù)，百分表兩次讀數(shù)差值的一半，即汽缸軸線在r(內(nèi)觸點(diǎn)到銷軸線的距離)長度上對(duì)主軸承孔的垂直度誤差，因本

測(cè)量儀r為25mm，故將兩次百分表的讀數(shù)差乘以(L/2)?×?25即為汽缸全長L上的垂直度誤差。

維修標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：汽缸軸線對(duì)主軸承孔公共軸線的垂直度公差為100∶0.03mm全長為0.05mm。圖2-64汽缸軸線與主軸承孔公共軸線垂直度檢驗(yàn)儀

(3)汽缸主軸承孔同軸度的檢驗(yàn)方法如下：

如圖2-65所示，汽缸體各主軸承孔同軸度的檢驗(yàn)儀，由定位機(jī)構(gòu)、傳遞機(jī)構(gòu)和測(cè)量機(jī)構(gòu)等組成。定心軸支撐在兩端主軸承座的定心軸套內(nèi)，其上安裝有本體、等臂杠桿和百分表。測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)定心軸，等臂杠桿的球形觸頭沿被測(cè)軸承孔轉(zhuǎn)動(dòng)，其徑向移動(dòng)量經(jīng)杠桿傳給百分表，即為主軸承孔軸線的同軸度誤差。圖2-65汽缸體主軸承孔同軸度檢驗(yàn)儀

(4)汽缸體變形必須進(jìn)行整形修理，方法如下：

所謂缸體的整形修理，是指“定位鏜缸”、“導(dǎo)向鏜削曲軸主軸承孔”、“修整上平面與后端面”等項(xiàng)目的統(tǒng)稱，以恢復(fù)汽缸體主要要素的形位精度為目的的綜合性修理工藝。

曲軸主軸承孔的導(dǎo)向鏜削是在由于拉缸和燒軸類重大事故引起缸體嚴(yán)重變形或者軸承孔嚴(yán)重磨損的情況下，在曲軸軸承鏜床上或在車床上，利用導(dǎo)向鏜心軸，以兩端曲軸軸承孔為基準(zhǔn)鏜削軸承孔，校正軸承孔和軸承的同軸度與軸承孔的圓度，然后再用刷鍍技術(shù)恢復(fù)軸承孔直徑的修理工藝。

上平面的平面度可通過鏟削或磨削進(jìn)行加工修理。

3)汽缸體(汽缸套)磨損的檢驗(yàn)

(1)磨損規(guī)律與原因如下：

在正常磨損下，汽缸的磨損特點(diǎn)是不均勻磨損：在汽缸軸線方向上呈上大下小的不規(guī)則倒錐形磨損，最大磨損部位在第一道活塞環(huán)對(duì)應(yīng)的上止點(diǎn)稍下的部位；在斷面上的磨損呈不規(guī)則的橢圓形，磨損最大部位往往隨汽缸結(jié)構(gòu)、使用條件的不同而異，一般是前后或左右方向磨損最大，如兩端的汽缸因其冷卻能力較強(qiáng)，進(jìn)氣阻力也較大，磨損量往往比中部汽缸的磨損量大。一般磨損量不大于0.01/10000km。磨損特點(diǎn)如圖2-66和圖2-67所示。圖2-66汽缸軸線方向的磨損圖2-67汽缸斷面上的磨損汽缸的最大磨損位置之所以處在第一道活塞環(huán)對(duì)應(yīng)的上止點(diǎn)稍下的部位，原因如下：

①活塞環(huán)換向，運(yùn)動(dòng)速度幾乎為零，環(huán)的布油能力最差，潤滑能力較弱。

②因爆發(fā)燃燒的壓力、溫度最高，可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的酸性氧化物生成的礦物酸最多，附著在汽缸壁上不能被油膜完全覆蓋，這個(gè)部位上的腐蝕磨損嚴(yán)重。

③進(jìn)氣氣流對(duì)缸壁局部的冷卻以及未霧化的燃油顆粒對(duì)局部缸壁上潤滑油膜的破壞，強(qiáng)化了局部缸壁的“冷激”效應(yīng)。④進(jìn)氣中的灰塵在此處缸壁上有較多的附著量，不但能加劇此處的腐蝕磨損，也加劇了此處的磨料磨損。

⑤活塞在此處所承受的側(cè)向力大，活塞環(huán)的背壓最大，容易破壞缸壁上的潤滑油膜，加劇此部位的粘著磨損。

曲軸軸向間隙過大、活塞偏缸、缸體變形等故障會(huì)改變汽缸的磨損規(guī)律，使最大磨損轉(zhuǎn)移到汽缸縱向，因而出現(xiàn)在汽缸中部或下部。圖2-68量缸表測(cè)量法

圖2-69汽缸磨損的測(cè)量部位

(3)汽缸的檢驗(yàn)分類技術(shù)條件如下：

汽缸的圓度誤差達(dá)到0.050～0.063mm；圓柱度誤差達(dá)到0.175～0.250mm；最大磨損量有修理尺寸的汽缸達(dá)到0.2?mm；無修理尺寸的汽缸(薄型缸套)達(dá)到0.4mm。若其中一項(xiàng)達(dá)到限值時(shí)，則必須修理或更換汽缸(套)。

汽缸的圓度誤差和圓柱度誤差均小于限值，而磨損量小于0.15mm時(shí)，可更換活塞及活塞環(huán)。

(4)汽缸修理尺寸的計(jì)算方法如下：

計(jì)算汽缸修理尺寸的級(jí)數(shù)有利于工藝的方便性，即將計(jì)算出的n再圓整成整數(shù)值，整數(shù)值即為汽缸鏜后修理尺寸的級(jí)數(shù)。例如EQ6l00型發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸，磨損后的Dmax=100.34mm，原廠規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)直徑D0=100mm，X取0.15mm，則：將1.96圓整為整數(shù)值2，即該汽缸為第二級(jí)修理，汽缸鏜后的修理尺寸為:100mm+2?×0.25?mm?=100.50?mm

4)汽缸套的鑲換

當(dāng)汽缸套磨損超過最大修理尺寸或薄壁汽缸套磨損逾限、汽缸套裂紋以及汽缸套與承孔配合松曠時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漏水等故障，因此必須更換汽缸套。更換汽缸套前應(yīng)先檢修承孔，然后鑲裝新汽缸套。

(1)汽缸套的拆卸方法如下：

用汽缸套拆裝工具拉出舊汽缸套，如圖2-70(a)所示。圖2-70汽缸套拆裝工具

(a)拉出缸套；(b)壓入缸套

(2)汽缸套承孔的檢修方法如下：

汽缸套承孔應(yīng)符合表2-12規(guī)定的質(zhì)量要求，否則用修理尺寸法修鏜各承孔為同一級(jí)的修理尺寸。鏜削工藝與鏜缸工藝相同，修理尺寸為2～4級(jí)，相鄰兩級(jí)的直徑差為?+0.5mm