授课教案 项目一 发动机排气管冒蓝烟故障排除

授课 项目一 发动机排气管冒蓝烟故障排除 授课教案 项目一 发动机排气管冒蓝烟故障排除 情境目标描述 一辆桑塔纳2000型轿车行驶15万公里排气管冒蓝烟，急加 速和大负荷时排气管冒的蓝烟更浓。 学习任务 一、汽车发动机总论 二、曲柄连杆机构的结构与维修 三、曲柄连杆机构的拆装 教学目的 1、掌握发动机总体构造、四行程发动机工作原理和发动机 的主要性能指标与特性 2、掌握发动机曲柄连杆的结构与维修 3、掌握发动机曲曲柄连杆机构的拆装要领 发动机总体构造、四行程发动机工作原理、发动机的主要性 能指标与内燃机名称及型号编制规则、曲柄连杆机构的结构 曲柄连杆机构的拆装与维修 技能掌握 教学内容: 任务一 汽车发动机总论 【一】概 述 一、发动机的定义: 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。 二、发动机的分类 : 1、 根据所用燃料分类 柴油机:以柴油为燃料，进气过程中进入汽缸的是纯空气，压缩终了时喷入柴油，柴油与空气在汽缸内混合，由于空气经压缩后所达到的温度能引起柴油的自燃，这种内燃机也称为压燃式内燃机 汽油机:以汽油为燃料，空气与汽油在气缸外混合，形成可燃混合气后进入气缸，经压缩后依靠火花塞产生电火花引起燃烧 2.按照冲程数分类 二冲程发动机、四冲程发动机 3.按气缸数分类 单缸发动机、多缸发动机 4.按气缸排列方式分类 直列立式、直列卧式、V型发动机 5.按冷却方式分类 风冷发动机、水冷发动机 6.按进气方式分类 增压发动机、非增压发动机 7.按着火方式分类 点燃式发动机、压燃式发动机 【二】四行程发动机工作原理 一、发动机的基本术语 上止点(Top Dead Center): 活塞离曲轴旋转中心最远的位置 下止点(Bottom Dead Center): 活塞离曲轴旋转中心最近的位置 活塞行程S: 上下止点之间的距离 曲柄半径R: 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 2-3 气缸工作容积V(单位 L): 活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积S=(π/4)D?S×10S 燃烧室容积(余隙容积) V: 活塞位于上止点时,活塞顶部上方的容积 C 气缸最大容积V:活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积V = V + Va aSC 内燃机排量V: 所有气缸的工作容积之和V=i×VLLS 压缩比ε: 气缸最大容积Vt 与燃烧室容积 VC 之比 ε =1+V/V ε越大,循环热效率越高，汽SC 油机7,9， 柴油机14,22 工作循环: 发动机完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环 四行程发动机: 曲轴转两圈(720?)，活塞上下往复运动四次，完成一个工作循环的发动机 二行程发动机: 曲轴转一圈(360?)，活塞上下往复运动两次，完成一个工作循环的发动机 二、四行程发动机工作原理 1. 四行程汽油机工作原理 四冲程发动机在活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程，因此，活塞行程可分别用四个过程命名。 2.四冲程汽油机工作循环 第一冲程:活塞由上止点移到下止点，即曲轴由0?转到180?，进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。 第二冲程:下止点—上止点，180?,360?，气体被压缩，进排气门均关闭。 第三冲程:上止点—下止点，360?,540?，气体膨胀，进排气门均关闭。 第四冲程:下止点—上止点，540?,720?，废气被排出，排气门打开。 三、四行程柴油机工作原理 1、四行程柴油机工作原理 (1) 进气行程: 在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高，约为0.085~0.095Mpa，温度约为310~340K。 (2)压缩行程 ?因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力可高达3~5 Mpa，温度可高达750~1000K。 (3)作功行程 ?在压缩行程结束时，喷油器将柴油喷入燃烧室，柴油雾化迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，柴油被压燃。 ?高温高压燃气推动活塞下行，对外作功。 ?在作功行程中，燃烧气体的最大压力可达6~9 Mpa，最高温度可达1800~2200K。做功结束时压力约为0.2~0.5 Mpa，温度约为1000~1200K。 (4)排气行程 ?排气行程与汽油机类似，排气终了时气缸内残余废气压力约为0.105~0.12Mpa，温度为700~900K。 2.四冲程柴油机示功图 ?ra段曲线:进气行程 ?ac段曲线:压缩行程 ?czb段曲线:作功行程 ?br段曲线:排气行程 【三】发动机的总体构造 1、机体与气缸盖 机体:骨架作用，安装各个机构和系统，包括气缸体、油底壳、曲轴箱 气缸盖:组成燃烧室，布置各零件 2.曲柄连杆机构 组成:活塞、连杆、曲轴三部分，包括活塞连杆组和曲轴飞轮组 作用:将活塞的往复直线运动——曲轴的旋转运动对外输出动力 3.供给系统 组成: 燃油供给系统和进、排气系统 作用:将燃油和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废气及时排除 4.配气机构 功用:定时开启和关闭进排气 主要部件:气门组、传动组 5.点火系统 功用: 汽油机和煤气机所采用，点燃混合气 主要部件:火花塞、点火线圈、断电器、分电器 6(冷却系 功用:防止发动机过热，及时散发热量 分类:风冷系、水冷系 水冷系主要部件:水泵、风扇、水箱、节温器 7(润滑系 功用:润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式: 飞溅润滑:靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑 压力润滑:靠润滑系统建立起的油压经过各个油道润滑各零部件油雾 主要部件:集滤器、机油泵、滤清器、各种阀体等 8(起动系 功用:内燃机不能自行起动，借助外力使之运转 主要部件:起动机、空气压缩机等 【四】发动机的主要性能指标与特性 评价一台发动机好坏，需要有一批性能指标来衡量。常见的性能指标有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性能指标等。 一、 动力性能指标 1.有效转矩 发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩，以T表示，单位为N•m。有效转矩与外界e 施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡，可以用发动机台架试验方法测得。 2. 平均有效压力 指单位气缸工作容积所输出的有效功，以P表示，单位为kP。平均有效压力越大，mea动力性能越好。 3.有效功率 发动机曲轴输出的功率称为有效功率，用P表示。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘e 积。 2Tn,n,3e10 (kW) ,，,PTee609550 式中 T——有效转距(N•m); e n——曲轴转速(r/min)。 有效功率也可以由下式计算: niVPmes (kW) ,Pe30, 式中 P——平均有效压力(kP); mea3V——气缸工作容积(m); s n——曲轴转速(r/min); i——气缸数; τ——冲程系数，二冲程τ,1，四冲程τ,2。 发动机制造厂按国家规定标定的有效功率，称为标定功率。标定功率时的发动机转速称标定转速，发动机名称牌上标明的功率就是标定功率。 标定功率是根据发动机用途、使用特点以及连续运转时间来确定的，各个国家有所不同，我国内燃机功率标定分以下四级(表1-6): 表1-6 我国内燃机功率标定 分 级 含 义 应 用 在环境条件下，内燃机能连续稳定运转15min时的最大有效15min功率 汽车等 功率 工程机械、拖拉机1h功率 在标准环境条件下，内燃机能连续稳定运转1h时的最大有效功率 等 在标准环境条件下，内燃机能连续稳定运转12h时的最大有效功部分拖拉机和电12h功率 率 站等 铁路机车、船舶和持续功率 在标准环境条件下，内燃机能长期连续稳定运转的最大有效功率 发电机组等 发动机还常用升功率P比较不同发动机动力性能，它是指发动机在标定工况下每升气c 缸工作容积所发出的有效功率。升功率越大，发动机动力性能越好。 Pe (kw/l),PciVs 二、 经济性能指标 1.燃油消耗率 发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位)，称为燃油消 耗率，用b表示。可按下式计算 e B3 g/(kW•h) b,，10ePe 式中 B——发动机每小时消耗的燃油质量(kg/h); P——发动机的有效功率(kW)。 e 2.有效热效率 燃料中所含的热量转变为有效功的比例称为有效热效率，用 η表示。 e We ,,eQ1 式中 W——发动机有效功(kJ); e Q——燃料中所含的热量(kJ)。 1 当测得发动机有效功率P和每小时消耗的燃油质量B时，则 e 3Pe3.6，10 ,,eBHu 63.6，10或 ,,eHube 式中 Hu——燃料低热值(kJ/kg)。 现代汽车汽油机η值一般0.30左右，柴油机0.40左右。 e 三、 运转性能指标 发动机的运转性能指标主要指排放指标、噪声、起动性能等。 1.排放指标 发动机的排气中含有多种对人体有害的物质，主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、 氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO)、醛类和微粒(含碳烟)等。其主要危害见表1-7。 x2 表1-7 发动机主要有害排放及危害 有害排放 有害物特征 危 害 使人出现恶心、头晕、疲劳等缺氧症状，严重时窒息死CO 无色、无臭、有毒气体 亡 NO 赤褐色带刺激性的气体 伤害心、肝、肾。与光化学反应形成臭氧和醛等 2 HC 刺激性的气体 破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱，降低肺对传染病 的抵抗力。与光化学反应形成臭氧和醛等 HC 与NO在阳光作用下所形成x光化学烟雾 降低大气可见度，伤害眼睛、咽喉，影响植物生长 的烟雾，有刺激性 醛类 较强的刺激性臭味 伤害眼睛、上呼吸道、中枢神经 微粒 碳烟等 伤害肺组织 SO 无色、刺激性气体 刺激鼻喉，引起咳嗽、胸闷，支气管炎等 2 1955年9月中的几天里，美国洛杉矶的光化学烟雾非常浓烈，两天之内就有400多名65岁以上的老年人死亡，比平时高出几倍。此外，还有几千人受到不同程度的伤害，地里的蔬菜变质，四分之一的森林干枯而死，那一幕幕惨状至今令人难忘。 目前世界汽车保有量6.6亿辆,每年排向大气中的有害物质高达7亿多吨，严重污染了大气，已形成公害。为此，各国都制定了相应的汽车排放标准，如美国加州汽车排放法规，它是目前世界上最严的标准，规定2004年后生产的汽油轿车排放必须满足表1-8的低排放要求: 表1-8 美国加州汽车排放法规(2004年实施的标准) 排放物 NMOG CO NO 甲醛 x g/mile 0.075 3.4 0.05 0.0145 要求 (g/km) (0.047) (2.11) (0.03) (0.009) 注:?用“非甲烷有机气体”NMOG替代了传统的碳氢化合物HC，因为排气中的组合物会随燃料的改变而改 变，而NMOG的不同组成物对环境的影响不同，给予不同的加权后再叠加。 ?表中指标测试耐久性要求为50000mile。 我国排放标准参照欧洲法规体系，2000年开始执行EU?标准，2003年开始执行EU?标准。 2.噪声 噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音，主要有燃烧噪声和机械噪声。它不仅损害人的听觉器官，还伤害神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，容易使人性情烦躁，反应迟钝，甚至耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，应该给予控制。我国的噪声标准中规定，小型水冷汽油机噪声不大于110dB(A)，轿车的噪声不大于82dB(A)。 3.起动性能 起动性能是表征发动机起动难易的指标。发动机起动性能好，便于汽车起步行驶，同时减少了起动时的功率消耗和发动机的磨损。 起动性能一般以一定条件下的起动时间长短来衡量。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10?、柴油机在-5?以下的气温条件下起动，能在15s以内达到自行运转。 四、可靠性与耐久性能指标 可靠性与耐久性也是汽车发动机使用中的两个重要指标。 1.可靠性 可靠性是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不至因为故障而影响正常运转的能力。一般以保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，我国汽车发动机应能在标定工况下连续运行300~1000h。 2.耐久性 耐久性是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的性能。一般以发动机从开 始使用到第一次大修前累计运转的时间表示。 上述发动机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性等指标，对不同用途的发动机要求是不同的。各项指标之间既相互联系又相互制约，往往为了降低排气污染，而不得不牺牲发动机的动力和经济性能指标。 【五】内燃机名称及型号编制规则 一、 内燃机型号 根据国家标准GB725-91规定，我国内燃机型号由以下四个部分组成: 二、型号示例 4100Q——四缸、直列、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用。 1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。 12V135ZG——12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。 任务二 曲柄连杆机构的结构维修 一、曲柄连杆机构结构 【一】 概述 一、曲柄连杆机构的功用 1)把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，从而向工作机械输出机械能。 2)在做功冲程将燃料燃烧产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。 3)在其他三个辅助冲程中，将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，为做功冲程做准备。 二、曲柄连杆机构的组成 1)机体组 主要包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸垫等不动件。机体是内燃机的骨架，除了作为气缸套以及曲柄连杆机构运动件的支撑外还可安装气缸盖、配气机构和驱动机构的机件以及各辅助系 统的一些附件，并以其支座安装在车辆上，同时机体内部还设有冷却水道和润滑油道。因此结构复杂。 2)活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。将燃气爆发压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。 3)曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮等。将转矩和转速均匀输出对外作功。 三、曲柄连杆机构的受力分析 1、气体作用力 在工作循环中，气体压力是不断变化的。气体压力使气缸盖承受向上推力，活塞顶承受向下压力，活塞侧面和气缸壁间有侧压力，活塞销、连杆杆身、曲柄销处及曲轴主轴颈处均承受压力， 曲轴还承受弯曲力矩和扭转力矩。 1)作功行程 Fp—燃气压力、Fp1—连杆分力、Fp2—侧压力、FR—压紧力、FS—曲轴旋转力 2)压缩行程 F?p—气体压力、F?p1—连杆分力、F?p2—侧压力、F?R—压紧力、F?S—旋转阻力 2.往复惯性力和离心力 (1)往复惯性力 是指活塞组件和连杆小头在气缸内做往复运动所产生的惯性力，其大小与机件的质量及加速度成正比，其方向与加速度方向相反。活塞从上止点向下 运动时，速度由零开始作加速运动，至接近中部时速 度最大，这一段惯性力向上;然后作减速运动，惯性 力向下至下止点速度为零。 (2) 离心力(旋转惯性力) 是指曲柄、连杆轴颈、连杆大头等围绕曲轴轴线做圆 周运动产生的离心惯性力，简称离心力。其大小与运 动件的质量、旋转半径、角速度的平方成正比，其方 向总是背离曲轴中心向外，离心力使连 (3)活塞在上半行程时(向下运动) Fj — 惯性力(向上) Fc — 离心力 Fcy — 上下 振动 Fcx — 水平振动 (4)活塞在下半行程时(向下运动) F?j — 惯性力(向下) F?c — 离心力 F?cy — 上 下振动 F?cx — 水平振动 3.各运动件表面的摩擦阻力(相对运动) 互相接触的表面相对运动时都存在摩擦力，其大小与 图2-3 气体压力作用情况 正压力和摩擦系数成正比，其方向与相对运动的方向 a)作功行程 b)压缩行程 相反。摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根源。 【二】 机体组 主要由气缸体、气缸(或气缸套)、气缸盖和气缸垫等零件组成。 一、气缸体(图2-5) 气缸体结构:气缸、曲轴支乘孔、曲轴箱(曲轴运动的空间)、加强筋、冷却水套、润滑油道等。 气缸:是是燃烧作功的场所。为了节省贵金属材料，降低成本，方便维修，现代汽车广泛采用镶入缸体内的气缸套(图2-6)。 气缸套:有干式气缸套和湿式气缸套两 类。 干 式气 缸 套: 外壁 不直 接与图2-6 气缸套 冷却a)干式气缸套 b)湿式气缸套 水接1-机体 2-气缸套 3-水套 4-密封触，圈 图2-5 气缸体 而和气缸体的壁面直接接触，壁厚一般为1,1-曲轴支乘孔 2-机体 3-气缸 4--水道 3mm。它强度和刚度都较好，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。 湿式气缸套:外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5,9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但其强度、刚度不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象，所以常加橡胶密封圈4等防止漏水，使用和维修时应密切注意，否则将产生冷却液漏入油底壳的严重后果。 风冷发动机(图2-7):在气缸体和气缸盖外表面铸 有许多散热片，以增加散热面积，其结构简单，但冷却效 果差。 气缸体结构形式(按气缸体与油底壳安装平面的位置 不同分)(图2-8): (1) 一般式气缸体:油底壳安装平面和曲轴旋转中心 在同一高度。优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便 于加工，曲轴拆装方便;但刚度和强度较差。 图2-7 风冷发动机 (2) 龙门式 1-散热片 2-气缸 气缸体:油底壳 安装平面低于曲 轴的旋转中心。优点 是强度和刚度都好，能 承受较大的机械负荷; 但工艺性较差，结构 笨重，加工较困难。 (3) 隧道式气缸 体:曲轴的主轴承孔图2-8 气缸体结构形式 为整体式，主轴承孔a)一般式 b)龙门式 c)隧道式 较大，曲轴从气缸体1-气缸体 2-水套 3-气缸 4-湿式气缸套 5-凸轮轴座孔 后部装入。优点是结6-加强筋 7-主轴承座 8-主轴承座孔 9-油底壳座面 构紧凑、刚度和强度 好;但加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 二、气缸盖 作用:气缸盖(图2-9)从上部密封气缸,与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。 材料:灰铸铁或合金铸铁铸成。铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖越来越多。 类型:分单体式气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖三种。 单体式气缸盖只覆盖一个气缸，块状气缸盖能覆盖部分(二个以上)气缸，整体式气缸盖能覆盖所有气缸。 结构:形状复杂，水套、进、排气门座和气门导管孔孔，火花塞孔或喷油器孔、凸轮轴轴承孔(顶置凸轮轴式)、燃烧室。 汽油机燃烧室结构形式(三种)(图2-10): (1) 半球形燃烧室:它是横剖面呈半球形的一种燃烧室。其结构紧凑、复杂，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，燃烧速率高，散热少，热效率高。可采用4气门结构，充气效率高，排气净化好，在 轿车发动机上广泛应用。 (2) 楔形燃烧室:是 横剖面呈楔形的燃烧室， 其结构简单、紧凑，散热 面积小，热损失小;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，提高了图2-10 汽油机燃烧室 充气效率。但火花塞置于a) 半球形燃烧室 b) 楔形燃烧室 c) 浴盆形燃烧室 楔形燃烧室高处，火焰传 播距离长，爆燃倾向变大;而且存在较大激冷面，容易形成有害HC排放。 (3)浴盆形燃烧室:是横剖面呈倒浴盆形的燃烧室，结构简单，制造成本低。但不够紧凑，散热面积大，热损失大，火焰传播距离长，爆燃倾向大 。 三、 气缸垫(图2-11) 作用:保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。 结构:目前应用较多的是铜皮——石棉结构的气缸垫，其翻边处有三层铜皮，压紧时不易变形。有的气缸垫还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成。有的采用实心有弹性的金属片作为 气缸垫，以适应发动机强化要求。 安装注意:光滑的一面朝向气缸体，否则容易 被高压气体冲坏。气缸垫上的孔要和气缸体上的孔 对齐。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四 图2-11 气缸垫 周扩展的顺序分2,3次进行，最后一次拧紧到规 定的力矩。 【三】活塞连杆组 活塞连杆组件(图2-12)由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，。 一、活塞 由顶部、头部和裙部三部分组成(图2-13)。 图2-13 活塞的结构 1,活塞顶部 2,活塞头部 3,活塞裙 部 图2-12 活塞连杆组件 1,活塞 2,活塞环 3,活塞销 4,连杆 5,连杆螺栓 6,连杆盖 7,连杆轴瓦 1、活塞顶部:有平顶、凸顶和凹顶 三种(图2-14)。 平顶活塞顶部是一个平面，结构简a) b) 单，制造容易，受热面积小，顶部应力分 布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机 很少采用。 凸顶活塞的顶部凸起，起导向作用， 有利于改善换气过程。二行程汽油机常采 用凸顶活塞。 凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状 和位置必须有利于可燃混合气的形成和c) 燃烧。凹顶的大小还可以用来调节发动机 图2-14 活塞顶部形状 的压缩比。凹顶通常有方形凹坑、ω形凹 a)平顶活塞 b) 凸顶活塞 c) 凹顶 坑、双涡流凹坑、球形凹坑等。 有些活塞顶打有各种记号(图2-15)， 用以显示活塞及活塞销的安装和选配要求，应严格按要求进行。 2、活塞头部(防漏部):活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分。它有数道环槽，用以安装活塞环。为了提高第一道环槽的耐热和耐磨性，有的在第一道环槽部位铸入耐热合金钢护圈。 3、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。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并图2-15 活塞顶部记号 承受气体侧压力。 为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁保持比较均匀的间隙，以免在气缸内卡死或加大 局部磨损，必须在冷态下预先把活塞裙部加工成不同的形状(图2-16)。 1)预先将 活塞裙部加工 成椭圆形,椭 圆的长轴方向 与销座垂直。 2)预先将a) b) c) d) 活塞裙部做成 图2-16 活塞裙部结构之一 锥形、阶梯形 a) 裙部椭圆 b) 锥形 c) 阶梯形 d) 桶形 或桶形。 3)预先在 活塞裙部开槽(图2-17a)。在 裙部开横向的隔热槽，可以减小 活塞裙部的受热量;在裙部开纵 向膨胀槽，可以补偿裙部受热后 a) 的变形量。槽的形状有“T”形 或“Π”形。裙部开竖槽后，会 使其开槽的一侧刚度变小，在装 配时应使其位于作功行程中承 受侧压力较小的一侧。通常柴油 机活塞受力大，裙部一般不开 槽。 4)拖板式活塞(图2-17b)。b) c) 在许多高速汽油机上，为了减轻图2-17 活塞裙部结构之二 活塞重量，把裙部不受侧压力的a)裙部开槽 b)拖板式活塞 c)裙部铸恒范钢 两边切去一部分或开孔，以减小 惯性力，减小销座附近的热变形量，称拖板式活塞。该结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配合间隙较小。 5)裙部铸恒范钢(图2-17c)。为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸入热膨胀系数低的恒范钢片。恒范钢为低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连， 牵制了裙部的热膨胀变形量。 6)活塞销孔偏置结构(图2-18)。有些高速汽 油机的活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面，向作 功行程中受侧压力的一方偏移了1,2mm。这种结构 可使活塞在压缩行程到作功行程中较为柔和地从压 向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲 缸的声音。在安装时要注意，活塞销偏置的方向不 能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。 二、活塞环 图2-18 活塞销孔偏置结构 活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之e-偏移量 分。 气环的作用:密封、传热。 油环作用:布油、刮油、封气、传热。 1、气环结构原理(图2-19):气环开有切口，具有弹 图2-19 气环密封原理 性，在自由状态下外径大于气缸直径，它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面;被封闭的气体不能通过环周与气缸之间，便进入了环与环槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面，另一方面，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用。汽油机一般采用2道气环，柴油机一般采用3道气环。 气环的断面形状很多，常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环(图2-20)。 1)矩形环:其断面为矩形，结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。但矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中(图2-21)。这种现象称为”气环的 泵油作用”。 a) b) 图2-20 气环的断面形状 a) 矩形环 b)锥面环 c)正扭曲内切环 d)梯形环 图2-21 矩形环泵油作用 e)桶面环a)活塞下行 b)活塞上行 2)锥面环(图2-20b):其断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5?,1.5?)，减小了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油;活塞上行时，由于锥面的"油楔"作用，能在油膜上"飘浮"过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。 3)扭曲环(图2-20c、d):扭曲环是在矩形环的内圆上 边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的 内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角 的称外切环。装入气缸后，由于断面不对称，外侧作用力合力 (图2-22b)与内侧作用力合力之间有一力臂，产生了FFe12 扭曲力矩，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残 余油膜上“浮过”，可以减小摩擦和磨损。活塞下行时，则有 刮油效果，避免机油上窜。同时，由于扭曲环在环槽中上、下 跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。目前被广泛应 用于第2道活塞环槽上，安装时必须注意断面形状和方向，内 切口朝上，外切口朝下，不能装反。 4)梯形环(图2-20e):其断面呈梯形，工作时，梯形环图2-22 扭曲环作用原理 在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断a) 矩形环 b) 扭曲环 地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环 被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。缺点是加工困难，精度要求高。 5)桶面环(图2-20f):桶面环的外圆为凸圆弧形。当桶面环上下运动时，均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与气缸呈圆弧接触，故对气缸 表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封，但凸圆弧表面加工较困难。 2、油环 油环有普通油环和组合油环两种(图2-23)。 1、 普通油环 2、组合式油环:它由上下数片刮油钢片1与中间 的扩胀器组成。扩胀器由轴向衬环2和径向衬环3组成， 轴向衬环产生轴向弹力，径向衬环产生径向弹力，使刮 油钢片紧紧压向气缸壁和活塞环槽。刮油钢片1表面镀 铬，很薄，对气缸的比压力大，刮油效果好;而且数片 刮油钢片彼此独立，对气缸壁面适应性好;回油通路大， 重量轻。近年来汽车发动机上越来越多地采用了组合式 油环。缺点主要是制造成本高。 3、活塞销 作用:连接、传力。 连接配合方式: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两种方式(图2-25)。 全浮式:指当发动机工作时，活塞销、连杆小头和 活塞销座都有相对运动，使磨损均匀。活塞销两端装有 卡环5，进行轴向定位。由于铝活塞热膨胀量比钢大， 图2-23 油环 为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔有正常间隙 a) 普通油环 b) 组合油环 1-刮油钢片 2-轴向衬环 3, 径向衬环 (0.01,0.02mm)，在冷态时为过渡配 合，装配时，应先把铝活塞加热到一定 程度，再把活塞销装入。 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图2-25 活塞销的连接方式 内作自由摆动，而和连杆小头没有相对a) 全浮式 b) 半浮式 运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要1-连杆小头 2-连杆衬套 3-活塞销 4-活塞 卡环，小轿车上应用较多。 销座 5-卡环 4、连杆 功用:连接活塞与曲轴，将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。 结构:连杆小头、连杆杆身、连杆大头(图2-26)。 连杆小头:连杆衬套(青铜) (半浮式活塞销没有)。 连杆杆身: “工”字形断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大，采用压力法润滑的连杆，杆身中部制有连通大、小头的油道。 连杆大头:有整体式和分开式两种。一般都采用分开式，分开式又分为平分和斜分两种(图2-27)。 平分——分面与连杆杆身轴线垂直(图2-27a)，汽油机多采用这种连杆。因为一般汽油机连杆大头的横向尺寸都小于气缸直径，可以方便地通过气缸进行拆装。 0斜分——分面与连杆杆身轴线成30,60?夹角(图2-27b)。柴油机多采用这种连杆。因为，柴油机压缩比大，受力较大，曲轴的连杆轴颈较粗，相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径，为了使连杆大头能通过气缸，便于拆装，一般都采用斜切口。斜切口的连杆盖安 装时应注意方向。 连杆盖与连杆的定位:把连杆大头 分开可取下的部分叫连杆盖，连杆与 连杆盖配对加工，加工后，在它们同 一侧打上配对记号3，安装时不得互相 调换或变更方向。为此，在结构上采 取了定位措施。平切口连杆盖与连杆 的定位多采用连杆螺栓定位，利用连图2-28 分开式连杆大头定位方法 杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆a) 锯齿定位 b)圆销定位 c)套筒定位 d)止口定位 柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证 (图3-26)。斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位、圆 销定位、套筒定位和止口定位(图3-28)。 连杆螺栓:采用优质合金钢，并经精加工和热处理特 制而成，损坏后绝不能用其它螺栓来代替。安装连杆盖拧 紧连杆螺栓螺母时，要用扭力板手分2,3次交替均匀地 拧紧到规定的扭矩，拧紧后还应可靠的锁紧。 连杆轴瓦(图2-29): 图2-29 连杆轴瓦 分上、下两个半片。瓦上制有定位凸键。 1-钢背 2-油槽 3-定位凸键 4-减轴瓦材料目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸 磨合金层 有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨 合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金常 采用的有巴氏合金、铜铝合金和高锡铝合金。 V型发动机叉形连杆:有如下三种形式(图2-30): (1)并列式:相对应的左右两缸连杆并列安装在 同一连杆轴颈上。 (2)主副式:一列气缸为主连杆，直接安装在连 杆轴颈上，另一列连杆为副连杆，铰接在主连杆大头 (或连杆盖)上的两个凸耳之间。 图2-30 叉形连杆 (3)叉式:左右对应的两列气缸连杆中，一个连a) 并列式 b) 主副式 c) 叉式 杆大头做成叉形，跨于另一个连杆厚度较小的大头两 端。 【三】曲轴飞轮组件 曲轴飞轮组件主要由曲 轴、飞轮和一些附件组成(图 2-31)。 一、曲轴 材料:一般用中碳钢或 中碳合金钢模锻而成。轴颈 表面经高频淬火或氮化处 理，并经精磨加工。 结构:主轴颈、曲柄销 (连杆轴颈)、曲柄臂、平衡 重块等组成。 图2-31 曲轴飞轮组件 1-曲轴皮带轮 2-曲轴正时齿轮皮带轮 3-曲轴链轮 4-曲 轴前端 5-曲轴主轴颈 6-曲柄臂 7-曲柄销(连杆轴颈) 8-平衡重块 9-转速传感器脉冲轮 10-飞轮 11-主轴瓦 12-主轴承盖 13-螺母 14-止推垫片 15-主轴瓦 16-止推 垫片 支承方式(图2-32): 全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。 非全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等，主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。 4缸机的平衡(图2-33)。在一些高档发动机上， 还采用加装平衡轴的方法进行惯性力的平衡，使发动 机运转更加平稳。 a) b) 图2-33 曲轴受力与平衡 图2-32 曲轴的支承方式 a) 受力 b) 惯性力平衡 a) 非全支承 b) 全支承 曲轴前端(图2-34):装有定时齿 轮、驱动风扇和水泵的带轮以及起动 爪、甩油盘等。甩油盘外斜面向后，安 装时应注意，否则会产生相反效果。在 齿轮室盖上装有油封，防止机油外漏。 曲轴轴向定位:由于曲轴经常受到 离合器施加于飞轮的轴向力作用，有的 曲轴前端采用斜齿传动，使曲轴产生前 后窜动，影响了曲柄连杆机构各零件的 正确位置，增大了发动机磨损、异响和 振动，故必须进行曲轴轴向定位。另外， 曲轴工作时会受热膨胀，还必须留有膨图2-34 曲轴前端结构 胀的余地。 1、2-滑动推力轴承 3-止推片 4-定时齿轮 曲轴定位一般采用滑动止推轴承，5-甩油盘 6-油封 7-带轮 8-起动爪 安装在曲轴前端或中后部主轴承上。止 推轴承有两种形式:翻边主轴瓦的翻边部分或具有减磨合金层的止推片2、3(图2-34)，磨损后可更换。 曲轴的后端:安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 曲轴油道:在轴颈上还钻有油孔，并有斜油道相通，再与机体的主油道联通。 曲轴的形状取决于气缸数、气缸排列和发动机的点火顺序。多缸发动机的点火顺序应均匀分布在720?曲轴转角内，并且使连续作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。 4缸四行程发动机曲柄布置及工作顺序:点火间隔角为720?/4,180?，4个曲柄布置在同一平面内(图2-35)。1、4缸与2、3缸互相错开180?，其发火顺序的排列有两种可能，即 1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循环分别见表2-1和表2-2。 图2-35 4缸四行程发动机曲柄布置 表2,1 4缸机工作循环(点火顺序1-3-4-2) 0曲柄转角/() 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 0,180 作功 排气 压缩 进气 180,360 排气 进气 作功 压缩 360,540 进气 压缩 排气 作功 540,720 压缩 作功 进气 排气 表2,2 4缸机工作循环(点火顺序1-2-4-3) 0曲柄转角/() 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 0,180 作功 压缩 排气 进气 180,360 排气 作功 进气 压缩 360,540 进气 排气 压缩 作功 540,720 压缩 进气 作功 排气 6缸四行程发动机曲柄布置及工作 顺序:点火间隔角为720?/6=120?，6 个曲柄分别布置在三个平面内(图 2-36)，有两种点火顺序， 1-5-3-6-2-4 和1-4-2-6-3-5，国产汽车都采用前一 种，其工作循环见表2-3。 图2-36 6缸四行程发动机曲柄布置 表2,3 6缸机工作循环(点火顺序 1-5-3-6-2-4) 0曲柄转角/() 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 第五缸 第六缸 60 进气 作功 排气 压缩 0,180 120 作功 进气 180 排气 压缩 作功 进气 180,360 240 排气 300 压缩 360 作功 进气 420 排气 压缩 360,540 480 进气 作功 540 排气 压缩 600 作功 进气 540,720 660 压缩 排气 进气 作功 720 排气 压缩 8缸四行程V型发动机曲柄布置及工作顺序:点火间隔角为720?/8=90?，发动机左右两列对应的一对连杆共用一个曲柄，所 以V型八缸发动机只有四个曲柄(图 2-37)。曲柄布置可以与4缸发动机相 同，4个曲柄布置在同一平面内，也可 以布置在两个互相错开90?的平面内， 使发动机得到更好地平衡。点火顺序为 1-8-4-3-6-5-7-2。其工作循环见表2-4。 表2,4 8缸机工作循环(点火顺序 1-8-4-3-6-5-7-2) 图2-37 8缸四行程发动机曲柄布置 0曲柄转角/() 第一缸 第二缸 第三缸 第四缸 第五缸 第六缸 第七缸 第八缸 90 作功 进气 排气 压缩 0,180 作功 压缩 进气 排气 180 排气 压缩 进气 作功 270 180,排气 作功 压缩 进气 360 360 进气 作功 压缩 排气 450 360,进气 排气 作功 压缩 540 540 压缩 排气 作功 进气 630 540,压缩 进气 排气 作功 720 720 作功 进气 排气 压缩 二、曲轴扭转减振器 作用:吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。(曲轴是一种扭转弹性系统，各曲柄的旋转速度忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲柄的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。) 结构原理:目前用的较多的是橡胶式曲轴扭转减振器(图2-38)，皮带轮毂5固定在曲轴前端，通过橡胶垫1和橡胶体4分别与皮带轮(前惯性盘)2和后惯性盘3连接。当曲轴转动发生扭转时，因后惯性盘及皮带轮惯性盘转动惯量大，角速度均匀，从而使橡胶体和橡胶垫产生很大的交变剪切变形，消耗了曲轴扭转能量，减轻了共振。 3.飞轮 大而重，具有很大的转动惯量。其主要功用是用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。 飞轮外缘压有齿圈，与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用; 汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。 在飞轮轮缘上作有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。有的还有进排气相位记号、供油(柴油机)或点火(汽油机)记号供安装和修理用。 飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时应严格按相对位置安装。飞轮紧 固螺钉承受作用力大，应按规定力矩和正确方法拧紧。 二、曲柄连杆机构的维修 【一】机体组的维修 一、气缸体和气缸盖的 1、气缸盖平面的平面度检修 2、气缸体基准面的检修 3、气缸体主轴承座孔、凸轮轴轴承座孔 同轴度的检修 4、气缸体和气缸盖裂纹检查 5、安装芯塞 6.安装气缸垫和气缸盖 二、气缸和气缸套的检修 1、气缸的 2、气缸的镗缸 镗缸的尺寸=气缸最大直径+镗磨余量 3、气缸的珩磨 4、气缸壁表面处理 用激光进行表面加热处理 5、镶配气缸套 6、去油垢膜 7、气缸体部分的故障判断和排除 1)、敲缸 2)、拉缸 3)、气缸垫损坏 【二】 活塞连杆组的维修 一、活塞连杆组的分解 注意专用工具的使用和分解前应做记号 二、活塞的检修 1)、除积碳 注意:不能使用钢丝刷或刮刀等工具硬撬～ 2)、检查活塞环槽 3)、检查活塞与气缸壁的间隙 标准间隙为0(02---0(04mm 维修极限为0(08mm 三、活塞环的检修 1、活塞环的弹力检验 2、漏光检验 3、检查活塞环与活塞的侧隙 侧隙极限为0(15mm 4、检查活塞环端隙 5、检查活塞环的背隙 四、活塞销的检修 1、检查活塞销的磨损和配合情况 2、活塞销修理尺寸的选配 五、连杆的检修 1、检修连杆的弯曲和扭曲 2、连杆的修理 【三】曲轴飞轮组的维修 一、曲轴飞轮组的拆卸和检验 1、曲轴的拆卸 注意:做记号和防止刮伤曲轴，另外注意拆卸方法，防止曲轴变形～～ 2、曲轴的检验 二、曲轴的修理 1、曲轴弯曲变形的修理 2、曲轴的磨削 三、曲轴轴承的修理 1、轴承的选配 2、连杆轴承和主轴承的选配 四、曲轴轴向及径向间隙的调整 1、轴向间隙的检查与调整 2、径向间隙的检查与调整 五、曲轴的安装 任务三 曲柄连杆机构的拆装 通过拆装能重点掌握以下几点: 1、 掌握拆装的顺序和注意事项 2、 注意缸盖的拆装和装配顺序 3、 注意工具的正确使用 4、 可以自行识别气缸体、缸套的类型 5、 注意轮系的位置 6、 拆装过程中留心观察活塞、连杆的结构及各种轴瓦、连杆盖、轴承盖的结构