3.2 曲柄連桿機構

曲柄連桿機構是發動機實現工作循環，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組組成。在做功行程中，活塞承受燃氣壓力，在氣缸內做往復直線運動，通過連桿及曲柄轉換成曲軸的旋轉運動，并通過曲軸對外輸出動力。而在進氣壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的往復直線運動。

3.2.1 曲柄連桿機構的組成

1.機體組

機體組主要由氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱、油底殼和氣缸墊組成，如圖3-2-1所示。機體組是發動機各機構、各系統裝配的基體，其本身的許多部分又是曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、冷卻系統和潤滑系統的組成部分。

圖3-2-1 機體組

V形發動機

水平對置發動機

直列發動機

氣缸體是發動機的主體，是安裝活塞、曲軸及其他零件和附件的支承“骨架”，其內部引導活塞做往復直線運動的圓柱形空腔稱為氣缸。

氣缸蓋的主要功用是封閉氣缸體上部，并與活塞頂和氣缸壁一起構成燃燒室。它是發動機中除氣缸體外最復雜的零件。

氣缸墊位于氣缸蓋與氣缸體之間，用來填補氣缸體和氣缸蓋之間的微觀孔隙，保證兩者結合面處有良好的密封性，進而保證燃燒室的密封，防止氣缸蓋漏氣和漏液。

發動機氣缸墊有金屬石棉襯墊、金屬復合材料襯墊和全金屬襯墊等多種類型。氣缸墊上面一般標有朝向標記，安裝氣缸墊時要保證有標記的一面朝上。

油底殼的主要功用是儲存機油并封閉曲軸箱，一般采用薄鋼板、鋁合金、塑料等材料加工而成。

2.活塞連桿組

活塞連桿組包括活塞組和連桿組兩部分。在發動機做功行程中，活塞組把氣缸內高壓氣體產生的作用力通過連桿組傳遞給曲軸，將活塞的往復直線運動轉化為曲軸的旋轉運動?；钊B桿組的結構如圖3-2-2所示。

圖3-2-2 活塞連桿組

活塞的主要功用是在做功行程中承受氣體作用力，并將此力通過活塞銷傳給連桿，再由連桿傳給曲軸，以帶動曲軸旋轉?；钊斉c氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。

活塞環有氣環和油環兩類。

氣環也稱壓縮環，它的功用是與活塞一起密封氣缸，防止燃氣下竄入曲軸箱，并將活塞頭部的熱量通過氣缸壁傳給冷卻液或空氣，同時輔助油環刮掉氣缸壁上多余的機油。

油環的主要功用是刮掉氣缸壁上多余的機油，使氣缸壁上的機油均勻分布，并輔助氣環密封。

活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，并將活塞承受的氣體作用力傳給連桿。

連桿組連接著活塞組與曲軸飛輪組，其作用是將活塞承受的力傳給曲軸，將活塞的往復直線運動轉化為曲軸的旋轉運動。

3.曲軸飛輪組

曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪，以及其他不同功用的零件和附件組成，如圖3-2-3所示。其零件和附件的種類和數量取決于發動機的結構和性能要求。

圖3-2-3 曲軸飛輪組

曲軸的作用是把活塞的往復運動轉化為自身的旋轉運動，并對外輸出動力，用以驅動汽車的傳動系統、發動機配氣機構及其他附屬裝置。曲軸是發動機曲柄連桿機構的重要組成部分，也是發動機內部主要的旋轉部件。

飛輪是轉動慣量很大的盤形零件，其主要功用包括：存儲做功行程的能量，保證發動機運轉平穩；通過飛輪上的上止點記號校準發動機的點火時刻或噴油時刻，以及調整氣門間隙；起動機通過飛輪上壓裝的齒圈起動發動機；將發動機產生的動力傳遞給傳動機構等。

3.2.2 曲柄連桿機構的維修要點

1.曲柄連桿機構拆裝要點

（1）氣缸蓋和氣缸墊拆裝要點

拆卸氣缸蓋螺栓時，應按照圖3-2-4所示的由兩邊向中間以對角順序擰松。

用橡膠錘輕敲氣缸蓋邊緣，以便拆下氣缸蓋。將氣缸蓋放在干凈的工作臺面上。從氣缸體上拆下氣缸墊，安裝時應更換新的氣缸墊，如圖3-2-5所示。

圖3-2-4 氣缸蓋螺栓的拆卸順序

圖3-2-5 氣缸墊的更換

安裝時，先將氣缸墊安裝到氣缸體上（帶標識一面朝上），再將氣缸蓋對準氣缸體定位銷，然后平放。使用新的氣缸蓋螺栓預擰緊，再使用扭力扳手按照圖3-2-6所示的順序將氣缸蓋螺栓擰緊到規定力矩，規定力矩可查閱相關車型維修手冊。

圖3-2-6 氣缸蓋螺栓的擰緊順序及力矩

（2）活塞連桿組拆裝要點

拆卸連桿軸承瓦蓋前應在其上做與氣缸對應的標記，復裝時注意不能裝反，如圖3-2-7所示。曲軸的主軸承上標有相應氣缸的標記，復裝時不能互換。

圖3-2-7 連桿軸承瓦蓋

使用木棒輕輕敲擊連桿，在另一面取出活塞，如圖3-2-8所示。

活塞安裝時應注意安裝方向標記。箭頭指向發動機前部（即1缸方向），如圖3-2-9所示。

圖3-2-8 拆卸活塞

圖3-2-9 活塞安裝標記

使用干凈機油潤滑活塞和活塞環，并將活塞環安裝到活塞上。安裝活塞環時，應將有標記的一面朝上。為減少氣缸泄壓，應將活塞環開口錯開，使活塞環開口之間成一定角度，一般為120°或90°，如圖3-2-10所示。

圖3-2-10 活塞環的安裝

使用活塞安裝工具抱住活塞和活塞環，注意安裝工具應剛剛夾住第三道活塞環。使用橡膠錘輕輕敲擊活塞頂部，將其裝入氣缸，如圖3-2-11所示。

將連桿下軸瓦與對應的連桿軸承蓋安裝在一起，并在軸瓦表面涂抹機油。注意將軸瓦上的缺口與連桿軸瓦蓋上的缺口對齊，如圖3-2-12所示。

圖3-2-11 活塞安裝

圖3-2-12 連桿軸瓦的安裝

（3）曲軸拆裝要點

拆卸曲軸主軸承瓦蓋時應注意其標記，復裝時不得混裝，如圖3-2-13所示。另外，第三道主軸承瓦蓋的兩端有推力墊片，安裝時需要注意，如圖3-2-14所示。

圖3-2-13 曲軸主軸承瓦蓋安裝標記

圖3-2-14 第三道主軸承瓦蓋上的推力墊片

2.活塞連桿組的檢查

（1）活塞的檢查與選配

1）活塞裙部直徑的檢測。常用方法是用千分尺測量活塞裙部直徑，如圖3-2-15所示。

在活塞銷的90°方向，活塞裙部從下往上10mm的位置測量其直徑，具體數據參考相應維修手冊。

圖3-2-15 測量活塞裙部直徑

2）活塞的選配。在同一系列發動機中，其活塞的結構不一定相同，因此選配活塞時，必須根據發動機的類型選用對應類型的活塞。否則會引起發動機燃燒不良、工作粗暴，經濟性和動力性下降。選配活塞時應注意以下問題：

①活塞的選配應按氣缸的修理尺寸來確定，通常加大尺寸數值標注在活塞頂部，如圖3-2-16所示。

②同一發動機上同一組活塞的直徑差不得大于0.020mm。

③同一發動機內各活塞的質量差不得超過活塞質量的3%。

圖3-2-16 活塞尺寸代碼位置

（2）活塞環的檢查

1）活塞環端隙的檢查。先將活塞環平整地放在待配的氣缸內，用活塞頭將活塞環推平，并推入氣缸約10cm處，然后用塞尺插入活塞環開口處進行測量，如圖3-2-17所示。吉利帝豪4G13TB發動機第一道氣環端隙為0.2～0.32mm，第二道氣環端隙為0.30～0.50mm。

2）活塞環側隙的檢查。將活塞環放在環槽內，圍繞環槽轉動一周，應能自由轉動，然后用塞尺測量其側隙，如圖3-2-18所示，即可確定其是否符合要求。吉利帝豪4G13TB發動機油環側隙為0.04～0.15mm，第一道氣環側隙為0.04～0.08mm，第二道氣環側隙為0.03～0.07mm。

3）活塞環背隙的檢查。分別測量活塞環槽的深度和活塞環的寬度，計算兩者的差值，得出活塞環背隙?；钊h背隙一般為0.5～1mm。

圖3-2-17 活塞環端隙的檢查

圖3-2-18 活塞環側隙的檢查

3.機體組的檢修

（1）氣缸體的檢查

1）氣缸體表面變形量的檢查。在如圖3-2-19所示的七個方向，使用直尺和塞尺測量氣缸體上表面的變形量。吉利帝豪4G13TB發動機氣缸體表面變形量最大允許值為0.06mm。

圖3-2-19 氣缸體表面變形量的檢查

2）氣缸直徑的測量。如圖3-2-20所示，在A和B兩個方向上，在頂端表面以下10mm處測量氣缸直徑。

（2）氣缸蓋的檢查

1）氣缸蓋平面度的檢查。如圖3-2-21所示，使用塞尺和直尺測量氣缸蓋表面的平面度。吉利帝豪4G13TB發動機氣缸蓋平面度必須在0.04mm以內。

2）歧管接觸表面的平面度。分別使用直尺和塞尺測量氣缸蓋進氣歧管和排氣歧管接觸面的平面度。

吉利帝豪4G13TB發動機氣缸蓋進氣歧管接觸面平面度最大值為0.05mm，排氣歧管接觸面平面度最大值為0.05mm。

圖3-2-20 氣缸直徑的測量

圖3-2-21 氣缸蓋表面的平面度

4.曲軸的檢查

（1）曲軸彎曲變形的檢查

檢查曲軸是否彎曲變形時，應將曲軸的兩端用V形塊支承在檢測平板上，然后用百分表的觸頭抵在中間主軸頸表面，轉動曲軸一周。百分表上指針的最大與最小讀數之差即為中間主軸頸對兩端主軸頸的徑向圓跳動誤差（一般不超過0.06mm），如圖3-2-22所示。

（2）曲軸磨損及軸向間隙的檢查

首先檢查曲軸軸頸劃痕，劃痕是軸頸常見的損傷，通常出現在曲軸軸頸的中央位置。

然后檢查曲軸軸向間隙，曲軸軸向間隙可以使用塞尺或百分表來檢查。安裝好曲軸后，首先前后撬動曲軸若干次，使上、下推力軸承在同一平面，然后測量曲軸的軸向間隙。曲軸的軸向間隙一般在0.020～0.300mm之間，如圖3-2-23所示。如果軸向間隙太大，則需要更換加厚的推力軸承或主軸瓦，加厚推力軸承需要維修技師自己加工。

圖3-2-22 曲軸彎曲變形的檢查

圖3-2-23 曲軸磨損及軸向間隙的檢查

3.2.3 曲柄連桿機構常見故障診斷與排除

1.氣缸壓力過高

（1）故障現象

①發動機急加速或大負荷運轉時出現爆燃聲。

②發動機工作粗暴。

③活塞燒頂和火花塞燒蝕。

（2）故障原因

氣缸壓力增高的原因是燃燒室容積減小，具體包括以下幾點：

①燃燒室積炭過多。

②氣缸墊過薄。

③活塞不合格。

④氣缸體或氣缸蓋接合平面磨削過度。

（3）處理方法

①在燃油箱中按比例加入發動機積炭清除劑，使汽車正常運行1～2天，對氣缸進行清洗或拆開氣缸蓋清除積炭。

②測量氣缸墊厚度，不合格的更換。

③檢測活塞頂部至活塞銷的尺寸是否合格，不合格的更換活塞。

④咨詢車主是否光磨過氣缸蓋或測量過氣缸墊厚度，不合格的更換氣缸蓋或增加氣缸墊厚度。

2.氣缸壓力過低

（1）故障現象

①發動機動力不足。

②發動機怠速不穩。

③發動機起動困難。

④發動機油耗過高。

（2）故障原因

氣缸壓力過低是氣缸漏氣引起的，氣缸漏氣的主要原因如下：

①氣缸與活塞環和活塞磨損過大。

②活塞環對口、卡死、折斷。

③氣缸壁拉傷。

④進、排氣門與氣門座密封不良。

⑤氣缸墊燒蝕、松動、漏氣。

（3）處理方法

①各氣缸壓力均低。各氣缸壓力基本一致，但普遍低于原車該地區規定標準的80%，主要是活塞環與氣缸壁磨損過度造成的。

②個別氣缸壓力低。個別氣缸壓力低于標準，其主要原因有氣缸壁拉傷、氣門密封不嚴、氣缸墊損壞等。

③相鄰兩缸壓力低。相鄰兩缸壓力低于標準，而且兩缸壓力相等或相近，其原因是兩缸之間的部分氣缸墊損壞或氣缸蓋螺栓沒有按規定的力矩擰緊。

用氣缸壓力表測量氣缸壓力并記錄，然后向相應缸火花塞孔內注入20～30mL濃機油，旋轉曲軸數圈后，重測氣缸壓力并記錄。

④壓力不變

a.如果重測的氣缸壓力比第一次高，接近標準壓力，則表明是氣缸、活塞環、活塞磨損過大或活塞環對口、卡死、斷裂，以及氣缸壁拉傷等原因造成氣缸密封不良。

b.如果重新測量的氣缸壓力與第一次基本相同，即仍比標準壓力低，則表明進、排氣門或氣缸墊不密封。

c.如果兩次檢測相鄰兩缸壓力都相近，說明兩缸相鄰處的氣缸墊燒損竄氣。

采用測量氣缸壓力的方法，可粗略地對氣缸活塞組不密封部位的故障進行分析與推斷，但不能精確確定具體故障部位。要精確確定漏氣部位，還需要根據發動機的運行狀況分析：

a.若進氣管有回火或“沖、沖”的響聲，則通常是進氣門漏氣。

b.若排氣管有放炮或“叭、叭”的響聲，則通常是排氣門漏氣。

c.若加機油口有強烈的竄氣，則通常是氣缸和活塞環磨損過度。

d.若加機油口有脈沖狀竄氣，則通常是活塞環折斷或對口。

e.若冷卻液劇烈地沸騰冒泡，則通常是氣缸墊燒蝕。

3.氣缸墊密封狀態的判斷

打開散熱器蓋，將散熱器加滿冷卻液，使發動機保持中速運轉，此時觀察散熱器內的情況，如有氣泡不斷涌上，則說明氣缸墊密封不良。氣缸墊損壞嚴重時，可在氣缸蓋與氣缸體結合處抹上機油。若接合處也有氣泡冒出，則說明氣缸墊密封失效，應換新氣缸墊。

4.氣缸墊損壞的原因

1）發動機經常超負荷工作，長時間產生爆燃，由于氣缸內的局部壓力和溫度過高，容易沖壞氣缸墊。

2）緊固氣缸蓋螺栓時沒有按規定要求進行操作，各螺栓的擰緊力矩不一致，致使氣缸墊沒有平整地貼在氣缸體與氣缸蓋的結合面上。

3）長時間點火過早（柴油發動機則為供油過早），發動機工作時常產生爆燃。

4）氣缸墊質量差。

5）氣缸蓋翹曲變形。