Chapter Three
第三章
曲柄連桿機構的結構與檢修

課題一 機體組的結構與檢修

曲柄連桿機構是發動機的主要運動機構，其功用是將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力矩轉變為曲軸對外輸出的轉矩，以驅動車輪轉動。曲柄連桿機構由機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組組成。

如圖3-1所示，機體組主要包括氣門室蓋、氣缸蓋、氣缸體和油底殼等，在以上元件結合面都有密封墊片。

一、機體組的結構

1．氣門室蓋的結構

氣門室蓋也叫氣缸蓋罩，如圖3-2所示。它安裝在氣缸蓋上面，氣門室蓋上通常有火花塞承孔。氣門室蓋襯墊起到密封作用，防止機油滲漏。有些車型采用塑料制成的氣門室蓋，以減輕汽車重量。

有的氣門室蓋內部裝有油氣分離器，用于分離機油和廢氣，廢氣通過氣門室蓋的曲軸箱通風管及進氣道進入氣缸。氣門室蓋上還有機油加注孔，方便添加機油。機油蓋蓋緊后加注孔上應無泄漏，否則會漏油和引起發動機其他故障。

2．氣缸蓋的構造

氣缸蓋位于發動機上部，直列發動機只有一個氣缸蓋，而V型發動機有兩個氣缸蓋。發動機氣缸內會產生非常高的壓力，而氣缸蓋就像高壓鍋的蓋子，其利用非常平整的下端面來封閉氣缸上部。

乘用車用的汽油發動機多采用整體式鋁合金鑄造氣缸蓋。如圖3-3和圖3-4所示，氣缸蓋還用于安裝凸輪軸、進氣門、排氣門、火花塞等零部件。氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，在氣缸蓋上安裝氣門室蓋。氣缸蓋內部有冷卻液道，用于冷卻其高溫部分。氣缸蓋上還有機油進、回油道，進氣、排氣管道，氣門導管承孔和火花塞座孔等。

氣缸墊裝在氣缸蓋和氣缸體之間，其功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水和漏油。氣缸墊要有一定的彈性，同時要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形。

安裝氣缸墊時，氣缸墊上的孔要和氣缸體上的孔對齊，尤其要注意氣缸墊上機油進油孔要與氣缸體上相應的機油進油孔對齊，如果氣缸墊是對稱的，有金屬包邊的面或印有批次號的一面向上，如圖3-5所示。

3．燃燒室的結構和類型

汽油機氣缸蓋還用來構成燃燒室，燃燒室的形狀對發動機的工作影響很大，燃燒室按其結構分為半球形燃燒室、楔形燃燒室和盆形燃燒室。

如圖3-6a所示，半球形燃燒室使用廣泛、結構緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速度高。

如圖3-6b所示，楔形燃燒室結構簡單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮沖程中形成良好的渦流運動，有利于提高混合氣的混合質量，進氣阻力小，充氣效率高。

如圖3-6c所示，盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好、制造成本低，但因氣門直徑易受限制，進、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達、奧迪發動機均采用盆形燃燒室。

4．氣缸體的結構

氣缸體是發動機的主要骨架，其上部使用螺栓連接氣缸蓋，其下部安裝油底殼，中部是發動機的主要部分即氣缸。根據氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為一般式、龍門式、隧道式三種形式。一般式氣缸體油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度，其較為常用。

如圖3-7所示，直列發動機和V型發動機氣缸體結構不同，V型發動機在氣缸體上布置了兩排氣缸。氣缸體要經受高溫高壓，所以需要冷卻液道以便于其冷卻。活塞在氣缸中往復運動，摩擦較大，燃料與廢氣又具有腐蝕性。所以氣缸體必須能耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等。氣缸蓋和氣缸體采用螺栓連接，一旦螺栓孔損壞，可能需要更換整個氣缸體。

活塞在氣缸中以極快的速度往復運動，所以氣缸體耐磨性要很好。通常在氣缸中鑲入鍍耐磨金屬的氣缸套，磨損后可以進行更換或維修。汽油機采用厚度較小的干式氣缸套，它不與冷卻液直接接觸，如圖3-8所示。柴油機采用厚度大的濕式氣缸套，它直接與冷卻液接觸。整體式缸體無氣缸套，氣缸磨損后通常需要更換氣缸體。

5．油底殼的結構和工作原理

油底殼屬于機體組，也屬于潤滑系統，它用來容納和冷卻機油，內部設有隔板防止機油的晃動，如圖3-9所示。油底殼可以采用鋁合金或鋼板制成。油底殼與氣缸體之間用密封墊密封，用于防止機油滲漏。

放油螺栓有磁性，用于吸附機油中的金屬粉末。放油螺栓采用橡膠墊或銅墊密封。每次拆裝放油螺栓，都必須更換密封墊，否則有可能漏油。

二、機體組拆卸和安裝注意事項

1）分別在曲軸前傳動帶輪、正時鏈輪或傳動帶輪、凸輪軸傳動齒輪查找正時記號。如圖3-10所示，豐田1ZR發動機氣缸蓋上沒有氣門正時檢查的標記，只有將正時鏈條上的涂色片和鏈輪上的標記對準，才能夠檢查氣門正時。

2）拆卸氣缸蓋螺栓時，由外到內，按對角線順序并分幾次擰松氣缸蓋緊固螺栓，如果不按此順序拆卸，就有可能損壞氣缸蓋。安裝氣缸蓋時，擰緊氣缸蓋緊固螺栓的順序按與拆卸時相反的順序進行，也需要按對角線順序并分幾次擰緊，如圖3-11所示。

3）缸蓋塑性螺栓擰緊方法如圖3-12所示，用扭力扳手和氣缸蓋螺栓拆裝專用工具擰緊氣缸蓋螺栓。先使用扭力扳手擰至49N·m，用油漆在氣缸蓋螺栓的前面標記。按順序號再將氣缸蓋螺栓擰緊90°，然后再緊固45°。檢查并確認油漆標記與前端成135°。

4）氣缸蓋螺栓在工作中受到很大的拉力，容易被拉伸而損壞，需要使用游標卡尺檢查其長度和最小直徑，如圖3-13所示。如果氣缸蓋固定螺栓長度大于最大值或最小直徑小于最小值，則更換所有的氣缸蓋固定螺栓。豐田1ZR發動機氣缸蓋螺栓最大螺栓長度為86.7mm，最小直徑為9.1mm。

5）用專用工具固定傳動帶輪，使用扭力扳手擰松傳動帶輪固定螺栓，如圖3-14所示。安裝時，豐田1ZR發動機固定螺栓擰緊力矩為190N·m。

三、機體組的檢修

將機體組零件進行徹底的清洗，清洗完按順序進行擺放。在清洗過程中，需要目視檢查零部件有無明顯裂紋、磨損、腐蝕等損傷清除零部件表面的積炭，不要損傷零部件。機體組氣缸體與氣缸蓋的主要損傷形式有裂紋、磨損和變形等。

1．機體組的基礎檢查

檢查氣門導管、氣門座圈是否松動；檢查氣缸蓋各個結合面是否有腐蝕、裂紋、傷痕等其他形式的損壞。如傷痕較輕微，可以用圖3-15所示的油石進行修整，不能修整則進行更換。

2．檢查孔道是否堵塞

使用類似如圖3-16所示的氣動風槍對油氣分離器進行檢查，發現有堵塞現象，必須清洗疏通。用壓縮氣體檢查氣缸蓋和氣缸體上潤滑油道、冷卻液通道、進氣口、排氣口是否堵塞，并檢查以上位置有無腐蝕的小孔等。

3．機體組元件裂紋的檢查

氣缸體和氣缸蓋產生裂紋的部位常發生在主軸承隔墻、氣缸套承孔、缸蓋螺栓孔、火花塞孔等處。

清洗氣缸蓋或氣缸體，并清理襯墊上的殘留物。將如圖3-17所示的滲透劑均勻噴涂在待檢查位置，等待5～15min。使用清洗劑對噴涂位置清洗干凈，將顯像劑對燃燒室、火花塞螺紋口、排氣口等處保持距離150～300mm均勻噴涂，等待幾分鐘，即可顯示缺陷。對于有裂紋的氣缸蓋，一般要求更換。

4．機體組元件變形的檢查

機體組元件的變形主要影響密封性能，對氣門室蓋、氣缸蓋、氣缸體各平面需要做變形檢查。變形檢查的方法類似，以下以氣缸蓋為例介紹變形情況的檢查。

氣缸蓋翹曲變形，指的是氣缸蓋下平面的平面度誤差逾限。氣缸蓋平面變形后，會使氣缸密封不嚴。如圖3-18所示測量氣缸蓋下平面的平面度，測量氣缸蓋時，可用平面尺放在氣缸蓋的所測平面上，然后用厚薄規測量直尺與平面間的間隙，塞入厚薄規的最大厚度即變形量。

擺放氣缸蓋等表面要求比較高的部件要格外小心，確保其不被外物劃傷或磕碰，并且將這些部件要求較高的表面朝上放置或放置于木塊上。

測量一個矩形平面的平面度誤差，需要測量該平面的4條邊及對角線處，取6次測量的最大值。測量氣缸蓋與氣缸體的接觸平面，豐田1ZR發動機平面度最大值不超過0.05mm，測量氣缸蓋與進氣歧管及排氣歧管接觸面的平面，平面度最大值不能超過0.10mm，如圖3-19所示。

5．氣缸磨損程度的檢查

氣缸磨損的測量主要是確定氣缸磨損后的圓度、圓柱度和最大直徑，如圖3-20所示，超過維修標準值，則需要維修或更換。在氣缸同一斷面上活塞銷方向和垂直活塞銷方向，測量到最大與最小值直徑差值的一半，即為圓度誤差。在3個斷面內所測得的所有讀數中最大與最小的直徑差值的一半，即為氣缸的圓柱度誤差。

1）清潔氣缸，目測氣缸有無明顯損壞，用手感覺上止點時第一道活塞環對應的位置，是否存在明顯的磨損。

2）將百分表、表桿座安裝到表桿上，選取適合氣缸直徑的測量接桿安裝到表桿上。

3）在氣缸體的縱向將量缸表放入氣缸，前后擺動量缸表找出百分表最小讀數值，即氣缸直徑位置，轉動表殼使百分表的指針指在0。

4）在氣缸體的縱向將量缸表取出，轉動量缸表90°再放入氣缸，前后擺動量缸表找出氣缸直徑位置的讀數。此時，百分表讀數的一半即為此斷面圓度值。

5）測出上、中、下三個截面的圓度，該氣缸的圓度以三個截面中圓度的最大值表示。計算該氣缸的圓柱度，并將測量值與標準值進行比較，確定氣缸是否需要維修。

四、發動機的支撐

發動機通過發動機懸置（發動機腳墊）與車身連接，發動機懸置安裝在氣缸體或氣缸蓋上，它能有效地吸收振動，避免將發動機振動傳遞到車身上，同時可以提高舒適性能和降低其他零部件因為過多振動產生的疲勞破壞。

通常，發動機采用3處或4處腳墊支撐在車身的前縱梁或副車架上，如圖3-21所示。

發動機懸置包括橡膠懸置、液壓懸置和空氣懸置等，如圖3-22和圖3-23所示分別為發動機橡膠腳墊和發動機液壓腳墊。發動機液壓腳墊能隔離發動機的振動和噪聲向車廂內傳遞，明顯提高整車車內的舒適性。高檔乘用車為了追求最佳的隔振效果采用主動懸置，主動懸置理論上可以使振動響應達到零。