Chapter Three
第三章
曲柄连杆机构的结构与检修

课题一 机体组的结构与检修

曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构，其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力矩转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动车轮转动。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。

如图3-1所示，机体组主要包括气门室盖、气缸盖、气缸体和油底壳等，在以上元件结合面都有密封垫片。

一、机体组的结构

1．气门室盖的结构

气门室盖也叫气缸盖罩，如图3-2所示。它安装在气缸盖上面，气门室盖上通常有火花塞承孔。气门室盖衬垫起到密封作用，防止机油渗漏。有些车型采用塑料制成的气门室盖，以减轻汽车重量。

有的气门室盖内部装有油气分离器，用于分离机油和废气，废气通过气门室盖的曲轴箱通风管及进气道进入气缸。气门室盖上还有机油加注孔，方便添加机油。机油盖盖紧后加注孔上应无泄漏，否则会漏油和引起发动机其他故障。

2．气缸盖的构造

气缸盖位于发动机上部，直列发动机只有一个气缸盖，而V型发动机有两个气缸盖。发动机气缸内会产生非常高的压力，而气缸盖就像高压锅的盖子，其利用非常平整的下端面来封闭气缸上部。

乘用车用的汽油发动机多采用整体式铝合金铸造气缸盖。如图3-3和图3-4所示，气缸盖还用于安装凸轮轴、进气门、排气门、火花塞等零部件。气缸盖安装在气缸体的上面，在气缸盖上安装气门室盖。气缸盖内部有冷却液道，用于冷却其高温部分。气缸盖上还有机油进、回油道，进气、排气管道，气门导管承孔和火花塞座孔等。

气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。气缸垫要有一定的弹性，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。

安装气缸垫时，气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐，尤其要注意气缸垫上机油进油孔要与气缸体上相应的机油进油孔对齐，如果气缸垫是对称的，有金属包边的面或印有批次号的一面向上，如图3-5所示。

3．燃烧室的结构和类型

汽油机气缸盖还用来构成燃烧室，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，燃烧室按其结构分为半球形燃烧室、楔形燃烧室和盆形燃烧室。

如图3-6a所示，半球形燃烧室使用广泛、结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速度高。

如图3-6b所示，楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩冲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，充气效率高。

如图3-6c所示，盆形燃烧室，气缸盖工艺性好、制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达、奥迪发动机均采用盆形燃烧室。

4．气缸体的结构

气缸体是发动机的主要骨架，其上部使用螺栓连接气缸盖，其下部安装油底壳，中部是发动机的主要部分即气缸。根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为一般式、龙门式、隧道式三种形式。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，其较为常用。

如图3-7所示，直列发动机和V型发动机气缸体结构不同，V型发动机在气缸体上布置了两排气缸。气缸体要经受高温高压，所以需要冷却液道以便于其冷却。活塞在气缸中往复运动，摩擦较大，燃料与废气又具有腐蚀性。所以气缸体必须能耐高温、耐腐蚀、耐磨损等。气缸盖和气缸体采用螺栓连接，一旦螺栓孔损坏，可能需要更换整个气缸体。

活塞在气缸中以极快的速度往复运动，所以气缸体耐磨性要很好。通常在气缸中镶入镀耐磨金属的气缸套，磨损后可以进行更换或维修。汽油机采用厚度较小的干式气缸套，它不与冷却液直接接触，如图3-8所示。柴油机采用厚度大的湿式气缸套，它直接与冷却液接触。整体式缸体无气缸套，气缸磨损后通常需要更换气缸体。

5．油底壳的结构和工作原理

油底壳属于机体组，也属于润滑系统，它用来容纳和冷却机油，内部设有隔板防止机油的晃动，如图3-9所示。油底壳可以采用铝合金或钢板制成。油底壳与气缸体之间用密封垫密封，用于防止机油渗漏。

放油螺栓有磁性，用于吸附机油中的金属粉末。放油螺栓采用橡胶垫或铜垫密封。每次拆装放油螺栓，都必须更换密封垫，否则有可能漏油。

二、机体组拆卸和安装注意事项

1）分别在曲轴前传动带轮、正时链轮或传动带轮、凸轮轴传动齿轮查找正时记号。如图3-10所示，丰田1ZR发动机气缸盖上没有气门正时检查的标记，只有将正时链条上的涂色片和链轮上的标记对准，才能够检查气门正时。

2）拆卸气缸盖螺栓时，由外到内，按对角线顺序并分几次拧松气缸盖紧固螺栓，如果不按此顺序拆卸，就有可能损坏气缸盖。安装气缸盖时，拧紧气缸盖紧固螺栓的顺序按与拆卸时相反的顺序进行，也需要按对角线顺序并分几次拧紧，如图3-11所示。

3）缸盖塑性螺栓拧紧方法如图3-12所示，用扭力扳手和气缸盖螺栓拆装专用工具拧紧气缸盖螺栓。先使用扭力扳手拧至49N·m，用油漆在气缸盖螺栓的前面标记。按顺序号再将气缸盖螺栓拧紧90°，然后再紧固45°。检查并确认油漆标记与前端成135°。

4）气缸盖螺栓在工作中受到很大的拉力，容易被拉伸而损坏，需要使用游标卡尺检查其长度和最小直径，如图3-13所示。如果气缸盖固定螺栓长度大于最大值或最小直径小于最小值，则更换所有的气缸盖固定螺栓。丰田1ZR发动机气缸盖螺栓最大螺栓长度为86.7mm，最小直径为9.1mm。

5）用专用工具固定传动带轮，使用扭力扳手拧松传动带轮固定螺栓，如图3-14所示。安装时，丰田1ZR发动机固定螺栓拧紧力矩为190N·m。

三、机体组的检修

将机体组零件进行彻底的清洗，清洗完按顺序进行摆放。在清洗过程中，需要目视检查零部件有无明显裂纹、磨损、腐蚀等损伤清除零部件表面的积炭，不要损伤零部件。机体组气缸体与气缸盖的主要损伤形式有裂纹、磨损和变形等。

1．机体组的基础检查

检查气门导管、气门座圈是否松动；检查气缸盖各个结合面是否有腐蚀、裂纹、伤痕等其他形式的损坏。如伤痕较轻微，可以用图3-15所示的油石进行修整，不能修整则进行更换。

2．检查孔道是否堵塞

使用类似如图3-16所示的气动风枪对油气分离器进行检查，发现有堵塞现象，必须清洗疏通。用压缩气体检查气缸盖和气缸体上润滑油道、冷却液通道、进气口、排气口是否堵塞，并检查以上位置有无腐蚀的小孔等。

3．机体组元件裂纹的检查

气缸体和气缸盖产生裂纹的部位常发生在主轴承隔墙、气缸套承孔、缸盖螺栓孔、火花塞孔等处。

清洗气缸盖或气缸体，并清理衬垫上的残留物。将如图3-17所示的渗透剂均匀喷涂在待检查位置，等待5～15min。使用清洗剂对喷涂位置清洗干净，将显像剂对燃烧室、火花塞螺纹口、排气口等处保持距离150～300mm均匀喷涂，等待几分钟，即可显示缺陷。对于有裂纹的气缸盖，一般要求更换。

4．机体组元件变形的检查

机体组元件的变形主要影响密封性能，对气门室盖、气缸盖、气缸体各平面需要做变形检查。变形检查的方法类似，以下以气缸盖为例介绍变形情况的检查。

气缸盖翘曲变形，指的是气缸盖下平面的平面度误差逾限。气缸盖平面变形后，会使气缸密封不严。如图3-18所示测量气缸盖下平面的平面度，测量气缸盖时，可用平面尺放在气缸盖的所测平面上，然后用厚薄规测量直尺与平面间的间隙，塞入厚薄规的最大厚度即变形量。

摆放气缸盖等表面要求比较高的部件要格外小心，确保其不被外物划伤或磕碰，并且将这些部件要求较高的表面朝上放置或放置于木块上。

测量一个矩形平面的平面度误差，需要测量该平面的4条边及对角线处，取6次测量的最大值。测量气缸盖与气缸体的接触平面，丰田1ZR发动机平面度最大值不超过0.05mm，测量气缸盖与进气歧管及排气歧管接触面的平面，平面度最大值不能超过0.10mm，如图3-19所示。

5．气缸磨损程度的检查

气缸磨损的测量主要是确定气缸磨损后的圆度、圆柱度和最大直径，如图3-20所示，超过维修标准值，则需要维修或更换。在气缸同一断面上活塞销方向和垂直活塞销方向，测量到最大与最小值直径差值的一半，即为圆度误差。在3个断面内所测得的所有读数中最大与最小的直径差值的一半，即为气缸的圆柱度误差。

1）清洁气缸，目测气缸有无明显损坏，用手感觉上止点时第一道活塞环对应的位置，是否存在明显的磨损。

2）将百分表、表杆座安装到表杆上，选取适合气缸直径的测量接杆安装到表杆上。

3）在气缸体的纵向将量缸表放入气缸，前后摆动量缸表找出百分表最小读数值，即气缸直径位置，转动表壳使百分表的指针指在0。

4）在气缸体的纵向将量缸表取出，转动量缸表90°再放入气缸，前后摆动量缸表找出气缸直径位置的读数。此时，百分表读数的一半即为此断面圆度值。

5）测出上、中、下三个截面的圆度，该气缸的圆度以三个截面中圆度的最大值表示。计算该气缸的圆柱度，并将测量值与标准值进行比较，确定气缸是否需要维修。

四、发动机的支撑

发动机通过发动机悬置（发动机脚垫）与车身连接，发动机悬置安装在气缸体或气缸盖上，它能有效地吸收振动，避免将发动机振动传递到车身上，同时可以提高舒适性能和降低其他零部件因为过多振动产生的疲劳破坏。

通常，发动机采用3处或4处脚垫支撑在车身的前纵梁或副车架上，如图3-21所示。

发动机悬置包括橡胶悬置、液压悬置和空气悬置等，如图3-22和图3-23所示分别为发动机橡胶脚垫和发动机液压脚垫。发动机液压脚垫能隔离发动机的振动和噪声向车厢内传递，明显提高整车车内的舒适性。高档乘用车为了追求最佳的隔振效果采用主动悬置，主动悬置理论上可以使振动响应达到零。