汽车发动机构造与维修项目三

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W形发动机,它是由两个小V形气缸组成一个大V形气缸。W形发动机与 V形发动机相比,可将发动机做得更短一些,曲轴也可短些,这样就能节省 发动机所占的空间,同时质量也可小些,但它的宽度更大。 水平对置发动机,它的最大优点是重心低。由于它的气缸为“平放”,因 此降低了汽车的重心,同时又能让车头设计得又扁又低,这些因素都能增 强汽车的行驶稳定性。此外,水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构, 这使得发动机的运转平顺性比V形发动机还好,运行时的功率损耗也是最 小的。
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图3-22 用游标卡尺测量气缸内径
图3-23 调整外径千分尺数值并固定好 正文
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图3-24 安装量缸表
图3-25 用外径千分尺给量缸表对零 正文
图3-26 测量气缸直径 正文
2)气缸的维修。气缸磨损若未超过其使用极限,可更换活塞环继续使用 。若气缸磨损超过使用极限,可采用修理尺寸法或镶套法修复。
图3-10 拆卸气缸盖和气缸垫 a)拆气缸盖螺栓 b)取气缸盖和气缸垫
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3)拆除油底壳螺栓,取下油底壳,如图3-11所示。
图3-11 拆卸油底壳 正文
(2)安装步骤 1)清洗机体组零件,如图3-12所示。
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图3-12 清洗机体组零件
2)安装油底壳。安装前,油底壳应涂上密封胶装好胶垫,再用套筒扳手均 匀拧紧油底壳螺栓,如图3-13所示。 3)安装气缸垫和气缸盖。安装气缸垫时应注意气缸垫的正、反面,不要 装反了。拧紧气缸盖螺栓时,应由中间往两边交叉对角分二到三次拧紧, 如图3-14所示。 4)安装气缸盖罩。拧紧气缸盖罩螺栓时,也应由中间往两边交叉对角分 多次拧紧,如图3-15所示。
第1课 曲柄连杆机构概述
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一、曲柄连杆机构的作用和组成
1.曲柄连杆机构的作用 曲柄连杆机构(图3-1)是发动机实现工作循环、完成能量转换的主 要运动部分,其主要作用是提供燃烧场所,将气缸内混合气燃烧而 作用在活塞顶的压力转变为曲轴的旋转运动从而对外输出动力。
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图3-1 曲柄连杆机构
Fra Baidu bibliotek
2.曲柄连杆机构的组成 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成, 如图3-2所示。
圆度误差是指同一横截面上磨损的不均匀性,用同一横截面上不同方向 测得的最大与最小直径差值的一半作为圆度误差。
圆柱度误差是指沿气缸轴线的轴向截面上磨损的不均匀性,其数值为被 测气缸表面任意方向所测得的最大与最小直径差值的一半作为圆柱度误差 。
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用量缸表测量气缸直径的步骤如下: ① 用游标卡尺测量气缸内径,如图3-22所示。 ② 把外径千分尺调到游标卡尺所测气缸内径值,并固定好,如图3-23所示。 ③ 选择合适测杆并安装量缸表,并保证有2mm的预压缩量,如图3-24所示。 ④ 用外径千分尺给量缸表对零,如图3-25所示。 ⑤ 测量气缸,如图3-26所示。
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2.曲柄连杆机构的受力分析
(1)气体作用力 发动机在工作循环的四个行程中,气体压力始终存在。 由于进气和排气两个行程气体压力较小,可忽略不计,故在此只分析压缩 和做功两个行程的气体作用力。 解为F1和F2,如图3-3所示。F2企图阻止曲轴旋转,F1则将活塞压向气缸 壁,形成活塞与缸壁间的侧压力。活塞越靠近上止点,此侧压力F1越大。 解为F3和F4,如图3-4所示。F4推动曲轴旋转,F3则将活塞压向气缸另一 个侧壁。活塞越靠近下止点,侧压力F3越小。
在上下止点活塞运动方向改变速度为零加速度最大图37磨损的活塞当活塞从上止点向下止点运动时速度从零开始逐渐增大临近中间达最正文3摩擦力曲柄连杆机构中相互接触的表面作相对运动时都存在有磨损其大小与正压力和摩擦因数成正比其方向总是与相对运动的方向相反
汽车发动机构造与维修 第2版
主编 胡胜
[学习目标] 学会曲柄连杆机构的拆装及主要零部件的维修方法。 [典型工作任务] 1.机体组的拆装与维修。 2.活塞连杆组的拆装与维修。 3.曲轴飞轮组的拆装与维修。
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[任务分析] 本项目主要学习曲柄连杆机构的拆装与维修,通过学习,学生能够掌握曲 柄连杆机构的作用和组成;能对曲柄连杆机构进行正确的拆装;熟悉曲柄 连杆机构各组成零件的结构和装配连接关系;掌握曲柄连杆机构各零件 的检测和维修方法。 学习方式为观看多媒体课件、相互讨论、现场教学、专题讲座等。
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[知识准备]
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图3-7 磨损的活塞
(3)摩擦力 曲柄连杆机构中相互接触的表面作相对运动时都存在有磨 损,其大小与正压力和摩擦因数成正比,其方向总是与相对运动的方向相 反。如图3-7所示为一个磨损了的活塞。
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第2课 机体组的拆装与维修
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一、机体组的拆装 机体组是发动机的支架,是曲柄连杆机构、配气机构和发动 机各系统主要零部件的装配基体。机体组的构造,如图3-8所 示。 纯机体组零部件的拆装步骤如下:
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图3-20 湿式气缸套结构 正文
图3-21 六个方向上测量气缸体的平面度 正文
(3)磨损 气缸体的磨损主要发生在气缸、曲轴轴承孔等部位,其中气缸 的磨损程度是衡量发动机是否需要大修的依据之一。
1)气缸磨损的检查。清洁气缸壁上的油污和积炭后,在气缸的上、中、 下三个不同的高度及气缸的纵向和横向两个方向的六个部位,用量缸表 测量气缸直径,然后根据测量结果计算出气缸的最大磨损量、圆度误差 和圆柱度误差。
图3-27所示为新发动机的气缸体,其中未镶入气缸套,气缸磨损超过使用 极限后,可采用修理尺寸法修复。根据气缸的磨损情况和原厂规定的修 理尺寸等级,确定其修理尺寸。修理级别一般分为4~6级,每级加大0.25 mm。气缸的修理尺寸确定后,选择同级别的活塞。若磨损后的尺寸已经 接近或超过最后一级修理尺寸,可采用镶套法(镶干式气缸套)进行修理或 更换气缸体。
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图3-18 油底壳
2.气缸套的构造
气缸套有湿式气缸套和干式气缸套两种,如图3-19所示。缸体材料 一般用优质灰铸铁,有的还采用表面淬火、镀铬等工艺。
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图3-19 气缸套种类 a)、d)干式气缸套 b)、c)湿式气缸套
干式气缸套不直接与冷却液接触,冷却效果较差,但其加工和安装 都比较方便,壁厚一般为1~3mm。
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图3-13 安装油底壳 正文
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图3-14 安装气缸垫和气缸盖 a)安装气缸垫 b)安装气缸盖
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图3-15 安装气缸盖罩
二、气缸体的构造与维修
1.气缸体的构造 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,是发动机中最重要 的一个部件。气缸体上部有一个或数个引导活塞在其中进行直线 往复运动的圆柱形空腔,称为气缸;气缸体下部为支撑曲轴的曲轴 箱。气缸体有水冷式气缸体和风冷式气缸体,水冷式气缸体一般与上 曲轴箱铸成一体。
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图3-2 曲柄连杆机构的组成 a)机体组 b)活塞连杆组 c)曲轴飞轮组
(1)机体组 主要包括气缸体、气缸盖、油底壳和气缸垫等。 (2)活塞连杆组 主要包括活塞、连杆、活塞环和活塞销等运动件。 (3)曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮等。
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二、曲柄连杆机构的工作条件和受力分析
1.曲柄连杆机构的工作条件 曲柄连杆机构是在高温(气缸内最高温度可达2500K以上)、高压 (最高压力可达5~9MPa)、高速(最高转速可达4000~6000r/min)及 有化学腐蚀的条件下工作的。
湿式气缸套与冷却液直接接触,冷却效果较好,便于修理更换。湿 式气缸套安装后,一般其顶端高出气缸体上平面0.05~0.15mm,以便 使气缸盖将气缸垫压得更紧,从而提高气缸的密封性。湿式气缸 套靠上支承定位带和下支承定位带保证径向定位,而轴向定位则 是利用定位凸缘来保证,如图3-20所示。为保证水套的密封,湿式 气缸套下端的密封带与座孔之间一般装有1~3道橡胶密封圈,有的 在定位凸缘下面还装有铜垫片。湿式气缸套易产生点蚀、漏水和漏 气,故其壁厚一般为5~9mm。
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图3-5 气缸磨损规律
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图3-6 往复惯性力和离心力
当活塞从上止点向下止点运动时,速度从零开始,逐渐增大,临近中间达最 大值,然后又逐渐减少到零。也就是说,活塞前半行程是加速运动,惯性力 向上;后半行程是减速运动,惯性力向下。当活塞从下止点向上止点运动 时,前半行程惯性力向下,后半行程惯性力向上。在上下止点活塞运动方 向改变,速度为零,加速度最大,
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图3-16 发动机气缸体 a)铸铁气缸体 b)铝合金气缸体
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(2)气缸的排列形式 发动机气缸的排列形式一般有直列式、V形、W形 以及水平对置等几种,如图3-17所示。
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图3-17 气缸的排列形式 a)直列式 b)V形
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图3-17 气缸的排列形式(续) c)W形 d)水平对置
直列式发动机,它的所有气缸均按同一角度肩并肩排成一个平面,它的优 点是缸体和曲轴结构十分简单,制造成本较低,尺寸紧凑。直列式发动机 稳定性高,低速转矩特性好并且燃料消耗也较少,但缺点是功率较低,并且 不适合六缸以上的发动机采用。 V形发动机,将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定夹角布置在一起,使 两组气缸形成一个夹角的平面,从侧面看气缸呈V字形,故称V形发动机。 V形发动机的高度和长度尺寸小,在汽车上布置起来较为方便。V形发动 机的缺点是必须使用两个气缸盖,结构较为复杂、成本较高;另外其宽度 加大后,发动机两侧空间较小,不易再安放其他装置。
对镶有干式气缸套的气缸体,如图3-28所示。气缸磨损超过使用极限后, 可采用修理尺寸法修复。若磨损后的尺寸已经接近或超过最后一级修 理尺寸,可采用镶套法修复。
(1)拆缷步骤 1)拆除气缸盖罩螺栓,取下气缸盖罩。拆除气缸盖罩螺栓,应由两边往中 间交叉对角分多次松开,如图3-9所示。
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2)拆除气缸盖螺栓,取下气缸盖和气缸垫。拆卸气缸盖螺栓时,也应由两 边往中间交叉对角分二到三次松开,如图3-10所示。
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图3-8 机体组的构造
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图3-9 拆卸气缸盖罩
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(1)工作条件和材料 在发动机工作时,气缸体承受拉、压、弯、扭等不 同形式的机械负荷,同时还因为气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很 大的热负荷。因此,气缸体应具有足够的强度和刚度,且耐磨损和耐腐蚀, 并应对气缸进行适当的冷却,以免气缸体损坏和变形。缸体的材料一般 用灰铸铁,为提高气缸的耐磨性,有时在铸铁中加入少量合金元素(如镍、 钼、铬、磷等)。但是,实际上除了与活塞配合的气缸壁表面外,其他部分 对耐磨性要求并不高。为了降低成本,广泛采用缸体内镶入气缸套来形 成气缸工作表面。这样,缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造, 以延长气缸使用寿命,而缸体可用价格较低的普通灰铸铁。有些发动机 为了减轻质量,其气缸体采用铝合金,如图3-16所示。
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图3-3 压缩行程气体作用力
图3-4 做功行程气体作用力 正文
由上述分析可知,气体压力使活塞紧压气缸左侧壁或右侧壁,从而造成气 缸磨损的不均匀。一般磨损呈上大下小的锥形,在圆周方向上呈不规则 的椭圆形,如图3-5所示。 (2)往复惯性力和离心力 作往复运动的物体,当运动速度变化时,将产生 往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时,就产生离心力。曲柄连杆 机构中活塞作往复直线运动、曲轴作旋转运动,故这两种力都存在,如图 3-6所示。
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(3)曲轴箱的结构形式 曲轴箱的主要作用是保护和安装曲轴,曲轴箱的 结构形式见表3-1。
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表3-1 曲轴箱的结构形式 正文
表3-1 曲轴箱的结构形式 正文
(4)油底壳 油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。由于油底壳 受力不大,一般用薄钢板冲压而成,如图3-18所示。为了保证发动机在纵 向倾斜的情况下,机油泵仍能吸到机油,油底壳后部一般较深,且在壳内设 有挡油板,防止汽车颠簸时油面波动过大。油底壳底部设有放油螺栓,有 的放油螺栓用磁性材料制成,能吸附机油中的金属屑,以减少发动机运动 零件的磨损。
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3.气缸体的修理
气缸体的主要耗损形式有裂纹、变形和磨损。
(1)裂纹 气缸体的裂纹通常采用目测法和水压试验法来检查,一旦检查 出裂纹,首先用直径为4mm的钻头在裂纹两端钻孔(止裂孔),防止裂纹的 进一步延伸。然后,可视情况进行焊修、胶粘等,必要时进行更换。 (2)变形 可用检查上平面平面度的方法检查气缸体上平面是否变形,具 体做法是:在气缸体上平面六个方向上放置刀口形直尺,并用塞尺测量刀 口形直尺与气缸体上平面之间的间隙,测得的最大值即为气缸体上平面 的平面度误差,如图3-21所示。气缸体上平面的平面度误差若超过使用 极限,可用磨削或铣削加工修理,但总加工量不能超过0.30mm。