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气缸体与曲柄连杆机构


一、气缸体的使用与维修

(一)主要结构参数

缸心距/mm——88

气缸体总长/mm——379

缸体高度/mm——279

气缸之间隔壁厚/mm——7

前后端壁厚/mm——5

缸筒壁厚/mm——6

龙门深度×宽度/(mm×mm)——58×98

缸体重量(约)/kg——32.8

主轴承底孔直径/mm——φ59

中间轴前衬套孔直径/mm(AFE型机)——φ42.6

中间轴后衬套孔直径/mm(AFE型机)——φ46

加工完毕缸体密封性水压试验的压力/kPa——300-400

主轴承盖螺栓的拧紧力矩/N·m——65

根据首批样机材料成份分析,其化学成分大至如下:

C=3.44%;Si=2.28%;Mn=0.57%;

P=0.05%;Cr=0.14%;Ni=0.12%;

Cu=0.37%;V=0.02%;Sn=0.014%。

(二)发动机缸体的分解

在汽车上拆卸发动机总成以前,先拆卸蓄电池上引到起动电动机去的接线,拆下发电机接线,拆卸真空管接头,拆卸各种压力、温度及爆震传感器接线。拆卸发动机控制单元与发动机的接线。拆卸发动机各大部件:冷却水箱、发电机、进、排气管、电动机……。

发动机从车上吊下后,有条件的将发动机装在转动架上。一般修理单位,可将发动机置于工作台上。在拆卸飞轮离器、曲轴前端传动件、活塞连杆组,然后再分解缸体上的其它连接部件。顺序如下:

1)将缸体倒置在工作台上(图2-20)。

2)对于AFE发动机,拆卸其中间轴密封凸缘,它的紧固螺栓拧紧力矩为25N·m。

3)对于AFE发动机,拆卸缸体前端中间轴密封凸缘中的油封,装配时更换。

4)AFE型机,在分电器已拆卸下的情况下,这时应拆卸中间轴。AJR机上中间轴已取消。装配时注意,中间轴最大轴向间隙为0.25mm。

5)拆卸带盘曲轴油封。不解体状况下要更换该油封,可采用油封取出器2085(大众公司专用维修工具)拆卸油封,安装该油封时,须在油封外圈和唇边上涂一层薄油,在曲轴颈上套上导套3083(含义同上),通过装在导套上的压套将油封压到位。

6)拆卸前油封凸缘及衬垫,安装时更换衬垫。

7)拧松主轴承盖的紧固螺栓,不能一次松到位,必须分几次从中间到两端逐步拧松各螺栓。该螺栓的拧紧力矩为65N·m。

8)3号轴瓦是具有推力功能的轴瓦,轴承盖中半片无油槽,气缸体轴承座上半片轴瓦上有油槽。3号轴瓦两端有半圆形止推环,注意定位,要使开口的安装方向朝向轴瓦。1、2、4和5号装在轴承盖中的轴瓦,只有4号有油槽;装在气缸体1、2、4和5号轴承座上的轴瓦均有油槽。用过的轴瓦不能互换,装配时务请注意。

(三)气缸体的常见故障及其维修方法

1.气缸故障的检查

(1)检查气缸的磨损、损伤及龟裂状况。

(2)检查水套的水垢、锈蚀状况。

(3)检查缸体上平面的变形、损伤及龟裂状况。

2.具体检查方法

气缸磨损的检查,用量程为50-100mm的量缸表进行,具体操作如图2-22所示。测量缸体磨损,一般在如下几个代表性部位进行,具体部位列于图2-21。测量结果与标准尺寸的偏差其最大值为0.08mm。

应当指出,如果缸体已用VW540装配架固定在装配台上,则因为夹紧变形而测量不准,因此这时不宜测量,必须放在平台上自由状态下测量。

测量气缸圆度误差,在同一横向截面内,在平行于曲轴轴线方向和垂直于曲轴轴线方向的两个方位进行,用量缸表测得直径差之半即为该截面的圆度误差。沿气缸轴线方向测上、中、下三个横截面,上截面相当于活塞位于上止点位置时其第一道活塞环相对应的气缸壁位置;中间截面取气缸中部:下截面相当于活塞处于下止点时最下一道活塞环相对应的气缸壁位置。测得的最大圆度误差,即为该气缸的圆度误差。测量气缸圆柱度误差,通常用量缸表在活塞行程内取上中下三处气缸的各个方向测量,找出该缸磨损的最大处。气缸磨损量最大处直径,与活塞在下止点时活塞环运动区域以外,即距气缸套下部平面10mm范围内的气缸最小内径的差值之半,就是该气缸的圆柱度误差。

检查缸体上平面的变形、龟裂及水套中水垢、锈蚀、螺纹孔的损伤情况。用直尺放置在缸体上平面,从塞尺(俗称厚薄规)测量直尺中间部位与缸体上平面的间隙。

应特别认真检查螺孔周围及螺栓紧固部位附近,发现龟裂时应修整或更换缸体。发现水套水垢、锈蚀严重,也应及时修整。

3.缸体的修理


(1)根据测量结果,判断气缸磨损程度,采用搪缸、珩磨加工,使其与加大一档尺寸的活塞相配。

(2)上平面变形严重并超过极限值时,可采用与气缸盖平面修整相同的方法,在平面磨床上加工。平面度磨损极限为0.1mm。当然最终还要考虑气缸体的最小高度值限制。

(3)水套水垢较多时,用60℃左右的专用溶液进行清洗除垢。上海桑塔纳2000型轿车发动机使用的是防冻液,一般不易产生水垢。在我国经济落后地区,常用普通水代用,因此有可能出现水垢问题。

(4)气缸磨损状况,常用检查压缩压力的方法进行检查。气缸的修理尺寸,与活塞修理尺寸同时介绍。 [TOP]

二、活塞连杆组的使用与维修

(一)活塞连杆组的结构特点

上海桑塔纳2000型轿车发动机活塞,在高温、高压条件下作高速往复运动,承受着由周期性的燃气压力和惯性力引起的交变的拉伸、压缩和弯曲负荷,以及因活塞各部分温度分布极不均匀而引起的热负荷。

桑塔纳2000型轿车发动机活塞采用了德国KS公司的配方,其化学成分中含硅10%-13%,另外还含有铜、镍、镁、铁等其它合金元素。由于硅元素的作用,使铝合金的线膨胀系数和密度下降,耐磨性、强度和硬度大大提高。

活塞顶燃烧室及余隙容积,仅占桑塔纳2000型发动机燃烧室容积的30%,AFE电喷式发动机,压缩比为9.0; AJR型电喷式发动机,压缩比升到9.3(试验产品达9.5)。据介绍,压缩比提高,是通过减少活塞顶燃烧室容积,也即通过浅化燃烧室实现的。而且活塞质量不断减轻,活塞销座下的活塞裙部金属已减到最少。

原YP型发动机活塞质量529g,1.8L的JV型发动机活塞总成质量为407g。AJR型发动机活塞总成质量减轻10%左右。

活塞销尺寸

项目 活塞销长/mm 活塞销外径/mm 装配工具
1.6L发动机 55 22 VW207c
1.8L发动机 54 20 VW222a

活塞壁厚最薄处为1.7mm

活塞环高度/mm 1.6L发动机 1.8L发动机
第一道气环 1.75 1.5
第二道气环 2.0 1.75
第三道油环 4.0 3.0

第一道气环为矩形环,材料为球墨铸铁,外圆面镀铬,镀层厚0.l-0.15mm,两端经磷化处理。球化率1-2级,石墨大小为1-2级。化学成分:C=(3.5-4.0)%;Si=(2.1-2.9)%;Mn=(0.2-0.5)%;Ni≤0.1%;Cr≤0.2%;S≤0.05%;P≤0.3%。外圆表面硬度为65HRC。

第二道气环为鼻形环,是合金铸铁环,其材质为含磷、硅量较大的灰铸铁。石墨以A型为主,其显微金相组织为珠光体+磷共晶网+少量铁素体,铸造后退火。材料为标准型不调质的灰铸铁Kl(相当于国产耐磨铸铁中Cu-Cr-Mo合金铸铁)。化学成分:C=3.72%;Si=2.85%; Mu=0.66%;P=0.22%;Cr=0.16%。硬度96-106HRB;抗弯强度≥350N/mm2 弹性模量为85000-115000N/mm2。整体式弹簧内撑式油环也采用灰铸铁制造。

桑塔纳2000型轿车发动机的活塞,目前采用组合式油环,它由两片互相独立的刮片和一个弹性良好的钢丝衬环组成。

活塞销材料的化学成分介于15Cr-20Cr之间,据分析大致成分为:C=0.18%;Mn=0.56%; Si=0.15%;Cr=0.65%;P=0.016%;S=0.017%。表面碳氮共渗,淬火后低温回火,表面金相组织为针状马氏体与残留奥氏体,渗层厚度为0.57mm。

连杆几何参数(图2-25)

连杆尺寸

发动机

连杆大小头孔中心距a 连杆大头孔径b 活塞销孔径c
1.6L 136 49.0 22
1.8L 144 50.6 20

连杆与大瓦盖的材料为CK35(DIN17200),相当于国户40号钢:C=0.4%;Mn=0.63%; si=0.34%;Cr=0.16%。

连杆螺栓,材料相当于国产35Cr钢,金相组织为回火索氏体(调质组织),硬度30-34HRC。

连杆螺栓结构特性

项目

发动机

螺栓 中间段 头部 备注
YP.1.6L M9×1(15mm长) 滚花 半圆 刚性螺栓
AFE,AJR

JV.1.8L

M8×1(23mm长) 光滑 锥形 预应力螺栓

(二)活塞连杆组装拆注意事项

拆卸气缸体四周的附件、配件,拆卸气缸盖总成及油底壳总成,同时拆卸:气缸体曲轴箱内的附件。将气缸体放在工作平台上,并用垫块垫起,然后以如下步骤拆装活塞连杆组:

1)对活塞作标记,标明从带盘端算起的气缸号码。

2)拆卸连杆螺栓,M9×1的拧紧力矩为45N·m;M8×1的拧紧力矩为3ON·m。若是安装,要注意连杆安装位置,标号侧须朝向带盘;连杆和大瓦盖上打印所属气缸号;螺母应更换。安装前接触面涂油。M8×1螺栓只能重复使用一次,第二次用时打印标记,以备查考。

3)从曲轴箱侧顶出活塞连杆组,注意不要倾侧,不允许硬撬、硬敲,以免损伤气缸。

4)拆装活塞环时请使用图2-26所示专用工具。安装时应使活塞环开口错开120°;检查环槽间隙和环端间隙,标记“TOP”朝向活塞顶。

5)拆卸活塞销卡簧。将活塞加热到60℃后装拆活塞销:φ22mm销用VW207c工具,φ20mm销用VW222a专用工具。

6)活塞组或连杆组,只能总成更换,用质量等级及尺寸相同的产品更换。安装时注意位置、间隙、标号。特别指出,AJR型发动机与AFE型发动机的活塞差别很大,AFE型中电喷的与化油器式的压缩比不同,活塞也不同。因此,同样是上海桑塔纳2000型轿车,活塞不能用错,必须注意机型。

(三)活塞连杆组的常见故障与修理

活塞连杆组是发动机的心脏部件。燃烧室中气体燃烧膨胀作功,通过活塞连杆机构传出,使曲轴输出动力。因此活塞连杆组工作条件十分恶劣,尤其是活塞组承受高温、高压气体作用,而且相对于气缸作高速往复运动,既有机械负荷,又有热负荷,还受到化学侵蚀。

发动机燃烧恶化,或者长期工作后活塞环失效,漏气,上油严重,会使活塞顶产生积炭,烧蚀,严重时出现龟裂。活塞销痤孔、活塞销在交变应力作用下会产生磨损。活塞裙部是传力部位,而且在往复运动中往常改变受力方向,会产生磨损及磕碰损伤。活塞环在活塞环槽中运动,与缸壁高速摩擦,在窜油、漏气等状况下,会产生积炭、结胶及磨损。

连杆在拉伸、压缩、扭曲等负荷作用下,杆体会产生弯曲、扭曲变形;连杆小头衬套及大头盖轴瓦,在各种负荷长期作用下会产生磨损;连杆螺栓孔处会出现损伤、龟裂等现象。

下面就其中一些典型例子作些介绍。

1.活塞环与环槽侧隙的检查

经过清洗后,如图2-27所示,用塞尺检查活塞环与环槽的侧隙。新装时侧隙为0.02-0.05mm,达到0.15mm时磨损已到了极限,必须更换或修理。

2.用塞尺检测活塞环的端隙

将活塞环垂直压进气缸(2-28),使其上面离气缸顶面15mm。

新环时:

第一道气环为0.30-0.45mm

第二道气环为0.25-0.40mm

油环(整体环)0.25-0.50mm

现改成组合式油环

磨损极限值,端隙为1.Omm

3.若活塞顶部、活塞环积炭,活塞环在槽中不能动,这时不能用刮刀、旋具等硬撬,应将活塞总成浸泡在煤油中,待溶解后再拆卸。

4.检查活塞裙部的磨损。在与活塞销垂直的方向,离活塞裙部底沿15mm处,用百分表测量活塞裙部的直径。测量结果与标准尺寸的最大偏差值不得大于0.04mm。

5.气缸与活塞裙部磨损后的修理尺寸,列于下表。

发动机气缸与活塞裙部磨损后的修理尺寸(mm)

修磨尺寸 活塞 缸径
标准尺寸 80.98 81.01
第一次修磨 81.23 81.26
第二次修磨 81.48 81.51
第三次修磨 81.98 82.01

6.活塞环、活塞裙部及缸体若严重磨损,压缩压力肯定会下降,因此可用VWG1381型气缸压力表通过火花塞孔进行检测。

发动机压缩压力值(kPa)

项目

发动机

正常压缩压力 磨损极限压缩压力 各缸最大差压
JV型1.8L 1000-1300 750 300
AJR AFE1.8L 1000-1350 750 300

YP型发动机ε=8.0;JV型发动机ε=8.5;AFE型发动机ε=9.0;AJR型发动机ε=9.3-9.5。


因此压缩压力会不同,但在低速时检查漏气状况的压缩压力,差别不大。

7.经长期使用后,连杆是否产生弯曲或扭曲,应在清洗过后进行检测。

检测时,可使用连杆直线对准器。将活塞销试装在连杆小头孔中,再把连杆大端装到直线对准器上。如图2-29所示,测量连杆的弯曲量。如图2-30所示测量连杆的扭曲量。

当连杆的弯曲量超过规定值时或者更换新件,或者进行校正修理,可采用压床或其它类似设备校正(见图2-31)。

如果连杆有少量扭曲,而且在可修复范围内,则可对它进行扭曲校正,否则应更换新件。

对于扭曲的连杆,可夹在台虎钳上,用校扭器进行校扭,具体操作如图2-32所示。

在常温下校正连杆,会发生弹性变形,卸荷后又恢复原状。因此在校正弯扭变形较大的连杆时,校正后应进行稳定处理,将校正后的连杆用喷灯稍许加热。校正变形小的连杆时,应使校正负荷保持一定时间,即可防止卸椅后恢复原状的趋势。

8.小端衬套磨损状况检测,用内径百分表测量,或者试装标准尺寸活塞销进行检查。

9.连杆大头在曲袖上的轴向间隙,磨损极限为0.37mm孔径磨损,可用内径百分表检测。具体配合要求见第四节曲轴飞轮组部分。[TOP]

三、曲轴飞轮组的常见故障与修理

(一)主要结构参数与技术性能

曲轴(JCFE型发动机)

支承方式——全支承

总长/mm——426.5

总质量/kg——13.0

主轴颈直径/mm——φ54

连杆轴颈直径/mm——φ47.8

曲柄半径/mm——43.2

重叠度/mm——7.7

轴颈表面硬度/HRC——57-62

主轴颈与主轴承间隙/mm——0.057-0.077(实测0.03-0.08)

连杆轴颈与连杆轴瓦的间隙/mm——0.049-0.069

铸造曲轴材料GGG40-DIN1693,球化率为1级,石墨率为1-2级,粗磨后中频淬火,过渡圆角不淬火而用钢珠滚压硬化。锻钢曲轴,相当于国产50号钢,模锻后退火。成分为:C=0.5%;Mn=0.75%;Si=0.3%;Cr=0.14%。

轴承

主轴瓦外径/mm——φ59.019

主轴瓦宽度/mm——18.5

主轴瓦厚度/mm——2.492

主轴瓦材质——CuPb22Sn15

连杆轴瓦外径/mm——φ50.619

连杆轴瓦厚度/mm——1.396

连杆轴瓦宽度/mm——19.0

连杆轴瓦材质——CuPb2OSn15

推力轴瓦片/mm——外径φ73.2,内径φ59.75,厚度1.925

飞轮外径/mm——φ287.22

轴向最大尺寸/mm——25.0

齿圈齿轮移距系数——-3.0596

齿圈齿数销——132

齿轮模数/mm——2.14345

分齿圆压力角/(°)——15

对AJR发动机,曲轴有少量改动,一般采用锻钢毛坯。对老桑塔纳2000型,即AFE发动机,曲轴两种材料均用。

(二)曲轴飞轮的装拆要求

最近出产的曲轴与飞轮的连接与定位有些变化(与图2-33不同),它靠曲轴凸缘上的6个非对称布置的定位螺栓进行定位,而且螺栓拧紧力矩较大,借助飞轮与凸缘之间的摩擦力矩传输出回轴的最大转矩。桑塔纳2000型轿车发动机采取非对称布置螺栓定位方式,可保证它们重新装合时能保持原有的相位,避免破坏它们的平衡状态。这些在装拆时必须注意。

1)如图2-34所示,拆卸与安装飞轮时,使用大众汽车有限公司的10-201号专用工具,使用涂D6防松胶的螺栓,其拧紧力矩为75N·m。

2)拆卸飞轮内孔中的滚针轴承时,使用大众汽车公司10-202号专用工具。安装该滚针轴承时,有字的一端朝向外面,清晰可见。轴承标记打印在这面上,安装时使用大众汽车有限公司VW207C专用工具。安装完毕,滚针轴承外端面离飞轮安装孔外端面的距离为1.5mm。

3)飞轮与曲轴法兰的连接,原先结构有两个定位销,6个紧固螺栓。现在机型,改用不对称布置的6只定位螺栓(既定位,又拉紧),拧紧力矩为75N·m。

4)曲轴后端飞轮与附属装置的拆卸顺序,如图2-35所示。

5)更换飞轮端曲轴油封。拆卸变速器、飞轮和离合器压盘,用大众汽车公司VWlO-221号专用工具拆卸后油封。安装后油封时,在其外圈与唇边涂一层薄油,使用VW2003/2A工具安装,并用VW2003/1工具将油封压到底。

6)拆卸曲轴前油封时,先将油封取出器旋进曲轴,用油封取出器VW2085拆卸出油封。

安装该油封时,先在曲轴颈套上导套VW3083,油封外圈和唇边涂薄油,由导套将其推入到位。

(三)曲轴飞轮组的常见故障及维修

1.曲轴轴承钢背上镀有三层合金,底层为铝锡铜,第二层为一层薄薄的镍,表层为巴氏合金。在维修中严禁刮削,否则装配后轴承易产生异响,并影响使用寿命。

2.曲轴轴颈的磨损是不均匀的,主要表现为轴颈的失圆与锥体。各轴颈的磨损规律如图2-36所示。连杆轴颈失圆磨损的最大部位在各轴颈的内侧面上,即靠曲轴中心线一侧。主轴颈的最大失圆磨损,一般出现在靠近连杆轴颈的一侧。

3.检查3号轴承(中间档)的轴向间隙(见图2-37),新装配时其值为0.07-17mm,磨损极限为0.25mm。

4.检查曲轴轴颈与轴承的径向间隙,对已装好的发动机可采用塑料间隙测量片测量:

测量范围(mm) 色别 型号
0.025-0.076 绿 PG-1
0.050-0.150 PR-1
0.100-0.250 PB-1

拆下曲轴主轴承盖,清洁轴瓦及曲轴轴颈,将塑料间隙测量片放在轴颈上或主轴瓦中,再将主轴瓦装好,并用规定的65N·m力矩紧固轴瓦盖螺栓,但注意不要使曲轴转动。然后拆卸主轴瓦盖,测出挤压过的塑料带厚度。

新件时轴颈与轴瓦的径向间隙为0.03-0.08mm;磨损的极限值为0.17mm。大于极限值时需进行修理。

5.曲轴轴颈及轴瓦的磨损是常见的故障,正常磨损时在磨合期后磨损增长的速度很慢。曲轴轴颈磨损后应按下表中规定的数据磨削修理。

曲轴轴颈修理数据(mm)

项目

尺寸

主轴颈直径

连杆轴颈直径

标准尺寸

Image8.gif (1009 字节) Image9.gif (1013 字节)

第1次缩小尺寸

Image10.gif (1005 字节) Image11.gif (1008 字节)

第2次缩小尺寸

Image12.gif (1010 字节) Image13.gif (1008 字节)

第3次缩小尺寸

Image14.gif (1007 字节) Image15.gif (1006 字节)

6.检查曲轴弯曲状况。在发生不正常受力时,曲轴会产生较大的弯曲变形。将曲轴放在平台的V形架上(或在车床上)用百分表测量曲轴的弯曲度。若有轻微的弯曲,可借助曲轴磨床进行磨削修正。当弯曲变形量超过限度时,一般不校正而改用新件。在非常困难的环境下,对钢质曲轴也可采用传统的校正方法校正。

7.检查飞轮上与离合器摩擦片接触面的划伤、偏磨损状态。损伤严重时更换新件。目视检查飞轮安装螺栓孔附件有无龟裂、损伤,必要时更换新件。

8.目视检查飞轮齿圈,如发现偏磨损、缺损、龟裂,则应更换。此时也应检查起动电动机小齿轮,一般这只小齿轮比齿圈早损坏。

更换齿圈时,应用手锤轻敲齿圈的全周,然后再使其脱下,并将新齿圈均匀加热,在指定的方向镶到常温的飞轮圆盘外周上,然后在大气中自然冷却。

9.检查连杆轴颈与轴瓦的径向间隙,具体做法与第4条相同,但是连杆螺栓的拧紧力矩为3ON·m,应加以注意。正常装配间隙为0.03-0.06mm,到磨损极限时为0.12mm,大于此值应进行修理或更换轴瓦。 [TOP]


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