任务二 气缸体的检修
教学目标
知识目标
1.能描述气缸体的功用，了解气缸体的工作条件。
2.能熟知气缸体的结构特点。
3.能认知气缸体的构造。
技能目标
1.能合理使用量具测量气缸。
2.能对气缸的磨损进行分析。
知识链接
一、气缸体的构造
发动机气缸体简称缸体，是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，用以安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架，如图1-2-1所示。
水冷的汽车发动机多数气缸体和曲轴箱是整体铸造的，通称为气缸体。也有少数汽车发动机（发动机排量大于3 L）采用气缸体和曲轴箱分开铸造的结构，如美国通用公司的北极星4.6 L V8发动机。
风冷发动机为制造方便起见，不仅气缸体和曲轴箱分开铸造，而且气缸体也是一缸一体，即采用单体式气缸体，然后用螺栓把气缸体和曲轴箱连接成一个整体。
1.气缸体功能
气缸体构成燃烧室，并提供活塞能在其中做往复运动的空间，以及为气缸进行冷却（如水冷发动机的水套，风冷发动机的散热片）的空间。对配气凸轮轴下置的发动机，气缸体还要提供安装凸轮轴及其支承空间等。
2.气缸体类型
气缸体是一个结构和形状都比较复杂的箱体零件，按照缸体材料可分为铸铁缸体和全铝缸体两种。
（1）铸铁缸体
铸铁缸体具有成本低、铸造工艺性好、耐磨、耐蚀和吸振性好等优点，所以优质灰铸铁在轿车发动机机体上得到了广泛应用。为了提高气缸体的强度和增加气缸的耐磨性，常在铸铁中加入少量的合金元素，如镍、磷等，成为合金铸铁。但铸铁机体质量重，冷却性能差，必须增加冷却液的容量。
（2）全铝缸体
有些轿车发动机采用铝合金气缸体，亦称全铝机体，它可使发动机轻量化、高速化。全铝气缸体的优点：
① 质量轻。发动机前置的前轮驱动的轿车，发动机质量太重会使前后轮载荷分布不合理，也增加了整车的质量，所以质量轻对前置发动机前轮驱动的轿车是十分有利的。
② 导热好。铝的导热系数约为铸铁的3倍，有利于提高压缩比，提高发动机的功率。另外，铝机体散热性好，可以大大减少冷却液容量，缩短暖机时间，减小散热器尺寸，使发动机结构更加紧凑。
③ 热膨胀系数一致。采用铝合金活塞和铝合金机体时，由于它们的热膨胀系数一致，活塞的配缸间隙可以控制在最小值，从而降低噪声和降低机油耗量，也有利于改善发动机的排放。
全铝机体尽管有不少优点，但制造成本高，所以仅用于高级豪华型轿车的发动机上，如宝马公司、奔驰公司生产的高级轿车的发动机。
二、气缸体的形式分类及结构
1.气缸
气缸按照排列方式不同，可以分为直列式、V型、卧式和W型发动机；按气缸的结构形式，可分为无气缸套气缸体和有气缸套气缸体两种。
（1）无气缸套气缸体。气缸套与气缸体是一体，其特点是气缸中心距短，结构简单紧凑，但气缸磨损后需镗缸。该结构在强化程度不高的轿车汽油机中应用较为普遍。例如，国产轿车中的桑塔纳，奥迪1.8 L、2.2 L，捷达等就采用这种结构。
（2）有气缸套气缸体。在气缸体内装—个气缸套构成气缸壁，气缸壁的存在提高了发动机强化程度以及气缸耐磨性、耐蚀性。如果气缸体全部都用优质耐磨、耐蚀材料来制造，将会使零件的成本提高，而实践证明，除了与活塞配合的气缸壁外，其他部分并不要求有很高的耐磨性，所以，相当多的现代汽车发动机采用了在气缸体内镶入气缸套的方法，形成气缸工作表面，达到提高耐磨性、减低成本、延长气缸使用寿命之目的。
2.水套
水套是冷却液在气缸体循环的通道，其结构形式可分为封顶式缸体顶平面和敞开式缸体顶平面两类，如图1-2-2所示。
（1）封顶式缸体顶平面。缸体水套与缸盖水套之间靠钻孔相通，加工比较复杂，制造成本高，但由于有缸体顶平面，气缸体刚度较好，变形小，强化潜力大，所以使用比较广泛。
（2）敞开式缸体顶平面。在缸体上平面和缸盖之间，没有壁面将水套隔断，该形式的气缸体冷却性能好，结构紧凑，质量轻，制造方便，成本低。
3.曲轴箱
曲轴箱提供连杆摆动和曲轴转动的空间，并通过由主轴承螺栓连接的主轴承座和主轴承盖为曲轴提供支承。如图1-2-3所示，汽车发动机的曲轴箱分为平分式、龙门式和隧道式三种。
图1-2-3 气缸垫结构
（1）平分式曲轴箱：曲轴箱与气缸体下表面在同一平面上。平分式曲轴箱具有机体高度小、重量轻、结构紧凑、便于机械加工及拆装等优点，缺点是刚度和强度差、密封困难，适用于中小型发动机。
（2）龙门式曲轴箱：气缸体下表面移到曲轴轴线以下。龙门式曲轴箱具有刚度和强度好、密封简单等优点，缺点是工艺性差、结构笨重，适用于大、中型发动机，如捷达、富康汽车采用的发动机。
（3）隧道式曲轴箱：主轴承座孔不分开。隧道式曲轴箱具有刚度大，主轴承同轴度易保证，拆装困难等特点。安装的曲轴多为组合式曲轴，其主轴承采用滚动轴承，主要适用于柴油机，如黄河JN1181C13型柴油车装有X6135型柴油机。
三、气缸与气缸套
气缸套简称缸套，是镶嵌在气缸体上部每个气缸孔处的薄壁圆筒。它用耐磨合金铸铁或合金钢制成，用以提高气缸孔的耐磨性能。气缸体可用价格较低的铸铁或合金制造。气缸套分为干式缸套和湿式缸套两种，如图1-2-4所示。
1.干式缸套
在气缸体的气缸孔内镶入一个薄壁的衬套，缸套外壁不与冷却液接触。干式气缸套的壁厚一般为1～3 mm，有的上端有定位凸缘，有的没有。其优点是气缸体乃至整个机体刚度好，不存在缸套漏水问题；缺点是由于缸套是一薄壁圆筒，加工面多，加工要求高，拆装要求高，散热效果差。
2.湿式缸套
外壁直接与气缸水套内冷却液直接接触。缸套壁厚一般为5～7 mm，外表面上、下端加工两个凸出圆环带，以保证缸套的径向定位；上部加工有轴向定位凸缘；下部有支撑密封带，与气缸体上相应的座孔配合，通常装有1～3道O形橡胶密封圈来密封气缸水套中的冷却液。其优点是铸造方便，拆装方便，冷却效果比较好；缺点是气缸体刚度差，易漏水、漏气，也易产生穴蚀。
技术提示
为了能使活塞在气缸中运动时具有较好的润滑条件，铸铁的气缸表面通常有经研磨加工过的有规则的网纹，可以起到存储机油的作用。在全铝气缸中，采用多孔性镀层的方法在气缸表面形成许多细小的孔穴，同样也能起到存储机油的作用。
技能实训一 气缸体裂纹的检修
step 1 气缸体的清洗
发动机解体后，在进行检验前，要对发动机进行清洗。发动机气缸体清洗是重点，因为气缸体清洗是否彻底，会直接影响发动机的修复质量。
对发动机气缸体进行清洗前，应将油道的堵头用专用工具拆下，还要拆下影响清洗的其他零件。
对于有安装位置要求和容易混的零件，在拆卸前要做好记号，以便清洗后原位装复。凸轮轴拆卸比较困难，铜质的凸轮轴轴承不会被清洗液腐蚀，如没有损坏不需要更换，可不必拆下。
气缸体上的油污应用清洗液进行清洗。注意，如果发动机气缸体为铝合金缸体，不能使用碱性清洗剂清洗。气缸体清洗后必须用清水进行冲刷，以免残留的清洗液对机件产生腐蚀。清洗后的气缸体，要在各加工表面涂润滑油，以防止生锈。
气缸体清洗的重点部位是各个油道，清洗可先用金属丝通，再用压缩空气吹，最后用清洗剂清洗，保证清洗彻底。
气缸体的油道清洗完毕后，应立即将油堵原位装回，必要时要加胶，保证密封效果。清洗后的气缸体要放置到清洁的地方，防止再次脏污。
step 2 气缸体裂纹的检查
（1）水压试验
将气缸盖和缸垫装合在气缸体上。用一盖板装在水泵的位置上，将水管与水压机联通。其他水道口一律封闭，然后将水压入水套内。在条件许可时，应使用80～90℃的热水进行试验，也可把具有一定压力的自来水直接通入气缸体进行试验。
水压试验的要求：在340～440 kPa水压下，保持5 min，应没有任何渗漏现象。如有水珠出现，即该处有裂纹。修补过的气缸体和气缸盖，以及新镶气缸套的气缸体，均应再次做水压试验。
（2）气压试验
在没有水压机的情况下，可往水套内加入自来水，用气泵或打气筒向水套内充气，借气体压力检查渗漏部位。为了防止水和气倒流，在使用气压试验时，应在充气软管与气缸体水管接头之间装一单向阀门。
step 3 气缸体裂纹的修理
发动机在使用过程中，若发现冷却水异常消耗，润滑油中有水，发动机过热等现象出现，有可能是发动机气缸体、气缸盖有裂纹。冬季环境温度低时，当车发动后有水从缸体某部位渗出也表明缸体出现了冻裂裂纹。
气缸体裂纹会导致漏气、漏水、漏油，影响发动机正常工作，严重会导致更严重的事故产生，所以必须及时修理或更换。
气缸体裂纹与破裂的修理方法有黏结、焊接和堵漏剂堵漏等多种，具体采用哪种方法应根据裂纹大小、程度和部位确定。
（1）黏结
大部分裂纹可采用黏结法修复。常采用环氧树脂黏结，它具有黏结力强、收缩小、耐疲劳等优点，同时工艺简单、操作方便、成本低。其主要缺点是不耐高温，不耐冲击等，而且在下一次修理时，经热碱水煮洗后会脱落，需重新黏接。所以，除燃烧室、气门座等高温区域外，其余部位均可采用这种方法。对破洞和裂纹集中部位，可采用补板加环氧树脂法修理。用螺钉固定补板，其间涂以环氧树脂，以确保密封。(https://www.daowen.com)
（2）焊接
焊接可分为冷焊和热焊两种。热焊时，将工件预热到327～427℃进行焊接。焊缝金属冷却缓慢，零件冷却时各处温差小，不易形成较大内应力，可防止零件产生白口铁组织和裂纹。但热焊易产生变形，工艺复杂。冷焊一般不预热。目前，随着冷焊质量可靠性的提高，冷焊在气缸体、气缸盖裂纹的修理中，得到广泛应用。
（3）堵漏剂堵漏
堵漏剂是修补气缸漏水的一种新材料。它是由水玻璃、无机聚沉剂、有机絮凝剂、无机填充剂和黏结剂等组成的胶状液体，适用于铸铁、铝缸体所出现的裂纹、砂眼等缺陷的堵漏。
技能实训二 测量气缸的最大磨损量、圆度和圆柱度
step 1 设备器材
（1）量缸表；（2）游标卡尺。
step 2 技术标准
（1）气缸的圆度误差达到0.050～0.063 mm；圆柱度误差达到0.175～0.250 mm；最大磨损量为有修理尺寸的气缸达到0.2 mm、无修理尺寸的气缸达到0.4 mm；其中一项达到限值时必须修理或更换气缸（套）。
（2）气缸的圆度误差和圆柱度误差均小于限值，而磨损量小于0.15 mm时，可更换活塞或活塞环。
step 3 作业准备
在气缸壁清洁的前提下，先进行目测的外观检查，检查气缸的机械损伤、表面质量和化学腐蚀程度等，主要观察有没有划痕、裂纹、锈蚀等；然后利用量缸表检测气缸的最大磨损量、气缸的圆度和圆柱度误差。
气缸磨损规律
发动机在工作中，由于活塞在气缸中做往复直线运动，在经长期使用后，气缸的尺寸和形状会由于磨损等原因发生改变。气缸磨损严重时，会影响发动机的技术状况，虽然引起发动机技术状况变差的因素很多，但气缸磨损程度是决定发动机是否需要大修的主要依据。所以，掌握气缸磨损规律、分析气缸磨损原因、提高检测和维修质量，注意使用中的维护，减轻气缸磨损是延长发动机使用寿命的重要措施。
气缸磨损规律及原因：
（1）气缸轴线方向
气缸轴线方向呈上大下小的不规则的锥形磨损，磨损的最大部位在活塞上止点时，第一道气环对应的气缸壁稍下的部位，而在气缸最上沿不与活塞环接触的部位，几乎没有磨损，形成一个明显的台阶，通常称为“缸肩”，如图1-2-5所示。
主要原因：①由于活塞在上止点位置时，活塞换向，活塞环与气缸的相对速度为零，导致环的布油能力最差，润滑能力较弱。②活塞在上部时，燃烧气体的背压导致环对气缸产生的压力最大，温度最高，润滑油膜被压力挤破，被高温烧掉，导致气缸壁几近裸露，燃烧的废气对气缸壁的腐蚀作用增强。③进气中的灰尘等在上部多，造成磨料磨损增强。
（2）气缸径向断面上
磨损呈不规则的椭圆形，磨损的最大部位随气缸的结构、使用条件的不同而不同。
原因：①气缸的中心线偏离。②连杆的弯扭变形。③曲轴的轴向窜动量过大。④进气气流对气缸壁的局部冷却及未雾化的燃油颗粒对局部气缸壁的润滑油膜的冲刷破坏，强化了局部气缸壁的“激冷”效应。
step 4 测量步骤
（1）缸径的测量部位
根据气的磨损规律测量缸径时，应在气缸轴向三个截面、三个方位上测量。最上面的截面在气缸的上部。相当于活塞行程上的上点时，第“1”道活塞环所在的位置距缸顶约15 mm；第二个截面在气缸的中部，距缸顶约35 mm：第三个截面在气缸的下部接近下边缘处，距缸顶约70 mm。
（2）调整测量接杆的长度
根据被测气缸的直径选择合适的测量接杆及固定螺母旋入表杆下端。调整接杆长度，使其与活动测杆的总长度同被测气缸直径相适应，即使其测量范围能包含该缸的最大和最小磨损缸径。
图1-2-5 气缸轴线方向磨损规律
（a）异常磨损气缸的磨损曲线（b）正常磨损气缸的磨损曲线
（3）测取最小磨损缸径
最小磨损缸径在气缸的下部，因此需要将量缸表的测杆伸入到接近气缸孔下边缘处。
（4）测取最大磨损缸径
（5）测量圆度和圆柱度误差
测取最大磨损缸径后即测取同横截面内的最小缸径。为快捷起见，通常测取与最大磨损直径相垂直的缸径作为该平面内的最小磨损缸径。
（6）计算
用上述步骤测得值即可计算出该缸的圆度和圆柱度误差。
圆度误差，是在同一截面上测得的最大与最小直径差值的一半。
圆柱度误差，是在任意截面上测得的最大与最小直径差值的一半。
（7）确定气缸修理级别
在气缸检测过程中，可以采用两点法进行测量，即在某截面上，用两个点之间的距离来表现直径的方法。
在测量时，先根据气缸的尺寸选择或调整量缸表的测量杆，以适应测量的范围。然后选择上、中、下三个截面，在每个截面上沿平行和垂直两个方向上用两点法测量。如图1-2-6所示，将量缸表放入气缸内，根据想测量的位置放置量缸表的触头，并来回摆动表架，观察百分表的长针摆动，当百分表长针顺时针摆动到极限位置时，即测量到了直径，记住此读数或调整百分表的表盘，让此值对应表盘上的零刻度。然后在同截面采用同样的方法读出另一个直径对应的数值，两个数值差值除以2即为该截面的圆度误差。
同理，如图1-2-7所示，在不同的截面不同的方向分别进行测量，S1-S1，S2-S2，S3-S3三个截面分别得到的圆度误差最大的一个为该气缸的圆度误差；圆柱度误差是测量得出的六个值中最大与最小差值的一半作为圆柱度误差。在实测中，通常可取S1-S1截面的直径最大值与S3-S3截面的直径的最小值的差值的一半表示。实践证明，在通常情况下，这样的测量结果可以满足维修的要求。
图1-2-7 气缸磨损测量的部位
技能实训三 气缸压力的检测
气缸压缩压力是指活塞达到压缩上止点时燃烧室内的压力，测量气缸压缩压力的大小可以确定气缸的密封性如何。
step 1 检测仪器准备
一般由表头、导管、单向阀和接头等组成。由于气缸压力表具有实用性强和测量方便等优点，因而在汽车维修企业中应用广泛。气缸压缩压力检测仪器如图1-2-8所示。
step 2 气缸压力测量
（1）启动发动机，需要水温达到80℃以上。
（2）停机后，拆下空气滤清器，用压缩空气吹净火花塞或喷油器周围的灰尘和脏物。
（3）卸下全部火花塞或喷油器，并按气缸次序放置。
（4）把气缸压力表的橡胶接头插在被测缸的火花塞孔内，扶正压紧。
（5）把节气门和阻风门置于全开位置，用启动机转动曲轴3～5 s（不少于4个压缩行程）。
（6）待压力表头指针指示并保持最大压力后停止转动。
（7）取下气缸压力表，记录读数。
（8）按下单向阀使压力表指针回零。
（9）按上述方法依次测量各缸，每缸测量次数不少于2次。
step 3 测量分析
将测量结果与气缸压缩压力标准值进行对比。大修竣工发动机的气缸压缩压力应符合原设计规定，每缸压力与各缸平均压力的差，汽油机不超过8%，柴油机不超过10%。
常见车型气缸压缩压力值见表1-2-1。
表1-2-1 常见车型气缸压缩压力值
学后测试
1.简述气缸体的功用。
2.简述气缸体的构造。
3.简述气缸套的分类。
4.简述气缸体的型式分类。
5.简述气缸体裂纹的检修方法。
6.简述气缸体裂纹的修理方法。