学习情境1 发动机拆装
●知识目标
1．认识发动机总体构造和掌握四冲程发动机工作原理。
2．理解二冲程柴油机工作原理。
3．掌握我国内燃机产品名称和型号编制规则。
4．掌握发动机的各项性能指标。
●能力目标
1．掌握汽车发动机的总体构造并分析其工作过程。
2．分析并比较汽车发动机性能指标。
3．掌握常用工具与量具的使用方法。
●任务分析
发动机是汽车的核心部件，俗称发动机的“心脏”。发动机的性能指标直接决定整车的性能指标，如动力性、燃油的经济性、排放量等。学会汽车发动机故障的诊断，必须清楚发动机是如何工作的，即发动机的整体构造和工作原理。通过发动机的拆装项目的实施，学生在实操的过程中得以理解和实现，并学会工具与量具的使用。
任务1．1 发动机总体构造认识
1．1．1 什么是发动机
发动机是汽车的动力源，除少数电动汽车外，汽车发动机都是热能动力装置，即将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。热能动力装置可分为内燃机（活塞式内燃机和燃汽轮机）和外燃机（蒸汽机、汽轮机和热汽机）两种。直接以燃料燃烧产生的产物为工作介质的热能动力装置，称为内燃机；反之，则为外燃机。
内燃机具有结构紧凑、体积小、质量轻和容易启动等特点，因此，内燃机特别是活塞式内燃机广泛用作汽车动力。
1．1．2 发动机基本结构
如图1．1所示为发动机结构。往复活塞式内燃机的工作腔称作汽缸，汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在汽缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。在汽缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在汽缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成汽缸的零件称为汽缸体，支承曲轴的零件称为曲轴箱，汽缸体与曲轴箱的连铸体称为机体。
图1．1 发动机结构
1．1．3 发动机工作原理
（1）汽车发动机的基本术语
发动机描述的基本术语如图1．2所示。
图1．2 发动机常用术语示意图
1）工作循环
工作循环是指包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环，即发动机完成进气、压缩、膨胀和排气4个过程，称为一个工作循环。
2）上止点TDC
上止点TDC是指活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，通常即活塞的最高位置。
3）下止点BDC
下止点BDC是指活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点，通常即活塞的最低位置。
4）活塞行程S
活塞行程S是指活塞运行的上、下两个止点之间的距离。
5）曲柄半径R
曲柄半径R是指从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离。
6）汽缸工作容积（活塞排量Vs）
汽缸工作容积（活塞排量Vs）是指一个汽缸中活塞运动一个行程所扫过的容积，即活塞面积与行程的乘积。
7）发动机工作容积（发动机排量Vst）
发动机工作容积（发动机排量Vst）是指一台发动机全部汽缸工作容积的总和。
8）汽缸燃烧室总容积（压缩室容积Vce）
汽缸燃烧室总容积（压缩室容积Vce）是指活塞在上止点时的汽缸容积。活塞顶上面空间称为燃烧室，它的容积称为燃烧室总容积。它是汽缸的最小容积。
9）汽缸最大容积Va
汽缸最大容积Va是指活塞在下止点时汽缸的容积。它是汽缸工作容积和燃烧室总容积之和。
10）压缩比ε
压缩比ε是指汽缸最大容积和燃烧室总容积比值。
11）负荷率
负荷率是指内燃机在某一转速下的功率与该转速下所能发出的最大功率之比，以百分数表示。
12）工况
工况是指内燃机在某一时刻所处的工作状况，一般用功率和曲轴转速来表示，也可用负荷与转速来表示。
（2）发动机的基本工作原理
1）四冲程汽油机的工作过程分析
以单缸为例，介绍四冲程汽油发动机的工作原理。
已知，发动机是将化学能转化为机械能的机器，它的转化过程实际上就是工作循环的过程，一个工作循环包括有4个活塞行程（所谓活塞行程，就是指活塞从上止点运动到下止点的过程）：进气行程、压缩行程、做功行程（膨胀行程）及排气行程。
现在分析一下这个过程（见图1．3）：
图1．3 单缸四冲程汽油发动机工作原理
①进气行程
在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的汽缸容积增大，从而使汽缸内的压力将到大气压力以下，即在汽缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入汽缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。在进气终了时，汽缸内的气体压力为0．075～0．09 MPa。而此时汽缸内的可燃混合气的温度已升高到370～400 K。
②压缩行程
为使吸入汽缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此时，混合气压力会增加到0．6～1．2 MPa，温度可达600～700 K。
在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。所谓压缩比，就是压缩前汽缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高，燃烧速度也越快，因而发动机发出的功率越大，经济性越好。一般轿车的压缩比为8～10，不过现在最新上市的POLO汽车就达到了10．5的高压缩比，因此，它的扭矩表现相对不错。但是压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象（燃油质量的影响也是占有相对重要的地位，这方面将在后面详细讲解）。
爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
除了爆燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：表面点火。这是由于缸内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称为炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机负荷增加，降低寿命。
③做功行程（膨胀行程）
在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加。其所能达到的最大压力可达3～5 MPa，相应的温度则高达2 200～2 800 K。高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在活塞的运动过程中，汽缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至0．3～0．5 MPa，温度则为1 300～1 600 K。
④排气行程
当膨胀行程（做功行程）接近终了时，排球门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，强制降废气强制排到大气中，这就是排气行程。在此行程中，汽缸内压力稍微高于大气压力，为0．105～0．115 MPa。当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气温度为900～1 200 K。
至此，已介绍完了发动机的一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复移动了4个行程，相应地曲轴旋转了两周。
2）四冲程柴油机的工作过程分析
四冲程柴油机与四冲程汽油机一样，每个工作循环也包括进气、压缩、做功、排气4个行程（见图1．4）。但由于柴油和汽油的性质不同，使可燃混合气的形成、着火方式等，与汽油机有很大区别。
①进气行程
它不同于汽油机的是进入汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度比较低等原因，进气终了时的压力和温度与汽油机略有不同，压力为80～95 kPa，温度为320～350 K。
图1．4 单缸四冲程柴油机工作原理
②压缩行程
不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比较大，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，压力可达3～5 MPa，温度可达800～1 000 K。
③做功行程
此行程与汽油机有很大不同，压缩行程末了，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入汽缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成混合气，因为此时汽缸内的温度远高于柴油的自燃温度（约500 K），柴油便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷射边混合边燃烧，汽缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行做功。瞬时压力可达5～10 MPa，瞬时温度可达1 800～2 200 K。随着活塞的下移，压力、温度下降，做功行程终了时压力为200～400 kPa，温度为1 200～1 500 K。
④排气行程
与汽油机排气行程基本相同，排气终了时汽缸内压力为105～125 kPa，温度为800～1 000 K。
3）二冲程汽油机的工作原理
二冲程汽油发动机的工作循环也包括进气、压缩、做功、排气4个过程，但它是在活塞往复两个行程内完成的（见图1．5）。
第一冲程：在曲轴的旋转带动下，活塞由下止点向上止点运动，当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时，已进入汽缸内的新鲜空气开始被压缩，直至活塞到达上止点，压缩行程结束。由于活塞上行，其下方即曲轴箱内形成一定的真空度，当进气孔开启时，燃油供给系供给的可燃混合气在真空度的作用下，被吸入曲轴箱内。
第二冲程：当活塞接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃混合气，混合气燃烧后膨胀做功，推动活塞从上止点向下止点运动做功。当活塞下行到关闭进气孔后，活塞下方曲轴箱内的可燃混合气被预压。当活塞下行至排气孔开启时，部分燃烧后的废气靠自身压力经排气孔排出，紧接着换气孔开启，曲轴箱内预压的可燃混合气经换气孔进入汽缸，并扫除汽缸内的废气，这一过程称为换气过程。它一直延续到下一行程活塞再上行到关闭换气孔和排气孔时为止。
图1．5 单缸二冲程汽油机工作原理
1—进气口；2—排气口；3—换气口
由上可知，第一行程活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进气；第二冲程活塞上方进行做功、换气，活塞下方预压缩。换气过程纵跨两个行程。
4）四冲程发动机与二冲程发动机比较
①四冲程发动机的进、排气是两个分开的专门过程，而二冲程发动机单纯排气（或进气）时间极短，是一个几乎完全重叠的、以新鲜气体清扫废气的换气过程。这样的换气过程不可避免地会发生新鲜气体与废气混合，造成废气难以排净和新鲜气体随废气排出的后果。
②完成一个工作循环，二冲程发动机的曲轴只需转一圈，而四冲程发动机的曲轴需要转两圈。因此，当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，从理论上讲，二冲程发动机的功率应为四冲程发动机功率的2倍，但实际上只有1．5～1．6倍。这是由于二冲程发动机难以将废气排净和新鲜混合气随废气排出，以及为了安排换气过程而较多地损失了高压气体的做功能力，这也使得二冲程发动机比四冲程发动机的经济性差。
1．1．4 发动机的分类方法和型号编制
（1）发动机的分类
①根据燃料种类不同，可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机，如图1．6所示。
图1．6 汽油发动机、燃油发动机、柴油发动机
②按冷却方式不同，可分为水冷式和风冷式。它们分别以水、冷却液和空气为冷却介质，如图1．7所示。
③按一个工作循环期间活塞往复运动的行程数，可分为四冲程往复活塞式内燃机和二冲程往复活塞式内燃机，如图1．8所示。
图1．7 水冷式、风冷式发动机
图1．8 四冲程、二冲程发动机
④按气门布置位置不同，可分为气门顶置式和气门侧置式，如图1．9所示。
⑤按汽缸数不同，可分为单缸和多缸发动机，如图1．10所示。
图1．9 气门侧置和气门顶置式
图1．10 单缸和多缸发动机
⑥按汽缸排列方式的不同，可分为直列式、V形和对置式，如图1．11所示。
图1．11 直列式、V形和对置式发动机
⑦按进气状态不同，可分为增压和非增压两种。
目前，应用最广泛、数量最多的汽车发动机为水冷、直列四冲程、气门顶置式往复活塞式内燃机。
（2）发动机名称和型号编制
为了便于发动机的生产和管理，2008年我国对内燃机名称和型号的编制方法重新进行了审定，颁布了国家标准《内燃机产品名称和型号编制规则》（GB／T 725—2008）。该标准仅适用于往复式内燃机，其主要内容如下：
①内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，如汽油机、柴油机、燃气发动机、双（多）燃料发动机。
②内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母、英文缩略字母组成。
③内燃机型号能反映内燃机的主要结构特征和性能。它由以下4个部分组成：
第1部分：为产品系列符号和换代标志符号，由制造商根据需要选择相应字母表示，但需主管部门核准。
第2部分：由缸数符号、汽缸布置形式符号、冲程符号、缸径符号组成。汽缸数用1～2位数字表示；汽缸布置由表1．1规定；冲程形式为四冲程时可省略符号；缸径符号用缸径毫米数表示。
表1．1 汽缸布置形式符号
第3部分：结构特征和用途特征符号，用字母表示。其符号分别按表1．2、表1．3规定。
表1．2 结构特征符号
表1．3 用途特征符号
第4部分：区别符号
同一系列产品需要区分时，允许制造商选用适当的符号表示。第三部分与第四部分可用“-”分隔。例如：
492Q／P-A表示4缸、直列、缸径为92 mm、冷却液冷却、汽车用汽油机（A为区分符号）。
柴油机：
165F——单缸，四冲程，缸径65mm，风冷。
R175——单缸，四冲程，缸径75mm，水冷，通用型（R表示175的换代标志符号）。
X4105——4缸，四冲程，缸径105 mm，水冷（这里取X表示系列代号）。
495T——4缸，四冲程，缸径95 mm，水冷，拖拉机用。
12V135ZG——12缸，V形，四冲程，缸径135 mm，水冷，增压，工程机械用。
6E135C——6缸，二冲程，缸径135 mm，水冷，船用（或右机）。
汽油机：
1E65F——单缸，二冲程，缸径65 mm，风冷，通用型。
6100Q——6缸，四冲程，缸径100 mm，水冷，汽车用。
4100Q．4——4缸，四冲程，缸径100 mm，水冷车用，第四种变形产品。
CA6102——6缸，四冲程，缸径102 mm，水冷通用型，CA是系列符号。
任务1．2 发动机的拆装
1．2．1 发动机的总体结构
往复活塞式汽车发动机是一部极为复杂的机器。为实现能量转换和达到优异的性能，汽车发动机由许多机构和系统组成，而这些机构和系统随用途、生产厂家、生产年代的不同而千差万别。但总体构造都是由曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统、润滑系统、启动系统及点火系统等组成。
（1）曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是将燃料燃烧产生的热能转变为活塞往复运动，又通过连杆将活塞往复运动变为曲轴旋转运动的机械能，并对外输出动力。曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组3部分构成，如图1．12所示。其中，机体组由汽缸体、汽缸盖、汽缸套、汽缸垫及油底壳等组成；活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆及连杆盖等组成；曲轴飞轮组由曲轴带轮、曲轴正时齿轮、扭转减振器、曲轴、主轴承轴瓦、连杆轴瓦及飞轮等组成。有的发动机将汽缸分铸成上、下两部分，上部分为汽缸体，下部分为曲轴箱。
图1．12 曲柄连杆机构
图1．13 配气机构
（2）配气机构
配气机构适时将各汽缸进、排气门打开和关闭，以便使可燃混合气及时充入汽缸，并使废气能及时从汽缸体内排出。如图1．13所示，配气机构主要由凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂、气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门油封、气门导管、进气门及排气门等组成。
（3）供给系
供给系是将汽油与空气混合成适当浓度的可燃混合气并供入汽缸燃烧，并将燃烧产生的废气排出体外。供给系主要由汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、空气滤清器、进气管、排气管及排气消声器等组成，如图1．14所示。
图1．14 汽油机、柴油机燃油供给系
图1．15 润滑系
（4）润滑系
将润滑油以一定的压力输送到运动部件表面，以减小机件的摩擦和磨损，同时还起到冷却、清洗摩擦表面的作用。润滑系主要由集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器及机油冷却器等组成（见图1．15）。
（5）冷却系
将受热机件的热量与空气进行热交换而散到大气中去，从而保证发动机的正常工作。冷却系主要由水泵、散热器、风扇、水套及节温器等组成（见图1．16）。
（6）点火系
适时点燃汽缸中被压缩的混合气。点火系主要由蓄电池、发电机、断电器、点火线圈及火花塞等组成（见图1．17）。
图1．16 冷却系
图1．17 点火系
（7）启动系
启动系是使静止的发动机启动并转入正常运转。启动系由电源、启动机及其附属装置组成（见图1．18）。
图1．18 启动系
1．2．2 拆卸工具的使用
扳手是汽车修理中最常用的一种工具，主要用于扭转螺栓、螺母或带有螺纹的零件。如果扳手选用不当或使用不当，不但会造成工件和扳手损坏，还可能引发危及人身安全方面的事故。因此，正确地选用和使用扳手显得尤为重要。扳手种类繁多，常见的有梅花扳手、开口扳手、组合扳手、活动扳手等。在拆卸螺栓时，应按照“先套筒扳手、后梅花扳手、再开口扳手、最后活动扳手”的选用原则进行选取，如图1．19所示。
图1．19 扳手的选用原则
1—套筒扳手；2—梅花扳手；3—开口扳手
1）开口扳手
①开口扳手结构特点
开口扳手两头均为U形的钳口，可套住螺栓或螺母六角的两个对向面。开口扳手主要适用于无法使用套筒扳手和梅花扳手操作的位置。因为有些螺栓或螺母必须从横侧插入，此时开口扳手可以做到，而其他扳手则不行，如图1．20所示。开口扳手的钳口与手柄存在一定的角度，这样可通过反转开口扳手来增加适用空间，如图1．21所示。
图1．20 开口扳手的使用方法（1）
图1．21 开口扳手的使用方法（2）
②开口扳手的选用
选择开口扳手时，要根据螺栓头部的尺寸来确定合适的型号，并确保钳口的直径与螺栓头部直径相符，配合无间隙，然后才能进行操作。
小提示：不能再扳手手柄上套管，这样会损害扳手。扳手不能提供较大扭矩，由此不能用于最终拧紧。禁止将开口扳手当撬棍使用，这样会损坏工具。
2）梅花扳手
①梅花扳手的结构特点
梅花扳手两端呈花环状，其内孔是由两个正六边形目互同心错开30°而成。很多梅花扳手都有弯头，常见的弯头角度为10°～45°，从侧面看旋转螺栓部分和手柄部分是错开的。这种结构方便于拆卸装配在凹陷空间的螺栓、螺母，并可为手指提供操作间隙，以防止擦伤。
②梅花扳手的使用方法
在使用梅花扳手时，左手推住梅花扳手与螺栓联接处，保持梅花扳手与螺栓完全配合，防止滑脱，右手握住梅花扳手另一端并加力。扳手转动30°后，就可更换位置，特别适用于拆装处于空间狭小位置的螺栓、螺母。
梅花扳手可将螺栓、螺母的头部全部围住，因此不会损坏螺栓角，可以施加大力矩，如图1．22所示。由于扳手是有角度的，因此可用于在凹进空间里或在平面上旋转螺栓／螺母，如图1．23所示。
图1．22 梅花扳手的使用方法（1）
图1．23 梅花扳手的使用方法（2）
小提示：严禁使用锤击扳手以增加力矩否则会造成工具损坏。
严禁使用带有裂纹和内孔已经严重磨损的梅花扳手。严禁将加长的管子套在扳手上以延伸扳手长度增加力矩。
3）成套的套筒扳手
①套筒头的规格
套筒扳手是拆卸螺栓最方便、灵活而且安全的工具。使用套筒扳手不易损坏螺母的棱角。根据工作空间大小、扭矩要求或螺栓和螺母的尺寸选用合适的套筒头。根据尺寸大小套筒头有大和小两种，如图1．24、图1．25所示。大尺寸套筒头可以获得比小尺寸套筒头更大的扭矩。
图1．24 大尺寸套筒头
图1．25 小尺寸套筒头
②套筒头的类型
根据钳口形状分类有双六角形和六角形的，如图1．26所示。六角部分与螺栓／螺母的表面有很大的接触面，这样就不容易损坏螺栓／螺母的表面：双六角型套筒各角之间只间隔30°，可以很方便地套住螺栓，适合于在狭窄的空间中拆卸螺栓。
图1．26 套筒头钳口的两种形状
双六角型套筒不能拆卸大扭矩或棱边已经磨损的螺栓，因为它与螺栓的接触面小，容易损坏螺栓的棱角或出现滑脱产生安全事故。
③套筒接合器
套筒接合器也称套筒转换接头，是将现有的不同尺寸规格的手柄和套筒配合使用。例如，10 mm系列的手柄接12．5 mm系列的套筒，或者12．5 mm系列手柄接10 mm系列套筒等都需要转换接头。转换接头有两种：一种是“小”→“大”，另一种是“大”→“小”，如图1．27所示。
4）万向接头
万向接头的方形套头部分可以前后或左右移动，配套手柄和套筒之间的角度可以自由变化，如图1．28所示。其工作原理与前置后驱汽车传动轴使用的万向节基本相同。
套筒扳手与配套手柄是垂直联接的，但车辆上很多地方套筒是无法伸入的，这时万向接头将提供最大的方便，它可提供比可弯式接头更大的变向空间，如图1．29所示。
图1．27 套筒接合器
1—套筒接合器（大→小）；2—套筒接合器（小→大）；3—小尺寸套筒；4—大尺寸套筒
图1．28 万向节结构
图1．29 万向节使用方法
5）接杆
接杆也称延长杆或加长杆，是套筒类成套工具不可缺少的一部分。日常汽车维修工作中，有75 mm、125 mm、150 mm和250 mm等不同长度的接杆供选用，即长接杆和短接杆。接杆的主要作用是加装在套筒和配套手柄之间，用于拆卸和更换装得很深，仅凭套筒和手柄无法接触的螺栓、螺母。另外，在拆卸平面上的螺栓、螺母时，工具会紧贴在操作面上，妨碍正常拆卸，甚至会产生安全事故。接杆可将工具抬离平面一定高度，便于操作，如图1．30所示。
图1．30 接杆的使用方法
6）手柄
①滑杆
滑杆也称滑动T形杆，是套筒专用配套手柄，横杆部可以滑动调节。通过滑动方榫部分，手柄有两种使用方法，如图1．31所示。方榫位置在一端，形成L形结构，从而增加力矩，达到拆卸或紧固螺栓的目的，与L形扳手类似。方榫部分在中部位置，形成T形结构，两只手同时用力，可增加拆卸速度，但要求的工作空间很大。
图1．31 滑竿行手柄的使用方法
1—L形手柄；2—T形手柄
②旋转手柄
旋转手柄也称摇头手柄或扳杆，可用于拆下或更换要求大扭矩的螺栓或螺母，也可在调整好手柄后进行迅速旋转，如图1．32所示。但手柄很长，很难在狭窄空间下使用。旋转手柄头部可以作铰式移动，这样可根据作业空间要求调整手柄的角度进行使用。
图1．32 旋转手柄的使用方法
③棘轮手柄
棘轮手柄是最常见的套筒手柄，如图1．33所示。套筒手柄是装在套筒上用于扳动套筒的配套手柄，如果没有配套手柄，套筒将无法独立工作。
图1．33 棘轮手柄
棘轮手柄头部设计有棘轮装置，在不脱离套筒和螺栓的情况下，可实现快速单方向的转动。通过调整锁紧机构，可改变其旋转方向：将锁紧机构手柄调到左边，可单向顺时针拧紧螺栓或螺母；将锁紧机构手柄调到右边，可单向逆时针松开螺栓或螺母。
棘轮手柄使用方便但不够结实。不要使用棘轮扳手对螺栓或螺母进行最后的拧紧。另外，严禁对棘轮手柄施加过大的扭矩，否则会损坏内部的棘爪结构。
④扭力扳手
扭力扳手主要用于有规定扭矩值的螺栓和螺母的装配，如汽缸盖、连杆和曲轴主轴承等处的螺栓。
图1．34 扭力扳手
1—预置力扭力扳手；2—指针式扭力扳手
指针式扭力扳手结构相对比较简单，其数值可通过刻度盘读出，如图1．34所示。汽车维修中常用扭矩扳手的规格为300 N·m。使用指针式扭力扳手时，应注意左手在握住扳手与套筒联接处时，不要碰到指针杆，否则会造成读数不准。
预置力式扭力扳手可通过旋转手柄，预先调整设定扭矩，达到设定扭矩时，该扳手会发出警告声口以提示用户。当听到“咔嗒”声响后，立即停止旋力以保证扭矩正确，当扳手设在较低扭力值时，警告声可能很小，所以应特别注意。
7）活动扳手
①活动扳手结构特点
活动扳手也称可调扳手，适用于尺寸不规则的螺栓、螺母，它能在一定范围内任意调节开口尺寸，如图1．35所示。一个可调扳手可用来代替多个开口扳手。活动扳手由固定钳口和可调钳口两部分组成，扳手的开度大小通过调节螺杆进行调整。
图1．35 活动扳手及调节
②活动扳手的使用方法
使用活动扳手时，应先将活动扳手调整合适，使活动扳手钳口与螺栓、螺母两对边完全贴紧，不应存在间隙。使用时，要使活动扳手的可调钳口部分受推力，固定钳口受拉力，只有这样施力，才能保证螺栓、螺母及扳手本身不被损坏，如图1．36所示。如果不按照这种方法转动扳手，会使压力作用在调节螺杆上，在施力时促使钳口变大，将损坏螺栓、螺母的棱角和扳手本身。
图1．36 活动扳手的使用
8）螺丝刀
螺丝刀俗称改锥或起子，主要用于旋拧小扭矩、头部开有凹槽的螺栓和螺钉。螺丝刀的类型取决于本身的结构及尖部的形状，常用的有一字螺丝刀、十字螺丝刀。一字螺丝刀用于单个槽头的螺钉，十字螺丝刀用于带十字槽头的螺钉，如图1．37所示。
图1．37 螺丝刀的外形结构和使用
尖部形状相同的螺丝刀，尺寸也不完全一样，如梅花螺丝刀。在汽车维修中经常用到头部尺寸是2号的螺丝刀，但也有更大一点的3号和更小一点的1号，甚至还有更小的微型螺丝刀。选用螺丝刀时，应先保证螺丝刀头部的尺寸与螺钉的槽部形状完全配合，选用不当会严重损坏螺丝刀。选用时应先大后小，即先选择3号，如3号不合适，再依次选择2号、1号。如果螺丝刀的头部太厚，则不能落入螺钉槽内，否则易损坏螺钉槽；如果螺丝刀的头部太薄，使用时头部容易扭曲。使用螺丝刀时，应右手握住螺丝刀，手心抵住柄端，螺丝刀与螺钉的轴心必须保持同轴，压紧后用手腕扭转，拆卸时螺钉松动后用手心轻压螺丝刀，并用拇指、食指、中指快速旋转手柄。
1．2．3 常用测量工具的使用
（1）游标卡尺
1）游标卡尺的结构
图1．38 游标卡尺的结构
1—测量爪内径；2—测量爪外径；3—止动螺钉；4—游标尺刻度；5—主要刻度；6—深度测量；7—深度尺
游标卡尺又称四用游标卡尺，简称卡尺，是由刻度尺和卡尺制造而成的精密测量仪器，如图1．38所示。它能够正确且简单地从事长度、外径、内径及深度的测量。在汽车维修工作中，0．02 mm精度的游标卡尺使用最多。游标卡尺根据最小刻度的不同，可分为0．05 mm和0．02 mm两种。若游标卡尺上有50个刻度，每刻度表示0．02 mm；若游标卡尺上有20个刻度，每刻度表示0．05 mm。有些游标卡尺使用电子读数显示小数部分，这种标尺的测量精度可达到0．005 mm或0．001 mm。
常用的游标卡尺的测量范围是0～150 mm，应根据所测零部件的精度要求选用合适规格的游标卡尺。
游标尺刻度是将49 mm平均分为50等份。主刻度尺是以毫米来划分刻度的，将1 cm平均分为10个刻度，在厘米刻度线上标有数字1，2，3等，表示为1 cm，2 cm，3 cm等。
2）游标卡尺的读数
如图1．39所示，读数时，首先读出游标零线左边与主刻度尺身相邻的第一条刻线的整毫米数，即测得尺寸的整数值，主尺上的读数为45．00 mm。再读出游标尺上与主刻度尺刻度线对齐的那一条刻度线所表示的数值，即为测量值的小数，副尺上的读数为0．25 mm。
图1．39 游标卡尺的读数
A—主尺上的读数；B—副尺上的读数
把从尺身上读得的整毫米数和从游标尺上读得的毫米小数加起来即为测得的实际尺寸，即
45 mm＋0．25 mm=45．25 mm
3）游标卡尺的使用
使用游标卡尺时先应依照下列事项逐一检查：
①测定量爪的密合状态。主、副尺的量爪必须完全密合。内径测定用量爪在密合状态下，能够看到少许光线表示密合良好；反之，如果穿透光线很多，则表示量爪密合不佳。
②零点校正。当量爪密切结合后，主副尺零点必须相互一致才是正确的。
③游标的移动状况。游标必须能够在主尺上轻轻地移动而不会发出声音才行。
在从事测量作业之前，必须事先清理测量零件及游标尺。在测量外径时，需要将零件深夹在量爪中（见图1．40），然后用右手拇指轻压游标卡尺，同时使测定工件和游标卡尺保持垂直状态。
内径尺寸的测量如图1．40所示。首先是用拇指轻轻拉开副尺，并使主尺量爪与测定物件保持正确的接触，上下晃动，由指示的最大尺寸读取读数。
图1．40 零件外径、内径的测量方法
此外，用游标卡尺还可测量汽车零部件的深度。
4）游标卡尺的维护
游标卡尺是一种精密的测量工具，要获得很好的精度应小心轻放和妥善保存。测量前，应将游标卡尺清理干净，并将两量爪合并，检查游标卡尺的精度情况。在使用之后，应清除灰尘和杂物。读数时，要正对游标刻度，看准对齐的刻线，目光不能斜视，以减小读数误差。
游标卡尺用完后，应清除污垢并涂上防锈油，将其放回盒子里并放在不受冲击及不易掉下的地方保存。
（2）外径千分尺
1）外径千分尺的结构
千分尺也称为螺旋测微器，是利用螺纹节距来测量长度的精密测量仪器。它是一种用于测量加工精度要求较高的零部件，汽车维修工作中一般使用可以测至1／100 mm的千分尺，其测量精度可达到0．01 mm。外径千分尺是用于外径宽度测量的千分尺，测量范围一般为0～25 mm。根据所测零部件外径粗细，可选用测量范围为0～25 mm，50～75 mm，75～100 mm等多种规格的千分尺。
外径千分尺主要由测砧、测微螺杆、尺架、固定套筒、套管、棘轮旋钮及锁紧装置等部件组成，如图1．41所示。
固定套筒上刻有刻度，测轴每转动一周即可沿轴方向前进或后退0．5 mm。活动套管的外圆上刻有50等份的刻度，在读数时每等份为0．01 mm。棘轮旋钮的作用是保证测轴的测定压力，当测定压力达到一定值时，限荷棘轮即会空转。如果测定压力不固定则无法测得正确尺寸。
图1．41 外径千分尺的结构
1—测砧；2—轴；3—锁销；4—螺钉；5—套筒；6—棘轮定位器
2）外径千分尺的读数
套筒刻度可精确到0．5 mm（可读至0．5 mm），由此以下的刻度则要根据套筒基准线和套管刻度的对齐线来读取读数。如图1．42所示，套筒上A的读数为55．50 mm，套管B上的0．45 mm的刻度线对齐基准线，故读数为
55．50 mm＋0．45 mm=55．95 mm
图1．42 外径千分尺的读数
1—套筒；2—套管；3—1 mm递增；
4—套管上的基线；5—0．5 mm递增
为便于读取套筒上的读数，基准线的上下两方各刻有刻度。千分尺属于精密的测量仪器，在测量时应注意以下事项：
①使用前确保零点校正，若有误差请用调整扳手调整或用测定值减去误差。
②被测部位及千分尺必须保持清洁，若有油污或灰尘须立即擦拭干净。
③测量时请将被测面轻轻顶住砧子，转动限荷棘轮及套筒使测轴前进。不可直接转动活动套管。
④测定时尽可能握住千分尺的弓架部分，同时要注意不可碰及砧子。
⑤旋转后端限荷棘轮，使两个砧端夹住被测部件，然后再旋转限荷棘轮一圈左右，当听到发出两三响“咔咔”声后，就会产生适当的测定压力。
⑥为防止因视差而产生误读，最好让眼睛视线与基准线成直角后再读取读数。
⑦当测量活塞、曲轴轴径之类的圆周直径时，必须保证测轴轴线与最大轴径保持一致（即测试处为轴径最大处）。若从横向来看，测轴应与检测部件中心线垂直，只有这样才能保证测试数据正确无误。
3）外径千分尺的使用及维护注意事项
①使用时应避免掉落地面或遭受撞击，如果不小心落地，应立刻检查并作适当处理。
②严禁放置在污垢或灰尘很多的地点，并且要在使用后将测砧和测轴的测定面分离后再放置。
③为防止生锈，使用后须立即擦拭并涂上一层防锈油。保存时，应先放置于储存盒内，再置于湿度低、无振动的地方保存。
（3）百分表
1）结构
百分表利用指针和刻度将心轴移动量放大来表示测量尺寸。它主要用于测量工件的尺寸误差以及配合间隙。一般汽车修理厂是采用最小刻度为1／100 mm的百分表的居多。同时，百分表可与夹具配合使用。
百分表的测量头包括以下4种类型（见图1．43）：
图1．43 百分表的外形和测量头的类型
1—长指针；2—短指针；3—表盘；4—轴；5—悬挂式测量头
①长型。适合在有限空间中使用。
②滚子型。用于轮胎的凸面／凹面测量。
③杠杆型。用于测量不能直接接触的部件。
④平板型。用于测量活塞突出部分等。
百分表测量头和心轴的移动量带动第一小齿轮转动，再利用同轴上的做功齿轮传递给第二小齿轮转动，于是装置在第二小齿轮上的指针即能放大心轴的移动量显示在刻度盘上。而由于长针每一个回转相当于1 mm的移动量，将刻度盘分刻100等份，因此，测定的移动量可精确到1／100 mm。
2）百分表的读数
百分表表盘刻度分为100格，当量头每移动0．01 mm时，大指针偏转1格；当量头每移动1．0 mm时，大指针偏转1周。小指针偏转1格相当于1 mm。
3）百分表的使用
百分表要装设在支座上才能使用，在支座内部设有磁铁，旋转支座上的旋钮使表座吸附在工具台上，因而又称磁性表座，如图1．44所示。此外，百分表还可与夹具、V形槽、检测平板及顶心台合并使用，从事弯曲、振动及平面状态的测定或检查。
4）百分表的使用维护注意事项使用百分表时要注意以下两点：
①百分表内部构造和钟表相类似，应避免摔落或遭受强烈撞击。
②心轴上不可涂抹机油或油脂。如果心轴上沾有油污或灰尘而导致心轴无法平滑移动时，请使百分表保持垂直状态，再将套筒浸泡在品质极佳的汽油内浸至中央部位，来回移动数次后再用干净的抹布擦拭，即能恢复至原来平滑的情况。
图1．44 百分表的使用
1—动螺钉；2—臂；3—磁性支架；4—量程中心
（4）量缸表
量缸表也称内径百分表，是利用百分表制成的测量仪器。它是用于测量孔径的比较性测量工具。在汽车维修中，量缸表通常用于测量汽缸的磨耗量及内径。
1）量缸表的结构
量缸表主要包括百分表、表杆、替换杆件及替换杆件紧固螺钉等。
2）量缸表的使用
①使用游标卡尺测量缸径后获得基本尺寸（见图1．45），利用这些长度作为选择合适杆件的参考。
图1．45 使用卡尺获得缸径基本尺寸和量缸表的调校
②量缸表需要经过装配才能使用。首先根据所测缸径的基本尺寸选用合适的替换杆件和调整垫圈，使量杆长度比缸径大0．5～1．0 mm。替换杆件和垫圈都标有尺寸，根据缸径尺寸可任意组合。量缸表的杆件除垫片调整式，还有螺旋杆调整式。无论哪种类型，只要将杆件的总长度调整至比所测缸径大0．5～1．0 mm即可。
③将百分表插入表杆上部，预先压紧0．5～1．0 mm后固定。
④为了便于读数，百分表表盘方向应与接杆方向平行或垂直。
图1．46 缸径的测量
1—导板；2—探头；3—延长侧；4—收缩侧
⑤外径千分尺调至所测缸径尺寸，并将千分尺固定在专用固定夹上，对量缸表进行校零。当大表针逆时针转动到最大值时，旋转百分表表盘使表盘上的零刻度线与其对齐，如图1．45所示。
3）缸径测量
①慢慢地将导向板端（活动端）倾斜，使其先进入汽缸内，而后再使替换杆件端进入。导向板的两个支脚要和汽缸壁紧密配合，如图1．46所示。
②在测定位置维持导向板不动，而使替换杆件的前端做上下移动并观测指针的移动量。当量缸表的读数最小且量缸表和汽缸成真正直角时，再读取数据。
③读数最小即表针顺时针转至最大，在测量位置方面需参考维修手册。
（5）厚薄规
厚薄规又称塞尺，如图1．47所示。它由一组淬硬的钢条或刀片，这些淬硬钢条或刀片被研磨或滚压成为精确的厚度，它们通常都是成套供应。
图1．47 厚薄规及其规格
每条钢片标出了厚度（单位为mm），它们可以单独使用，也可以将两片或多片组合在一起使用，以便获得所要求的厚度。最薄的一片可达到0．02 mm。常用厚薄规长度有50 mm，100 mm，200 mm。在汽车维修工作中，它主要用于测量气门间隙、触点间隙和一些接触面的平直度等，如图1．48所示。
图1．48 厚薄规的使用方法
用厚薄规测量时，应根据间隙的大小，先用较薄片试插，逐步加厚，可以一片或数片重叠在一起插入间隙内，插入深度应在20 mm左右。例如，用0．2 mm的厚薄规片刚好能插入两工件的缝隙中，而0．3 mm的厚薄规片插不进，则说明两工件的结合间隙为0．2 mm。测量时，必须平整插入，松紧适度，所插入的钢片厚度即为间隙尺寸。严禁将钢片用大力强硬插入缝隙测量。插入时，应特别注意前端，不要用力过猛，否则容易折损或弯曲厚薄规。
小提示：使用前必须将钢片擦净，还应尽量减少重叠使用的片数，因为片数重叠过多会增加误差。当厚薄规同一把直尺一起使用时，厚薄规可用来检查零件的平直度，如汽缸盖的平直度。由于厚薄规很薄，容易弯曲或折断，测量时不能用力太大，如图1．49所示。
测量时，应在结合面的全长上多处检查，取其最大值，即为两结合面的最大间隙量。测量后，应及时将测量片合到夹板中去，以免损伤各金属薄片。厚薄规上不得有污垢、锈蚀及杂物；厚薄规使用完毕后要将测量面擦拭干净，并涂油，如图1．49所示。已发现有折损或标示刻度已经模糊不清的厚薄规，应该立即予以更新。
图1．49 厚薄规使用的注意事项与存放方法
1．2．4 发动机拆装方法和步骤
（1）发动机拆卸步骤
以丰田3S-GE型发动机为例：
拆下机油标尺。
拧下油底放油螺栓。
拆卸风扇传输带张紧轮。
拆卸转向助力泵。
拆卸发电机。
拆卸压缩机。
拆进气歧管第一节。
拆进气歧管第二节。
拆卸喷油器。
拆分电器，拧松螺栓，拔下高压线，取下火花塞。
拆排气管。
拆气门室盖。
拆传动带轮。
拆正时齿轮盖。
拆正时传动带张紧轮。
拆正时传动带，取下双凸轮轮前，看正时齿轮有无正时标记，如没有作出标记。
用14号套筒，70 N·m拆松螺栓，取下双凸轮轴正时齿轮。
拆正时齿轮后盖。
拆惰轮。
拆水泵。
松凸轮轴瓦盖，看瓦盖上有无安装标记，如无应作出标记，左、右轴安装位置标记。
松1，3，5道瓦盖，松2，4道瓦盖，防凸轮轴变形，取下配套的瓦盖与凸轮轴按顺序摆放整齐。
拆汽缸盖螺栓，从外到内按对角线拧松，取下缸盖，取下衬垫，查看活塞顶部安装标记。
将发动旋转180°，油底壳上置。
拧下油底壳全部坚固螺栓，取下油底壳。
拆机油集滤器。
取下曲轴正时齿轮。
拆机油泵前油封支架。
拆后油封支架。
将1，4缸活塞摇至下止点位置，用14号套筒，60 N·m拧下1，4缸瓦盖螺栓，用铜棒轻轻对其振动，以防损伤。
取下1，4缸活塞连杆组。
用同样方法取下2，3活塞连杆组，按顺序摆放整齐。
拆曲轴轴承盖，取下曲轴后把轴承盖装配好，以防错乱。
按要求清洗所有零件，清洗后摆放整齐防装配时错乱。
（2）装配步骤
按相反顺序装复。
1．2．5 发动机主要性能指标
（1）动力性指标
动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标。一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。
1）有效转矩
发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。
2）有效功率
发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作pe，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率pe，即
式中 Te——有效转矩，N·m；
n——曲轴转速，r／min。
3）发动机转速
发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n表示，单位为r／min。发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速，分别称为标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况，称为标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制订的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。有效转矩也随发动机工况而变化。因此，汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。
4）平均有效压力
单位汽缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作pme，单位为MPa。显然，平均有效压力越大，发动机的做功能力越强。
（2）经济性指标
发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。
1）有效热效率
燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作ηe。显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。
2）有效燃油消耗率
发动机每输出1 kW的有效功所消耗的燃油量，称为有效燃油消耗率，记作be，单位为g／（kW·h），即
式中 B——发动机在单位时间内的耗油量，kg／h；
Pe——发动机的有效功率，kW。
显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。
（3）环境指标
环境指标用来评价发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及其赖以生存的环境，因此各国政府都制定出严格的控制法规，以期消减发动机排气和噪声对环境的污染。
（4）紧凑性指标
紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。1）比容积
发动机外廓体积与其标定功率的比值，称为比容积。
2）比质量
发动机的干质量与其标定功率的比值，称为比质量。干质量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量。比容积和比质量越小，发动机结构越紧凑。
（5）耐久性指标
耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。通常用发动机的大修里程，即发动机从出厂到第一次大修之间汽车行驶的里程数来衡量。
（6）强化指标
强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括升功率和强化系数等。
1）升功率
发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率。升功率大，表明每升汽缸工作容积发出的有效功率大，发动机的热负荷和机械负荷都高。
2）强化系数
平均有效压力与活塞平均速度的乘积，称为强化系数。活塞平均速度是指发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值。
●思考题
1．汽车发动机有哪些类型？
2．四冲程往复活塞式内燃机通常由哪些机构与系统组成？它们各有什么功用？
3．四冲程汽油机和柴油机在基本工作原理上有何异同？
4．CA488型四冲程汽油机有4个汽缸，汽缸直径87．5 mm，活塞行程92 mm，压缩比为8．1，试计算其汽缸工作容积、燃烧室容积和发动机排量。
●实作题
实训：发动机总体认识
1）实训目的与要求
①了解汽车发动机的各系统组成。
②初步认识汽车发动机主要部件的名称、外形及安装联接。
③初步了解汽车发动机的工作过程。
2）实训内容
①汽车发动机的整体和主要部件的认识。
②了解汽车发动机工作过程。
3）实训设备
①装备齐全的汽油发动机1台。
②拆散但机件齐备的汽油发动机1台。
4）实训方法及步骤
①每班分成3个大组若干小组，分3个内容进行实训：第一大组进行汽车发动机整体及外围部件认识；第二大组进行发动机内部主要部件的认识；第三大组通过透明教具、解剖教具、电动示教板，了解发动机及各系统的工作过程。
②3个大组依次进行轮换，分3次完成。
③课内实训时以指导老师讲解、演示为主，学生提问进行教学互动。课外时间开放实训室，学生根据实训报告的要求，完成实训内容。
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