气缸体总成设计规范及维修注意事项

气缸体是发动机的骨架，在整个发动机中起着支撑的作用，几乎发动机所有运动零、部件和附件都装在上面。因此，对气缸体的强度和刚度要求很高，同时要求其结构紧凑、重量较轻（减轻发动机的整体重量），而且必须能承受高温、高压的气体作用力。气缸体上部是气缸，下部是曲轴箱，除此之外，气缸体还是燃烧室、曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统和冷却系统的共同组成部件。

下面以WP10NG336E40 LNG发动机气缸体为例，分析气缸体的主要结构、作用、要求以及使用维修的基本知识。

1.气缸体

气缸体俗称机体，是发动机的支撑基体。气缸体的结构（气缸体带飞轮壳）如图3-9所示，主要作用和要求如下。

(1)气缸体的作用

1)支撑作用。用于安装发动机的零部件。

2)组成发动机燃烧室。气缸孔与活塞顶、气缸盖底面一起形成发动机燃烧做功的空间。

3）组成曲轴箱的曲轴安装座、孔。

4）组成润滑系统，满足发动机曲轴、连杆等零部件的润滑要求，保证其正常工作。

5）组成冷却系统，将发动机燃烧过程中产生的热量散去，保证发动机活塞、活塞环、连杆等零部件正常工作。

在气缸体上设置有气缸孔，用以引导活塞往复运动和形成燃烧室的空间。

图3-9 气缸体（带飞轮壳）的结构

1—气缸体 2—曲轴箱 3—飞轮壳 4—气缸套 5—气缸盖螺栓 6—后油封 7—止推片 8—六角头螺栓 9—主轴承螺栓

(2)气缸体的要求 要求气缸内孔表面具有耐高温、耐高压、耐磨损和耐腐蚀性能。为满足其性能，往往采取在气缸孔内壁压人耐磨、耐高温的气缸套，以提高气缸孔的耐磨性，延长气缸的使用寿命，降低发动机的制造成本，同时要求气缸体及安装在气缸体上的零部件、附件，在装配后不得出现漏水、漏气、漏油等现象。

由于气缸体的气缸孔上部要密封气缸并与活塞、气缸盖一起构成燃烧室，且经常与高温、高压燃气相接触，承受较大的热负荷和机械负荷，因此发动机的气缸体内部设置有冷却水套，利用汽车散热器的循环冷却液来冷却气缸体。

为了提高气缸孑L的润滑性能，在气缸套内孑L加工有网纹，易于使气缸孑L内壁粘附一层润滑油膜，以减少活塞、活塞环与气缸孔的摩擦力，减少活塞、活塞环在气缸孑L内往复运动中与气缸孑L内壁摩擦而产生的热量。

气缸体采用高强度灰铸铁铸造，平分式气缸体结构（以曲轴中心线为准水平分成上下两部分），曲轴中心线上部为气缸体，下部为曲轴箱，如图3-9所示。在气缸体与曲轴箱之间设置有垫片。由于气缸体与曲轴箱上的两半圆曲轴孑L是组合在一起加工而成的，因此，气缸体与曲轴箱不可拆开互换，必须配对使用，其中一个损坏，则必须两者一起更换。

气缸体的前端与正时齿轮室座连接，后端与飞轮壳相连接，在气缸体右面上部铸造有板翅式机油冷却器腔壳体，七道凸轮轴轴承位于气缸体右内侧，机油滤清器安装在气缸体下部左侧。

气缸体上设置了七道主轴承，主轴承的宽度全部相同，止推片位于第二道主轴承两侧。

装配时，气缸体前端与正时齿轮室座连接处、后端与飞轮壳接合面连接处应均匀涂密封胶（乐泰510）。

气缸体上安装曲轴的主轴承盖连接螺栓采用10.9级机械性能等级，螺栓的连接紧固必须按照对角、交叉的顺序分两次进行，不可依次一步拧紧到螺栓规定力矩值，否则会造成曲轴弯曲变形、曲轴旋转不灵活现象。同时要求同一曲轴箱的主轴承盖连接螺栓采用同一机械性能等级，否则会出现紧固力矩大小不一现象。

图3-10是主轴承盖螺栓拧紧顺序，图中的编号是拧紧螺栓的先后顺序。拧紧主轴承盖螺栓的要求如下：

1）将主轴承盖螺栓螺纹部分均匀地涂上一层润滑油。

2）将主轴承盖螺栓紧固力矩按图3-10上的顺序拧紧到50N·m。

3）再按图3-10上的顺序将主轴承盖螺栓紧固力矩拧紧到250⁺³⁰₀N·m。

图3-10 主轴承盖螺栓紧固力矩拧紧顺序

2.气缸套

(1)气缸套的作用气缸套采用高磷的优质合金铸铁材料，采取热处理工艺制造，再压入气缸体缸孔内。

1)气缸套镶在气缸体的缸筒内，与活塞、气缸盖共同形成密闭空间，组成燃烧室。

2)承受活塞侧推力，为活塞往复运动导向。

3)将发动机燃烧中产生的热量传递给气缸体冷却水套，通过散热器散走，避免因高温而出现活塞、活塞环与气缸套拉缸现象。

(2)气缸套的要求 气缸套内孔表面应具有耐高温、耐高压、耐磨损和耐腐蚀性能，使活塞、活塞环运动中摩擦较小，且气缸孔表面应能储存一定量的润滑油。

气缸体采用于式气缸套结构，气缸套外径与气缸体上缸套内孑L为过渡配合，以便于在发动机气缸套孔磨损后，方便更换气缸套。

气缸套内孔表面加T有平台网纹，这对加快发动机的磨合、增加气缸孔内壁储油、降低活塞及活塞环与气缸孔的摩擦力以及提高气缸套内孔的耐磨性有良好的效果。

气缸套压人气缸体后，采用气缸套上台肩支撑在气缸体上，如图3-11所示。气缸垫压在气缸套的上部，以保证气缸套能承受燃烧过程中产生的径向惯性冲击力（活塞侧压力）以及活塞往复运动中的轴向负荷（活塞往复运动产生的拉力）。

气缸套内孔尺寸分为两组，A组尺寸标记为绿色或用字母A标记在气缸套上，B组尺寸标记为红色或用字母B标记在气缸套上。维修更换气缸套时，同一台发动机必须安装同一组别气缸套，推荐优先选用A组气缸套。

LNG发动机由于燃烧温度比柴油发动机高，所以，对气缸套的耐热、耐磨损要求比柴油发动机气缸套高，对气缸套所用的合金材料、热处理要求也比柴油发动机气缸套更严格，对气缸套的网纹加工要求也非常高。

气缸套为2.0mm薄壁气缸套，因此压入气缸体后，还需要进行镗削加工。

3.曲轴箱

气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来储存润滑油，并封闭上曲轴箱。下曲轴箱又被称为油底壳，它位于发动机的下部，用螺栓与气缸体连接。

曲轴箱带正时齿轮室、机油滤清器总成，其结构如图3-12所示。

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图3-11 气缸套台肩支撑方式

（1）曲轴箱的作用 承受发动机的负荷，封闭曲轴箱，保护曲轴和存放机油，安装发动机前悬置、机油滤清器、机油标尺。

（2）曲轴箱的要求 刚度好、强度高，能承受发动机做功行程产生的燃烧爆发力；曲轴箱的七道曲轴孔不能变形，以保证与下曲轴箱（油底壳）的密封性；同时还应当具有降低噪声、消除噪声的功能。

下曲轴箱是由钢板冲压制成的深度不等的壳体，下部有放油口。为防止漏油，在上、下曲轴箱接合面之间装有密封衬垫。

图3-12 曲轴箱（含正时齿轮室、机油滤清器）结构示意

油底壳受力很小，采用优质薄钢板冲压而成，如图3-13所示。其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有挡油板，以防止汽车颠簸时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，用来吸附润滑油中的金属屑，以消除金属屑对发动机零部件的损伤。在油底壳结构设计时，还应考虑到对发动机噪声的影响（薄钢板冲压油底壳噪声的振幅、传递），也可采取在曲轴箱外侧装隔声护板，达到隔噪消音的目的。

装配曲轴箱与油底壳紧固螺栓时，应当遵循螺栓对角交叉、分两次均匀拧紧紧固力矩的装配原则。

切忌：

1)顺序依次拧紧，会出现先拧紧的螺栓紧同，后拧紧的螺栓紧同不到位现象，会造成油底壳变形，漏机油。

2)一次拧紧到螺栓规定值，会出现拧紧螺栓受力不匀、紧同不牢现象，会造成油底壳变形，漏机油。

4.气缸盖总成

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并与活塞、气缸套内孔构成燃烧室。它经常与高温、高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。发动机的气缸盖内部设置有冷却水套，气缸盖下平面的冷却水孔与气缸体上平面的冷却水孔相通。利用发动机的循环水来冷却燃烧室等高温零部件。

图3-13 钢板冲压油底壳

在气缸盖上还装有进、排气门座，气门导管，用于安装进、排气门，同时在气缸盖上还设置有进气通道和排气通道等。LNG发动机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔（柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔）。

（1）气缸盖的作用

1）密封气缸并与活塞、气缸套内孔构成燃烧室。

2）构成发动机的进、排气通道。

3）支撑和安装进气门、排气门、气门摇臂、火花塞（喷油器）和节温器等零部件。

4）与气缸体一起构成冷却系统、润滑系统。

（2）对气缸盖的要求

1）有足够的刚度、强度以及耐高温性能、冷热交变性能（在冷热交替冲击下不变形），以保证发动机在热负荷应力、高压气体压力的作用下能可靠工作。

2）与气缸套形成良好的密封空间。

3）具有可靠的冷却性能，以保证安装在气缸盖上的零部件能可靠工作，保证在高温工作区域的零部件能得到良好的冷却，避免两气门间（鼻梁处）承受高温负荷，而不出现裂纹。

4）铸造工艺性、加工工艺性要好。

5）重量轻、体积小、易装配。

6）在高温、高压力工作负载下变形较小。

重型载货汽车的气缸盖一般都采用灰铸铁或合金铸铁铸造，采取正火热处理，以消除气缸盖的铸造内应力，保持气缸盖基体组织的稳定，避免气缸盖在承受发动机燃烧热负荷时产生变形

气缸盖一旦变形，将会造成与气缸体、气缸垫密封不严，出现漏气、窜气（冲气缸垫）的现象。同时，因为燃烧室的高温燃气会窜入散热器，造成汽车工作温度过高（汽车冷却液温度过高）。

气缸盖是燃烧室的重要组成部分。燃烧室的形状对发动机的燃烧效率影响很大，由于LNG发动机和柴油发动机的燃烧方式不同，两种发动机在气缸盖上组成燃烧室的形状差别较大。

LNG发动机的混合气在发动机混合器里混合，所以燃烧室的结构形状简单，对混合气的流动形式没有要求。而柴油机的燃油与洁净空气的混合是在燃烧室里进行，为了保证柴油与洁净空气混合充分，不仅要求经空气滤清器过滤的洁净空气在气缸盖进气道内要形成较强的旋涡气流，而且还要求活塞顶部的燃烧室内也必须有一定的涡流强度，这样才能保证柴油与洁净空气形成良好的混合油雾气。所以柴油发动机在燃烧室内中间铸造有凹坑，且活塞顶部燃烧室面上有缩口，通常将柴油发动机的这种燃烧室称为直接喷射式燃烧室，或者按燃烧室的形状称为ω形直接喷射燃烧室，如图3-4所示。而LNG发动机的燃烧室则采用形状简单的盆形燃烧室或半球形燃烧室，如图3-3所示。

WP10NG336E40N LNG发动机气缸盖采取每缸一盖的形式，如图3-14所示。它的优点是气缸盖长度较短，对气缸盖的变形敏感较小，但缺点是整个发动机六个缸盖合起来体积较大，结构不够紧凑。每一个气缸盖上布置有两个进气门、两个排气门，进气管、排气管分布于气缸盖两侧。

图3-14 WP10NG336E40N LNG发动机气缸盖

气缸盖紧固螺栓采用12.9机械性能等级。为了避免气缸盖的变形，安装时对气缸盖与气缸体上连接的紧固螺栓必须按对角、交叉分四次均匀拧紧，不可依次一下拧紧到螺栓规定力矩值，否则会造成气缸盖翘曲变形、冲气缸垫现象。同时要求同一气缸盖的连接螺栓必须采用同一机械性能等级，否则会出现紧固力矩大小不一现象。

图3-15是气缸盖螺栓拧紧顺序，图中的编号是拧紧气缸盖螺栓的先后顺序。拧紧气缸盖螺栓的程序如下：

1）将气缸盖螺栓螺纹部分均匀地涂上一层润滑油。

2）将气缸盖螺栓拧紧到30⁺²⁰⁰N·m。

3）按图3-15上的顺序将气缸盖螺栓拧紧到200⁺¹⁰₀N·m。

4）按图3-15上的顺序将气缸盖螺栓拧紧90°转角。

3）按图3-15上的顺序将气缸盖螺栓拧紧90°转角，同时达到240～340N·m。