发动机曲柄连杆机构

曲柄连杆机构

一、功用

将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。

二、组成

1、机体组

2、活塞连杆组

3、曲轴飞轮组

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。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。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

作用：密封汽缸，与活塞一起构成燃烧室。

材料：与汽缸体相同。大，中型车用灰口铸铁，小型车用铝合金。

铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。

气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。对汽油机燃烧室有两点基本要求：一是结构尽可能紧凑，冷却面积要小，以减少热量损失和缩短火焰行程;二是能使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分燃烧。

（1）半球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。
（2） 楔形燃烧室

楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。
（3） 盆形燃烧室

盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。

气缸体和曲轴箱是发动机的骨架，是发动机其他机构、系统及附件的安装基体，一般气缸体与上曲轴箱铸成一体，通称为气缸体。绝大多数水冷发动机的气缸体与曲轴箱连铸在一起，而且多缸发动机的各个气缸也合铸成一个整体。风冷发动机几乎无一例外地将气缸体与曲轴箱分别铸制。

气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。

(1) 一般式气缸体 其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差

(2) 龙门式气缸体 其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

(3) 隧道式气缸体 这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

气缸套也称气缸，用来引导活塞作往复直线运动，其形式分干式和湿式两种。

干式缸套：外表面不直接与冷却水接触。缸套壁较薄，一般为1到3mm。其优点是气缸体的刚度好，不存在漏水、漏气的问题。缺点是装配难度大，冷却效果差。 湿式缸套：外表面直接与冷却水接触。缸套壁较厚，一般为5到9mm。其优点湿气缸体铸造较容易，缸套本身便于修理更换，冷却效果好。缺点是气缸体刚度较差，易漏水、漏气。

活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三部分。

活塞顶部：活塞顶部是燃烧室组成的部分，直接承受气体压力。活塞顶部有各种不同的形状以满足不同的目的和要求。汽油机活塞顶部多数采用平顶，其优点是制造工艺简单，吸热面积小。为改善混合气形成、燃烧或调节压缩比，有些汽油机活塞采用凹顶活塞。二冲程汽油机常采用凸顶活塞以提高换气效率。柴油机活塞顶部形状比较复杂。

活塞头部：是指活塞环槽以上的部分。用以安装活塞环，实现气缸的密封；并且还承受气体压力和吸收顶部大部分热量，随时将力和热量传给其他部件。活塞头部的环槽，分气环槽和油环槽。汽油机一般有气环槽2到3道，油环槽1道2道，环槽的形状与活塞环断面形状相对应。油环槽地面钻有许多径向小孔，被油环从气缸壁上刮下来的多余机油，从这些小孔流回油底壳。

活塞裙部：是指自油环槽下断面起至活塞底面的部分。其主要作用是引导活塞在气缸内作往复运动。活塞裙部有活塞销座孔，用来安装活塞销，销座孔加工精度很高，并且制作较厚，以保证强度。为限制活塞销的轴向窜动，销座孔内接近外端面处车有卡环槽，用以安装卡环。

柴油机连杆大头的尺寸往往大于气缸直径，故采用斜切口连杆，一般常用45度。

作用：是将活塞的直线往复运动转化为曲轴的旋转运动,将连杆传来的气体压力转变成转矩对外输出并驱动发动机其他运动机构合辅助装置。它由主轴颈、连杆轴颈、曲轴臂、平衡块、前端轴合后端轴等部分组成。其中一个连杆轴颈和它两端的曲轴臂以及前后连个主轴颈合在一起，称为曲拐。曲轴的形式有整体式合组合式两种。只有少数柴油机及二行程汽油机的曲轴采用组合式。

主轴颈：主轴颈通过滑动主轴承支撑于发动机曲轴箱体上，主轴承结构和连杆轴承类似，不同点是内表面有油槽。主轴承盖与上曲轴箱的主轴承座用螺栓紧固在一起。在每个连杆轴颈两侧都加工出主轴颈者，称为全支承曲轴。全支承曲轴刚度好，主轴颈负荷小，但它比较长。如果主轴颈数目比连杆轴颈数少，则称为非全支承曲轴。其特点合全支承曲轴相反。

连杆轴颈：用来安装连杆大头。直列式发动机的连杆轴颈数与气缸数相等：V形发动机由于两个连杆共同装在一个连杆轴颈上，故连杆轴颈数为气缸数一般。连杆轴颈通常被制成中空，其目的是为了减轻曲拐旋转部分的质量，以减小离心力。

曲轴壁：用来连接主轴颈和连杆轴颈。有的发动机曲轴臂上加有平衡块，用来平衡曲轴的离心力合离心力矩，还可平衡一部分往复惯性力。

四行程直列四缸发动机，在一个工作循环（曲轴旋转720度）中各缸均要做功一个，所以做功间隔角应为720/4=180度。同理六缸发动机做功间隔角应为720/6=120度。

飞轮的外圆柱面上通常有齿圈，以便在起动发动机时与起动机的小齿轮相啮合。飞轮上通常刻有第一缸点火正时记号，以便调整合检验点火正时、供油提前角合气门间隙。多用灰铸铁制造，也有球墨铸铁或铸钢

扭转减振器：发动机工作时，由于周期性变化的作用力反复冲击在连杆轴颈上，使各个曲拐相对于转动惯量大的飞轮，忽快忽慢地扭转摆动，即引起曲轴的扭转振动，甚至造成曲轴共振。如果扭转振动不予控制，严重时会造成曲轴折断。为了吸收曲轴扭振的能量合减弱曲轴的扭转振动，有些发动机在曲轴扭转振幅最大的前端轴上装有扭转减振器。

汽车发动机上应用最广的是摩擦式减振器，可分为橡胶摩擦式、摩擦片式和硅油粘液式。其原理是使曲轴扭转振动的能量消耗于减振器的内摩擦，从而使振幅逐渐减小。