柴油机曲柄连杆机构的构造是怎样的？

曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他3个行程中，又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后产生的热能转变为机械能。

曲柄连杆机构的主要零件可以分为3组：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。

（1）机体组

包括汽缸体、汽缸套、汽缸盖、汽缸垫、曲轴箱等。

①汽缸体。汽缸体是汽缸的壳体，上曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体。农用车柴油机的汽缸体和上曲轴箱常制成一体，合称汽缸体，如图3-5所示。它是柴油机各机构和系统的装配基础件。汽缸体不但承受各种力的作用，而且还承受燃烧气体产生的热量。因此要求汽缸体应具有足够的强度、刚度，良好的耐热性、耐腐蚀性等。汽缸体包括汽缸、水套、凸轮轴座孔、机油泵安装孔、主轴承座、润滑油道、水套进水口等。

图3-5 单缸卧式柴油机的机体

1气缸孔 2水箱孔 3平衡轴孔 4曲轴孔 5惰轮轴孔 6通机油滤清器 7凸轮轴孔

②汽缸套。汽缸为引导活塞作往复运动的圆筒形内腔。它与活塞、汽缸盖构成工作容积，其内壁承受燃气的高温、高压和活塞的侧压力、摩擦阻力等。为了提高汽缸的耐磨性，又不增加机体的成本，柴油机上广泛采用在汽缸体内镶入可拆卸的汽缸套的结构。汽缸套常用高磷铸铁铸造。它有湿式和干式两种，如图3-6所示。

图3-6 汽缸套

（a）湿式汽缸套 （b）干式汽缸套 1密封圈 2汽缸套 3汽缸体 4水套 5汽缸垫 6凸肩 7上定位凸缘 8下定位凸缘

③汽缸盖与汽缸垫。汽缸盖与汽缸垫一起共同密封汽缸的上平面，并与活塞顶共同形成燃烧室，汽缸盖上提供许多零件的安装位置，如图3-7所示。汽缸垫装在缸盖与缸体之间，以防止漏水、漏气、漏油。缸盖连同汽缸体靠缸盖螺栓紧固。为保证结合面密封良好，在拧紧缸盖螺栓时，必须使用力矩扳手，从中间开始向两端，对角交错，均匀用力，分2～3次拧紧到规定力矩。

图3-7 四缸柴油发动机汽缸盖

1冷却水出水道 2喷油器孔 3进气道 4冷却水孔 5缸盖螺栓孔 6排气门座孔 7进气门座孔 8冷却水出水道

（2）活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，如图3-8所示。

图3-8 活塞连杆组

1气环 2油环 3活塞 4连杆 5连杆轴瓦 6连杆螺栓 7连杆盖 8连杆轴套 9活塞销卡簧 10活塞销

①活塞。活塞的功用是承受气体压力，并将其通过活塞销传给连杆驱动曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、润滑较差的条件下工作，因此要求活塞有足够的刚度和强度，导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损，重量轻。活塞一般都采用高强度铝合金制成，在一些低速柴油机上也采用高级铸铁或耐热钢。

活塞的基本构造可分为3部分：活塞顶部、活塞头部和活塞裙部，如图3-9所示。

图3-9 活塞构造

1顶部 2防漏部 3裙部 4销孔 5销座 6气环槽 7油环槽

活塞顶部承受气体压力，其形状、位置、大小都和燃烧的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求。其顶部形状有4类：平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。

a平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。

b凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二冲程汽油机常采用凸顶活塞。

c凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等，柴油机活塞顶部一般是这种类型。

活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称防漏部。柴油机压缩比高，一般有4道环槽，上部3道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有3道环槽，其中有两道气环槽和1道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从汽缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般离顶部较远。

活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给汽缸壁，再由冷却水散热。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用。

活塞裙部是从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向汽缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。

②活塞环。活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。

功用：气环用于保证汽缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给汽缸壁，由冷却水带走，其中密封作用是主要的。如果密封性不好，高温燃气将直接从汽缸表面流入曲轴箱。这样不但由于环面和汽缸壁面贴合不严而不能很好地散热，而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏。油环起布油和刮油的作用，下行时刮除汽缸壁上多余的机油，上行时在汽缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入汽缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与汽缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。

气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥形环、梯形环和桶面环，如图3-10所示。

图3-10 活塞环

a矩形环断面为矩形，其结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时，会把汽缸壁面上的机油不断送入汽缸中。这种现象称为“气环的泵油作用”。为了消除或减少有害的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，广泛采用了非矩形断面的扭曲环。

b扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。装入汽缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜作用下上浮，可以减小摩擦。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。目前被广泛地应用于第二道活塞环槽上，安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。

c锥形环断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面（05°～15°），减小了环与汽缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。

d梯形环断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程中和作功行程中随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但其加工困难，且精度要求高。

e桶面环外圆为凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构。桶面环上下运动时，均能与汽缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与汽缸呈圆弧接触，故对汽缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封，但凸圆弧表面加工较困难。

油环有普通油环和组合油环两种，如图3-11所示。

图3-11 油环

（a）普通油环 （b）组合油环 1、3刮油片 2轴向衬环 4径向衬环

a普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。有些普通油环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜。

b组合油环有三片双簧式、两片一簧式和整体油环加螺旋弹簧式等，具有刮油能力强，密封性能好等优点。

③活塞销。活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。

活塞销在高温下周期性地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面粗糙度。

④连杆。连杆的功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。连杆组结构如图3-12所示。

图3-12 连杆组

（a）斜切口式 （b）平切口式 1连杆螺栓 2连杆轴瓦 3连杆螺母 4连杆小头衬套 5连杆小头 6杆身 7连杆大端 8连杆瓦盖 9连杆螺栓 10锁片 11定位套

（3）曲轴飞轮组

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成，如图3-13所示。

图3-13 曲轴

1曲柄 2连杆轴颈 3主轴颈 4定时齿轮轴颈 5润滑油道 6挡油螺纹 7飞轮接盘 8、12螺塞 9、13、16开口销 10、14油管 11、15油腔

①曲轴。曲轴是发动机最重要的机件之一。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其他辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。1个主轴颈、1个连杆轴颈和1个曲柄组成了1个曲拐，曲轴的曲拐数目等于汽缸数（直列式发动机）；V型发动机曲轴的曲拐数等于汽缸数的一半。

主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机汽缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。

全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比汽缸数目多1个，即每一个连杆轴颈两边都有1个主轴颈。如四缸发动机全支承曲轴有5个主轴颈。这种支承的曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。

非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比汽缸数目少或与汽缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些承受载荷较小的汽油机可以采用这种曲轴形式。

由于发动机工作转速较高，作为高速旋转元件的曲轴必须进行动平衡处理，如四缸机采取曲柄对称布置的方式来平衡往复惯性力、离心力及其产生的力矩。而一缸机、三缸机无法采用曲柄对称布置，则采用在连杆轴颈相对侧增加平衡重的方式进行平衡。

②飞轮。飞轮的功用是在发动机作功行程时储存能量，在其他行程放出能量使发动机运转均匀，并能帮助发动机克服暂时超负荷，传递动力，启动时引入动力。飞轮在外圆端部压装有启动用的齿圈，外圆表面刻有上止点记号或加工有上止点对位孔。飞轮的后端面是离合器的摩擦表面，在内侧圆周上加工有定位孔和与曲轴接盘连接的螺栓孔。

曲轴主要用于将活塞-连杆组的气体压力转化为扭矩，并输出到外界。曲轴还用于驱动发动机气门和其他辅助装置。主要由前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、配重和后端法兰组成。曲轴的作用是将来自活塞连杆的推力转化为转动力矩，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的圆周转动，然后通过飞轮将发动机扭矩传递给传动系统；同时还驱动发动机的配气机构等辅助装置。曲轴主要由曲轴前端、连杆轴颈、主轴颈、曲柄、配重和曲轴后端法兰组成。曲轴前端装有曲轴正时齿轮，后端装有飞轮。

根据曲轴主轴颈的数量，曲轴可分为全支撑曲轴和非全支撑曲轴。按其结构形式可分为整体锻造、整体铸造和组合式三种；根据材料不同，可分为球墨铸铁和钢曲轴是发动机的重要零件之一。曲轴有什么用？曲轴的作用是将活塞和连杆产生的气体压力转化为扭矩，用于驱动汽车的传动系统、发动机的配气机构和其他辅助装置为了满足其足够的强度和刚度，提高其耐磨性，曲轴通常由优质中碳钢或合金钢锻造而成，轴颈表面经过精加工和热处理。为了节约成本，近年来高强度球墨铸铁被用于铸造曲轴。那么，曲轴是由哪些零件制成的呢？

曲轴通常由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、配重和前后端组成。其中主轴颈、连杆轴颈和曲柄形成曲柄。直列式发动机曲轴的曲柄数等于气缸数；V型发动机曲轴的曲柄数等于气缸数的一半。下面是边肖为你编的曲轴作曲的具体内容。主轴颈是曲轴的支撑部分。曲轴按主轴颈数量可分为全支撑曲轴和非全支撑曲轴。相邻两曲柄之间有一根带主轴颈的曲轴，称为全支撑曲轴；否则称为非完全支撑曲轴。连杆轴颈与连杆大端连接，在连杆轴承内转动，连杆轴颈和气缸数量相同。为了平衡曲轴，连杆轴颈对称布置。例如，四缸发动机曲轴的第一和第四气缸的连杆轴颈在同一侧，第二和第三气缸的连杆轴颈在另一侧，它们相隔180度。

曲柄是连杆轴颈与主轴颈的连接部位，也是曲轴受力复杂、结构薄弱的地方。曲柄的形状多为矩形或椭圆形，曲柄与主轴颈和连杆轴颈的连接处形状突变，导致应力集中严重。曲轴裂纹或断裂多发生在该部位。为了降低应力集中，这里采用过渡圆角连接。新的国家标准改变了球墨铸铁曲轴表面感应淬火后回火的要求，原来要求表面淬火后必须回火才能回火。也就是说，根据新标准，球墨铸铁曲轴表面感应淬火后可以回火，也可以不回火。修正了氮化层的深度，提高了氮碳共渗处理后氮化层的深度和硬度要求。增加表面油孔要求。要求轴颈表面油孔处硬化层和软点的分布和尺寸应在图纸中规定。淬火后，油孔不得有裂纹。补充表面质量要求。补充内容包括：主轴颈和连杆轴颈与曲柄连接处的过渡圆角应光滑，连接处不应有明显的接合痕迹；打磨后的打磨面不允许有打磨烧伤；曲轴硬化表面不允许有压痕。

发动机是为汽车提供动力的部件，是汽车的核心总成。燃料在气缸内燃烧，产生巨大的压力推动活塞上下运动。活塞推动连杆运动，连杆再推动曲轴转动。曲轴的旋转运动通过与之相连的离合器(变矩器)传递给汽车的变速器，再由变速器合理分配，传递给车轮，从而推动汽车前进。

汽油发动机结构图

汽油机是以汽油为燃料的发动机。汽油因其速度快、重量轻、噪音低、易启动、制造成本低而被广泛应用于现代汽车。随着科技的发展，涡轮增压和缸内直喷技术在汽车汽油机上的广泛应用，使得汽油机的动力性和经济性更加突出。汽油发动机包括：

大众EA888发动机外观图

宝马直列四缸TDI发动机

根据所用燃料的分类，汽车可分为汽油发动机、柴油发动机、清洁燃料发动机等。清洁燃料发动机只是供油和喷油器不同，其余可以参考前两款发动机。根据气缸排列，发动机可分为直列式、V型、VR型、W型和水平对置发动机。

柴油机结构图

柴油机是以柴油为燃料的发动机。柴油发动机压缩比高，热效率高，比汽油发动机有更好的经济性能和排放性能。柴油发动机广泛应用于皮卡车、客车/货车和工程机械车辆。也用于一些豪华车。柴油发动机包括：

直列(L型)发动机结构图

所有气缸都排成一条直线，垂直于曲轴，代表了发动机发展的最早水平。

优点：设计简洁。

缺点：大量的气缸导致发动机很长，不适合水平安装。

直列5缸发动机的气缸排列(L5)

V型发动机结构图

V型发动机为了缩短发动机，气缸呈60 ~ 120夹角排列，气缸中心线与曲轴中心线相交。

优点：发动机短。

缺点：发动机较宽，有两个独立的气缸盖，因此需要更复杂的设计和更大的发动机舱容积。

v型发动机气缸排列

虚拟现实引擎结构图

为了满足中低档汽车水平安装大功率发动机的需要，开发了VR发动机。六个气缸相互之间以15度的偏角排列，安装在一个不太宽的短发动机气缸体中。

这种发动机不同于较早投产的设计，只有一个气缸盖。这些优势使得紧凑型VR6发动机能够安装在高尔夫和其他车辆上。

虚拟现实发动机的气缸布置

w型发动机结构图

W家族的发动机按照模块化设计的原则，组合了两个“VR气缸组”。单个气缸组中气缸之间的夹角为15，两个VR气缸组支架之间的夹角为72。

w型发动机气缸布置

水平对置发动机结构

两排气缸水平相对布置，具有重心低、平行性好的优点。

水平对置发动机气缸布置

W型与V型发动机相比可将发动机做得更短一些，曲轴也可短些，这样就能节省发动机所占的空间，同时重量也可轻些，但它的宽度更大，使得发动机室更满。

W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分，在运作时必然会引起很大的振动。针对这一问题，大众在W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。