发布于 10-16 10:54:10
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。曲柄连杆机构是往复式内燃机的主要工作机构，是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。在做功行程，它将燃料燃烧产生的热能通过活塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他行程，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性，通过连杆带动活塞上下运动，为下一次做功创造条件。
曲柄连杆机构的作用是把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。
机体组由气缸体、曲轴箱、气缸套及气缸盖等组成。
1.气缸体及曲轴箱
（1）气缸体的作用 气缸是构成发动机的骨架，是发动机各机构、系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。
（2）气缸体的结构 发动机气缸体的结构如图3-1所示。发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体-曲轴箱，也可以称为气缸体。气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，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。在上曲轴箱上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。
图3-1 发动机气缸体的结构
气缸体的上、下平面用以安装气缸盖和下曲轴箱，是气缸修理的加工基准。
（3）气缸体的分类 按照气缸体与油底壳安装平面位置不同，通常把气缸体分为平分式、龙门式和隧道式三种形式，如图3-2所示。
图3-2 气缸体的结构形式
① 平分式气缸体 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（如CA6102、EQ6100型发动机） 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。
2.气缸与气缸套
汽车发动机气缸基本排列形式有直列式（单列式）、V形及水平对置式，如图3-3所示。
图3-3 气缸的基本排列形式
图中数字表示气缸
直列式多用于六缸以下的发动机。各个气缸排成一列，所有气缸共用一根曲轴和一个气缸盖，气缸多采用垂直布置（极少量采用斜置布置）。直列式发动机结构简单，易于制造，成本较低，但长度和高度都较大。如宝马的大部分车型均采用直列式发动机。
V形发动机将气缸排成两列，其气缸中心线夹角γ<180°，一般为60°～90°。V形发动机采用一根曲轴驱动两列气缸中的活塞运动，曲轴的每个连杆轴颈上都连接两个连杆，所以发动机必须至少有两个以上的气缸盖。该类型发动机的优点是缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸体的刚度及稳定性，运转平稳，结构紧凑。缺点是宽度有一定量增大、形状复杂、加工困难。多用于缸数较多的大功率发动机。如雷克萨斯、日产天籁等多缸数车型采用的是这种排列方式。
水平对置式发动机实际上可以看成是一种特殊的V形发动机，其夹角γ=180°。该类型发动机高度最小，应用在一些垂直空间非常小的车辆上。
与直列式发动机相比，V形发动机缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸体的刚度，重量也有所减轻，但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。有的多缸发动机为了满足需要，气缸排列还采用了W形。
气缸工作表面由于经常与高温、高压燃气相接触，且有活塞在其中做高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为满足以上要求，一般从材料、加工精度和结构等方面采取措施。气缸冷却方式有水冷和风冷两种（图3-4）。汽车发动机多用水冷式。
图3-4 气缸冷却方式
发动机用冷却液冷却时，气缸周围和气缸盖中均有用以充冷却液的空腔，称为水套，如图3-5（a）所示，气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。发动机用空汽冷却时，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加散热面积，保证散热充分，如图3-5（b）所示，一般风冷式发动机的气缸体与曲轴箱是分开铸造的。
气缸套有干式和湿式两种（图3-5），干式气缸套不直接与冷却液接触，壁厚一般为1～3mm；湿式气缸套则与冷却液直接接触，壁厚一般为5～9mm。湿式气缸套装入座孔后，通常缸套顶面略高于气缸体上平面0.05～0.15mm。这是为了在紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，以保证气缸的密封性，防止冷却液和气缸内的高压气体窜漏。
图3-5 气缸套
3.气缸盖
气缸盖的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖内部也有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便利用循环冷却液来冷却燃烧室等高温部分。
发动机的气缸盖上有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道，还有进气通道和排气通道等，如图3-6所示。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加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。
图3-6 气缸盖
气缸盖可以分为分开式气缸盖和整体式气缸盖两种类型。分开式气缸盖即同一发动机上有多个气缸盖，气缸可以一缸一盖，也可以两缸或三缸共用一盖。分开式气缸盖主要应用在一些重量较大、热负荷重的柴油机或汽油机上。整体式气缸盖是指发动机所有气缸共用一个气缸盖，这种类型的气缸盖多应用在热负荷相对较轻的发动机上。
由于气缸盖形状复杂，一般都采用灰铸铁或合金铸铁铸成，有的汽油机气缸盖用铝合金铸造，因铝的导热性比铸铁好，有利于提高压缩比。铝合金气缸盖的缺点是刚度低，使用中容易变形。CA6102型发动机是采用铜钼低合金铸铁铸造的整体式气缸盖。
4.燃烧室
汽油机的燃烧室由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。发动机工作过程中对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，以减少热量损失及缩短火焰行程；二是使混合气在压缩冲程结束时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧的速率，保证混合气得到及时和充分的燃烧。汽油机常用的燃烧室的形式有半球形燃烧室、楔形燃烧室、盆形燃烧室，如图3-7所示。少数发动机则采用多球（即ω）形燃烧室和篷形燃烧室（图3-8）。
图3-7 汽油机常用燃烧室
图3-8 篷形燃烧室
（1）半球形燃烧室 如图3-7（a）所示。其特点是结构紧凑，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应用。
（2）楔形燃烧室 如图3-7（b）所示。其特点是结构简单、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 如图3-7（c）所示。盆形燃烧室的气缸盖工艺性好，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。
（4）多球形燃烧室 是由两个以上半球形凹坑组成的，形似ω。其结构紧凑，面容比（即燃烧室表面积与其容积之比）小，气门直径较大，气道比较平直，且能产生挤气涡流。夏利TJ376Q型汽油机采用了此种燃烧室。
（5）篷形燃烧室 如图3-8所示。它是近年来高性能多气门轿车发动机上广泛应用的燃烧室，特别是小气门夹角的浅篷形燃烧室得到了较大发展。欧宝V6、奔驰320E、三菱3G81、斯巴鲁EJ20等汽油机采用的燃烧室均为篷形燃烧室。
5.油底壳
油底壳也称机油盘，其作用是储存发动机机油并与曲轴箱一起密封发动机。油底壳常用薄钢板冲压制成，如图3-9所示。它与曲轴箱用螺栓连接，结合处有衬垫，以防漏油。油底壳的底部有深度较大的集油池，壳内装有稳油挡板。集油池底部有放油螺塞，大多数放油螺塞带有磁性，可将铁屑吸住以减少机件磨损。
图3-9 油底壳
6.气缸垫
气缸垫（图3-10）的作用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏液和漏油。
图3-10 气缸垫
气缸垫装配在气缸盖与气缸体之间，因接触高温高压燃气，在使用中易被烧蚀，故要求气缸垫必须能够耐热、耐腐蚀，还必须具有足够的强度和弹性。目前应用较多的气缸垫主要有两种，即金属-石棉气缸垫和纯金属气缸垫。
金属-石棉气缸垫的结构如图3-11（a）所示，该类型的气缸垫外层为铜皮或者钢皮，内层采用夹有金属丝或者金属屑的石棉材料，同时为了防止烧蚀，在水孔及燃烧室孔周围有镶边以增加强度。金属材料具有很好的散热性，石棉则耐热性和弹性都较好，可以提高气缸的密封性能。安装时，应该特别注意要把气缸垫光滑的一面朝向气缸体，否则容易被高压气体冲坏。金属-石棉气缸垫是目前使用最多的一种类型的气缸垫。如奥迪100、大众捷达、丰田凯美瑞等轿车采用的均是这一类型的气缸垫。
图3-11 气缸垫的结构
纯金属气缸垫的结构如图3-11（c）所示，该类型气缸垫基本上由单层或者多层金属片（低碳钢或铜）制造而成。为加强密封，在气缸孔、水道孔及机油孔周围冲有弹性凸纹，利用凸纹的弹性实现密封。如红旗CA7560型轿车使用的气缸垫即为这种气缸垫。
7.发动机支承
发动机支承的作用是支承发动机并给发动机定位，发动机支承一般通过变速器壳和飞轮壳体与车架一起支承发动机。常用的支承方式有三点支承和四点支承，如图3-12所示。三点支承的前支承经过曲轴箱支承在车架上，后支承通过变速器壳支承在车架上；四点支承则是前支承通过曲轴箱支承在车架上，后支承通过飞轮壳支承在车架上。桑塔纳2000GSi发动机的支承如图3-13所示，该支承方式为三点支承。
图3-12 发动机支承
图3-13 桑塔纳2000GSi发动机的支承
由于发动机在工作过程中存在很大的震动，并对支承及车架产生周期性冲击，导致车架及支承产生扭曲变形。为了消除这些不良后果，发动机支承一般采用弹性支承。发动机支承上都有纵向拉杆，其作用是防止汽车制动或加速时由于弹性元件变形而产生发动机纵向位移，它是通过橡胶垫圈与车架纵梁和发动机相连的。
活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆螺栓、连杆轴承、连杆轴承盖等运动部件组成，如图3-14所示。
图3-14 活塞连杆组的组成
1.活塞的作用和工作特点
活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转，同时，活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。
由于活塞顶部直接与高温、具有一定腐蚀性的燃气相接触，并受到高速运动、周期变化的气体压力和惯性力作用，且润滑条件、散热条件都差，因此活塞的工作条件是极为恶劣的，对于活塞的制造以及工艺也提出了相应的要求。
①制造必须有较高的精度，以保证活塞与气缸壁之间有较小的摩擦因数。
②材料必须有较轻的重量，以降低惯性。
③有足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域内要有较大的强度，防止活塞环损坏。
④活塞顶部耐热、裙部有一定弹性。
⑤良好的导热性能及合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙。
⑥一定的耐磨性能，以防止周期性运动带来的过度磨损。
2.活塞的工作条件与要求
（1）活塞的工作条件 活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上。因此，活塞受热严重，而散热条件又很差。活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度（8～12m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。
（2）活塞的工作要求 由于活塞顶部直接与高温燃气接触，承受着燃气带有冲击性的高压力，在气缸中高速运动，从而加速活塞外表的磨损，也容易引起活塞变形。活塞承受的气压力和惯性力是呈周期性变化的，并且由于活塞各部分的温度极不均匀，活塞内部将产生一定的热应力。所以要求活塞质量好，热胀系数小，导热性好，而且耐磨。
铝合金活塞具有重量轻、导热性好的优点，在汽车发动机上被广泛采用。其缺点是热胀系数较大，在温度升高时，强度和硬度下降较快。为了克服这些缺点，一般要在结构设计、机械加工和热处理上采取各种措施加以弥补。少数发动机活塞采用优质铸铁或耐热钢制造。
3.活塞的基本构造
活塞的基本构造可分为顶部、头部（防漏）和裙部（导向）三部分，如图3-15所示。
图3-15 活塞的基本结构
（1）活塞顶部 活塞顶部的形状与选用的燃烧室形式有关。活塞顶部的形状主要有平顶、凸顶和凹顶三种。汽油机活塞顶部多采用平顶[图3-16（a）]，其优点是吸热面积小，制造工艺简单，燃烧室结构紧凑。有些汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用凹顶活塞[图3-16（b）]，凹坑的大小还可以用来调节发动机的压缩比。凸顶活塞[图3-16（c）]主要用于二冲程汽油机。
图3-16 活塞顶的形状
（2）活塞头部 活塞头部是最下端活塞环槽以上至活塞顶以下的部分，其主要作用如下。
① 承受气体压力，并传给连杆。
② 与活塞环一起实现气缸的密封。
③ 将活塞顶部所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。头部切有若干用以安装活塞环的环槽。汽油机一般有2～3道环槽，上面1～2道用于安装气环，下面1道用于安装油环。在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下来的多余机油经过这些小孔流回油底壳。
活塞头部一般做得较厚，以便于热量从活塞顶部经活塞环传给气缸的冷却壁面上，从而防止活塞顶部的温度过高。
有的发动机活塞在第一道环槽上切出比环槽窄的隔热槽，其作用是隔断从活塞顶部流下来的部分热流通路，迫使热流方向转折，把原来应由第一道活塞环散走的热量，分散给第二环和第三环，以消除第一环过热后产生积炭和卡死在环槽中的可能性。
（3）活塞裙部 活塞裙部是指活塞环槽以下的所有部分，其作用是为活塞在气缸内进行往复运动导向和承受侧压力。
活塞工作时，燃烧气体的压力均匀作用在活塞顶上，而活塞销给予的反力则作用在活塞裙部的销座处，由此而产生的变形是裙部直径沿活塞销座轴线方向增大[图3-17（a）]。侧压力FN的作用也使活塞裙部直径在同一方向上增大[图3-17（b）]。此外，活塞销座附近的金属堆积受热后膨胀量大，致使裙部在受热变形时，在沿活塞销座轴线方向的直径增量大于其他方向。如图3-17（c）所示活塞工作时产生的机械变形和热变形，使其裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆[图3-17（d）]。鉴于上述情况，为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁间保持比较均匀的间隙，以免在气缸内卡死或引起局部磨损，必须预先在冷态下把活塞制成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。为了减少销座附近处的热变形量，有的活塞将销座附近的裙部外表面制成下陷0.5～1.0mm。活塞裙部形状可以做成变椭圆桶形，即在活塞裙部的不同部位其椭圆度不同，椭圆度由下而上逐渐增大，即活塞裙部横截面越往上越扁，裙部纵向截面呈桶形，其轮廓线为抛物线，故也称抛物线形活塞裙部。如图3-18所示为活塞裙部的椭圆变形示意。
图3-17 活塞顶的形状
图3-18 活塞裙部的椭圆变形示意
活塞销座的作用是将活塞顶部气体作用力经活塞销传给连杆。活塞销座通常有肋片与活塞内壁相连，以提高其刚度。
活塞销座孔内有的设有安放弹性卡环的卡环槽。卡环用来防止活塞销在工作中发生轴向窜动。
活塞销座孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内，但也有些高速汽油机的活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面，如图3-19（a）所示。图中活塞销座轴线向在做功行程中受侧向力的一面偏移了1～2mm，这是因为，如果活塞销对中布置，则当活塞越过上止点时侧压力的作用方向改变，会使活塞敲击气缸壁面而发出噪声。如果把活塞销偏移布置[图3-19（b）]，则可使活塞较平稳地从压向气缸的一面过渡到另一面，而且过渡时刻早于达到最高燃烧压力时刻，可以减轻活塞“敲缸”，减小噪声，改善发动机工作的平顺性。
图3-19 活塞销偏置及其原理
4.活塞环
活塞环主要分为气环和油环两种（图3-20）。
图3-20 活塞环种类
（1）活塞环的作用 气环的作用是保证气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气缸壁，由冷却水带走；油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸中燃烧掉，又可以减少活塞与气缸壁的摩擦阻力。此外，油环还能起到辅助封气的作用。
（2）活塞环的工作条件及性能要求 活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，温度较高（尤其是第一环，温度可达600K）。活塞环在气缸内做高速运动，加上高温下部分机油出现变质，使活塞环的润滑条件变差，难以保证液体润滑，磨损严重。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。
（3）活塞环的间隙 如图3-21所示，活塞环会在发动机运转过程中与高温气体接触发生热膨胀现象，而周期性的往复运动又使其出现径向胀缩变形。因此，为了保证正常的工作，活塞环在气缸内应该具有以下间隙。
图3-21 活塞环的间隙
d—活塞环内径；B—活塞环宽度
①端隙又称开口间隙，是指活塞环在冷态下装入气缸后，该环在上止点时，环的两端头之间的间隙。一般为0.25～0.50mm。
②侧隙又称边隙，是指活塞环装入活塞后，其侧面与活塞环槽之间的间隙。第一道环因为工作温度高，间隙较大，一般为0.04～0.10mm；其他环一般为0.03～0.07mm。油环侧隙比气环小。
③背隙是指活塞环装入气缸后，活塞环内圆柱面与活塞环槽底部间的间隙，一般为0.50～1.00mm。油环背隙较气环大，有利于增大存油间隙，便于减压泄油。
（4）活塞环的泵油作用 由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油作用。其原因是，活塞下行时，活塞环靠在环槽的上方，活塞环从缸壁上刮下来的机油充入环槽下方；当活塞上行时，活塞环又靠在环槽的下方，同时将机油挤压到环槽上方。如此反复运动，就将缸壁上的机油泵入燃烧室。由于活塞环的泵油作用，使机油窜入燃烧室，会使燃烧室内形成积炭和增加机油消耗，并且还可能在环槽（尤其是第一道气环槽）中形成积炭，使环卡死，失去密封作用，甚至折断活塞环。
（5）气环 气环的密封、切口及断面形状见表3-1。
表3-1 气环的密封、切口及断面形状
图3-22 气环的断面形状及各环间隙处的气体压力
图3-23 气环的切口形状
图3-24 气环的断面形状
（6）油环 油环分为普通油环和组合油环两种。
普通油环的结构如图3-25（a）所示，它是用合金铸铁制造的。其外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狭缝。油环的刮油作用如图3-25（b）所示。油环的断面形状如图3-26所示。油环上唇的上端面外缘一般均有倒角，可以使油环向上运动时能够形成油楔。机油可以把油环推离气缸壁，从而易于进入油环的切槽内。下唇的下端面外缘不倒角，这样向下刮油能力较强。鼻式油环和双鼻式油环的刮油能力更强，但加工较困难。
图3-25 油环及其刮油作用
图3-26 油环的断面形状
对于由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成的组合式油环，轴向衬环夹装在第二、第三刮油片之间，径向衬环使三个刮油片压紧在气缸壁上。这种油环的优点是，片环薄，对气缸壁的比压（单位面积上的压力）大，因而刮油作用强；三个刮油片是各自独立的，故对气缸的适应性好；重量轻；回油通路大。因此，组合油环在高速发动机上得到较广的应用。其缺点是制造成本高（片环的外表面必须镀铬，否则滑动性不好）。
5.活塞销
（1）活塞销的功用及材料
① 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。
② 活塞销一般都做成空心圆柱体，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光洁度。
（2）活塞销的工作要求及连接方式
① 活塞销的工作要求 活塞销在高温下周期性地承受很大的冲击载荷，其本身又做摆转运动，而且在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。
② 活塞销的连接方式 活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式，一种是“全浮式”安装；另外一种是“半浮式”安装，如图3-27所示。
图3-27 活塞销的连接方式
a.“全浮式”安装 当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有挡圈，进行轴向定位。
由于制作活塞的材料是铝，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔为过渡配合，装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。
b.“半浮式”安装 其特点是活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内做自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会做轴向窜动，不需要锁片。这种结构在轿车上应用较多。
6.连杆
（1）连杆的功用 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，使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。
（2）连杆的工作要求及材料 连杆工作时，承受活塞顶部气体压力和惯性力的作用，而这些力的大小和方向都是呈周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆强度高，刚度大，重量轻。连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻辊锻而成，然后进行机加工和热处理。
（3）连杆的结构 如图3-28所示连杆组件的结构主要包括连杆小头、连杆大头（包括连杆盖）和杆身三部分。
图3-28 连杆组件分解图
对全浮式活塞销，由于工作时小头孔与活塞销之间有相对运动，所以常常在连杆小头孔中压入减摩的青铜衬套。为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上铣有油槽或钻有油孔以收集发动机运转时飞溅上来的机油用以润滑。有的发动机连杆小头采用压力润滑，在连杆杆身内钻有纵向的压力油通道。采用半浮式活塞销是与连杆小头紧配合的，所以小头孔内不需要衬套，也不需要润滑。
连杆杆身通常做成“Ⅰ”字形断面，其抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大。采用压力法润滑的连杆，杆身中部都制有连通大、小头的油道。
连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。连杆大头的切口形式分为平切口和斜切口两种。
① 平切口式连杆分面与连杆杆身轴线垂直，是汽油机普遍采用的一种形式。这是因为一般汽油机连杆大头的横向尺寸都小于气缸直径，可以方便地通过气缸进行拆装。
② 斜切口式连杆分面与连杆杆身轴线成30°～60°夹角，是柴油机上使用较多的一种形式。这是因为柴油机压缩比大，受力较大，曲轴的连杆轴颈较粗，相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径。为了使连杆大头能通过气缸，便于拆装，一般都采用斜切口，最常见的是45°夹角。
为了便于安装，连杆大头一般做成剖分式，被分开的部分称为连杆盖（图3-29），用连杆螺栓紧固在连杆大头上。连杆大头与连杆盖是组合加工的，为防止配对错误，在同一侧刻有配对记号。
图3-29 连杆大头与连杆盖的配对记号
（4）连杆与连杆盖的定位 连杆与连杆盖在结构上采取了定位措施。平切口连杆盖与连杆多采用连杆螺栓定位，利用连杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证。斜切口连杆大头的定位方法有止口定位、套筒定位和锯齿定位，如图3-30所示。
图3-30 斜切口连杆大头的定位方式
（5）连杆螺栓与连杆轴瓦
① 连杆螺栓 连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起，连杆螺栓在工作中承受很大的冲击力，若折断或松脱，将造成严重事故。为此，连杆螺栓都采用优质合金钢，并经过精加工和热处理特制而成。安装连杆盖，拧紧连杆的螺栓和螺母时，要用扭力扳手分2～3次交替均匀地拧紧到规定的力矩，拧紧后还应可靠地锁紧。连杆螺栓损坏后绝不能用其他螺栓来代替。
② 连杆轴瓦 为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软、容易保持油膜、磨合性好、摩擦阻力小、不易磨损等特点。耐磨合金常采用的有巴氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。连杆轴瓦背面的表面粗糙度很低。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。
如图3-31所示，连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应与连杆上相应的油孔对齐。
图3-31 连杆轴瓦
（6）V型发动机连杆的结构形式 V型发动机连杆的结构形式一般有三种，分别为并列连杆、主副连杆和叉形连杆，其说明见表3-2。
表3-2 V型发动机连杆的结构形式
曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、正时齿轮（或链轮）等组成，如图3-32所示。
图3-32 四缸发动机的曲轴飞轮组
1.曲轴
（1）曲轴的功用及工作要求 曲轴主要功用是承受连杆传来的力，并由此产生绕自身轴线的旋转力矩，该力矩通过飞轮对外输出；另外，曲轴还用来驱动发动机的配气机构和发电机、水泵、转向油泵、空气压缩机等附件。
曲轴是发动机最重要的部件之一，要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较好的材料制造，一般采用中碳钢（如45钢）或中碳合金钢（如35Mn2、40Cr等）模锻而成。为了提高曲轴的耐磨性，其轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工，从而达到高的精度和低的表面粗糙度。
为了提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，过渡圆角处要经滚压处理。
工作时，曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件。因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。
（2）曲轴的构造 曲轴一般由前端（自由端）、主轴颈、连杆轴颈（曲柄销）、曲柄臂、平衡重和后端（或称动力输出端，图中未示出）等组成，如图3-33所示。
图3-33 曲轴的结构
曲轴前端用以安装水泵皮带轮、曲轴正时皮带轮（或正时齿轮、正时链轮）、启动爪等，曲轴前端的结构如图3-34所示。曲轴后端凸缘用以安装飞轮，在后端轴颈与飞轮凸缘之间有挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
图3-34 曲轴前端的结构
曲轴上磨光的表面为轴颈。曲轴支承在曲轴箱内旋转的轴颈为主轴颈，主轴颈的轴线都在同一条直线上。偏离主轴颈轴线用以安装连杆的轴颈为连杆轴颈（或称曲柄销），连杆轴颈之间有一定夹角。连杆轴颈与主轴颈之间加工有润滑油道，如图3-35所示。
图3-35 曲轴内部的油道
将连杆轴颈和主轴颈连接到一起的部分称曲柄（或称曲柄臂），连杆轴颈和曲柄共同将连杆传来的力转变成曲轴的旋转力矩。轴颈与曲柄之间有过渡圆角，以增加强度，如图3-36所示。一个连杆轴颈和它两端的曲柄及相邻两个主轴颈构成一个曲拐。
图3-36 曲轴轴颈的过渡圆角
主轴颈、连杆轴颈和轴承上都钻有径向油孔，这些油孔通过斜油道相连。这样机油就可以进入主轴颈和连杆轴颈的工作表面进行润滑。当连杆轴颈上的油孔与连杆大头上的油孔对准时，机油可以从中喷出，对配气机构和气缸壁进行飞溅润滑。
平衡重的作用是平衡连杆大头、连杆轴颈和曲柄等产生的离心力及其力矩，如图3-37所示，有时也平衡活塞连杆组的往复惯性力及其力矩，以使发动机运转平稳。平衡重的数量有4块、6块、8块等。若在曲轴的每个曲柄臂上都装设平衡重，则称完全平衡法（8块平衡重），如图3-37（c）所示；若只在部分曲柄臂上装设平衡重则称分段平衡法（4块平衡重），如图3-37（b）所示。完全平衡法的平衡重数量较多，曲轴重量增加，工艺性变差。
图3-37 曲轴的平衡
1～8—平衡重
曲轴工作时，要承受周期性变化的气体压力、往复惯性力和离心力，以及它们产生的扭矩和弯矩的共同作用，为了保证工作可靠，因此要求曲轴要有足够的刚度、强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好，还必须有很高的动静平衡要求。
（3）曲轴的支承形式 主轴颈是曲轴的支承部分。按照曲轴的主轴颈数可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者称为全支承曲轴，如图3-38（a）所示；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴，如图3-38（b）所示。
图3-38 曲轴的支承形式
直列式发动机的全支承曲轴，其主轴颈数（包括曲轴前端和后端的主轴颈）比气缸数多一个；V形发动机的全支承曲轴，其主轴颈数比气缸数的一半多一个。
全支承曲轴的优点是可以提高曲轴的刚度，并且可减轻主轴承的载荷；其缺点是曲轴长度较长，使发动机机体长度增加。
（4）曲拐的布置 曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸的排列形式和做功顺序（即点火顺序）。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐的布置就只取决于发动机的做功顺序。
多缸发动机各缸的做功间隔时间（以曲轴转角表示，称为做功间隔角）应均匀。对于气缸数为i的直列四冲程发动机而言，做功间隔角为720°/i时，即曲轴每转720°/i时，就应有一个气缸做功，以保证发动机运转平稳。
在安排多缸发动机的做功顺序时，应使连续做功的两缸相隔尽量远，以减少主轴承的连续载荷，同时避免相邻两缸进气门同时开启造成的抢气现象；V形发动机左右两列气缸尽量交替做功。
常见的几种多缸发动机曲拐的布置和工作顺序如下。
① 直列四缸发动机 直列四缸四冲程发动机的做功间隔角应为7200°/4=180°。其曲拐布置如图3-39所示，四个曲拐布置在同一平面内。发动机做功顺序有两种：1-2-4-3或1-3-4-2，其工作循环见表3-3。
图3-39 直列四缸发动机的曲拐布置
表3-3 直列四缸发动机工作循环表（做功顺序：1-2-4-3）
②直列六缸发动机 直列六缸四冲程发动机的做功间隔角为720°/6=120°。这种曲拐布置如图3-40所示，六个曲拐分别布置在三个平面内，各平面夹角为120°。曲拐的具体布置有两种方案，第一种做功顺序是1-5-3-6-2-4，这种方案应用较普遍，国产汽车的六缸发动机的做功顺序都用这种，其工作循环见表3-4；另一种做功顺序是1-4-2-6-3-5。
图3-40 直列六缸发动机的曲拐布置
表3-4 直列六缸机工作循环表（做功顺序：1-5-3-6-2-4）
③ V形八缸发动机 V形八缸四冲程发动机的做功间隔角为720°/8=90°。V形发动机左右两列中相对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V形八缸发动机只有四个曲拐，其布置可以与四缸机一样，四个曲拐布置在同一平面内，也可以布置在两个互相错开90°的平面内，如图3-41所示，这样可使发动机得到更好的平衡性。红旗8V100型发动机就采用这种布置形式，做功顺序为1-8-4-3-6-5-7-2，其工作循环见表3-5。
图3-41 V形八缸发动机的曲拐布置
表3-5 V形八缸发动机工作循环表（做功顺序：1-8-4-3-6-5-7-2）
（5）曲轴前、后端密封 曲轴前端是第一道主轴颈之前的部分，通常有键槽，用来安装驱动机油泵的齿轮（有的机油泵通过皮带传动）、驱动水泵的皮带轮等。曲轴后端是最后一道主轴颈之后的部分，有安装飞轮用的凸缘。
此外，曲轴前端为了减小扭转振动而装有扭转减振器，早期的一些中、小型货车发动机的曲轴前端还装有启动爪，以便必要时用人力转动曲轴，使发动机启动。
曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置主要是油封，如图3-42所示。
图3-42 曲轴前后端的密封装置
（6）曲轴的主轴承 曲轴的主轴承俗称大瓦，和连杆大头轴承一样，也是剖分为两半的滑动轴承，即主轴瓦（上瓦及下瓦）。主轴承上瓦装在机体的主轴承座孔内；而下瓦则装在主轴承盖内。机体主轴承座和主轴承盖是通过主轴承螺栓连接在一起的。主轴承的材料、结构形式、安装方式和定位方式等与连杆轴承基本相同。为了向连杆大头轴承输送机油，在主轴承上瓦上通常开有油孔和油槽，如图3-43所示，而主轴承下瓦由于受到较高的载荷，通常是不开油孔和油槽的。安装曲轴主轴承时，要注意轴承的位置、方向，不可将主轴承上、下瓦装错。
图3-43 曲轴主轴承上的油孔和油槽
（7）曲轴轴向定位 曲轴作为转动件，在工作的过程中，必然受到发动机气缸体的热传递，以及自身的摩擦生热，使得曲轴的自身温度有一定程度上升。
这就使得曲轴产生一定的热膨胀，而使曲轴长度增加，所以，曲轴必须与其固定件之间有一定的轴向间隙。而且汽车行驶时，由于踩踏离合器而对曲轴施加轴向推力，或汽车上下坡时，均可能使曲轴发生轴向窜动。过大的轴向窜动将影响活塞连杆组的正常工作，破坏正确的配气定时和柴油机的喷油定时。因此，为了保证曲轴轴向的正确定位，曲轴必须安装有轴向定位装置。
曲轴的轴向定位装置一般采用推力轴承。推力轴承有整体式和止推片式两种。整体式推力轴承如图3-43所示，它是一种翻边轴瓦，将轴瓦两侧翻边作为止推面，在止推面上浇铸减摩合金。
止推片为半圆环形，如图3-44所示，一般为四片，上、下各两片，分别安装在气缸体和主轴承盖上的浅槽中，用舌榫定位，防止其转动。止推片的材料和结构与曲轴轴承相同，也是由钢背和减摩合金层组成的。
图3-44 曲轴推力轴承
每根曲轴只能在一个主轴颈上设置止推片，安装时，止推片有减摩层的一面朝向转动件。
曲轴轴向间隙可通过更换不同厚度的止推片来调整。
2.曲轴皮带轮和扭转减振器
汽车发动机的曲轴皮带轮和扭振减振器都装在曲轴的前端。前者用来驱动冷却水泵、发电机、空调压缩机等附件，后者用来消减曲轴的扭转振动。
曲轴实际上是具有一定弹性和旋转重量的轴，这是曲轴产生扭转振动的原因。在发动机工作过程中，经连杆传给曲轴的作用力的大小和方向不断变化，从而使得曲轴旋转的瞬时角速度也不断变化。这样就造成曲轴相对于飞轮转动忽快忽慢，使曲轴产生扭转振动。这种振动对发动机的工作非常有害，一旦出现共振，会加剧发动机的抖动。所以，必须采取减振、消振措施，其中比较有效的就是在曲轴前端安装扭转减振器。
汽车发动机最常用的曲轴扭转减振器是摩擦式扭转减振器，其可分为橡胶式曲轴扭转减振器及硅油式扭转减振器两类。常用的是橡胶式曲轴扭转减振器，如图3-45所示。
图3-45 橡胶式曲轴扭转减振器
目前轿车发动机使用的曲轴扭转减振器一般都不单独设惯性盘，而是利用曲轴皮带轮兼作惯性盘，皮带轮和减振器制成一体，称减振皮带轮。
为了保证曲轴的转动与配气机构的配气正时，通常在曲轴的皮带轮上都有一个正时记号和点火提前角的曲轴角刻度盘，如图3-46所示。
图3-46 曲轴皮带轮上的正时标记
3.飞轮
（1）飞轮的功用和材料 飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在做功冲程中输入于曲轴的动能的一部分储存起来，用以在其他冲程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上止点和下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间内的超载荷。此外，在结构上飞轮又往往用做汽车传动系统中摩擦离合器的驱动件。
飞轮多采用灰铸铁制造，当轮缘的线速度超过50m/s时要采用强度较高的球铁或铸钢制造。
（2）飞轮的结构 飞轮外缘上压有一个齿环，可与起动机的驱动齿轮啮合，供启动发动机时使用。飞轮上通常刻有第一缸发火正时记号，以便校准发火时间。如图3-47所示，解放CA6102型发动机的正时记号是“上止点/1～6”，当这个记号与飞轮壳上的刻线对正时，即表示1～6缸的活塞处在上止点位置。东风EQ6100-1型发动机的飞轮上的这一记号为一个镶嵌的钢球。
图3-47 飞轮结构及正时标记
多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡，否则在旋转时因重量不平衡而产生的离心力，将引起发动机振动并加速主轴承的磨损。为了在拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲轴之间应有严格的相对位置，并用定位销或不对称布置螺栓予以保证。
