发动机的曲柄连杆机构与配气机构

关于发动机的曲柄连杆机构与配气机构的论述

摘要： 我们最常见的两种发动机为汽油发动机和柴油发动机，一般而言，

汽油机由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系

统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统组成；柴油机两大机构和四大

系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系

统和起动系统组成，柴油机是压燃的，不需要点火系统。

关键字： 缸体曲轴箱组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 气门组 气门传动组

配气相位

正文：曲柄连杆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。曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。我们知道发动机共有进气、压缩、做功、排气四个行程，在做功行程中，曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，由于惯性作用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

料燃烧后发出的热能转变为机械能。

配气机构： 一般汽车的发动机都采用气门式配气机构，其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。

1、

所示。

曲柄连杆机构的功用是把作用在活塞顶上的燃气作用力转变为

曲轴的扭矩，以向底盘输出扭矩。

曲柄连杆机构主要分为三个部分：

缸体曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞轮组 现在已北京切诺基吉普车发动机为例，他的配气机构如和

缸盖、气缸套、气缸垫和机油盘等机件。

机几乎所有零件都安装在气缸体上。切诺基发动机的气缸体如图2-5所示为一般式气缸体。所谓一般式气缸体是指曲构造简单，结构紧凑，重量较轻，但刚度较差。气缸中心距为111.25mm，缸体为薄壁铸铁体，基础壁厚3.8mm，水套，与缸体铸成一体。所谓干式缸套指的是缸套不与水套中的冷却水直接接触。缸体的高度为236.728mm。

与活塞一起组成燃烧室，承受高温高压气体的作用。切诺基发动机的气缸盖也是薄壁铸铁体，基本壁厚为4.3mm，因有水套之外，还有安装推杆和气门的孔道，此外，还有摇臂支座，如图2-6所示。缸盖的底部有楔形燃烧室，如图2-，气门可以倾斜布置(可以采用较大的气门)，其充气性能较好，而且还可以形成较好的涡流，有利于形成较均匀的可并偏移于气缸中心线3mm。气门从前往后排列次序是排进进排排进进排，其轴线与缸盖底面成10°倾斜，并倾向于进，排气腔道为圆形(有的进排气腔道均为方形)，排气门口镶有合金铸铁座圈。

固定在缸体上，装配力矩为115N²m(用于组装零部件)，复检力矩108-122N²m(用于检查初步紧固的零部件)，紧固拧紧，可以使气缸垫平直不翘曲。

气缸体、燃烧室之间的水、油和气体的密封。气缸垫一般应满足以下几个主要要求：

下，应有足够的强度，不易损坏；

燃气作用下和机油、冷却水的作用下不烧损和变质；

合面的不平度以保证良好的密封性；

，寿命长。

一石棉气缸垫，图2-9为切诺基发动机的气缸垫。该缸垫由单片光整冷轧低碳钢制成，厚度为0.38±0.051mm。安装垫上、下表面均匀地涂上密封剂(注意：密封剂不能涂到气缸体和气缸盖的加工表面上，并且不得将密封剂弄到气缸是储存机油并封闭曲轴箱。因为受力很小，一般采用薄钢板冲压。切诺基发动机的机油盘由低碳钢冲压而成，如图片由两片组成，前端靠机油盘-正时链盖(前盖油封凸舌)进行密封，后端靠机油盘-主轴承密封罩进行密封。 、活塞销等。如图2-11所示。

中的气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转对外作功。同时活塞顶部还与气缸盖2-T5合金铸铝制成，其顶部有一长圆形凹穴，深度为2.95mm，主要目的是为了在国内使用调整压缩比，顶部形成凹裙部不受侧压力的两侧切去一部分形成所谓拖板式裙部结构，这样可以减轻活塞的重量，弹性较大，同时也可以减小的内侧，贴有热胀系数较小的优质低碳钢片，这样可以抑制活塞的膨胀，同时将活塞裙部制成椭圆，其长轴垂直于活向前)和箭头，注意该箭头在安装活塞时是指向发动机前端的。

壁之间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱，同时还可以将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁，两道气环均为内圆上边缘切槽的扭曲环，这种扭曲环由于断面切开槽后不对称，自由状态直径大于缸径，装入气缸之使环的内圆表面成为微锥面，与气缸壁形成线接触，同时与环槽的上、下面也是线接触，因此密封性好、刮油性好，气环表面进行磷化处理。

缘的切槽向上，切诺基发动机第一和第二活塞环表面上标有朝上的标记，如图2-12所示。

余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油油膜，这样既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环和动机的油环为组合式油环。上、下各为二钢片，中间为一道衬环组合而成。钢片油环作用在气缸壁上的单位面积压活塞变形、摆动的影响，对油的密封性好，而且重量轻，由于表面镀铬，制造成本较高。

缸之后，都会有环隙，因此安装时这些间隙要错开，以免形成通路而漏气，安装要求如图2-13所示。第一道气环的互错开180°，位置与活塞销轴线平行，环隙位置允许与图示位置有±20°的偏差。

的，并把活塞所承受的力传给连杆。

浮式”活塞销。所谓“半浮式”活塞销指的是活塞销只能在活塞销座中转动，因此活塞销与连杆小头为过盈配合，与塞销之后，在销座两端不必装卡环。活塞销由低碳钢制成，中空，双面镀锡，这样可提高刚度，减轻重量。

终了和作功行程开始时，活塞由于换向时受侧压力作用而对缸壁产生的拍击现象，切诺基发动机的活塞销孔中心线应知道安装时，面对发动机偏位应向左。

传给曲轴，推动曲轴转动，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。连杆在工作中要承受活塞销传来的气体压力、活塞，而且连杆本身是一个较长的杆件，因此要求连杆必须有足够的强度和刚度，并且尽量减轻重量。切诺基发动机的

，用连杆螺栓将连杆轴承盖和连杆大头紧固在一起，用螺母拧紧，拧紧力矩为45N²m，复检力矩为41-47N²m。一侧有一凹槽，其用途是当发动机工作时，润滑油可以从凹槽中喷出来润滑凸轮轴凸台、分电器驱动齿轮、气缸壁和且连杆和连杆轴承盖的标记要对应并与缸号相符。

转减振器等机件组成(参看图2-3)。

动转变为曲轴的旋转运动，并在作功行程中，连续承受连杆传来的力，将其转变为扭矩输送给汽车传动系，同时还铁制成。曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、前端轴和后端轴组成。曲轴为全支承曲轴。所谓全支承曲轴就是曲轴的杆轴颈，有五道主轴颈，全支承曲轴抗弯刚度较高，主轴承负荷小，但曲轴较长，结构和工艺复杂。

时链轮，正时链轮通过链条来驱动凸轮轴正时链轮。链条传动与齿轮传动比较，有传动噪音小、传动平稳等优点。曲，如图2-14所示。

链罩、密封圈和扭转减振器(见图2-3)，扭转减振器用螺钉固定在皮带轮上。曲轴通过主轴承盖用螺栓固定在缸体的后依次由1到5进行编号，并用箭头或凸点表示向前位置，装时不能错位，用螺栓拧紧主轴承盖的装配力矩为108N主轴承瓦来进行轴向定位，该轴瓦为翻边轴瓦，曲轴的轴向间隙为0.038-0.165mm(0.051-0.064mm最佳)。

转减振器，其目的是为了消减曲轴的扭转振动，避免强烈共振，曲轴皮带盘和扭转减振器装在一起实际形成了一个定在一起，当曲轴发生扭转振动时，曲轴前端的振幅最大，要反映到皮带轮上，而皮带轮要带动其它辅助机件转动，而产生橡胶分子内部摩擦，消耗了扭转振动能量，整个曲轴的扭转振幅将减小，从而避免了强烈共振。

正时链壳上。当曲轴皮带轮上的正时记号对准正时链壳上的0°刻度时，即表明第一、四缸活塞处于上止点位置。 存一部分能量，而在非作功行程中释放一部分能量克服其阻力，保证曲轴运转均匀，同时将发动机的动力传递给离轧圆角方钢，两者焊接而成，齿圈齿数为148个。

安装成总成之后要进行静平衡和动平轮

缸的发火顺序和配气相位的要求，定时地开启和关闭进、排气门。北京切诺基吉普车发动机的配气机构为顶置式配行驱动。它由气门组和气门传动组组成。

气门座、气门弹簧及座圈、锁片、挡油圈和气门室罩等零件组成，如图2-16所示。气门为平顶式，这种结构比较简是气门工作锥面与气门头平面之间的夹角。北京切诺基吉普车发动机的进气门为合金钢制造，排气门由奥氏体21-2，不可拆卸，它主要是为气门上下运动时起导向作用。气门在导管中上下运动，两者之间的间隙为0.02-0.07mm，为都安装有伞形尼龙挡油圈，挡油圈与气门杆为过盈配合，这样即可防止润滑油从间隙中上窜到燃烧室。使用中如果，再配用气门杆直径加大一号的气门。

排气门座则另外单独制成，再镶嵌到气缸盖上。气门与气门座之间要进行研磨，以保证密封。气门研磨之后，其气动回位，保证气门与气门座的密封。北京切诺基吉普车发动机的气门弹簧为右旋圆柱形螺旋弹簧，钢丝直径5mm，推杆、摇臂、枢轴、摇臂过桥、摇臂螺钉以及正时链轮、传动链等组成。如图2-18所示。

通过传动链条由曲轴正时链轮驱动，传动链传动过程中由正时链张紧器来保证其松紧度，外面有正时链壳。凸轮轴上轮轴上有八个凸轮，每缸一个进气凸轮，一个排气凸轮，排列形式从前往后为排-进-进-排-排-进-进-排。凸轮轴的轴

臂轴。它由摇臂、枢轴、摇臂过桥和摇臂螺钉等组成。摇臂为一个冲压件，不仅重量轻而且简化了工艺，每个摇臂都接起来，摇臂过桥和枢轴、摇臂一起用摇臂螺钉固定在缸盖的摇臂支座上(图2-19)。摇臂螺钉的拧紧力矩为26N²m

北京切诺基吉普车发动机的挺柱为液力挺柱，采用液力挺柱的

目的是为了消除气门传动链中的间隙即气门间隙，同时也可减少配

气机构工作时的噪音.因此采用液力挺柱的发动机的配气机构不用调

整气门间隙。液力挺柱的组成如图2-20所示，它由挺柱体1、柱塞

10、柱塞回位弹簧2、单向阀5、单向阀座3、6、单向阀弹簧4、柱

塞盖8、限流阀9和弹簧卡环7等零件组成。在挺柱体1中装有柱塞

弹簧2和柱塞10，在柱塞10的上方压入限流阀9和柱塞盖8，在柱

塞回位弹簧2的作用下，使柱塞10压向上方，其最上位置由弹簧卡

环7来限制，在柱塞10的下方有单向阀5，由单向阀弹簧4将单向

阀5压向上方，而单向阀弹簧4保持在单向阀座3中，柱塞10和挺

柱体1上有进油孔11，与缸体上的主油道相通，机油从主油道流入

进油孔11，充满柱塞内腔和下面的空腔。

液力挺柱的工作原理参看图2-21。当气门关闭时，柱塞回位弹簧2使柱塞10、柱塞盖8紧紧地压在推杆上，通过摇臂使气门间隙消失(参看图2-21左图)。当挺柱体1被凸轮推举向上运动时，推杆作用在柱塞盖8和柱塞10上的反作用力，力图使柱塞10克服柱塞弹簧2的力而相对于挺柱体1向下运动，于是柱塞1O下部空腔内的油压迅速增高，使单向阀5关闭，由于下部空腔内的机油不可压缩，整个挺柱如同一个刚体一样上升，通过摇臂压缩气门弹簧使气门打开，保证了必要的气门升程(见图2-21右图)。当油压很高时，会有少许机油经柱塞10和挺柱体1之间的配合间隙中渗漏，不影响正常工作，还可对柱塞10进行润滑(见图2-21右图)。同样，在气门受热膨胀时，气门杆会变长，通过摇臂和推杆，将柱塞盖8和柱塞10压向下方，与挺柱体1作轴向相对运动，柱塞8下部空腔内的油压也会升高，同样也保证了气门热胀时不会留有气门间隙。

当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞10所受压力减小，柱塞回位弹簧2的作用使柱塞10向上运动，同时柱塞10在向上运动时，柱塞10下部空腔容积增加，压力减小，出现真空度，在一定的真空度作用下，单向阀5打开，机油便通过进油口从单向阀5流入柱塞10的下腔，部分机油从空心推杆向上运动，润滑推杆以上部件(见左图)，使柱塞10的下腔始终充满机油。

柱塞和挺柱体是精密偶件，拆装后和其他件不能彼此调换。液力挺柱结构比较复杂，加工精度要求高，但采用液力挺柱之后，不仅不必调整气门间隙，而且发动机在运转时整个配气机构噪音比较小，一般载重车上用得较少，但在较高级的轿车上应用较多。

液力挺柱为可淬铸铁制造，与凸轮的接触面为半径0.889mm的球面，凸轮在宽度上有一个0.048-0.063mm的斜度，加上在同一缸两个凸轮中心线距离比相对应地挺柱中心线距离短2³1.96mm，这样液力挺柱在凸轮作用下，不仅作上下往复运动，而且还可转动，可以使挺柱磨损均匀。

推杆为一空心的细长杆。

(三)配气相位

配气相位是以上、下止点为基准，用曲轴转角来度量的进、排气门开始开启和关闭终了的时刻。北京切诺基吉普车发动机的配气相位是进气门上止点前12°开启，下止点后78°关闭；排气门下止点前56°开启，上止点后34°关闭；进气和排气的持续角均为270°，气门重叠角为46°。

2、