2.2　曲柄连杆机构

2.2.1　曲柄连杆机构的功用

曲柄连杆机构是将燃料燃烧所产生的热能,经机构由活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力的。

2.2.2　曲柄连杆机构的组成

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。

2.2.2.1　机体组

(1)气缸盖

① 气缸盖的作用。从上部密封气缸,与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。

② 气缸盖的材料。灰铸铁或合金铸铁铸成。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越来越多。

③ 气缸盖的类型。分单体式气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖三种。

单体式气缸盖只覆盖一个气缸,块状气缸盖能覆盖部分(二个以上)气缸,整体式气缸盖能覆盖所有气缸。

④ 气缸盖的结构。形状复杂,由水套、进排气门座和气门导管孔、喷油器孔、凸轮轴轴承孔(顶置凸轮轴式)、燃烧室组成。

⑤ 气缸盖的检修。

a.气缸盖裂纹

(a)产生的部位:多在进、排气门座之间。

(b)产生的原因:气门座或气门导管配合过盈量过大与镶换工艺不当。

(c)修理:出现裂纹应更换。

b.气缸盖的变形

(a)产生原因:拆装时未按拆装要求进行。比如气缸盖螺栓拆装的顺序、螺栓拆装的方向以及力矩的大小等方面有误造成气缸盖的变形。

(b)检测:进行平面度检测。

量具:厚薄规、直尺

平面度要求:在100mm长度上应不大于0.03mm,全长应不大于0.1mm。

检测方法:将直尺放到气缸盖平面上,然后用厚薄规测量直尺与平面间的间隙,即为平面度的误差值。

(2)气缸垫

① 气缸垫的作用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气、漏水和漏油。

② 气缸垫的结构。目前应用较多的是铜皮——石棉结构的气缸垫,其翻边处有三层铜皮,压紧时不易变形。有的气缸垫还采用在石棉中心用编织的钢丝网或有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶胶黏剂压成。有的采用实心有弹性的金属片作为气缸垫,以适应发动机强化要求。

③ 气缸垫的安装要求。光滑的一面朝向气缸体,否则容易被高压气体冲坏。气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。拧紧气缸盖螺栓时,必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2~3次进行,最后一次拧紧到规定的力矩。

安装时,应注意将卷边朝向易修整的接触面或硬平面。气缸盖和气缸体同为铸铁时,卷边应朝向气缸盖(易修整面),而气缸盖为铝合金,气缸体为铸铁时,卷边应朝向气缸体。

④ 气缸垫的更换。气缸垫一经被拆卸则不能再安装使用,应更换新的气缸垫。

(3)气缸体

① 气缸体的工作条件。

a.三高一腐蚀一不良:高温、高速、高压、有腐蚀、润滑不良。

b.工作条件原因。

(a)气缸是燃烧室组成的一部分。发动机在进行工作时,气缸内的压力较大,温度较高,且润滑不良。

(b)发动机在工作时,活塞运行速度较快,活塞环与气缸壁相互之间的运行速度较快,磨损加剧。

(c)冷却液或防冻液对气缸有腐蚀作用,如果成分、浓度选择不当,会使腐蚀程度更严重。

② 气缸体的结构。气缸体由气缸、曲轴支承孔、曲轴箱(曲轴运动的空间)、加强筋、冷却水套、润滑油道等组成。

③ 气缸体的功用。气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。

④ 气缸体的材料。一般采用灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁制造。有些发动机为了减轻质量、加强散热而采用铝合金缸体。

⑤ 对气缸体的要求。气缸体具有足够的强度、刚度和良好的耐热及腐蚀性等。

⑥ 气缸体的分类。气缸体与油底壳组成了曲轴运动空间,这个空间称为曲轴箱。曲轴箱的结构形式有平分式、龙门式、隧道式三种,如表2⁃2⁃1所示:

(4)气缸

① 作用。气缸是燃烧做功的场所。为了节省贵金属材料,降低成本,方便维修,现代公路工程机械广泛采用镶入缸体内的气缸套。

② 气缸的排列形式。对于多缸柴油机来讲,气缸的排列形式决定了柴油机的外形结构,对气缸的刚度和强度也有影响,并且在一定程度上关系到工程机械的总体布置情况。

工程机械柴油机的气缸排列形式基本上有三种(图2⁃2⁃1):

a.直列式。所谓的直列式是指直列式柴油机各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。为了降低柴油机的高度,有时也把气缸布置成倾斜或水平位置。

b.V形。这种结构的柴油机缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了柴油机的质量,同时也加大了柴油机的宽度,且形状较复杂,加工困难。一般情况下,V形缸体左右两列气缸的夹角通常为60°或90°,而且夹角越大,柴油机的高度就越小。对于柴油机而言,一般6缸以上的柴油机都是这样布置。

c.对置式。柴油机气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上。其优点是:大大减小了柴油机的高度,常应用在赛车上。

③ 对气缸的要求。三耐:耐高温、耐磨损、耐腐蚀。

④ 气缸的分类。

a.整体式。

(a)定义:直接在气缸体上制出的气缸。

(b)特点:强度、刚度好;承受载荷大;成本高。

b.镶套式。

(a)定义:用耐磨的优质材料制成气缸套,装到气缸体内的气缸。

(b)特点:便于修理和更换,维修成本低。

(5)气缸套

有干式气缸套和湿式气缸套两类。

① 干式气缸套。

a.定义:外壁不直接与冷水接触,而和气缸体的壁面直接接触,壁厚一般是1~3mm。

b.特点:强度和刚度都较好,但加工比较复杂,内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散热不良。

② 湿式气缸套。

a.定义:外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。

b.特点:散热良好,冷却均匀,加工容易,通常只需要精加工内表面,而与水接触的外表面不需要加工,拆装方便,但其强度、刚度不如干式气缸套好,而且容易产生漏水现象,所以常加橡胶密封圈等防止漏水,使用和维修时应密切注意,否则将产生冷却液漏入油底壳的严重后果。

2.2.2.2　活塞连杆组

活塞连杆组是曲柄连杆机构的三大组件之一,主要包括活塞、连杆、活塞销、活塞环等,其结构如图2⁃2⁃2所示。

(1)活塞

① 功用与工作条件。

a.功用。活塞用来封闭气缸,并与气缸盖、气缸壁共同构成燃烧室,承受气缸中气体压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。

b.工作条件。

高温——600~700K;高压——5~9MPa;高速——4000~6000r/min。

c.要求:活塞应有足够的强度和刚度,质量尽可能小,导热性要好,要有良好的耐热性、耐磨性,温度变化时,尺寸及形状的变化要小。

d.材料:铝合金。有的用高级铸铁或耐热钢。

② 活塞的结构。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分,如图2⁃2⁃3所示。

a.活塞顶部:活塞顶部是燃烧室的组成部分,用来承受气体压力。

根据活塞顶部不同可分为平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞,如图2⁃2⁃4所示。

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。

凸顶活塞的顶部凸起,起导向作用,有利于改善换气过程。二行程汽油机常采用凸顶活塞。

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形成和燃烧。凹顶的大小还可以用来调节发动机的压缩比。凹顶通常有方形凹坑、ω形凹坑、双涡流凹坑、球形凹坑等。

有些活塞顶部打有各种记号,如图2⁃2⁃5所示,用以显示活塞及活塞销的安装和选配要求,应严格按要求进行。

b.活塞头部(防漏部):活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分。它有数道环槽,用以安装活塞环。为了提高第一道环槽的耐热和耐磨性,有的在第一道环槽部位铸入耐热合金钢护圈。

c.活塞裙部:活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受气体侧压力。

 为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁保持比较均匀的间隙,以免在气缸内卡死或加大局部磨损,必须在冷态下预先把活塞裙部加工成不同的形状,如图2⁃2⁃6所示。

(a)预先将活塞裙部加工成椭圆形,椭圆的长轴方向与销座垂直。

(b)预先将活塞裙部做成锥形、阶梯形或桶形。

(c)预先在活塞裙部开槽[图2⁃2⁃7(a)]。在裙部开横向的隔热槽,可以减小活塞裙部的受热量;在裙部开纵向膨胀槽,

可以补偿裙部受热后的变形量。槽的形状有“T”形或“Π”形。裙部开竖槽后,会使其开槽的一侧刚度变小,在装配时应使其位于做功行程中承受侧压力较小的一侧。通常柴油机活塞受力大,裙部一般不开槽。

(d)拖板式活塞[图2⁃2⁃7(b)]。在许多高速汽油机上,为了减轻活塞重量,把裙部不受侧压力的两边切去一部分或开孔,以减小惯性力,减小销座附近的热变形量,称拖板式活塞。该结构裙部弹性好,质量小,活塞与气缸的配合间隙较小。

(e)裙部铸恒范钢[图2⁃2⁃7(c)]。为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量,有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸入热膨胀系数低的恒范钢片。恒范钢为低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金的1/10,而销座通过恒范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变形量。

(f)活塞销孔偏置结构(图2⁃2⁃8)。有些高速汽油机的活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面,向做功行程中受侧压力的一方偏移了1~2mm。这种结构可使活塞在压缩行程到做功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面,以减小敲缸的声音。在安装时要注意,活塞销偏置的方向不能装反,否则换向敲击力会增大,使裙部受损。

(2)活塞环

① 功用与工作条件。活塞环按其主要功用可分为气环和油环两类。

a.功用:气环的功用是保证活塞与气缸壁间的密封,防止气缸中的气体窜入曲轴箱;同时还将活塞头部的热量传给气缸,再由冷却水或空气带走;另外,还起到刮油、布油的辅助作用。

油环的功用是用来将气缸壁上多余的机油刮回油底壳,并在气缸壁上均匀地布油,这样既可以防止机油窜入燃烧室,又可以减小活塞、活塞环与气缸的摩擦力和磨损;此外,油环也兼起密封作用。

b.工作条件:高温;高压;高速;润滑困难。

c.要求:活塞环的材料应有良好的耐热性、导热性、耐磨性、磨合性、韧性和足够的强度及弹性等。

② 活塞环的结构。

#气环

a.气环的密封原理(图2⁃2⁃9):气环开有切口,具有弹性,在自由状态下外径大于气缸直径,它与活塞一起装入气缸后,外表面紧贴在气缸壁上,形成第一密封面;被封闭的气体不能通过环周与气缸之间,便进入了环与环槽的空隙,一方面把环压到环槽端面形成第二密封面,另一方面,作用在环背的气体压力又大大加强了

第一密封面的密封作用。

汽油机一般采用2道气环,柴油机一般采用3道气环。

b.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。其原理是:活塞下行时,环靠在环槽的上方,环从缸壁上刮下来的润滑油充入环槽下方;当活塞上行时,环又靠在环槽的下方,同时将机油挤压到环槽上方,如图2⁃2⁃10所示。

c.气环的断面形状:气环的断面形状(图2⁃2⁃11)很多,常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。

(a)矩形环:其断面为矩形,结构简单,制造方便,易于生产,应用最广。但矩形环随活塞往复运动时,会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中(图2⁃2⁃10)。这种现象称为“气环的泵油作用”。

(b)锥面环[图2⁃2⁃11(b)]:其断面呈锥形,在外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5°~1.5°),减小了环与气缸壁的接触面,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。

(c)扭曲环[图2⁃2⁃11(c)、(d)]: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。装入气缸后,由于断面不对称,外侧作用力合力F₁[图2⁃2⁃12(b)]与内侧作用力合力F₂之间有一力臂e,产生了扭曲力矩,使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时,扭曲环在残余油膜上“浮过”,可以减小摩擦和磨损。活塞下行时,则有刮油效果,避免机油上窜。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。目前被广泛应用于第2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。

(d)梯形环[图2⁃2⁃11(e)]:其断面呈梯形,工作时,梯形环在压缩行程和做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。缺点是加工困难,精度要求高。

(e)桶面环[图2⁃2⁃11(f)]:桶面环的外圆为凸圆弧形。当桶面环上下运动时,均能与气缸壁形成楔形空间,使机油容易进入摩擦面,减小磨损。由于它与气缸呈圆弧接触,故对气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:油环有普通油环和组合油环两种(图2⁃2⁃13)。

F₁——外侧作用力合力;F₂—内侧作用力合力;e—力臂;M—力矩

(a)普通油环。

(b)组合式油环:它由上下数片刮油钢片1与中间的扩张器组成。扩张器由轴向衬环2和径向衬环3组成,轴向衬环产生轴向弹力,径向衬环产生径向弹力,使刮油钢片紧紧压向气缸壁和活塞环槽。刮油钢片1表面镀铬,很薄,刮油效果好;而且数片刮油钢片彼此独立,对气缸壁面适应性好;回油通路大,重量轻。近年来公路工程机械发动机上越来越多地采用了组合式油环,缺点主要是制造成本高。

(3)活塞销

① 功用。活塞销的功用是连接活塞与连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。

② 材料。活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢制造,先经表面渗碳处理,以提高表面硬度,并保证芯部具有一定的冲击韧性;然后进行精磨和抛光。

③ 活塞销与活塞销座孔和连杆小头的连接方式

一般有以下两种形式如图2⁃2⁃14所示:

a.全浮式:指当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动,使磨损均匀。活塞销两端装有卡环5,进行轴向定位。由于铝活塞热膨胀量比钢大,为了保证高温工作时活塞销与活塞销座孔有正常间隙(0.01~0.02mm),在冷态时为过渡配合,装配时,应先把铝活塞加热到一定程度,再把活塞销装入。

b.半浮式: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作自由摆动,而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动,不需要卡环,小轿车上应用较多。

(4)连杆

① 组成与功用。

a.组成。连杆组件由杆身、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等部分组成。

b.功用。将活塞承受的力传给曲轴,使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

c.工作条件。受到压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。

d.要求。在质量尽可能小的条件下有足够的刚度和强度。

e.材料。 中碳钢或中碳合金钢经模锻或辊锻而成,然后进行机加工或热处理。

② 连杆的结构。连杆由小头、杆身和大头(包括连杆盖)三部分组成。

连杆小头:连杆衬套(青铜) (半浮式活塞销没有)。

连杆杆身:“工”字形断面,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,杆身中部制有连通大、小头的油道。

连杆大头的切口形式分为平切口和斜切口两种。

连杆大头:有整体式和分开式两种。一般都采用分开式,分开式又分为平分和斜分两种,如图2⁃2⁃15所示。

平分式——分面与连杆杆身轴线垂直,汽油机多采用这种连杆。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。

斜分式——分面与连杆杆身轴线成30°~60°夹角。柴油机多采用这种连杆。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。斜切口的连杆盖安装时应注意方向。

连杆盖与连杆的定位:把连杆大头分开可取下的部分叫连杆盖,连杆与连杆盖配对加工,加工后,在它们同一侧打上配对记号,安装时不得互相调换或变更方向。为此,在结构上采取了定位措施。平切口连杆盖与连杆的定位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(图2⁃2⁃15)。斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位、圆销定位、套筒定位和止口定位(图2⁃2⁃15)。

③ 连杆螺栓及其锁止。

连杆螺栓:采用优质合金钢,并经精加工和热处理特制而成,损坏后绝不能用其它螺栓来代替。安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时,要用扭力扳手分2~3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩,拧紧后还应可靠地锁紧。

连杆大头在安装时,必须紧固可靠。连杆螺栓必须按原厂规定的力矩,分2~3次均匀地拧紧。为了可靠起见,还必须采用锁止装置,如防松胶、开口销、双螺母、自锁螺母及其螺纹表面镀铜等,以防工作时自动松动。

(5)连杆轴承(也叫连杆轴瓦)

连杆轴瓦(图2⁃2⁃16):分上、下两个半片,瓦上制有定位凸键。

轴瓦材料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、铜铝合金和高锡铝合金。

V形发动机叉形连杆有如下三种形式(图2⁃2⁃17):

① 并列式:相对应的左右两缸连杆并列安装在同一连杆轴颈上。

② 主副式:一列气缸为主连杆,直接安装在连杆轴颈上,另一列连杆为副连杆,铰接在主连杆大头(或连杆盖)上的两个凸耳之间。

③ 叉式:左右对应的两列气缸连杆中,一个连杆大头做成叉形,跨于另一个连杆厚度较小的大头两端。

2.2.2.3　曲轴飞轮组

曲轴飞轮组的组成如图2⁃2⁃18所示。

(1)曲轴

曲轴是发动机最重要的机件之一。

① 功用:将连杆传来的力变为旋转的动力(扭矩),并向外输出。

② 工作条件:承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心力以及由它们产生的弯曲和扭转载荷的作用。

③ 对其要求:足够的刚度和强度,耐磨损且润滑良好,并有很好的平衡性能。

④ 材料及加工:一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。轴颈表面经高频淬火或氮化处理,并经精磨加工。

⑤ 构造:由曲轴前端(自由端)、曲拐及曲轴后端(功率输出端)三部分组成。

a.曲拐:由一个连杆轴颈和它两端曲柄以及主轴颈构成。

曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式。直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数;V形发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数的一半。

(a)主轴颈: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。按主轴颈的数目,曲轴可分为全支承曲轴和非全支承曲轴,如图2⁃2⁃19所示,特点如表2⁃2⁃2所示。

全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个,即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。

非全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。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。

(b)曲柄销(连杆轴颈):曲轴与连杆的连接部分,通过曲柄与主轴颈相连 。直列发动机的曲柄销数目和气缸数相等。V形发动机的曲柄销数等于气缸数的一半。

(c)曲柄:主轴颈和连杆轴颈的连接部分。为了平衡惯性力,有的曲柄处有平衡块。

(d)主轴瓦:为了减小摩擦阻力和曲轴主轴颈的磨损,主轴承座孔内装有瓦片式滑动轴承,简称主轴瓦(大瓦)。

b.曲轴前端(图2⁃2⁃20):装有定时齿轮、驱动风扇和水泵的带轮以及起动爪、甩油盘等。甩油盘外斜面向后,安装时应注意,否则会产生相反效果。在齿轮室盖上装有油封,防止机油外漏。

曲轴轴向定位:由于曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用,有的曲轴前端采用斜齿传动,使曲轴产生前后窜动,影响了曲柄连杆机构各零件的正确位置,增大了发动机磨损、异响和振动,故必须进行曲轴轴向定位。另外,曲轴工作时会受热膨胀,还必须留有膨胀的余地。在曲轴受热膨胀时,应能自由伸长,所以曲轴上只能有一个地方设置轴向定位装置。

曲轴定位一般采用滑动止推轴承,安装在曲轴前端或中后部主轴承上。止推轴承有两种形式:翻边主轴瓦的翻边部分或具有减摩合金层的止推片,磨损后可更换。

c.曲轴的后端:安装飞轮,在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹,以阻止机油向后窜漏。

⑥ 曲轴的润滑(图2⁃2⁃21):为了润滑主轴承和连杆轴承,曲轴上钻有连接主轴颈和连杆轴颈的油道。一般都是压力润滑的,曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通,发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。

⑦ 曲轴的平衡:在一些高档发动机上,还采用加装平衡轴的方法进行惯性力的平衡,使发动机运转更加平稳,如图2⁃2⁃22所示。

F₁,F₂,F₃,F₄—曲拐和活塞连杆组的惯性力;M₁⁃₂,M₃⁃₄—力矩

⑧ 曲拐的布置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。

安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续做功的两缸相距尽可能远,多缸发动机的点火顺序应均匀分布在720°曲轴转角内,以减轻主轴承的载荷,同时避免可能发生的进气重叠现象。做功间隔应力求均匀。

发火间隔角——各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示。发火间隔角为720°/i,i为气缸数。

常见的集中多缸发动机曲拐的布置和工作顺序如下:

a.四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置。

四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4=180°。

4个曲拐布置在同一平面内(图2⁃2⁃23)。1、4缸与2、3缸互相错开180°。

发火顺序的排列只有两种可能,即为1—3—4—2或为1—2—4—3。其工作循环分别见表2⁃2⁃3和表2⁃2⁃4。

b.四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置。

四行程直列六缸发动机发火间隔角为 720°/6=120°,6个曲拐分别布置在三个平面内(图2⁃2⁃24),有两种点火顺序, 1—5—3—6—2—4和1—4—2—6—3—5,国产公路工程机械都采用前一种,其工作循环见表2⁃2⁃5。

　　c.四行程V形八缸发动机的发火顺序。

四行程V形八缸发动机的发火间隔角为720°/8=90°,V形发动机左右两列中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(图2⁃2⁃25)。曲拐布置可以与四缸发动机相同,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,使发动机得到更好的平衡。点火顺序为1—8—4—3—6—5—7—2。其工作循环见表2⁃2⁃6。

(2)飞轮

飞轮大而重,具有很大的转动惯量,如图2⁃2⁃26所示。

① 主要功用——用来贮存做功行程的能量,用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力,使曲轴能均匀地旋转。

a.贮存能量,保证发动机运转平衡;

b.作为其它机构和系统检查调整的定位基准;

c.起动元件;

d.动力输出。

② 飞轮外缘压有齿圈,与起动电机的驱动齿轮啮合,供起动发动机用。

③ 公路工程机械离合器也装在飞轮上,利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面,用来对外传递动力。

④ 在飞轮轮缘上做有记号(刻线或销孔)供找压缩上止点用。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时,正好是压缩上止点。有的还有进排气相位记号、供油(柴油机)或点火(汽油机)记号供安装和修理用。

⑤ 飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验,在拆装时应严格按相对位置安装。飞轮紧固螺钉承受作用力大,应按规定力矩和正确方法拧紧。

⑥ 飞轮一般由灰铸铁、球墨铸铁或铸钢制造。

(3)扭转减振器

① 作用:吸收曲轴扭转振动的能量,消减扭转振动,避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。(曲轴是一种扭转弹性系统,各曲柄的旋转速度忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大,可以认为是匀速旋转,由此造成曲轴各曲柄的转动比飞轮时快时慢,这种现象称之为曲轴的扭转振动。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。)

② 结构原理:目前用得较多的是橡胶式曲轴扭转减振器,皮带轮毂固定在曲轴前端,通过橡胶垫和橡胶体分别与皮带轮(前惯性盘)和后惯性盘连接。当曲轴转动发生扭转时,因后惯性盘及皮带轮惯性盘转动惯量大,角速度均匀,从而使橡胶体和橡胶垫产生很大的交变剪切变形,消耗了曲轴扭转能量,减轻了共振。

另外,硅油⁃橡胶扭转减振器中的橡胶环主要作为弹性体,并用来密封硅油和支承惯性质量。在封闭腔内注满高黏度硅油。硅油⁃橡胶扭转减振器集中了硅油扭转减振器和橡胶扭转减振器二者的优点,即体积小、质量轻和减振性能稳定等。