曲柄连杆机构：发动机核心机构及构成

曲柄连杆机构是往复活塞式发动机的核心机构，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把动力输出机外。

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。

（1）机体组 机体组包括气缸体、气缸盖和油底壳，是发动机的主体部分。气缸体的上部是气缸，下部是曲轴箱。气缸体是发动机各工作机构和附件的装配基体，本身又是曲柄连杆机构、配气机构以及润滑系统和冷却系统的组成部分。气缸盖装在气缸体的上部，气缸盖、气缸体与活塞顶部的空间构成燃烧室，燃料在其中燃烧产生热能。

①气缸体。气缸体是发动机的机体，主要作用是承受发动机负荷，发动机所有的零件和附件都安装在气缸体上。

WD615发动机气缸体由高强度灰铸铁制造，以曲轴中心线为准水平分成为上下两部分，上部为机体，下部为曲轴箱，如图2-4所示。机体与曲轴箱之间没有垫片，在连接前须将结合表面擦净，整体结合面涂密封胶。为了保证密封性，WD615发动机气缸体与曲轴箱不可拆开互换使用，必须配对使用，若其中一个报废，则两者同时更换。机体的前端与正时齿轮室连接，后端与飞轮壳连接。机体右侧腰部有一个副油道（不贯通），七道凸轮轴轴承座位于机体右内侧。机体的右侧面有一个安装机油冷却器的水室，其内下部有6个通道是冷却水进入机体缸筒水夹层的入口。机体总成下部（在曲轴箱上）有一个安装机油滤清器的结合面。

机体上有七道主轴承，宽度全部相同。止推片置于第二道主轴承座两侧。

机体采用干式缸套结构。气缸套与机体缸孔间为过渡配合。

气缸套内表面为特制的平台网纹，对加快磨合和提高耐磨性能均有良好的效果。

图2-4 WD615发动机气缸体

②气缸盖。WD615系列发动机采用每缸一盖结构，如图2-5所示。

图2-5 WD615发动机气缸盖

气缸盖上布置一个进气门一个排气门，进排气道分布于两侧。按直喷式燃烧系统要求，进气道能产生一定旋流。气缸盖上采用镶入喷油器铜套结构，对改善喷油器的散热，提高喷油器的工作可靠性十分有利。冷却水流进入气缸盖后，全部通过气缸鼻梁热区的水腔，然后掠过喷油器铜套进入出水管。

③气缸垫。气缸垫位于气缸盖与气缸体之间，其功用是填补气缸体和气缸盖之间的微观孔隙，保证结合面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封，防止气缸漏气和水套漏水。

随着内燃机的不断强化，热负荷和机械负荷不断增加，气缸垫的密封性愈来愈重要。对气缸垫结构和材料的要求是：在高温高压和高腐蚀的燃气作用下具有足够的强度，不易损坏；耐热，耐腐蚀，在高温高压燃气或有压力的机油和冷却液的作用下不烧毁或变质；具有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以保证密封；拆装方便，能重复使用，寿命长。

④气缸套。气缸内表面由于受高温高压燃气的作用并与高速运动的活塞接触而极易磨损，为提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命，有不同的气缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式有无气缸套式、干气缸套式、湿气缸套式。WD615系列发动机均采用薄壁干式气缸套，用耐磨性好的高磷铸铁制造，壁厚为2mm。

干式气缸套不与冷却液接触，外表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的位型精度和便于拆装。优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单；缺点是导热性能较差，温度分布不均匀，容易发生局部形变。

（2）活塞连杆组 活塞连杆组将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车的车轮转动。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等零件组成，如图2-6所示。

①活塞。由于活塞顶部直接与高温高压燃气周期性接触，燃气的最高温度可达2500K，因此活塞的温度也很高。高温一方面使活塞材料的机械强度显著下降，另一方面会使活塞受热膨胀，容易破坏活塞与其相关零件的配合。

活塞在气缸中作变速运动，其平均速度可达10～14m/s，高速时会产生很大的惯性力，使曲柄连杆机构的各零件和轴承承受附加的载荷。活塞承受的气压力和惯性力都是周期性变化的，这就使活塞的不同部位受到交变的拉伸、压缩和弯曲载荷，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。

图2-6 WD615活塞连杆组

1—活塞 2—活塞销 3—活塞销挡圈 4—梯形环 5—锥面环 6—油环 7—连杆 8—连杆大头 9—连杆衬套 10—连杆上瓦 11—连杆下瓦 12—连杆螺栓

WD615的活塞结构如图2-7所示，顶部有一个浅ω形燃烧室及避阀坑。活塞顶部有产品代号，随机型的不同，ω形燃烧室的相关尺寸和容积也各不相同。

图2-7 WD615活塞

活塞裙部采用了中凸变椭圆的复杂型线，保证了活塞与气缸套良好的接触。在活塞裙部表面喷涂厚0.01mm的石墨层，起到较好的减磨作用。

活塞裙部底部开有一个倒U形槽，以便活塞运动时避开喷油器，防止碰撞。在活塞裙部不受侧压力的两边各挖去一块，成为半拖裙式裙部。这不仅可以减轻活塞重量，减少活塞的往复惯性力，有利于活塞裙部导向防止胀缸，而且还可以缩短连杆长度，防止曲轴拐臂与活塞裙部的碰撞，使发动机结构更紧凑。

活塞装入气缸体后的压缩余隙为1mm。活塞顶部采用强制机油冷却方式，喷油器在副油道上，对准活塞顶部，防止活塞顶部过热变形或胀缸。其上有三道活塞环槽，前两道安装气环，起密封作用。第三道安装油环，起刮油作用，如图2-7b所示。

②活塞环。活塞受热膨胀较大，为了保证活塞在气缸内高速往复运动，活塞和气缸壁之间必须保留合适的间隙。活塞环装在活塞头部的环槽中，其作用就是用来密封活塞与缸壁之间的间隙，防止窜气，同时使活塞往复运动更顺畅。

活塞环分为气环和油环。气环的作用是密封气缸，防止漏气和帮助活塞散热。根据环的断面形状，气环可分为矩形环、扭曲环、梯形环等。WD615发动机第一道为梯形环，上部带有切口和安装标记“TOP”字样，有利于磨合、减磨和抗拉毛。第二道为锥面环，环上带有安装标记“TOP”字样。油环的作用是刮除缸壁上多余的机油，当活塞向下运动时，油环把气缸壁上多余的机油刮下来经回油孔流回油底壳，减少机油带入燃烧室并将缸壁上的机油刮布均匀。

活塞环在高温、高压、高速以及润滑困难和化学腐蚀严重的条件下工作。活塞环的运动非常复杂，既有与缸壁间相对高速运动引起的滑动摩擦，也有与环槽上下侧面的撞击，还有由于环的径向伸缩与环槽间所产生的相对摩擦，因此活塞环是发动机中最易磨损的零件之一。

当活塞环严重磨损、失去弹力或密封面烧蚀而失去密封作用时，将造成发动机起动困难、动力下降、曲轴箱压力升高、排气冒蓝烟、燃烧室及活塞表面严重积炭等不良现象，严重者造成活塞环卡死在环槽内，划伤缸壁，甚至折断。(www.xing528.com)

③活塞销。活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，并将受到的气体作用力传递给连杆。它的中部穿入连杆小头孔中。活塞销采用“全浮式”安装法。

活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件较差，因而要求有足够的刚度和强度，表面耐磨，质量小，WD615的活塞销材料为15Cr3或15Cr。

④连杆。连杆的作用是连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，并和曲轴配合把活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。

连杆由小头、杆身和大头三部分组成，如图2-8所示。

为了润滑小头摩擦表面，在小头和衬套上钻孔，以集存润滑油。连杆小头顶部开有V形集油槽孔，便于连杆小头与活塞销的润滑。

图2-8 WD615连杆

杆身采用工字形断面，其表面经过强力喷丸处理。在连杆体上打有质量分组标记和顺序号，连杆质量共分9个等级，分别用C、D、E、F、G、H、J、K、L等9个英文字母表示，每个级别质量相差29g，各个级别间连杆不能互换。连杆与连杆盖上打有配对标记（为任意相同的三位数字），连杆与连杆盖有两颗M14×1.5的连杆螺栓连接。

大头做成可分的，采用45°斜面分割，接合面采用60°的锯齿形定位结构，被分开部分叫做连杆盖，两半部用螺栓紧固。连杆用大头半圆面作轴向定位，瓦盖宽度比连杆大头宽度小2mm。

连杆大小头中心距为219mm，大头宽46mm，小头宽41mm。

连杆螺栓采用42CrMo4合金钢制成。连杆螺栓除导向部分外，其他部分较细，虽降低了一些刚度，但可以提高螺栓的联接强度和适应性，易于装配，避免导向杆划伤或局部表面接触过紧出现微动磨损。按规定连杆螺栓不允许重复使用，不许超限使用，否则可能会产生螺栓断裂导致机毁事故。

图2-9 WD615轴瓦

⑤连杆轴承（轴瓦）。连杆大头与连杆盖中装有分开式滑动轴承（轴瓦），如图2-9所示，采用Miba公司新镀层材料钢背不等厚轴瓦，表面有0.015mm Pbsh18Cuz三元合金镀层和0.002mm厚的防腐材料，连杆轴瓦不能刮。轴瓦具有保持油膜、减少摩擦阻力和易于磨合的作用。轴瓦上的凸键镶入连杆盖的凹槽中，以防止轴瓦在工作中移动或转动。

连杆轴瓦的上下瓦材料是不同的，上瓦能承受更高爆压，装配时一定要注意上下瓦不要装错。

（3）曲轴飞轮组 曲轴飞轮组的作用是连续承受从活塞做功行程经连杆传来的力，转变为转矩输送给汽车的传动机构，同时还要通过连杆推动各缸活塞进行进气、压缩和排气工作，并驱动配气机构及其他辅助装置包括曲轴、飞轮、减振器等，如图2-10所示。

①曲轴。曲轴的作用是承受做功行程中从活塞经连杆传来的力使之转变为转矩，输送给传动系和带动发动机完成非做功行程。它的构造分为主轴颈、连杆轴颈、曲柄、前端轴和飞轮凸缘盘等部分。

图2-10 WD615曲轴飞轮组

1—曲轴 2—曲轴齿轮 3—曲轴法兰 4—减振器 5—飞轮齿圈 6—飞轮

主轴颈是曲轴的支撑点，用轴承盖安装在曲轴箱的主轴承座中，以增加曲轴的强度和刚度。

曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的，曲柄内有油道贯通主轴颈和连杆轴颈。前端轴用来装置主动正时齿轮、法兰、减振器、带轮。

连杆轴颈是用来安装连杆大头，为了使发动机工作平稳均匀，连杆轴颈之间具有一定的配角，六缸的配角为120°（也就是发火间隔120°）。WD615为六缸四冲程发动机，其各缸做功顺序为：1-5-3-6-2-4，如图2-11所示，其工作循环见表2-1。

图2-11 WD615发动机曲拐布置及点火顺序

表2-1 WD615发动机工作循环表（工作顺序1-5-3-6-2-4）

②飞轮。飞轮的作用是将做功行程时产生能量的一部分储存起来，利用惯性使曲轴继续旋转，并减轻曲轴的振动。在飞轮的周围装有齿圈，以便和起动机啮合起动发动机。同时飞轮可作为离合器主动盘，传输动力。

在飞轮侧面有各种正时记号，如图2-12所示，以便发动机的调整与检查，如配气相位、喷油正时等。飞轮正时刻线“OT”刻线处与第一缸上止点对应，其前后各有刻度。

③减振器。在曲轴前端装有硅油扭转减振器，硅油减振器为薄壳式结构，内腔充满硅油，作用是降低曲轴在旋转时产生的扭转振幅，提高曲轴的共振转速。

图2-12 WD615飞轮实体