曲柄连杆机构的功用，是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构的主要零件可以分成三组：机体组、活塞连杆以及曲轴飞轮组。

　　第一章已经述及，在发动机作功时，气缸内最高温度可以高达2500k以上，最高压力可达5～9MPa，现代汽车发动机最高转速可达3000～6000r/min，则活塞每秒要进行约100～200个行程，可见其线速度是很大的。此外，可与燃气混合气和燃烧废气接触的机件（如气缸、气缸盖、活塞组等）还将受到化学腐蚀。因此，曲柄连杆机构的工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。

　　由于曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂，其中有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力等。摩擦力主要取决于运动零件的制造质量与润滑情况，其数值相对较小，在对机构进行受力分析是可以忽略不计。

　　（1）气体作用力 在每个工作循环的四个行程中，气体压力始终存在。但由于进气、排气两行程中气体压力较小，对机件影响不大，故这里主要研究作功和压缩行程中的气体作用力。

　　在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力。这时燃烧气体产生的高压直接作用在活塞的顶部（图2-1a）。 设活塞所受总力Fp传到活塞销上，可分解为 Fp1和Fp2 ，分力Fp1 通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上；还可分解为两个分力Fr和 Fs，分力Fr 沿曲柄方向使曲轴主轴径与主轴承之间产生压紧力；与曲柄垂直的分力Fs 除了使主轴颈和主轴承之间产生压紧力外，还对曲轴形成转矩 T，推动曲轴旋转；力 Fp2把活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支承在车架上。

　　在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶的气体总压力Fp 也可以分解为两个分力 Fp1和Fp2 (图2-1b)，而 Fp1又分解为Fr 、 Fs。Fr 使曲轴主轴径与主轴承间产生压紧力， Fs对曲轴造成一个旋转阻力矩 T ，企图阻止曲轴旋转，而 Fp2则将活塞压向气缸的另一侧壁。

　　在工作循环的任何行程中，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的，再加上连杆在左右摇摆，因而作用在活塞销和曲轴轴径的表面以及两者的支承表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。同样，气缸壁沿圆周方向的磨损也不均匀。

　　（2）往复惯性力与离心力 往复运动的物体，当运动速度变化时，就要产生往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都是存在的。

　　活塞和连杆小头在气缸中作往复直线运动时，速度很高，而且数值在不断变化。当活塞丛上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达到最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上，以Fj表示（图2-2a）；后半行程是减速运动，惯性力向下，以Fj’表示（图2-2b）。同理，当活塞向上时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。

　　活塞、活塞销和连杆小头的质量越大，曲轴转速越高，则往复惯性力也越大。它使曲柄连杆机构的各零件后来所有轴颈受周期性的附加载荷，加快轴承的磨损；未被平衡的变化着的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机的振动。

　　偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，即离心力，其方向沿曲柄半径向外，其大小与曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关。曲柄半径长，旋转部分质量大，曲轴转速高，则离心力大。如图2-2所示，离心力Fc在垂直方向的分力Fcy与往复惯性力Fj方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动；而水平方向分力Fcx则使发动机产生水平方向的振动。离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲轴主轴颈及其轴承受到又一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。

　　（3）摩擦力 在任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间，必定存在摩擦力，其最大值决定于上述各种力对摩擦面形成的正压力和摩擦因数。

　　上述各种力作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使它们受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为了保证工作可靠，减少磨损，在结构上必须采取相应的措施，详见以下各节。

　　水冷发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，可称为气缸体——曲轴箱，也可简称为气缸体。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。作为发动机各个机构和系统的装配基体，气缸体本身应具有足够的刚度和强度。其具体结构形式分为三种，如图2-3所示。

　　发动机的曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上的为一般式气缸体（图2-3a）。这种气缸体便于机械加工。有的发动机将气缸体下表面移至曲轴轴线b），称为龙门式气缸体。这种气缸体的刚度和强度较好，但工艺性较差。还有如黄河JN1181C13型汽车6135Q发动机，为了安装用滚动主轴承支承的组合式曲轴，采用了如图2-3c所示的隧道式气缸体，其结构刚度比龙门式的更高。

　　气缸工作表面由于经常与高温、高压燃气相接触，且有活塞在其中作高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了满足以上要求，一般可以从气缸的材料、加工精度和结构等方面来采取措施。例如，采用优质合金铸铁作为气缸体的材料，气缸内壁按2级精度并经过打磨加工，使其工作表面的表面粗糙度、形状和尺寸精度都达到比较高的要求。

　　为了保证气缸表面能在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖随时加以冷却。冷却方式有两种：一种用水来冷却（水冷）；另一种用空气来冷却（风冷）。汽车发动机上采用较多的是水冷却。发动机用水冷却时，气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔，称为水套，如图2-4所示。气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。

　　发动机用空气冷却时，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2-5所示。一般风冷发动机的缸体与曲轴箱是分开铸造的。

　　对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外形结构，对于发动机气缸体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置情况。

　　单列式（直列式）发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的（图2-6a）。但为了降低发动机的高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双烈式发动机左右两列气缸中心线°者，称为V型发动机（图2-6b）； =180°则称为对置式（图2-6c）。

　　单列式多缸发动机气缸体（图2-7）结构简单，加工容易，但长度和高度较大。一般6缸以下的发动机多采用单列式，如解放CA1091型、CA1040型、红旗CA7220型和北京BJ2023型等汽车的发动机。

　　与直列式发动机相比，V型发动机缩短了发动机的长度和高度，增加了气缸的刚度，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，一半多用于缸数多的大功率发动机上。

　　对置气缸式发动机（图2-8）高度比其它形式的小的多，在某些情况下，使得汽车（特别是轿车和大型客车）的总布置更方便。气缸对置对于风冷发动机也是有利的。

　　为了提高气缸表面的耐磨性，可从材料、加工精度和结构等方面来考虑。缸体的材料，一般是用优质灰铸铁，为了提高气缸的耐磨性，有时在铸铁中加入少量合金元素，如镍、钼、铬、磷等。

　　但是，如果缸体全部用优质耐磨材料来制造，将造成材料上的浪费，因为除了与活塞配合的气缸壁表面外，其它各部分的耐磨性要求并不高。所以，近年来广泛采用镶入缸体内的气缸套，形成气缸工作表面。这样，缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而缸体则可采用价格较低的普通铸铁或铝合金等材料制造。采用铝合金缸体（如北京BJ1041型汽车的492QG2型发动机缸体）时，由于铝合金耐磨性不好，必须镶缸套。

　　湿缸套（图2-9 d~h）则与冷却水直接接触，壁厚一般为5~9mm。缸套的外表面有两个保证径向定位的凸出的圆环带A和B（图2-9d），分别称为下支承定位带和上支承密封带。缸套的轴向定位是利用上端的凸缘C（图2-9d）。为了密封气体和冷却水，有的缸套凸缘C下面还装有紫铜垫片。

　　缸套的上支承定位带直径略大，与缸套座孔配合较紧密。下支承密封带与座孔配合较松，通常装有1~3道橡胶密封圈来封水。常见的密封结构形式有两种，一种形式是将密封环槽开在缸套上，将具有一定弹性的密封圈8装入环槽内（图2-9d）；另一种形式是安置密封圈的环槽开在气缸体上（图2-9e），这种结构对缸套的削弱很小，但气缸体的工艺性较差，因此不如第一种结构应用广泛。

　　缸套装入座孔后，通常缸套顶面略高出气缸体上平面0.05mm~0.15mm。这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压的更紧，以保证气缸的密封性，防止冷却水和气缸内的高压气体窜漏。

　　湿缸套的优点是在气缸体上没有密闭的水套，铸造方便，容易拆卸更换，冷却效果也较好；其缺点是气缸体的刚度差，易于漏气、漏水。湿缸套广泛应用于汽车柴油机上。

　　在某些负荷比较小，缸径又不大的柴油机中，为使结构紧凑，可以不另外安装气缸套，而是直接在气缸体上加工出气缸内壁。

　　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，一边利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

　　发动机的气缸盖上应有进、排气门座及其导管孔和进、排气通道等。汽油机气缸盖还设有火花塞座孔，而柴油机则设有安装喷油器的座孔。

　　在多缸发动机的一列中，只覆盖一个气缸的气缸盖，称为单体气缸盖；能覆盖部分（两个以上）气缸的，称为块状气缸盖；能覆盖全部气缸的气缸盖，则称为整体气缸盖。采用整体气缸盖可以缩短气缸中心距和发动机总长度，其缺点是刚性较差，在受热和受力后容易变形而影响密封；损坏时必须整个更换。这种形式的气缸盖多用于发动机缸径小于105mm的汽油发动机上。缸径较大的发动机常采用单体气缸盖或块状气缸盖。

　　气缸盖由于形状复杂，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。铝合金盖的缺点是刚度低,使用中容易变形。CA6102型发动机系采用铜钼低合金铸铁铸造的整体式气缸盖。

　　汽油机的燃烧室是由活塞顶部及缸盖上相应的凹部空间组成。燃烧室形状对发动机的工作影响很大，所以对燃烧室有两点基本要求：一是结构尽可能紧凑，表面积要小，以减少热量损失及缩短火焰行程；其次是使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和充分的燃烧。

　　1） 楔形燃烧室（图2-11a）结构较简单，紧凑，在压缩终了时能形成挤气涡流，但存在较大的激冷面积，对HC排放不利。

　　2） 盆形燃烧室（图2-11b）结构较简单、但不够紧凑。北京492QG2型发动机采用了这种燃烧室。

　　3） 半球形燃烧室（图2-11c）结构较前两种紧凑，但因进、排气门分别置于缸盖两侧，故使配气机构比较复杂。由于散热面积小，有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害气体，现代发动机上用的较多。

　　气缸盖与气缸体之间置有气缸盖衬垫，以保证燃烧室的密封，气缸盖衬垫应满足以下主要要求：

　　2） 耐热和耐腐蚀，即在高温、高压燃气下或有压力的机油和冷却水的作用下不烧损、不变质。

　　目前应用较多的是金属—石棉衬垫，如图2-12a、b所示。石棉之间加有金属丝或金属屑，而外覆铜皮或钢皮。水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏。这种衬垫压紧厚度为1.2~2mm，有很好的弹性和耐热性，能重复使用，但厚度和质量的均一性较差。安装气缸衬垫时，应注意把光滑的一面朝气缸体，否则容易被气体冲坏。

　　有的发动机还采用在石棉中心用编织的钢丝网（图2-12c）或有孔钢板（冲有带毛刺小孔的钢板）（图2-12d）为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸盖衬垫。近年来，国内还正在试验采用膨胀石墨作为衬垫的材料。

　　很多强化的汽车发动机采用实心的金属片作为气缸盖衬垫（图2-12e）。这种气缸垫由单块光整冷轧的低碳钢板制成，在需要密封的气缸孔和水孔、油孔周围冲压出一定高度的凸纹，利用凸纹的弹性变形来实现密封。

　　解放CA1091型汽车6102型发动机的气缸垫，就采用了这种较先进的加强型无石棉气缸垫，其结构如图2-12f所示，在气缸口密封部位采用五层薄钢板组成，并设计成圆形，没有石棉夹层，从而消除了气囊的产生，也减少了工业污染。在油孔和水孔周围均包有钢护圈以提高密封性。

　　气缸盖用螺栓固紧在气缸体上。拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行。最后一次要用扭力扳手按工序规定的拧紧力矩值拧紧，一面损坏气缸垫和发生漏水现象。如果气缸盖由铝合金制成，则最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样热起来时会增加密封的可靠性，因为铝气缸盖的膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则可以在发动机热态时最后拧紧。

　　油底壳的主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成（图2-13）。其形状决定于发动机的总体布置和机油的容量。在有些发动机上，为了加强油底壳内机油的散热，采用了铝合金制造的油底壳，在壳的底部还铸有相应的散热肋片。

　　为了保证在发动机纵向倾斜时机油泵能经常吸到机油，油底壳后部一般做的较深。油底壳内还设有挡油板，防止汽车行驶时油面波动过大。油底壳底部装有放油塞。有的放油塞是磁性的，能吸集机油中的金属屑，以减少发动机运动零件的磨损。

　　发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑支承在车架上。发动机的支承方法，一般有三点支承和四点支承两种，如图2-14所示。

　　三点支承可布置成前二后一或前一后二，北京492QA型发动机的支承是前面两个支承点位于曲轴箱的支撑上，后面一个支承点在变速器壳上（图2-15）。前一后二的三点支承法用于解放CA6102型发动机上。

　　发动机在车架上的支承是弹性的，这是为了消除在汽车行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，以及减少传给底盘和成员的振动和噪声。

　　弹性支承的发动机运转时，特别是在工作不稳定（如低转速或超载荷）时，可能发生横向角振动，因此与发动机相连的各种管子和杆件等结构必须保证在发动机振动时不致破坏它的正常工作，如采用软管。为了防止当汽车制动或加速时由于弹性元件的变形而产生的发动机纵向位移，有时装用专门拉杆。拉杆的一端与车架纵梁相连，另一端与发动机连接，两端连接处有橡胶垫。