趙滿倉(cāng)

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

?

淺議汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理

趙滿倉(cāng)

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

汽車的運(yùn)用以及發(fā)展促進(jìn)了世界交通產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)，在當(dāng)今世界汽車制造業(yè)日益發(fā)達(dá)的今天，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)在經(jīng)過(guò)多年科學(xué)技術(shù)的吸收消化之后，對(duì)汽車的應(yīng)用原理也是得到了較大的改觀。雖然我國(guó)汽車制造事業(yè)起步?jīng)]有發(fā)達(dá)國(guó)家早，起初的技術(shù)水平?jīng)]有發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)，但是經(jīng)過(guò)近幾年科學(xué)技術(shù)的不斷提升，科學(xué)生產(chǎn)力的不斷強(qiáng)化，我國(guó)在汽車制造技術(shù)方面也是得到了較為顯著的成就。

汽車；曲柄連桿機(jī)構(gòu)；工作原理

1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組成

1.1 機(jī)體組的組成及各組成部分的作用

機(jī)體組主要是由汽缸體、汽缸蓋、汽缸墊、曲軸箱、油底殼以及汽缸套組成。機(jī)體組是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架脈絡(luò)，各系統(tǒng)的組成均由其做為安裝的基礎(chǔ)，在制造的過(guò)程當(dāng)中我們對(duì)其生產(chǎn)制造車工的要求也相對(duì)較高，所以一般來(lái)說(shuō)機(jī)體能夠承受曲柄連桿機(jī)構(gòu)在工作當(dāng)中產(chǎn)生的狂暴工作能量。

1.2 活塞連桿組

活塞連桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦一系列部件組成。其是曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力源傳輸部分的重要組成構(gòu)件。

1.3 曲軸飛輪組

曲軸飛輪組主要由曲軸以及大飛輪及個(gè)附件組成，在工作結(jié)構(gòu)域活塞連桿組進(jìn)行配套鏈接，將活塞連桿組傳來(lái)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)自身結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)力矩，然后通過(guò)曲軸對(duì)外輸出，而大飛輪的主要作用則是為了提供做工之后的往復(fù)慣性動(dòng)力。

2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理

2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作條件

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理的制定與發(fā)動(dòng)機(jī)中曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作的條件有著密不可分的關(guān)系，在實(shí)際的工作過(guò)程中曲柄連桿機(jī)構(gòu)由于直接承擔(dān)動(dòng)力的傳輸以及轉(zhuǎn)化，所以直接與高溫高壓的燃燒室內(nèi)部的可燃?xì)饨佑|，在可燃?xì)獾母弑Α⒏邿崮艿挠绊懴峦苿?dòng)活塞高速往復(fù)做直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)曲軸高速旋轉(zhuǎn)，不斷增大二者所受到的往復(fù)慣性力，使自身在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中時(shí)刻受到缸體傳來(lái)的壓力擠壓。并且混合氣廢氣具有化學(xué)腐蝕的能力，容易造成內(nèi)部元件的腐化，影響工作的有效運(yùn)行；潤(rùn)滑劑在高溫、高腐蝕的情況下很難發(fā)揮作用，所以直接是活塞與缸體摩擦系數(shù)增大，摩擦耗損增高。由此可見(jiàn)其工作條件十分惡劣。

2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)氣沖程的工作原理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，曲柄連桿機(jī)構(gòu)中活塞處于氣缸內(nèi)部的上止點(diǎn)位置，由于此時(shí)曲軸并沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)所以進(jìn)排氣門均處于關(guān)閉的狀態(tài)。當(dāng)活塞在曲軸的帶動(dòng)下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，隨著活塞不斷的向下運(yùn)動(dòng)氣缸內(nèi)部的容積也隨著活塞向下的運(yùn)動(dòng)不斷的變大。此時(shí)在單位時(shí)間內(nèi)由于體積增大。空間內(nèi)部空氣質(zhì)量沒(méi)有改變的原因，氣缸內(nèi)部產(chǎn)生的壓強(qiáng)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外界大氣壓強(qiáng)，接著由于氣體壓力差的出現(xiàn)外使氣缸內(nèi)部產(chǎn)生真空度，外界空氣以及霧狀燃油被吸入氣缸內(nèi)部，當(dāng)曲軸帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn) 180°之后，活塞抵達(dá)下止點(diǎn)此時(shí)進(jìn)排氣門同時(shí)關(guān)閉。

2.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)壓縮沖程的工作原理

隨著往復(fù)慣性力的產(chǎn)生，曲軸在大飛輪的慣力帶動(dòng)下繼續(xù)推動(dòng)活塞做垂直的往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，在大飛輪慣性作用的推動(dòng)下，曲軸在次旋轉(zhuǎn)180°將活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)推動(dòng)，此刻隨著活塞的上行運(yùn)動(dòng)，整個(gè)氣缸內(nèi)部的工作容積開始縮小，由于進(jìn)氣沖程已經(jīng)使氣缸內(nèi)部的工作容積充滿了可燃混合氣，此刻在活塞上行過(guò)程中不斷的壓縮可燃混合氣是內(nèi)部溫度以及壓強(qiáng)不斷的升高，直到壓縮終點(diǎn)。在整個(gè)壓縮工程中進(jìn)排氣門均處于關(guān)閉的狀態(tài)，如果任何一個(gè)進(jìn)排氣門打開的話，在上行過(guò)程中的活塞會(huì)源源不斷的將內(nèi)部的可燃混合氣壓縮至氣缸外，導(dǎo)致氣缸內(nèi)部的壓力降低，溫度下降。最終使壓縮過(guò)程失敗，影響后續(xù)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在做工沖程的工作。

2.4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)做工沖程的工作原理

當(dāng)活塞在連桿的推動(dòng)下接近上止點(diǎn)的時(shí)候，氣缸內(nèi)部的火花塞打火跳火，使內(nèi)部的可燃混合氣體進(jìn)行燃燒，此時(shí)氣體與霧化燃油混合燃燒，產(chǎn)生巨大的熱能，是缸氣體的整體速度與溫度快速提高，最終達(dá)到3 000～6 000 kPa左右，同時(shí)使內(nèi)部的溫度瞬間上升至2 200～2 800 kPa左右，使內(nèi)部環(huán)境瞬間惡化。在高溫高壓氣體的推動(dòng)下，活塞被向下不斷的壓縮，在壓縮過(guò)程中由于連桿與活塞是連在一體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而巨大的壓縮力傳遞給連桿，連桿在運(yùn)動(dòng)中與曲軸向量不斷的將熱能產(chǎn)生的推動(dòng)力傳遞到曲軸上，使曲軸不斷地做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并輸出機(jī)械能。在活塞下行的過(guò)程中，缸內(nèi)體積會(huì)逐漸的增大，并使得氣體壓力與溫度在缸內(nèi)下降，降低對(duì)汽缸體整體內(nèi)壁的壓力。在曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行做工沖程的過(guò)程中，其外部的進(jìn)氣門以及排氣門均處于關(guān)閉狀態(tài)。該方式的作用是為了有效的保證缸內(nèi)產(chǎn)生的熱能能夠通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)力幾乎不損耗的傳遞出去。如果在此過(guò)程中進(jìn)氣或者排氣門任何一個(gè)打開，都會(huì)造成內(nèi)部壓力迅速泄壓，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)得不到充足的動(dòng)力保障以及動(dòng)力的后續(xù)提供，最后后勁不足導(dǎo)致其無(wú)法工作。

2.5 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的排氣沖程工作原理

當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中活塞在熱能擠壓下推動(dòng)連桿向下活動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)曲軸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，已經(jīng)通過(guò)這種連帶的方式將動(dòng)力傳遞給了曲軸，曲軸通過(guò)與變速箱等構(gòu)件的連接將動(dòng)力傳遞出去。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，便失去了熱能所傳遞的動(dòng)力，此刻在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中飛輪慣性力量的帶動(dòng)下繼續(xù)做往復(fù)慣性運(yùn)動(dòng)，使處于下止點(diǎn)的活塞上行。此刻大飛輪帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸則通過(guò)連桿將自下而上的推動(dòng)力傳遞給活塞，并推動(dòng)活塞上行。在此過(guò)程中氣缸內(nèi)部只有燃燒后的可燃混合廢氣，在活塞的上行排擠以及內(nèi)外壓差變化的方式下，缸內(nèi)廢氣不斷排出。此刻曲軸在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)180°，排氣門開啟進(jìn)氣門關(guān)閉。之后曲軸調(diào)控進(jìn)氣門打開，排氣門依舊打開使其處于雙開狀態(tài)進(jìn)而有效的調(diào)控內(nèi)部的殘留廢氣。在進(jìn)行排氣沖程的過(guò)程中如果曲軸卡置將無(wú)法有效的將廢棄排出，影響汽車的動(dòng)力性能。

3 結(jié) 語(yǔ)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造當(dāng)中必不可少的一個(gè)組成部分，它直接參與了熱能與機(jī)械能的全部轉(zhuǎn)化以及傳遞的過(guò)程。對(duì)該機(jī)構(gòu)的良好運(yùn)用以及掌握將有利于日后對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的維修以及保養(yǎng)。

[1] 蔡興旺.汽車概論[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 鄭勁，張子成.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 錢錦武.汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用和組成[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

2015-03-12

U415.5

C

1008-3383(2015)12-0155-01