汽车发动机曲轴的运动主要依靠以下几个关键因素和系统协同工作:
1. 活塞与连杆的往复运动
气缸内混合气燃烧产生高压,推动活塞做直线往复运动,通过连杆将直线运动转换为曲轴的旋转运动。连杆大小头分别连接活塞销和曲轴连杆轴颈,形成曲柄滑块机构。
2. 飞轮的惯性作用
曲轴后端的飞轮通过质量惯量储存动能,在非做功冲程(进气、压缩、排气)中释放能量,维持曲轴旋转的连续性,减少转速波动。
3. 点火顺序与多缸平衡
多缸发动机通过特定点火顺序(如直列4缸的1-3-4-2)使曲轴受力均匀。各缸做功冲程错开,确保曲轴始终获得连续扭矩,避免周期性振动。
4. 配气机构协同控制
凸轮轴通过正时皮带/链条与曲轴联动,确保气门的开闭时刻与活塞位置精确匹配。曲轴旋转带动凸轮轴,控制进排气门的时序。
5. 润滑系统的支持
曲轴主轴颈和连杆轴颈依靠压力润滑系统供给机油,形成油膜降低摩擦。主油道将机油泵送至轴承间隙,避免金属直接接触导致的磨损。
6. 平衡轴的设计
部分发动机配备平衡轴,通过反向旋转抵消曲轴运转产生的二阶振动,尤其在大排量或V型布局中更为常见。
7. 传动系统的负载匹配
离合器或变矩器将曲轴动力传递至变速箱,负荷变化时通过ECU调节喷油量,维持曲轴稳定转速。
扩展知识:
曲轴通常采用高强度合金钢锻造成型,轴颈表面经淬火和精磨处理。现代发动机采用轻量化设计,如空心曲轴或减少平衡配重。部分高性能机型使用平面曲轴(180°夹角)优化排气脉冲,提升高转响应。曲柄臂的扇形配重块经过动平衡校准,公差通常控制在1克·厘米以内,确保高速运转平稳性。
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