引言：依據柴油發電機的種類和氣缸配備區域的不一樣，曲柄連桿機構也不盡相同。四沖程柴油發電機有側置式（又叫立式）和頂置式（又叫倒立式）曲柄連桿機構。曲柄連桿機構要求是設計參數和形式有利于減少進氣口和排氣管摩擦阻力，并且進、排氣門的開啟時時刻刻和延續的開啟時間較為適度，使進氣口和排氣管都盡量充足，以得到比較大的輸出功率轉距和排出特性。



一、曲柄連桿機構的方式歸類



曲柄連桿機構（如下圖1所顯示）的作用是依照柴油發電機工作循環的需求，確保混合氣體（或清新空氣）立即充進氣缸，在壓縮和澎漲環節中，保持燃燒倉的密封，并及時排出燃燒后的有機廢氣。這一每日任務，在四沖程柴油發電機中，是由恰當地打開和關閉進、排氣門來完成的（工作步驟如下圖2所顯示）。



1、按氣缸部位

按氣缸部位分，有頂置式或側置兩種形式曲柄連桿機構，如下圖3所顯示。側置式曲柄連桿機構因充氣效率低已淘汰。

2、按凸輪軸位置

按凸輪軸位置分，有曲軸下置式、側置與上置配經氣

3、按驅動方式及氣門數歸類

按曲軸驅動方式分，有蝸輪蝸桿傳動、皮帶傳動和鏈條傳動曲柄連桿機構。

4、按氣門數分

有每缸兩氣缸式、三氣缸式、四氣缸式和五氣缸式（二根曲軸，一根為進氣凸輪軸，另一根為排氣凸輪軸）曲柄連桿機構等。當使用四氣缸時，氣缸排序有如下兩種方案：

①同名的氣缸排列成二列

如下圖4（a）所顯示，同名的氣缸排列成二列，由一根曲軸里的凸輪軸根據T形桿與此同時推動兩同名的氣缸。因為兩氣缸在氣管中的地位不一樣，造成工作效能有一定的差別。

②同名的氣缸排成一列

如下圖4（b）所顯示，同名的氣缸排成一列，由二根曲軸里的凸輪軸各自推動。它的結構較為復雜。



二、充氣效率



為了確保柴油發動機每一個汽缸進氣口充足、排氣管完全，規定氣缸具備盡可能大的運輸能力。清新空氣或易燃混合氣體被吸入汽缸越大，則柴油發動機發出來的輸出功率也就越大。清新空氣或易燃混合氣體充斥著氣缸的水平，用充氣效率py來描述。所說充氣效率是指在進氣口環節中，具體進到汽缸的新鮮空氣或易燃混合氣體的質量與在理想狀態下徹底充斥著汽缸工作容積的新鮮空氣或易燃混合氣體的品質比例。

1、充氣效率公式計算

ηv=M/M0

式中，M——為進氣口環節中，具體充進汽缸的新鮮空氣或易燃混合氣體的品質；

M0——為理想狀態下，徹底充斥著汽缸工作容積的新鮮空氣或易燃混合氣體的品質。

ηv——充氣效率，是檢驗柴油發動機通氣品質參數值。

打氣效率越高，說明進到氣缸內的新鮮空氣或易燃混合氣體的品質越大，易燃混合氣體燃燒很有可能放出來的發熱量越多，柴油發動機發出來的輸出功率也就越大。對一定工作容積的柴油發動機來講，充氣效率與進氣口終結時氣缸內的壓力和溫度相關。這時工作壓力越大，溫度越低，則一定容積的氣體質量也就越大，因此打氣效率越高。因為進氣道對氣旋的阻力導致進氣口終結時缸體空氣壓力減少，又因為上一周期中附著在氣缸內高溫有機廢氣，及其燃燒倉、活塞頂、氣缸等持續高溫零件對來自氣缸內新鮮氣體加熱，使進氣口終結時氣體溫度上升，具體充進氣缸的新鮮的氣體的質量一直低于在理想狀態下充斥著汽缸工作容積新鮮氣體的質量，即充氣效率一直低于1，一般為0.80~0.90。所以對曲柄連桿機構來講，規定它的結構有益于減少進氣口和排氣的摩擦阻力，進、排氣門的開啟時時刻刻和打開持續時間盡可能，使進氣口和排氣管全過程盡量充足，使充氣效率得以提高。

2、危害充量系數要素

由充氣效率的計算步驟得知：隨進氣口終結工作壓力提升，充量效率提升。畢竟在汽缸容量、進氣口終結溫度與殘留有機廢氣量一定時，進氣口終結工作壓力越大，缸體氣體密度越多，代表著具體充氣量(品質)越大。

在具體發動機怠速中，進氣口終結工作壓力受進氣道阻力的危害：進氣道的阻力越多，進氣口時所引起的氣體壓力也就越大，進氣口終結壓力越小。進氣口時候的壓力降低值△p說明進氣道的阻力完全取決于進氣道阻力系數和進氣口流動速度。

進氣道阻力系數在于進氣口系統的組成，相當于每段進氣口安全通道阻力系數之和，包含空氣過濾器、進氣口、進氣系統及進氣閥等。商品流通橫截面越低，橫截面轉變越忽然，拐彎越急，表層越不光滑，阻力系數越多。在使用過程中，進氣口、進氣閥等構造都是不能變化的，僅需要注意空氣過濾器日常維護，以保證良好的空氣濾芯性能和比較小的進氣口摩擦阻力。



除此之外，在汽油發動機上，進到氣缸的是空氣和燃油的混合氣體，負荷的調整是由更改汽車節氣門的開啟度，操縱進到氣缸的混和供氣量來完成的。在使用過程中，當汽油發動機的負荷減少時，節氣門開度減少，阻力系數提升，進氣口阻力增大，進氣口終結壓力降低，充氣效率降低，如下圖5、圖6所顯示。對柴油發動機來講，負荷的調整是由更改點火提前角來完成的，負載轉變對來自氣缸的氣量幾乎沒有危害，因此進氣口終結壓力充氣效率與負載不相干。


三、氣缸式配氣機構構造的特征



現代發動機一般采用氣缸式曲柄連桿機構，它主要由氣門組和氣缸傳動系統組構成。氣門組主要包含氣缸、氣門座、氣門彈簧、氣門座圈及鏈扣等零件。氣缸傳動系統組視曲柄連桿機構的結構形式不同而異，主要包含曲軸、挺柱、擺桿及拐臂等零件。

1．側置式曲柄連桿機構

（1）安裝方式

側置式曲柄連桿機構裝到氣缸的一側。

它主要由進氣閥、排氣門、氣門彈簧、氣缸擺桿、曲軸及正時齒輪等部件構成。側置式氣缸放置缸身體內，如下圖7（a）所顯示。柴油機柴油發動機并沒有拐臂，被曲軸推動，如下圖7（b）所顯示。

（2）工作步驟

曲軸齒輪和傳動軸傳動齒輪按一定的標記齒合在一起，以便使氣缸開、閉時機和柴油發電機的各個行程安排相互配合。當傳動軸轉動時，經正時齒輪推動曲軸旋轉，曲軸里的凸輪軸凸尖形到擺桿時，擺桿升高，將氣缸頂起，與此同時氣門彈簧被擠壓。當凸輪軸凸尖轉到離去擺桿時，在氣門彈簧張的作用下，氣缸快速降落，使氣缸關掉。

（3）特性優點

側置式曲柄連桿機構的優勢是結構緊湊，易形成縮小渦旋，在小型內燃機發電機組上使用較多。

主要缺點所產生的燃燒倉不足緊密，汽油辛烷值差，熱量損失比較多，進、排氣管摩擦阻力較大，HC排出高，這類配氣機構技術性目前使用偏少。

2．頂置式曲柄連桿機構

氣缸頂置式是當前應用最廣泛的一種曲柄連桿機構形式。進氣閥和排氣門都倒吊在缸蓋上。氣門組包含氣缸、氣門座圈、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鏈扣等零件；氣缸傳動系統組一般由拐臂、搖臂軸、擺桿、挺柱、曲軸和正時齒輪構成。

（1）安裝方式

頂置式曲柄連桿機構裝到汽缸蓋上。它零件除有氣缸、氣門彈簧、氣缸擺桿、曲軸外，也有挺桿、拐臂等零件，它的結構如下圖8左如圖所示。以其氣缸頂向下配備，故也叫倒立式曲柄連桿機構。

（2）工作步驟

頂置式曲柄連桿機構的工作過程：當曲軸轉動時，凸輪軸凸尖形起擺桿和挺桿，挺桿頂拐臂的一端，使拐臂繞軸旋轉，拐臂的另一端頂在氣缸腳把氣缸頂起，在頂起氣缸的前提下，扭簧被擠壓。當凸輪軸凸尖掉轉時，氣缸在彈簧彈力的影響下關掉，拐臂和挺桿也恢復正常原先部位。如下圖8右如圖所示，頂置式氣缸柴油機柴油機的氣缸坐落于汽缸蓋內活塞的頂端。

（3）特性優點

頂置式曲柄連桿機構的優勢是：能產生較緊湊燃燒倉，降低進、排氣管摩擦阻力，氣門調整也便于，因為進、排氣門頂部恰好沖著活塞頂，所以不用再加設氣缸打開的空隙，燃燒倉能夠設計得很小，確保在空氣壓縮比很好的時候，氣缸高度能夠適當調整，減少了柴油機柴油機的容積。因此，柴油發動機大都采用頂置式曲柄連桿機構。頂置式曲柄連桿機構的最大的缺點由結構較為復雜。