1. 活塞曲轴连杆设计技术经济性分析

转子发动机的优点

第一、运行噪音更小：往复式发动机的活塞运动本身就是一个振动源，还有气门机构也会产生机械噪音；往复式发动机怠速时噪音很小，但不等于加速时噪音小。转子发动机平稳的运转产生的振动非常小，由于它没有气门结构，因此能更平稳和安静地运行。双转子发动机的安静和平稳性相当于直列六缸往复式发动机。

第二、扭矩很均匀：转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线，两转子的设计中运行扭矩波动与直列六缸发动机具有相同水平，三转子发动机则更胜于V8发动机往复发动机。

第三、精简结构，动力不亚于往复式发动机：转子发动机不需要设置连杆结构，没有配气机构(包括通常往复式发动机必备的正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等等)，而这些在往复式发动机中是必不可少的一部分。因此转子发动机的组成部件数量大幅度减少(比传统的发动机部件减少了40％)，从而使得转子发动机体积小重量轻)，同等输出功率条件下，转子发动机的设计重量是往复式的三分之二。

这个优点对发动机的布局和减轻整车重量都有不小的帮助。

第四、可靠性和耐久性比较好：前文提到，转子的转速是发动机转速的三分之一，因此转子的磨损情况并不是很大，另外，由于没有摇臂，连杆等高转速运动机械部件，所以在高负荷运动中更可靠和更耐久

2. 曲轴连杆活塞结构图

曲柄连杆机构的零件分为机体组; 活塞连杆组 ; 曲轴飞轮组三部分。曲柄连杆机构（crank train） 发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转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，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴、飞轮组等零部件组成。

3. 连杆曲轴机构机械效率

曲柄连杆机构的异响活塞环漏气产生敲击响障诊断塞环之所以不能产生敲击响，是因为在发动机做功行程时，燃烧爆发气体急速下窜而冲进油底壳内，引起活塞环漏气的敲缸。

并非是金属彼此之间的撞击声。）故障维修①对于因活塞环活环岸折断的则应该更换活塞环或更新活塞。

②因环的弹力不足引起的漏气应分析是环的质量不佳还是因积炭积累的原因。

③对因背隙过大或环与汽缸壁密封性不好，则应提高装配质量。

如敲击声严重，而活塞环折断、活塞环卡死引起的，应立即停止发动机转动。曲轴轴承发出的响声故障诊断曲轴轴承发出的声响是曲轴主轴颈与轴承撞击而引起的。在主轴承烧熔或脱落时，加大油门时发动机本身会有很大抖动。

主轴承磨损、颈项间隙过大会出现粗重而发闷的“嘡、嘡”敲击声，发动机转速越快声音越想，反、负荷越大，声响随之增大，反之这则减小。）故障维修发现异响应迅速检查。因轴承间隙大而响的，应调整轴承间隙，若不能调整的可换新的轴承后进行刮研。

对曲轴轴颈圆柱度超过使用极限时，应对曲轴轴颈进行光磨，并重新选配轴承

4. 发动机连杆设计论文

相对于铸铁，铝的缺点和优点都非常明显，使得这两种发动机缸体材料适用范围其实不一样。

一、两种材料的优缺点。

1、铸铁的优缺点。

铸铁热膨胀系数低，铸铁缸体易加工，强度高，耐磨，铸铁甚至还有一定的自润滑特性。除了温度传导系数和重量，铸铁几乎没有缺点。但是铁再差也是金属，蠕墨铸铁又是铸铁里热传导系数比较好的材料。对内燃机的需要而言，蠕墨铸铁与铝合金差的那点温度传导系数完全可以用更精密的水路换回来，毕竟铝这玩意儿因为强度和热膨胀系数的关系做复杂水路有点难（后面慢慢分析）。

所以铸铁真正无法克服的，只有重量这一个问题，但是这个问题，只在大缸体上存在（注意排量大不等于缸体大，这两件事有关系，但终归不是一回事）

2、铸铝的优缺点。

铝最大的优点：轻。网上盛传的散热优势其实对一般的全铝发动机不存在，只有采用铁离子涂层（注：等离子涂层是指采用等离子喷射技术生产的铁离子涂层）的全铝发动机缸体散热才是真的牛逼。原因在后面有分析。

铝最大的问题是膨胀系数和加工难度，而且这俩缺点还狼狈为奸——加工难度高导致对膨胀系数的容忍度更低（因为膨胀系数越高，零部件加热后变形越大），而为了解决膨胀系数和成本的问题，导致其必须使用较为简单的管路设计：为降低缸体与缸套间隙因温度变化受到的影响，水路、油路都不能太复杂以尽量减少受热引起的不规则变形。因此简单的开放式水路是这种发动机缸体的最佳选择，这也是为啥宝马B48那种加了涂层没用缸套的缸体用的反而是封闭式水道。

铝制缸体为什么加工难度高？这是因为铝制缸体中汽缸壁必然不是铝材：铝不耐磨而且摩擦系数大，所以需要在铝制缸体上，为汽缸壁，替换一部分材料。而铸铁缸体一般是不需要这一步的（赛用那种玩意儿铸铁也得上套，但是民用一般用不着）。

全铝缸体一般采用的铁制缸套，因为需要镗缸下套，导致这玩意儿成本很高。部分车子会采用铁离子涂层，但是那玩意儿相对于铁制缸套耐磨性还是差了很多：正常使用时，采用铁离子涂层的宝马N20 B48缸体在质保期内一定会出现汽缸涂层磨损不均匀的问题。其耐用性差导致应用范围很窄，关键成本也高。

3、两者的对比分析。

单从铸造的角度来讲，铸铁和铸铝差别不大，铝制缸体成本高的原因在于缸套和涂层——但这种东西对铸铁不是必须的，所以才会说铸铁缸体易加工而不是铸铁易加工，注意区别。

一般的全铝发动机其实都会使用铁制缸套，即使是赛车，大多也是塞个锻造的赛用套。也就是说对于这种全铝发动机，冷却水最终面对的还是铁，因此散热与铸铁发动机相比没有本质区别。

但是这也扯出了另一个铁离子涂层的优势「采用铁离子涂层汽缸壁的缸体，其铝制缸筒直接浸泡在冷却液里，同时不存在铁质缸套的阻隔，工质温度控制是真的牛逼」，然而不耐用。到底有多么不耐用呢？用了一段时间的N20 B48的缸体测量汽缸内径时可以测出处处都不一样，跟葫芦串似的。

然后是膨胀系数的问题。对于加了缸套的全铝缸体，缸套和缸体的间隙因温度的变化而变化较大。而对于铁离子涂层的全铝缸体，虽然不存在缸套和缸体的间隙问题，但是活塞和汽缸壁之间的间隙也会因为温度变化而发生较大变化。为保证发动机常用工况的良好性能，一般原厂都会牺牲冷车状态的性能，具体表现就是冷车噪音大（全铝发动机通病），后果就是冷车状态对发动机伤害更大，冷车状态发动机工况更差，发动机性能衰减更快（动力降低油耗增加）。

铁因为强度高膨胀系数低的关系，单位截面上水路的形状设计可以更加激进而不至于强度不足或受热影响变形太大。所以加缸套的全铝发动机和铸铁发动机在热量管理上其实半斤八两，真正牛逼的是铁离子涂层全铝缸体，然而那玩意儿不耐用。

缸体易加工不仅关系成本，还关系性能：铝制发动机缸体为了缩减工时，提高良品率，降低缸体与缸套间隙因温度变化受到的影响，一般会采用开放式水道。但是铸铁四缸缸体几乎全部都是封闭式水道，因为对四缸以内缸体的铸造来说，两者的成本几乎没区别。有些人会提粘砂什么的，但是拜托去知网查查，这种东西是可以解决的，一汽大众当初还因为解决了EA111缸体铸造粘砂那事儿发了篇论文。对铸铁缸体而言，除了一些缸体结构特别复杂的，一般四缸发动机缸体在试生产中，采用封闭式水道缸体良品率可能会低一些，但在正式的大规模生产中，两种水道对良品率影响不大。

二、两者适用场景的分析。

好，缸体材料的优劣分析完了，开始说结论：省油取向的混动发动机适合用铸铁，小缸体发动机适合用铸铁，寒冷地区适合用铸铁。

省油取向的混动用铸铁是因为很多情况下混动燃油机其实不工作，这种时候水温会受一定影响，所以需要膨胀系数低冷车状态工况更好的铸铁发动机。

小缸体的重量本身就不大，用全铝节约重量的意义不大，反而这时铸铁缸体热膨胀系数低、自润滑、易加工的优势突出：封闭式水道的缸体强度极佳，冷车工况更好，从而使发动机性能衰减缓慢（大众EA888、奇瑞E4T系列为代表）。

寒冷地区适合用铸铁就不用解释了吧？这种段子太多了，比如「全小区的人都知道XX要去上班了」。

大缸体高性能同时对重量有严格要求的发动机适合用全铝带缸套。铁离子涂层全铝我也不知道适用于什么场景。赛用吧强度不足，民用吧耐用不够。把缸体也作为消耗部件吧，那么这种发动机效率是相当牛逼，可效率再高多少年才能省回来一个缸体？所以个人认为铁离子涂层全铝缸体实在太鸡肋。

至于为啥现在兴起小排量全铝发动机，对于宝马，肯定是因为技术通用，节约研发资金，模块化压缩成本。他们要给豪车造大缸体高性能轻量化全铝发动机，然后再把这种发动机刀一刀，活塞连杆气门什么的通用，搞出一个小排量的喂消费者吃屎——他们是舍不得特意为工薪阶层研发适合他们的发动机，又想割韭菜。

对于其他家，没研究过，不清楚。

多数消费者也被厂家忽悠瘸了，你真问他小排量全铝好在哪，就会扯一些玄而又玄的「轻量化」「散热好」「行业趋势」。你真问他轻了多少，散热好了多少，为什么是行业趋势，他就会喷你不懂车，精神胜利法溜得飞起，笑。

顺便提一下，奇瑞E4T系列的热量管理是真的骚，80℃的水温啧啧啧。

最近日产小排量1.6也开始用铁离子涂层的全铝缸体了，他的表现会不会比宝马更好呢？我们拭目以待吧。

应读者要求补充几张发动机中缸图。

从上到下依次为EA888（铸铁封闭式水道）、L15（铸铝开放式水道带缸套）、B38（铸铝封闭式水道带涂层）的中缸。

5. 曲轴和连杆的设计与计算

1、需要分大瓦和小瓦。大瓦是大瓦盖和曲轴中间，所用到的瓦大瓦合的好与坏，直接影响到整个曲轴，运转是否在一条线上。小瓦是合瓦的标准，更加精确会影响汽车发动机的功率大小；

2、每一个小瓦合瓦的参数，基本都不一样。小瓦是连杆曲轴合套的，假如是4缸机，曲柄连杆机构是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成；

3、这是发动机产生动力，并将活塞的直线，往复运动转变， 为曲轴旋转运动而对外输出动力，每一个缸的合瓦参数不一样就会导致拉瓦，暴缸断活塞环；

4、所以大小瓦合的好与坏，直接影响汽车的动力，发动机的温度工序看起来很简单但是必须要精确。

1、将连杆清洗干净，装上连杆轴承，在轴承表面涂上少许机油，将曲轴的连杆轴颈洗净，将连杆装入相应的轴颈上，注意连杆的前后方向、及瓦口方向不要装反；

2、然后分三次将连杆螺栓拧紧到规定扭矩（每拧紧一次，可转动曲轴或连杆，看看转动是否灵活），连杆螺栓拧紧到规定扭矩后，连杆应转动灵活且不松矿为宜。

配瓦只是其中的一小部分，一般要求更换的东西比较多，但是很多情况下是需要检测才能确定好坏，如果想达到好的效果那么需要换的东西比较多，什么配件也需要看车型，有的配件车型是没有的。机械部分：大修包，气门进排气各一套，活塞环一套，缸套一套4个（如果是4缸发动机）止推片两片，活塞4个，冷却系统部分：水泵（泵叶腐蚀或者水封有渗水现象），发动机上下水管，大循环铁水管，小循环胶管，节气门水管（有老化发胀就必须更换）。

6. 发动机连杆有限元分析

　　引起发动机连杆断裂的原因大致有以下几点：　　1．发动机汽缸（燃烧室）进水导致发动机连杆断裂。当车辆在路面积水的道路行驶时，发动机会将水吸入汽缸。最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水合气，使该缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使璐烧室的有效容积减少，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。当积水量达到一定程度时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，甚至打破发动机缸体。由于发动机汽缸进水量和发动机转速决定连杆所承受的压力，所以不是所有的车辆发动机汽缸进水后连杆会立即断裂。　　对于如何来确认发动机连杆断裂是由于发动机汽缸进水所导致的，可以通过以下方法来确认：　　（1）空气滤清器是否潮湿和戮附有泥土；空气滤清器壳体上、进气管壁上是否有水迹。　　（2）检查发动机机油的情况来判断发动机汽缸是否进水。发动机进水后，发动机汽缸盖和进、排气门座周围的机油会呈现乳白色，这是水和机油混合的结果。　　（3）可以通过检查活塞、连杆的情况来确认发动机是否进水。发动机汽缸进水导致的发动机连杆断裂，断裂的连杆活塞顶部会很光亮（相对没有断裂的连杆的活塞顶部）。并且断裂的连杆是弯曲的。另外，我们还可以通过观察各缸缸套上活塞环运动的最高问题（上止点）来判断，可以发现断裂的连杆所对应汽缸的上止点明显比其他缸低，这一点也可以帮助我们判断连杆是弯曲运转一段时问后才发生断裂。　　2．发动机喷油系统异常导致连杆断裂。导致该情况出现一般是发动机的某一缸的喷油器连续不断的喷油所导致。往往之前会出现启动困难、怠速抖动、排气管冒黑烟、动力下降等现象。拆检后可通过观察各缸的燃烧情况来判断，二般喷油较多的汽缸，因由于可燃混合气较其他缸浓，缸筒和缸盖都会较其他缸黑。同时可以进一步检查喷油器及其喷油控制的线路。　　3．连杆与曲轴抱死导致发动机连杆断裂。这种情况一般是发动机润滑不良所导致，可以通过检查发动机内部机件磨损情况来判断。　　4．连杆本身存在问题所导致。这种情况一般可以通过对连杆材质化学成分分析以及硬度测试、金相组织检验、扫描电子显微镜断口分析等力一法进行确定。可能的原因有淬火微裂纹引起低应力疲劳断裂，组织中有珠光体＋片状、超尺寸非金属夹杂物、块状铁素体等导致连杆机械性能及疲劳寿命下降。　　5．维修作业操作不当引起。比如进行浸泡法积炭清洗时没有抽干净清洗液，导致重新启动发动机时顶缸；对于配备可变进气道系统的发动机，在进行进气系统免拆清洗时，如果清洗剂流量与发动机转速配合失当，可能会导致过多的清洗剂在进气歧管中积累，在高速行驶时长进气道转变为短进气道，进气歧管中的清洗剂瞬间吸入燃烧室导致顶缸。　　6．翻车后油底壳内的机油经曲轴箱通用管路流入空气滤清器、进气歧管、进气道内，发动机启动后大量机油被吸入燃烧室，活塞在压缩过程中，由于机油不可压缩，活塞顶部受到的压力增大，连杆弯曲变形，又经过用户长时间的行驶，在高速行驶时，连杆突然出现疲劳断裂；可以通过调查是否有翻车事故记录，查看空滤是否有机油，活塞环高度痕迹异常特征进行判断。　　7．曲轴箱系统损坏导致机油顶缸。对于配备可变进气道系统的发动机，如果膜片式曲轴箱通风阀破裂，可能导致大量的机油被不断的吸入进气歧管，并逐渐积累，在高速行驶时长进气道转变为短进气道，进气歧管中的机油被瞬间吸入燃烧室导致顶缸。

7. 活塞连杆受力分析

辨别方法如下：

1.活塞和连杆上设有一个记号。

2.

不同方向的受力点和摩擦系数都不一样，所以这个朝前标记。

3.

不要将活塞和连杆的正反方向装错。

4.

如果不小心装错方向，自然会影响门的开启角度和配重，严重还可能会发生撞缸的现象。

8. 活塞杆连杆曲轴

引起发动机连杆断裂的原因大致有以下几点：

1．发动机汽缸（燃烧室）进水导致发动机连杆断裂。

当车辆在路面积水的道路行驶时，发动机会将水吸入汽缸。

最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水合气，使该缸无法形成可燃混合气。

随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使璐烧室的有效容积减少，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。

当积水量达到一定程度时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，甚至打破发动机缸体。

由于发动机汽缸进水量和发动机转速决定连杆所承受的压力，所以不是所有的车辆发动机汽缸进水后连杆会立即断裂。对于如何来确认发动机连杆断裂是由于发动机汽缸进水所导致的，可以通过以下方法来确认：

（1）空气滤清器是否潮湿和戮附有泥土；空气滤清器壳体上、进气管壁上是否有水迹。

（2）检查发动机机油的情况来判断发动机汽缸是否进水。

发动机进水后，发动机汽缸盖和进、排气门座周围的机油会呈现乳白色，这是水和机油混合的结果。

（3）可以通过检查活塞、连杆的情况来确认发动机是否进水。发动机汽缸进水导致的发动机连杆断裂，断裂的连杆活塞顶部会很光亮（相对没有断裂的连杆的活塞顶部）。并且断裂的连杆是弯曲的。

另外，我们还可以通过观察各缸缸套上活塞环运动的最高问题（上止点）来判断，可以发现断裂的连杆所对应汽缸的上止点明显比其他缸低，这一点也可以帮助我们判断连杆是弯曲运转一段时问后才发生断裂。

2．发动机喷油系统异常导致连杆断裂。

导致该情况出现一般是发动机的某一缸的喷油器连续不断的喷油所导致。

往往之前会出现启动困难、怠速抖动、排气管冒黑烟、动力下降等现象。

拆检后可通过观察各缸的燃烧情况来判断，二般喷油较多的汽缸，因由于可燃混合气较其他缸浓，缸筒和缸盖都会较其他缸黑。

同时可以进一步检查喷油器及其喷油控制的线路。

3．连杆与曲轴抱死导致发动机连杆断裂。

这种情况一般是发动机润滑不良所导致，可以通过检查发动机内部机件磨损情况来判断。

4．连杆本身存在问题所导致。

这种情况一般可以通过对连杆材质化学成分分析以及硬度测试、金相组织检验、扫描电子显微镜断口分析等力一法进行确定。

可能的原因有淬火微裂纹引起低应力疲劳断裂，组织中有珠光体＋片状、超尺寸非金属夹杂物、块状铁素体等导致连杆机械性能及疲劳寿命下降。

5．维修作业操作不当引起。

比如进行浸泡法积炭清洗时没有抽干净清洗液，导致重新启动发动机时顶缸；对于配备可变进气道系统的发动机，在进行进气系统免拆清洗时，如果清洗剂流量与发动机转速配合失当，可能会导致过多的清洗剂在进气歧管中积累，在高速行驶时长进气道转变为短进气道，进气歧管中的清洗剂瞬间吸入燃烧室导致顶缸。

6．翻车后油底壳内的机油经曲轴箱通用管路流入空气滤清器、进气歧管、进气道内，发动机启动后大量机油被吸入燃烧室，活塞在压缩过程中，由于机油不可压缩，活塞顶部受到的压力增大，连杆弯曲变形，又经过用户长时间的行驶，在高速行驶时，连杆突然出现疲劳断裂；可以通过调查是否有翻车事故记录，查看空滤是否有机油，活塞环高度痕迹异常特征进行判断。

7．曲轴箱系统损坏导致机油顶缸。

对于配备可变进气道系统的发动机，如果膜片式曲轴箱通风阀破裂，可能导致大量的机油被不断的吸入进气歧管，并逐渐积累，在高速行驶时长进气道转变为短进气道，进气歧管中的机油被瞬间吸入燃烧室导致顶缸。

9. 曲轴连杆结构特点

1. 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。在做功行程中，活塞受燃气压力的作用在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并通过曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量，又把曲轴的旋转运动转化为活塞的直线运动。

2. 汽车发动机一般采用多缸直列或v形发动机，多缸发动机曲柄连杆机构的形式取决于气缸数量与气缸的布置形式。不同缸数与结构的发动机，其曲柄连杆机构的结构有所不同。但曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。

3. 机体组主要由气缸体、气缸盖两大机件组成；活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆和衬套等组成；曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、曲轴轴承和止推垫圈等组成。

4.工作原理：在做功行程活塞承受燃烧气体产生的膨胀压力，通过连杆使活塞的直线运动变为曲轴的旋转运动，向外输出动力。依靠曲轴和飞轮的旋转惯性，经连杆带动活塞上下运动，完成排气、进气、压缩等辅助行程，为下一做功行程做好准备。

10. 曲轴活塞连杆机构

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。