直列和V型发电机的曲拐规划方式（点火顺序图）

摘要：所谓的曲拐布置方式，是指多缸发电机各曲拐之间的夹角，常见的三种夹角是90°、120°和180°，其中90°和120°称为空间曲拐，180°称为平面曲拐。曲拐的布置位置与发电机气缸数量、汽缸的排列型式、发电机的平衡以及各气缸的工作顺序密切相关，并且具有一定的规律。一般来说，应遵循各汽缸的做功间隔角均衡、持续做功的两个汽缸相隔较远、V型发电机左右两排汽缸尽量交替做功，曲拐设计应对称、均匀，发电机作业平衡性较好等原则。

曲轴详细作用是承受连杆传来的力，并由此产生绕自身轴线的旋转力矩，该力矩通过飞轮对外输出；另外，曲轴还用来驱动发电机的配气系统和发电机等附件。

曲轴是发电机较重要的部件之一，要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较好的材料制造，通常采用中碳钢（如45钢）或中碳合金钢（如35Mn2、40Cr等）模锻而成。为了提升主轴的耐磨性，其轴颈表面经高频淬火或氨化解决，最后进行精加工，从而达到高的精度和低的表面粗糙度。

为了提升主轴的疲劳强度，解决应力集中，轴颈表面应进行喷丸解决，过渡圆角处要经滚压排除。作业时，曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的功能，受力大而且受力复杂，并且承受交变负载的冲击用途。同时，曲轴又是高速旋转件。因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力发电机，耐磨损且润滑良好。

如1图所示，主轴一般由前端、曲轴颈、曲柄、平衡重、连杆轴颈和后端结构。由一个连杆轴颈和它左右主轴颈结构一个曲拐。主轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列步骤。单缸发电机的曲轴只有一个曲拐；直列式发电机主轴的曲拐数等于气缸数；V型发电机主轴的曲拐数等于汽缸数的一半。

在主轴的前端轴上装配有皮带轮、正时齿轮等，用于驱动水泵、配气机构等，曲轴前端构成平面图如图2所示。曲轴的主轴颈装配在汽缸体曲轴承座内，用于支撑曲轴。连杆轴颈用于安装连杆，曲柄连接曲轴颈与连杆轴颈，为了平衡曲轴旋转时的离心力，在主轴上设有平衡块。在曲轴的后端设有连接凸缘，通过螺栓将飞轮连接到主轴上。为润滑连杆轴颈，从主轴颈向连杆轴颈钻有润滑油道。

曲轴颈是主轴的支承部分。按照曲轴的主轴颈数可以把曲轴分为全支承主轴和非全支承曲轴两种。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者称为全支承主轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。

直列式发电机的全支承曲轴，其曲轴颈数（包括主轴前端和后端的主轴颈）比气缸数多一个；V形发电机的全支承主轴，其主轴颈数比气缸数的一半多一个。全支承曲轴的优点是可以提高主轴的刚度，并且可降低主轴承的载荷；其缺点是曲轴长度较长，使发电机机体长度增加。

曲轴的形状和各曲拐的相对位置主要取决于汽缸数、汽缸的排列形式和各缸的作业顺序，图3为直列四缸四冲程发电机的曲拐规划简图，图4为直列六缸四冲程发电机的曲拐布置简图。在安排柴油发电机工作顺序时应尽量遵循基本原则，比如，使持续作功的两缸尽可能相距远些，以减小主轴承的负载，避免在进气流程中发生相连两气门同时开启，发生“抢气”现状，危害柴油发电机的充气效率。柴油发电机曲拐的布置原则主要包括以下几点：

柴油发电机曲拐的布置应尽量使得不同连杆的活塞在任何工作点上都发生相同大小的力。这样可以降低发电机的振动和噪声。

柴油发电机曲拐的设计应尽量降低连杆和主轴之间的摩擦。在设计流程中，要注意减小连杆离心力和轴向力的影响，以及减轻柴油发电机曲拐部分的惯性力。

柴油发电机曲拐的规划应能够较大化发电机的功率输出。要实现这一点，可以通过采用合适的连杆比例和柴油发电机曲拐的位置，以及较佳的主轴轴向位置和连杆角度来实现。

柴油发电机曲拐的规划还需要考虑到发电机的整体尺寸和形状。在有限的空间内，要尽量合理设计柴油发电机曲拐，以满足其他部件的安装和作业需求。

柴油发电机曲拐的设计还需要考虑到制造和装配的可行性。要购买能够实现高精度加工和安装的布置办法，以确保柴油发电机曲拐的质量和性能。

曲轴的形状及曲柄销间的相互位置（即曲拐的规划）与冲程数、汽缸数、汽缸排列步骤和各汽缸做功行程发生的顺序（称为发火次序或工作顺序）有关。曲轴的形状要同时满足惯性力的平衡和发电机作业平稳性的要求。就四冲程发电机而言柴油发电机保养流程，曲轴每转两圈（即一个作业循环），每缸都应发火做功一次。各缸的发火间隔时间（以°CA表示）应力求均匀。设发电机有个气缸，则发火间隔应为720°/i°CA，即曲轴每转720°/i时，就应有一个缸做功，这样才能使发电机作业平稳。现就主用的4缸、6缸和V型8缸发电机说明如下。

直列四缸是较为常见的，它有四个曲拐，绝大多数都是互相成180°，属于平面曲拐布置。V型以及水平对置发电机也有四个曲拐，也是互相成180°的平面曲拐设计，为了缩短发电机的长度，一般会采用半支撑式曲轴。四缸发电机在运行中可以平衡掉一阶震动，但是二阶振动无法平衡，所以绝大多数的四缸发电机还是有一个平衡轴的，设计图如图5所示。

① 曲轴的形状和各曲拐的规划取决于汽缸数、气缸排列形式和发电机的发火顺序，连续作功的两缸相隔尽量远些，以减小主轴承持续载荷和防范可能发生的进气重迭现象。

② 各缸的作功间隔要尽量均匀，以使发电机运行平稳。4缸发电机因缸数i=4，所以发火间隔应为720°/4一180°CA。其曲柄销设计4个曲柄销布置在同一平面内，1、4缸的曲柄销朝上时，2、3缸的朝下，1、4缸与2、3缸相隔180°。

表1 如果作功顺序是1-3-4-2则工作顺序表（5min）如下：

直列六缸发电机的六个曲拐均匀的规划在互成120°的三个平面内，恰好使活塞上下运动时产生的一阶震动和二阶震动互相抵消，并且各缸做功衔接完美，因此它可以完美的实现自平衡。在所有的发电机中，直列六缸发电机是唯一一个不用加装任何平衡装备就可以平稳运行的。

六个曲拐对称设计于互成120°角的三个平面内。从主轴前端看，一六曲拐正对，二五曲拐正对，三四曲拐正对。 作功间隔角720°/6 =120°，如图7所示东风康明斯发电机官网。

表2 如果作功顺序是1-5-3-6-2-4，则作业顺序表（5min）如下：

8缸机大多将气缸排列成双列v形（两列汽缸的中心线，所以，各缸发火间隔应为720°/8=90°CA。做功顺序因发电机不一样而不同，通常有1-5-4-8-6-3-7-2和1-5-4-2-6-3-7-8两种。V8发电机有四个曲拐，这四个曲拐的设计方式有两种。一种是互成180°的平面规划，一种是互成90°的空间布置。

一般被美系V8发电机采用。这种规划程序较大的优点就是运行起来特别的平顺，静音式效果也比较好，发电机的使用年限也比较长。不过这种规划步骤曲轴净重比较大，发电机比较笨重。此外，因为会有同侧汽缸连续做功，因此会有排烟干涉状况，发电机会发出独特的煮水声排烟声浪。

一般被欧系V8发电机采用。这种布置方法较大的优点就是主轴净重轻、转动惯量小，发电机转速上升快，瞬间加载性能好。弊端是发电机的震动比较大，需要加装平衡轴来平衡主轴的转动惯量。故而用起来性能优越，但是噪音、振动比较大。

以上就是多发发电机的曲拐布置方式以及它们对发电机性能的影响，还有一些更大型的柴油发电机，比如12V、16V发电机等。它们的气缸数更多，一般只能采用空间规划的曲拐设计步骤。总而言之，柴油发电机曲拐的布置原则是为了实现平衡、有效、低噪声和高容量输出的发电机运行，同时考虑到空间限制和制造可行性。