但是，活塞在气缸中的运动是不等速的高速直线往复运动：在止点时，速度是零。向下止点运动时，前半个行程是加速运动，往复部分的惯性力向上；后半个行程是减速运动，往复部分的惯性力向下；到下止点时，活塞运动速度又变为零。
向上止点运动时，前半个行程惯性力向下，后半个行程惯性力向上。 所以，活塞与连杆小头的重量越大，曲轴转速越高，则往复惯性力也越大。为了减少惯性力，要尽可能减少活塞重量。
由此看来，减少惯性力与保证足够的强度是一对矛盾。同时，由于高温和散热差，活塞强度与耐磨性也降低。活塞与缸筒之间间隙大，则密封不好，压力低；间隙过小则因膨胀有滞住（粘缸）的危险。同时，活塞顶部积炭，也破坏了正常燃烧，所以选用材料与结构时，也应考虑到导热性与膨胀性。
如何解决？一是采用合理结构；二是选用适当的材料。 ② 活塞的结构和材料：
基本结构：顶部，头部，裙部
柴油机的活塞顶部要形成特殊的燃烧室，所以形状比较复杂。汽油机的简单。
活塞头部要加厚。因为在它上面有活塞环槽。柴油机一般有4-5道，汽油机有3-4道，上面是气环槽，下面是油环槽。活塞所受的力通过活塞销座传递，所以销座部分必须加厚。 活塞环槽以下为活塞裙部。作用是为活塞导向并将活塞的侧压力传给气缸壁。柴油机侧压力较大，裙部也较长。汽油机侧压力小，也较短。
选用的材料：一是铸铁。耐磨，强度高，热膨胀系数小。缺点是重量大（惯性力大），导热差。二是铝合金。重量轻，导热系数大，惯性力小，使发动机可采用高的转速和压缩比，现在一般发动机都是。
③活塞与气缸壁间的间隙。
铝合金活塞，因热膨胀系数大（比铸铁大1-1.5倍），在正常的间隙下，可能在热车时发生滞住、粘缸的现象。所以应有较大的间隙。但间隙过大，冷车起动时，易敲缸、漏气、窜机油。
所以，应有适合的间隙，而且在冷车或热车时，变化应不大。故在结构上：一是把活塞制成直径上小下大的阶梯形或截锥形。二是将活塞制成椭圆形，其长轴与活塞销座方向垂直（一般长短轴相差0.15-0.30mm）。这是因为活塞裙部在销座方向上较厚，膨胀量大；活塞所受侧压力在垂直方向上大等原因。为使热状态下的裙部接近正园，所以制成椭圆形。三是在活塞裙部切槽。槽有纵向与横向槽。常为Ｔ形或丌形，减少头部传到裙部的热量，并使裙部具有一定的弹性。纵向槽有贯通到底的，也有不到底的。四是在活塞中嵌入膨胀系数小的钢片（恒范钢）。
一般柴油机因气缸压力较大，活塞多不开槽，而是采用梯形、裙部椭圆形。装配间隙也比汽油机大。 ２、活塞环
①功用、工作条件和对活塞环的要求 气环（密封环、压缩环），装在活塞头部上端。保证气缸密封，尽量使气缸内的气体不漏入曲轴箱；将活塞上部的热量传给气缸壁。
油环（刮油环）装在气环之下。将气缸表面多余的润滑油刮下，不使进入燃烧室，并使气缸壁上油膜均匀分布，改善活塞组润滑条件。
工作条件：高速、高温、少润滑，从而机械性能下降，弹性下降，磨损重。 对活塞环的要求：一是要有足够的弹力，使环的外园柱面紧贴在气缸壁上。二是它的端面（上下两端与环槽接触的面）应平整光滑，贴合良好，以便密封、传热与刮油。三是有很好的耐磨性，能在高温下保持足够的机械强度与弹性。
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②结构与材料
气环是开口的园环。通常用优质灰铸铁制成。自由状态时，外径略大于气缸直径，装入气缸后，靠弹力紧压在气缸上，开口处有一定的间隙（开口间隙或端隙，通常柴油机为0.4-0.8mm）。 安装时，各环的开口处应错开（180或120度），防止漏气。 为防止气环的泵油作用，一般柴油机安装了扭曲环。 什么是泵油作用：
发动机工作时，当活塞向 下时，在环与缸壁间磨擦力和 环的惯性力作用下，环就紧压 在环槽的上端面，刮下来的油 进入环下面和环背面的间隙中。
当活塞向上时，环又压在环槽的下端面，使把油挤压向上。如此反复，油进入了燃烧室。 燃烧，形成积炭，影响燃烧，增大润滑油消耗。 扭曲环的结构与作用：
内缘上边缘或外缘下边缘切去一部分，形成台阶形断面。
这种断面内外不对称，装入气缸受到压缩后，在不对称压力作用下，产生明显的断面倾斜，使环的外表面形成上小下大的锥面。这就减少了环与气缸壁的接触面积，使环易磨合。而且环的上下端面在相应的地方接触，既增加了密封性，又可防止泵油和磨损。
注意：安装时，内缺口要朝上，外缺口要朝下，第一道环一定要内缺口。几道环的缺口一定要错开相应的角度。
柴油机一般是两道油环。汽油机一般是一道油环。
３、活塞销：连接活塞与连杆。中间穿过连杆小头孔，两端支承在活塞销座孔中。用优质碳钢或低碳合金钢制造。 活塞销安装方法： 浮式安装法：发动机工作时，活塞销在连杆小头及活塞销座中都能自由转动。磨损比较均匀。 半浮式：活塞销固定在连杆小头上，在销座中转动。为防销窜动刮伤缸壁，两端有卡环限位。 由于铝合金活塞热膨胀大于钢活塞销，为防止工作时销在销痤中松动，冷状态装配时，销在座孔中应有一定的紧度（过盈配合。轴大于孔。装时，先加热活塞，用70-90度的水或油，然后装销。） ４、连杆
①功用：将活塞承受的作用力传给曲轴，并一同把活塞往复直线运动变成曲轴的旋转运动。在准备行程中，连杆又将曲轴的旋转力传给活塞，带动活塞往复运动。 ②结构：连杆一般采用中碳钢或合金钢（40号、45号），由连杆小头、连杆身、连杆大头等组成。
连杆小头孔内有青铜衬套。小头顶端钻有喷油孔，连杆身中有油道，使润滑油可从大头流向小头润滑连杆衬套，并由小头顶端的喷油孔喷向活塞顶底部，以冷却活塞顶。 连杆身制成“工”字形，使重量小，强度和刚度大。
连杆大头可分，下半部叫连杆盖，两部分用连杆螺栓紧固。
连杆螺栓的要求较高，用合金钢经精加工、热处理制成，安装时按规定扭力交替拧紧（4146Ａ型柴油机为15-22公斤米） ③连杆轴承（轴瓦）
是分开式滑动轴承。厚1-3mm的钢带作瓦背，上面浇有厚0.3-1.0mm的减磨合金。上面有油孔与油槽。
（三）曲轴与飞轮。
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１、曲轴的功用与要求
功用：将连杆传来的气体作用力转变为扭矩，然后传给传动装置，同时驱动发动机各机构。曲轴承受不断变化的气体压力、惯性力和扭矩，所以要有足够的刚度、强度，各轴颈要耐磨。 曲轴大多用碳钢或合金钢模锻而成。表面用高频电流淬火硬化。 ２、曲轴的结构
曲轴轴颈、连杆轴颈、曲柄、前端、后端、平衡重组成。 曲轴通过主轴颈被主轴承支承在气缸体曲轴箱上。一般采用全支承，即主轴颈数比连杆轴颈数多一个，每个连杆轴颈的两端都有支承点（主轴颈）。（4146、6135等）。这种结构抗弯曲强度高，曲轴轴承负荷小。但制造和结构复杂、长度大。
非全支承式是每两个连杆轴颈共用一个支承点，可以缩短发动机长度（ＮＪ70），结构简单。 主轴颈与曲轴之间是主轴承。主轴承有滑动轴承（轴瓦）。也有装滚动轴承的（如6135型柴油机），其特点是寿命长，阻力小，但成本高。这种轴承是分段组合的。 曲柄连接主轴颈和连杆轴颈，连杆轴颈连同其两端的曲柄称为一个曲拐。
在主轴颈、曲柄、连杆轴颈中有贯通的油道，使从上曲轴箱主轴承座上油道来的润滑油，可以从主轴承到连杆轴承进行润滑。
有的曲柄上制有或装有平衡重，使旋转部分的离心力得到更好的平衡。 多缸机离心力、离心力矩可自行平衡（整体而言），但两个力矩Ｍ形成对曲轴的弯曲负荷。所以应装平衡重。
平衡重产生的离心力Ｆ，可以消除上述对曲轴的弯曲负荷及由此引起的对主轴承的负荷，从而也消除了在这一方面使曲轴变形和主轴承磨损加剧的因素。 但是否加平衡重，视实际情况而定。 曲轴前端一般有正时齿轮、皮带轮等。 ３、曲轴的轴向移动限制
为保证曲轴连杆机构的正确位置，并使曲轴受热膨胀时有自由伸长的余地，曲轴的轴向移动应加以限制，一般这个允许的移动数值为0.10-0.50mm，称之为曲轴的轴向游隙。 为限制轴向移动，有的柴油机（如4146）在曲轴前端装有青铜止推盘；有的柴油机（如4125）的某一道主轴承上采用带凸肩的轴瓦。 ４、曲轴的形状和发动机工作顺序
曲轴的形状及连杆轴颈间的相互位置与气缸数、气缸排列方式（单列或Ｖ型等）和各气缸工作行程发生的顺序（工作顺序或发火顺序）有关。同时应满足惯性力的平衡和发动机工作平稳。
四行程发动机，曲轴转两周，每个气缸作功一次，发火间隔为720度／缸数。
①四缸机：发火间隔的曲轴转角为720/4=180。其四个连杆轴颈布置在一个平面内，一、四缸的在一侧，二、三缸的在一侧 这种四缸机有两种工作顺序。
一是1342(4146、4125等) 曲轴转角 0-180 180-360 360-540 540-720
一缸 进气 压缩 作功 排气 二缸 压缩 作功 排气 进气 三缸 排气 进气 压缩 作功 四缸 作功 排气 进气 压缩 13
二是1243（ＢＪ２１２等）
曲轴转角 0-180 180-360 360-540 540-720 一缸 进气 压缩 作功 排气 二缸 排气 进气 压缩 作功 三缸 压缩 作功 排气 进气 四缸 作功 排气 进气 压缩
②六缸机。其发火间隔曲轴转角为720/6=120度. 其曲轴连杆轴颈分布从一头看这样： 分布在三个平面内。
从表中看到，前后两个气缸作功行程有60度是重叠的，（因为各气缸作功行程间隔120度，而作功行程本身是180度，必然重叠，这样可使工作平稳）
第一种发火顺序为153624。国产六缸机基本都是这种曲轴和发火顺序。 曲轴转角 0-180 0-60 60-120 120-180 180-360 180-240 240-300 300-360 360-540 360-420 420-480 480-540 540-720 540-600 600-660 660-720 压缩 排气 进气 作功 进气 排气 作功 压缩 排气 作功 压缩 排气 压缩 进气 作功 压缩 进气 作功 １缸 进气 ２缸 压缩 ３缸 作功 排气 ４缸 进气 压缩 进气 排气 ５缸 排气 ６缸 作功 第二种的发火顺序为１４２６３５，多为一些进口车。 ５、飞轮。将作功行程中曲轴的能量贮存一部分，用于克服其它三个行程的阻力，使曲轴连续转动。提高曲轴旋转的均匀性，克服短时间超负荷等。同时向外传递动力。调喷油时刻。 飞轮单缸机大，多缸机小。 二、发动机的配气机构
（一）配气机构的基本功用和工作情况
１、功用和要求：按照发动机的工作顺序和每个气缸内所进行的工作过程，定时的开闭各气缸的进、排气口，使空气或者可燃混合气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。 四行程发动机采用气门式配气机构。
对气门结构的要求。一是与气缸中进行的行程相配合，按时地开启或关闭进、排气门。二是保证新鲜空气或者可燃混合气尽可能较好地充满气缸和由气缸中排除废气。三是在气门闭合时，保证有良好的密封性。四是构造简单，便于维修。
气门的开闭由凸轮轴控制，凸轮轴由曲轴驱动，曲轴转两周，凸轮轴转一周，二者转速比为２比１。
２、气门结构组成与布置方式。
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气门组：气门、气门弹簧、气门弹簧座、气门导管等。 气门传动组：正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂等。 布置方式有顶置式与侧置式。
柴油机大多采用顶置式气门（倒装），进排气门在气缸盖上。
工作过程：发动机工作，曲轴正时齿轮带动凸轮轴正时齿轮，使凸轮轴转动，凸轮与挺杆接触，到凸起部分时,推动挺杆，通过推杆、调节螺丝钉，使摇臂绕摇臂轴摆动，将气门尾端下压，克服弹簧力，开启气门。
转动到凸起部分离开挺杆后，气门在气门弹簧张力作用下上升压紧在气门座上，气门关闭。 （二）配气机构的机件
１、气门组。为保证封闭效果，气门头部与气门座的配合应精密；气门导管与气门座间有精确的同心度，对气门杆的导向较精确，使气门运动时不致歪斜。气门弹簧有足够的刚度和预紧力，能使气门迅速关闭并严密地压紧在气门座上。弹簧的两端面且应与气门中心线垂直。 气门：工作面是磨光的锥形，与气门座锥形面对应，不能互换。要有足够的强度和抗腐蚀性、耐磨性。一般说来，排气门受高温，材料要好，而进气门出于进气的需要，要比排气门大。 气门弹簧：一般用弹簧钢丝制成的园柱形螺旋弹簧，用以克服气门及其传动件往复运动的惯性力，使气门迅速关闭并压紧在气门座上故气门弹簧应有足够的预紧力。
一般柴油机（4146.6135等）采用双弹簧，一是为防止强烈振动，二是预防弹簧折断，保证正常工作，不出事故（气门掉进气缸里）
２、气门传动组。凸轮轴控制各进排气门开闭时刻。凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮安装时要对好记号。 （三）配气相位
气门开始开启和关闭终了时相对于止点而言的曲轴转角称为配气相位。用配气相位图表示。 １、 为什么研究配气相位。
第一、从发动机工作原理而言，每个行程按曲轴转角180度研究，实际中不是180度，那样将进气不足、排气不充分。
第二、由于发动机转速高，一个活塞行程的时间只有百分之几秒，所以为能最大限度地进气与排气，获得最大功率，必须延长进气和排气时间。所以，实际发动机的配气相位是：发动机的进排气门的开闭不是在止点位置， 而是提前开启和延迟关闭，实际的进气过程和排气过程都比一个活塞行程长。 进气＝180+ 排气＝180+ 一般为 一般为
２、进气提前。其目的是为了在活塞开始下行时，进气门已经打开，新鲜空气能够顺利地进入气缸。在进气过程中，随着活塞下行，新鲜空气不断进入气缸。活塞到下止点时，气缸中的压力仍低于大气压力（0.8-0.9），而且由于气流的惯性，气体仍以很大的速度进入气缸。活塞上行，气缸中压力逐渐升高，进气气流才逐渐减速，待进气气流减到零时再关进气门，则充气量最大。
３、排气提前。作功行程临近终了，活塞到达下止点前γ度时，排气门开（提前开启）。这时，气缸中压力已降到3-4kg/cm2。在这个压力作用下，废气主要部分可以从气缸中排出。在活塞到达下止点时，压力降到约１kg/cm2。接着活塞上行，排气行程可以消耗最小的功来排出其余的废气。活塞到上止点后，排气门依旧不关，保证排气充分。 提前开启虽对功略有损失，但可以从排气时少消耗功来抵偿。而且提前开启可使排气终点气缸中的压力降低，有利于下一循环的充气。高温废气早排出还可防止发动机过热。
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