設備裝配與整機組裝

柴油發電機氣缸體的結構分類和排列形式

 

摘要：氣缸體是柴油機的重要組成部分，它主要承擔著支承、保護和組裝的作用。柴油發電機組的機體由氣缸體和曲軸箱兩部分構成，機體上部用來安裝氣缸套的部分為氣缸體；下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱。機體一般采用灰鑄鐵鑄造，少數強化柴油機為了提高機體的強度，也有用墨鑄造的，例如康明斯柴油機氣缸體便是由灰鑄鐵鑄造的。

 

一、氣缸體的結構和類型

 

      機體是柴油機構造的主體，其主要功用是支承柴油機所有固定和運動部件以及輔助系統的部件并保持柴油機的穩定性，水冷式柴油機機體內部還設有冷卻水和潤滑油的通道等。

1、不同柴油機的缸體區別

（1）水冷式發動機

      如圖1左圖所示。水冷發動機的汽缸周圍和汽缸蓋中都加工有冷卻水套，并且汽缸體和汽缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內不斷循環，帶走部分熱量，對汽缸和汽缸蓋起冷卻作用。現代柴油發電機基本都采用水冷多缸發動機。對于多缸發動機，汽缸的排列形式決定了發動機外形尺寸和結構特點，對發動機機體的剛度和強度也有影響，并關系到柴油發電機的總體布置。

（2）風冷式發動機

      如圖1右圖所示。風冷式柴油機結構簡單、質量輕、維護使用方便、對氣候變化適應性強、啟動快、不需要散熱器。風冷發動機是發動機的一種，以空氣作為冷卻介質，其在氣缸及缸蓋的外壁鑄造出一些散熱片，并用冷卻風扇使空氣高速吹過散熱片表面，帶走發動機散出的熱量，使發動機冷卻。

2、制造工藝的結構區別

      機體的結構形式按照柴油機機體的結構形式可分為整體式和分段式兩種類型。

（1）整體式機體

      整體式機體是將氣缸體和曲軸箱鑄成一體。這種機體由于將各組成部分鑄成一體，所以必須要保證機體有較大的剛度，但結構形狀較復雜，鑄造困難。整體式機體按其曲軸支承方式和曲軸箱結構的不同，又分為龍門式、平分式隧道式和座式三種形式，如圖2所示。

① 龍門式

      主軸承沿徑向分成兩部分，上半部分在曲軸箱上為主軸承座，下半部分為主軸承蓋，用主軸承螺栓固定在主軸承座上，構成主軸承座孔，以用來支承曲軸。這種結構型式的特點是：結構緊湊，外形尺寸小，重量變輕而且柴油機維護和維修也比較方便。康明斯柴神機曲軸箱就屬于龍門式結構。    

② 平分式

      它的上、下曲軸箱的接合面正好與曲軸中心線保持一致。這種型式的優點是加工和拆裝比較方便，但剛度差。

③ 隧道式

      將主軸承座和主軸承蓋直接鑄造成一體，曲軸的安裝與拆卸均從飛輪罩殼一端沿軸向裝入或拆卸。這種形式的機體若從一端看去就像隧道的形狀，其特點是結構緊湊，剛性較好，軸向尺寸較小，機體下部的密封也最簡單。但重量增加，對曲軸的維修和保養不方便、特別是拆卸困難，占用時間也最長，這種形式的機體多應用在中小柴油機上。

（2）分段式機體

      分段式機體是將柴油機氣缸體和曲軸箱分開進行制造。如6150型柴油機的機體就屬于這種結構形式。

 

圖1  水冷和風冷柴油機的區別

圖2  柴油機整體式氣缸體分類

 

二、氣缸體的作用與要求

 

      氣缸體是柴油機的主體，它將各個氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零件和附件的支承骨架。其結構外形如圖3所示，數學模型如圖4所示。

1、氣缸體的作用

（1）支承作用：

      氣缸體是發動機的基礎部件，它為曲軸、活塞、氣缸蓋等部件提供支撐和固定的作用。在發動機運行時，這些部件會受到較大的力和力矩，而氣缸體的堅固和穩定能夠有效地減少這些部件的振動和位移，提高發動機運行的穩定性和可靠性。

（2）保護作用：

      氣缸體還具有保護發動機內部部件的作用。它能夠防止冷卻液和機油泄漏，防止灰塵、污垢和其他雜質進入發動機內部，從而保護發動機內部部件不受損傷和污染。

（3）組裝作用：

      氣缸體還具有組裝發動機的作用。它作為發動機的基礎部件，能夠將曲軸、活塞、氣缸蓋等部件組裝在一起，形成一個完整的發動機。同時，氣缸體還能夠為這些部件提供潤滑和冷卻的作用，保證發動機的正常運行。

2、性能要求

      氣缸體的工作條件十分惡劣。它要承受燃燒過程中壓力和溫度的急劇變化以及活塞運動的強烈摩擦。因此，它應具有以下性能：

① 有足夠的強度和剛度，變形小，保證各運動零件位置正確，運轉正常，振動噪聲小。

② 有良好的冷卻性能，在缸筒的四周有冷卻水套，以便讓冷卻水帶走熱量。

③ 耐磨，以保證氣缸體有足夠的使用壽命。

      機體是構成柴油機的骨架，是柴油機各機構和各系統的安裝基礎，其內、外安裝著柴油機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。

 

圖3  柴油機缸體基本結構外狀圖

圖4  柴油機氣缸體模型示意圖

 

三、發動機排列形式

 

      柴油機按照機體結構形式的不同可分為單缸和多缸。多缸柴油機又根據氣缸排列方式的不同分為對置式、直列式和“V”形排列式，如圖5所示。   以康明斯柴油機直列6缸機為例，其結構布置如圖6所示。

1、直列式排列

      如圖1（a）所示。此類型發動機的各個汽缸排成一列，一般是垂直布置的。單列式汽缸體結構簡單，加工容易，但發動機長度和高度較大。一般6缸以下發動機多采用單列式。有的柴油發電機為了降低發動機的高度，其發動機有一個傾斜角度。

2、V形排列

      如圖1（b）所示。此類型發動機的汽缸排成兩列，左右兩列汽缸中心線的夾角y<180°，稱為V形發動機。V形發動機與直列發動機相比，縮短了機體長度和高度，增加了汽缸體的剛度，減輕了發動機的質量 ，但加大了發動機的寬度 ，目形狀較復雜，加工困難 ，一般用于8缸以上的發動機，6缸發動機也有采用這種形式的汽缸體。

3、對置式排列

      如圖1（c）所示。此類型汽缸排成兩列，左右兩列汽缸在同一水平面上，即左右兩列汽缸中心線的夾角y=180°，故稱為對置式。它的特點是高度小，總體布置方便，有利于風冷。這種汽缸應用較少。

 

圖5  柴油機氣缸排列形式

圖6  直列氣缸體的布置圖

 

總結：

       氣缸體上部是并列的氣缸筒，目前多鑲有氣缸套。氣缸體的下部是曲軸箱，用來安裝曲軸，其外部還可安裝發電機、柴油機支架等各種附件。氣缸體大多用鑄鐵或鋁合金鑄造而成，鋁合金缸體成本較高，但重量輕、冷卻性能好，得到發動機越來越廣泛的應用。總之，氣缸體是發動機中非常重要的部件，氣缸體的作用是支承、保護和組裝發動機內部部件，保證柴油發電機的正常運行。

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