新聞主題	柴油機缸體組件的主要零件組成

 

摘要：缸體組件是柴油機的骨架，主要由氣缸體、氣缸與氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊和油底殼等固定件組成。柴油機的所有運動機件和輔助系統都安裝在它上面，而且其本身的許多部位又分別是柴油機曲柄連桿機構、配氣機構與進排氣系統、燃油供給與調速系統、潤滑系統和冷卻系統的組成部分。比如氣缸蓋上裝有噴油器、氣門組、搖臂和進排氣管等。柴油機機體機架的作用是防止輸出轉矩時引起傾覆，承擔整機重量，承受安裝預緊力，承受氣體力，承受運動慣性力。其慣性力與安裝預緊力集中與貯存滑油并形成密閉空間，安放曲軸，并留有曲柄回轉空間。對基座的基本要求是要有足夠的剛度。

 

一、氣缸體結構

 

      多缸柴油機的各氣缸通常鑄成一個整體，稱為氣缸體。氣缸體是柴油機的主體，是安裝其他零部件和附件的支承骨架。氣缸體應保證柴油機在運行中所需的強度，結構要緊湊。同時應盡可能提高其剛性，使柴油機各部分變形小，并保證主要運動件安裝位置正確，運轉正常。為了使氣缸體在重量最輕的條件下具有最大的剛度和強度，通常在氣缸體受力較大的地方設有加強筋。圖1為康明斯B系列6缸柴油機氣缸體及其相關組件的結構。氣缸體常見的結構形式一般有以下四種形式。

1、普通式（平分式）

      平分式特點是上曲軸箱的底平面與曲軸中心線在同一平面上。這種形式的優點是加工和拆裝方便，但剛度差。主要用于車用汽油機，柴油機用得不多。如圖2（a）所示。

2、龍門式

      龍門式結構特點是曲軸箱接合面低于曲軸中心水平面，整個主軸承位于上曲軸箱內。其優點是結構剛度較好，缺點是加工不方便。中小功率柴油機多采用這種結構。如圖2（b）所示。

3、隧道式

      隧道式缸體結構特點是主軸承孔為整圓式，軸承采用滾動軸承。因此，這種機體結構緊湊，剛度最好。其缺點是機體顯得笨重，結構較復雜。在小型單、雙缸機中，為便于曲軸安裝，采用這種結構為宜。對于多缸機而言，則須采用盤形滾動軸承作主軸承，較少采用這種結構。如圖2（c）所示。

4、底座式

      這種缸體的上曲軸箱內無主軸承，曲軸在下曲軸箱上安裝，并承受主要負荷，底座式氣缸體適用于大型柴油機。如圖2（d）所示。

      氣缸體的材料一般采用優質灰鑄鐵。對于重量有特殊要求的發動機，有采用鋁合金鑄造機體的。鋁合金機體的強度和剛度較差，而成本較高。

 

圖1  柴油機氣缸體及其相關組件的結構 1-氣缸體；2,14,15-定位環；3-主軸承蓋；4-主軸承蓋螺栓；5-凸輪軸襯套；6～9,11-碗形塞；10-機冷氣腔；12-塞片；13-定位銷；16-冷卻噴嘴；17,18-錐形塞；19-矩形密封圈；20-水泵蝸殼；21-潤滑油泵體

圖2  柴油機氣缸體的結構形式示意圖

 

二、氣缸套結構

 

      氣缸是用來引導活塞做往復運動的圓筒形空間。氣缸內壁與活塞頂、氣缸蓋底面共同構成燃燒室，其表面在工作時與高溫、高壓燃氣及溫度較低的新鮮空氣交替接觸。由于燃氣壓力和溫度的影響，加之活塞相對于氣缸內壁的高速運動和側壓力的作用，氣缸表面產生磨損。當氣缸壁磨損到一定程度后，活塞環與氣缸壁之間就會失去密封性，大量燃氣漏入曲軸箱，使柴油機性能惡化，而且機油也較易變質。因此對氣缸的材料、加工精度和表面粗糙度都有較高要求。通常柴油機的大修期限是根據氣缸壁面的磨損情況來決定的。為了提高氣缸的強度和耐磨性，便于維修和降低成本，通常采用較好的合金材料將氣缸制成單獨的氣缸套鑲入氣缸體中。一般氣缸套采用耐磨合金鑄鐵制造，如高磷鑄鐵、含硼鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體鑄鐵等。為了使氣缸套的耐磨性更好，有的氣缸套還進行了表面淬火、多孔鍍鉻、噴鉬或氮化處理等。

      常用的氣缸套可分為干式和濕式兩種，如圖3所示。

1、干式氣缸套

      干式氣缸套［圖3（a）］是壁厚為1～3mm的薄壁圓筒，其特點是缸套的外表面不與冷卻水直接接觸。采用干式缸套的優點是機體剛度較好，不存在冷卻水密封問題；缺點是缸套的散熱條件不如濕式缸套好，加工面增加，成本高，拆卸困難。

2、濕式氣缸套

      濕式氣缸套［圖3（b）］是壁厚為5～9mm的圓筒，其外壁直接與冷卻水相接觸。優點是裝拆方便，冷卻可靠，容易加工；缺點是機體的剛度較差，漏水的可能性比較大。柴油機大多采用濕式氣缸套。

      濕式氣缸套因外壁直接與冷卻水接觸，所以在缸套的外表面制有兩個凸出的圓環帶，以保證氣缸套的徑向定位和密封。如圖4所示，缸套的軸向定位是利用上端的凸臺，凸臺下面裝有密封銅墊片。缸套外表面的下凸出圓環帶上裝有1～3個耐熱耐油的橡膠密封水圈，有的發動機則把密封水圈安裝在機體上。缸套裝入機體后，其凸緣頂面應高于機體頂面0.06～0.15mm，以使氣缸蓋能壓緊在氣缸套上。有的發動機在氣缸套下端開有切口，以保證連桿在其最大傾斜位置時不致與缸套相碰。

 

圖3  柴油發電機氣缸套

圖4  濕式氣缸套結構參數示意圖

 

三、氣缸蓋結構

 

      氣缸蓋裝于氣缸體上部，用缸蓋螺栓按規定力矩緊固在氣缸體上。其功用是封閉氣缸上平面，并與氣缸和活塞頂構成燃燒室。

1、氣缸蓋結構形式

      氣缸蓋的結構常見的有三種形式：

① 單缸式，即每一個氣缸有一個單獨氣缸蓋；

② 雙缸式，即每兩個氣缸共用一個氣缸蓋；

③ 多缸式，即每列氣缸共用一個氣缸蓋，又稱整體式。

      柴油機氣缸蓋的熱負荷十分嚴重，由于它上面裝有進、排氣門，氣門搖臂和噴油器等零部件，而且氣缸蓋內布置有進、排氣道和機油道等，基本結構如圖5所示。特別是風冷式柴油機的氣缸蓋，散熱片的布置比較困難。如果噴油器冷卻效果不好、溫度過高，則噴油器針閥容易咬死或出現其他故障，由于排氣門受熱嚴重，如冷卻不良也會加劇磨損而降低其使用壽命。所以對于一些重要部件均需保證有足夠的冷卻效果。氣缸蓋常用材料為高強度灰鑄鐵HT20-40、HT25-47。大型或強化柴油機采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。風冷柴油機或特殊用途柴油機常用鋁合金鑄鐵氣缸蓋。

2、氣缸墊

      氣缸墊裝于氣缸體和氣缸蓋接合面之間，其功用為補償接合面的不平處，保證氣缸體和氣缸蓋間的密封。它對防止“三漏”（漏水、漏氣和漏油）關系甚大，其厚薄程度還會影響柴油機的壓縮比和工作性能，因此，在使用和維修柴油機時應注意保證氣缸墊良好，更換時應按照原來標準厚度選用。

      氣缸墊要求耐高溫、耐腐蝕，并具有一定的彈性。同時還要求拆裝方便，能多次重復使用。常用的氣缸墊為金屬-石棉缸墊，如圖6所示。這種氣缸墊的外廓尺寸與缸蓋底面相同，在自由狀態時，厚約3mm，壓緊后約為1.5～2mm。缸墊的內部是石棉纖維（夾有碎銅絲或鋼屑），外面包以銅皮或鋼皮。有的氣缸墊在氣缸孔的周圍用鎳皮鑲邊，以防止燃氣將其燒損。在過水孔和過油孔的周圍用銅皮鑲邊。這種氣缸墊的彈性好，可重復使用。

      在強化或增壓發動機上，常用塑性金屬（如硬鋁板）制成的金屬襯墊作氣缸墊。金屬襯墊強度好，耐燒蝕能力強。

 

圖5  柴油機氣缸蓋及其相關組件的結構 1-氣缸蓋定位環；2-氣缸蓋總成；3-碗形塞；4-燃油濾清器接頭；5,7-內六角錐形螺塞；5A-擴口式錐螺紋直通管接頭體；6-方槽錐形螺塞；6A-直角管接頭體；8-氣門桿油封

圖6  柴油發電機氣缸墊示意圖

四、油底殼結構

 

      油底殼（又稱下曲軸箱）主要用于收集和儲存潤滑油，同時密封曲軸箱。油底殼一般用1～2mm厚的薄鋼板沖壓或焊接而成，也有用鑄鐵或鋁合金鑄成的。康明斯系列柴油機均采用濕式油底殼儲存機油。在4、6、12缸基本型柴油機的油底殼內，均設有油池和擋油板，可滿足柴油機在縱傾小于15°時正常工作。油底殼的基本結構如圖9所示。

      柴油機工作時，潤滑系統工作狀況分別用油溫表、壓力表及機油標尺等進行監視。為此，在油底殼上裝有油溫表接頭和指示機油平面位置的機油標尺，在油底殼的側面或底部還裝有放油螺塞，以便放去污油。

1、油標尺

      由于油底殼形狀及要求儲存機油容量的不同，因此各種油底殼所采用的機油標尺也不相同。在柴油機基本保持水平狀態下，標尺上的刻線“靜滿”表示柴油機起動前應有的機油平面；“動滿”表示柴油機運轉時應保持的機油平面；“險”表示應立即添加機油的最低位置。因此，在柴油機工作時，應經常用機油標尺檢查油底殼內的機油平面位置，以防油面過低引起柴油機潤滑故障；油面過高易引起漏油。

2、擋油板

       油底殼的結構形狀主要是根據機油的容量、柴油機的安裝位置以及在使用中的縱橫傾斜角度來決定。為了保證潤滑油泵能經常吸油，其后部較深，整個底部呈斜面以保證供油充足。對于熱負荷較大的柴油機，油底殼帶有散熱片以降低機油的溫度。為防止潤滑油激濺，油底殼中多設有擋油板。

      通常，擋油板在油底殼的上方，如圖10所示。這個擋板用來防止機油四處飛濺。如果機油四處飛濺得太多，氣泡會進入機油產生泡沫。泡沫不像機油那樣來潤滑、冷卻、清潔或密封發動機。油底殼外側有許多肋片，這些肋片可幫助散熱，有利于油溫的穩定。

 

圖9  柴油機油底殼基本結構

圖10  帶擋板油底殼的結構示意圖

 

總結：

      氣缸體作為一種重要的機械元件，具有傳遞力量、穩定運動、換向控制、位置感知和防護保養等多種功能。通過合理設計和使用，可以實現對氣動組件的精確控制和穩定運行，提高柴油發電機的工作效率和可靠性。在未來的發展中，隨著科技的進步和工藝的改進，相信氣缸體的功能會越來越強大，應用范圍也會更加廣泛。

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