模块二 柴油机的结构和主要零部件2
柴油机的结构和主要部件
柴油机的结构和主要部件：柴油机主要部件包括燃烧室部件(活塞、气缸、气缸盖)、曲柄连杆机构(十字头、连杆、曲轴、飞轮及轴承)、机架、机座和贯穿螺栓等。
这些部件构成柴油机的主体，统计表明，船用柴油机主要部件发生的故障占柴油机故障总数的90％左右，其中燃烧室部件故障约占故障总数的50％。
活塞、连杆、曲轴等组成柴油机的运动件，其作用是把气缸内燃气所作的功以曲轴回转运动的形式输出。
气缸、气缸盖、机架、机座以及主轴承等组成柴油机的固定件，它们构成柴油机的工作循环空间和曲轴箱空间，并支承柴油机的所有其他机件和附属设备。
1．活塞1)活塞的作用活塞的主要功用是与气缸、气缸盖等组成封闭的燃烧室空间；承受气缸内气体压力，并将其通过连杆传递到曲轴；在筒形活塞式柴油机中，还要承受连杆倾斜时产生的侧推力，起往复运动的导向作用；在二冲程柴油机中，还启闭气口，控制换气，活塞下部有时还用作扫气泵。
2)活塞的工作条件活塞的工作条件极为恶劣，它受到燃气高温、高压、烧蚀和腐蚀的作用，又是在高速运动、润滑不良并且冷却困难等情况下工作的。
它的热负荷和机械负荷很高，而活塞材料在高丑下力学性能又有所降低，故活塞在工作中易发生裂纹和变形。
(1)活塞受燃气压力、运动质量的往复惯性力以及连杆倾斜时产生的侧推力的周期性作用，并且这些机械负荷都具有冲击性。
(2)活塞顶部受到高温燃气的周期加热，热负荷很高，不仅使材料的强度降低，并产生较大的热变形和热应力，而且还受到燃气的化学侵蚀。
(3)活塞在侧推力作用和润滑不良的状态下作往复运动，摩擦损失功大，磨损严重。
周期性改变方向的侧推力使活塞在运动中撞击气缸套，引起活塞变形及气缸和气缸套振动。
(4)中高速柴油机中由于活塞的往复惯性力较大，会使柴油机振动加剧。
3)对活塞的要求根据活塞的作用和工作条件，要求活塞具有足够的强度和刚度、密封可靠、散热和冷却效果好、摩擦损失小、有良好的耐磨性和小的线膨胀系数。
对中、高速柴油机还要求重量轻。
柴油机的结构和主要部件
四冲程中速柴油机是MAN B&W、Mak、Wärtsilä
等公司的产品。
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MAN B&W公司的S50MC-C型柴油机
焊接机座、焊接机架，铸造缸体 。 双贯穿螺栓联结机座、机架和缸体——最明显特征； 链传动凸轮轴； 液压驱动排气阀； 瘦型缸套，水套冷却； 气缸单排润滑； 缸盖钻孔水冷； 活塞头油冷，供油采用套管结构； 进气恒压增压； 直流扫气； 十字头结构，双侧导滑板； 半组合式曲轴，薄壁轴瓦； 可选择遥控操纵或机旁操纵。
活塞的惯性力、摩 擦、敲击、侧推力
振动 冷却水腐蚀、穴蚀
P37
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机械负荷
机械负荷是指：承受燃烧压力、惯性力、振动冲 击的强烈程度。
来源： 气缸盖和气缸套：气体压力、安装预紧力 活塞：气体压力、往复惯性力、侧推力敲击等振
动冲击。 特点：周期交变、冲击性
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气缸盖损坏
气缸盖在极为苛刻的条件下工作，其底板受热面 “鼻梁区”或内侧表面可能产生裂纹及腐蚀形式 的损坏.
引起这种损坏的原因如下： 热疲劳 机械疲劳 腐蚀疲劳
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气缸盖热疲劳
在底板受热面“鼻梁区”产生热疲劳裂纹是四冲 程柴油机气缸盖较为常见的损坏形式，
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活塞受力
活塞组受气缸内气体作用力F，高速往 复运动产生的惯性力Fj，连杆倾斜时
所产生的侧压力FH 的周期性作用； 现代柴油机以上各力已达到相当高的
程度，并带有冲击，使交变机械应力 增大。
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第二章柴油机结构及主要部件
第二章柴油机结构及主要部件柴油机是一种内燃机，将柴油燃料转化为机械能。
它由许多不同的组成部分组成，每个部分都承担着特定的功能。
在这篇文章中，我们将重点介绍柴油机的结构及其主要部件。
一、柴油机的结构柴油机的主要结构主要包括以下几个方面：1.缸体和缸盖：缸体是柴油机的外壳，用来固定各个部件。
缸盖则是位于缸体顶部的覆盖物，它与缸体紧密密封，形成燃烧室。
2.活塞和活塞环：活塞是柴油机中最重要的部件之一、它在缸内的上下往复运动产生压力，将热能转化为机械能。
活塞环则是用来密封缸内和活塞之间的间隙，并防止润滑油进入燃烧室。
3.活塞连杆和曲轴：活塞连杆连接活塞和曲轴，将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。
曲轴则是柴油机功率输出的主要部件，它将活塞的运动转化为旋转力来驱动机器。
4.进气和排气系统：进气系统将空气引入燃烧室，而排气系统将燃烧产物排出机器。
进气系统通常包括进气管、增压器、空气滤清器和进气门等部件。
排气系统通常包括排气管、消音器和排气门等部件。
5.燃油系统：燃油系统将柴油燃料从燃油箱送入燃烧室，使其燃烧。
燃油系统通常包括燃油泵、喷油嘴和燃油滤清器等部件。
6.冷却系统：冷却系统用于控制柴油机的温度，防止过热。
它通常由水泵、散热器和风扇等部件组成。
7.润滑系统：润滑系统用于减少摩擦并降低部件之间的磨损。
它通常包括油泵、滤清器和油冷却器等部件。
二、柴油机的主要部件1.缸套：缸套是安装在缸体中的零件，用于提供活塞与缸体之间的密封。
它通常由耐磨材料制成，以承受极高的压力和摩擦。
2.调速器：调速器是用于控制柴油机运行速度的部件。
它通过调整柴油机燃料供给量来控制机器的转速。
3.凸轮轴：凸轮轴是柴油机中的重要部件之一，它用来控制气门的开启和关闭。
凸轮轴的形状决定了气门的开闭时间和程度。
4.滑动轴承：滑动轴承用于支撑曲轴和凸轮轴的旋转运动。
它通常由润滑油来减少摩擦和磨损。
5.节气门：节气门用于控制柴油机进气量的大小。
它通常由踏板或电子系统控制。
第二章 柴油机的总体结构及主要零部件
气缸盖
第二节 燃烧室部件
气缸盖的作用、工作条件及要求
气缸盖的类型
气缸盖的构造
第二节 燃烧室部件
作用：组成燃烧室；安装各种阀件－喷油器、气缸起 动阀、示功阀、安全阀、 排气阀（四冲程和直流扫 气二冲程机）、进气阀（四冲程机）；四冲程机布置 进、排气道和气阀摇臂机构 工作条件：受螺栓预紧力和缸套支撑反力作用；工作 中受燃气高温、高压作用， 冷却水腔受水腐蚀；结 构复杂、金属分布 不均匀而产生的应力集中，尤其 是阀孔之间的 狭窄区域（鼻梁区）最恶劣 要求：足够的强度和刚度；良好的冷却；可靠的气封 和水封；气缸盖上各种阀件的拆装、维护方便；冷却 水腔的水垢容易清除。
第二节 燃烧室部件
2、热负荷
热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、 热流量及热应力的强烈程度。
热负荷的表示方法:
•热流密度q：单位时间内单位面积的热流量 q=Q/F
•温度场：受热部件中温度分布图，准确表示受热 部件的热负荷 热应力：由温差作用形成的应力称热应力 排气温度：简单、实用
活塞的冷却
•非冷却式活塞(径向散热型) 热量主要通过活塞环传自气缸套并通过冷却水带走 •冷却式活塞(轴向散热型) 使用冷却介质(如淡水、滑油)对活塞顶内腔进行强 制冷却 •冷却方式 ： 自由喷射冷却 振荡冷却 循环冷却 喷射—振荡冷却
冷却液的输送方式：筒形机在曲轴连杆机构中开通道 十字头机有套管式和铰链式机构
第二节 燃烧室机（ｗartsila32型机 气缸套 1）缸套内部上端设有防磨环（尺寸略小于 缸套 直径）以除去活塞头部结炭，使缸套的 磨损率 和滑油消耗率下降；2）缸套壁比较 厚以使气缸套更好地承受侧推力；3）冷却 水由气缸上部配水环进入，只对凸肩区 进行 冷却以降低低温腐蚀影响；
模块二 柴油机的结构和主要零部件
三、活塞的构造
1、筒状活塞
（1）活塞头部有落阀坑，防进、排气阀重叠开启时与活塞 相撞。
（2）活塞顶部较厚，保证有足够强度。 （3）头部有3-4道环槽，保证密封。 （4）顶部内壁与裙部用大圆弧过渡连接，可减少应力集中。 （5）裙部较长，可减轻侧推力比压。 （6）裙部设有1-2道刮油环，用于刮掉缸壁多余的滑油。 （7）头部直径小于裙部直径，工作时使头部和裙部的热膨
1、活塞环概述
（1）作用：密封、散热、支承、布油、刮油 （2）工作条件：①受到高温高压燃气的作用
②往复惯性力作用 ③缸套摩擦力作用 （3）环在环槽中的运动分析 ①轴向运动 ②径向运动 ③回转运动 ④扭曲运动 （4）要求：良好的密封性、耐磨性，足够的强度、 热稳定性及弹性，表面硬度稍高于缸套。
活塞环散热原理 2、压缩环 （1）作用：密封、散热、支承。 （2）密封机理
铰链式冷却机构
上、下铰链管可随着 十字头上下运动，绕 着三个空心轴摆动。 冷却液由支座4的中孔 导入，经下铰链管、 上铰链管和十字头的 中间通孔由活塞杆9的 中间管导入活塞冷却 空间。冷却后的冷却 液从活塞杆中间管外 的环形空间流回，经 固定在活塞杆上的回 流管5流至导向管6和 排出管7。
1-上铰链管；2-下铰链管；3-铰链管轴；4-支座； 5-回油管；6-导程管；7-出油管；
柴油机的结构和主要零部
柴油机的结构和主要零部柴油机是一种内燃机，依靠压燃柴油燃料来产生动力。
它的结构主要包括柴油机本体和相关的附件。
下面将介绍柴油机的结构和主要零部件。
1.缸体和缸盖：柴油机的缸体用来容纳活塞、气缸套、活塞环等部件，同时起到固定和密封的作用。
缸盖则覆盖在缸体顶部，用来密封气缸并固定凸轮轴等部件。
2.活塞和曲轴：柴油机的活塞是位于缸体内上下往复运动的部件，它与曲轴通过连杆相连。
曲轴是柴油机的动力输出部件，通过活塞的上下运动将往复运动转换为旋转运动，驱动机械装置。
3.推进系统：柴油机的推进系统包括燃料喷油泵、喷油嘴和进气道等部件。
燃料喷油泵负责将柴油送入喷油嘴，喷油嘴将燃料雾化并喷入气缸，进气道则负责向气缸供应新鲜空气。
4.燃烧室：柴油机的燃烧室是燃料和空气混合后进行燃烧的地方。
燃料喷入燃烧室后，由于高温高压条件下的自燃所引发的压力孤立则推动活塞向下运动，从而产生动力。
5.冷却系统：柴油机的冷却系统负责将发动机产生的热量通过冷却剂散发出去，保持发动机的工作温度在正常范围内。
冷却系统包括散热器、水泵和风扇等部件。
6.润滑系统：柴油机的润滑系统用于减少摩擦和磨损，保持部件的良好运转。
润滑系统包括油泵、油滤器和油冷却器等部件，它们将润滑油供应给发动机各个部件，并及时将污染物过滤掉。
7.电气系统：柴油机的电气系统包括起动机、电池和点火系统等部件。
起动机负责启动发动机，电池提供起动电流，而点火系统则在燃料喷入气缸之前提供高电压来点燃混合气。
8.排气系统：柴油机的排气系统用于排出燃烧后产生的废气。
它包括排气管、消声器和氧传感器等部件，其中氧传感器用于监测废气中的氧气含量，以便进行燃烧调节。
以上是柴油机的主要结构和零部件。
柴油机凭借其高效率、高扭矩和经济性等特点，在各个领域都有广泛的应用，包括船舶、发电机、重型机械和汽车等。
柴油机构造与维修 学习模块2 曲柄连杆机构结构与拆装
学习任务2.1 机体组结构与拆装
（2）分块式汽缸盖（图2-1-6c）。 汽缸直径介于100～140mm时，采用何种形式的汽缸盖要看工厂的 传统和产品系列。若生产厂家同时生产2、4、6、8、12缸发动机系列， 则采用两缸一盖的分块式汽缸盖比较合理；若只生产直列6缸和V6、 V12缸发动机，则采用三缸一盖更为合适，因为这样可以提高汽缸盖的 通用性和扩大生产批量。 （3）单体式汽缸盖（图2-1-6c、d）。 单体式汽缸盖刚度大，且在备件储存、修理及制造等方面都比较优 越。但是采用单体式汽缸盖在缩小汽缸中心距方面受到一定的限制，同 时汽缸盖冷却液的回流需装设专门的回水管，使得结构复杂。
②V形。 两列汽缸排列成V形的，称为V形汽缸排列（图2-1-2b）。目前，有 V4、V6、V8、V10、V12、和V16等机型。V形发动机汽缸体宽度大， 而长度和高度小，形状比较复杂。但汽缸体的刚度大、质量和外形尺寸 较小。 ③水平对置式。 对置式汽缸排列是指两列汽缸水平相对排列，其优点是重心低，而 且水平对置式发动机的平衡性好。汽缸体由左、右两个汽缸体用螺栓紧 固在一起（图2-1-2c）。
学习模块10 柴油机故障诊断
学习模块2 曲柄连杆机构结构与拆装
学习模块2 曲柄连杆机构结构与拆装
学习任务2.1 机体组结构与拆装 学习任务2.2 活塞连杆组结构与拆装 学习任务2.3 曲轴飞轮组结构与拆装
学习模块2 曲柄连杆机构结构与拆装
模块概述
曲柄连杆机构是发动机完成工作循环、实现能量转换的传动机构， 其功用是将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴旋转运动的转矩，对外 输出动力。在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在 活塞顶部，推动活塞做往复直线运动，经活塞销、连杆和曲轴，将活塞 的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。其动力大部分经曲轴后端的飞 轮输出，传给传动系统乃至行驶系统使车辆运动，另外一小部分通过曲 轴前端齿轮或带轮用于驱动发动机其他机构和系统。
模块二 柴油机的结构和主要零部件2
（4）连杆螺栓断裂的原因 ①没按照工艺要求装配，预紧力过大或过小。 ②螺纹配合过紧或过松。 ③轴承配合间隙过大产生很大的冲击载荷。 ④材料不符合要求或有缺陷。 ⑤拆装时扭伤螺纹。 连杆螺栓的断裂多发生在四冲程高速机中，主要是往复惯 性力使连杆螺栓产生了很大的交变拉应力引起的。
（5）预防连杆螺栓断裂的措施
（1）十字头轴承的工作特点： ①轴承的比压大。 ②润滑条件很差，难以形成良好的润滑油膜。 ③单向受力。 ④轴向受力不均。 （2）提高十字头轴承可靠性的措施： 1）降低轴承比压： ①限制最高爆发压力②加大轴颈直径。③采用 全支承式轴承。④增大承压面间的贴合面积。
2）使轴承轴向负荷分布均匀。
①采用弹性结构的自整位式轴承，使轴承的轴向负荷 分布均匀； ②采用刚性结构。提高 十字头销与轴承座的刚 性，减少变形，来达到 轴向负荷均匀分布的目 的。一般采用短而粗的 十字头销。 ③采用反变形法拂刮轴承. 图 弹性十字头轴承
（2）二冲程机曲柄的排列 例：某六缸二冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则。 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位 置？ （3）四冲程机曲柄的排列 例1：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则。 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位 置？ 例2：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4，若第 六缸处于下止点排气时刻，则其它缸处于何位置？
3．结构分析： ①RTA型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板由螺栓连接，两者之间有调节垫片 以保证安装中的正常间隙（横向间隙），而纵向间隙 利用位于导板侧面的小导板或导规（调节垫片）进行 调节。 ②L-MC/MCE型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板为一体结构，导板不需要调节（间 隙），靠加工精度保证，以提高其刚度。
第二章柴油机的结构和主要零部件
5．构造 1）大型低速柴油机气缸盖的构造
图 MAN-B&W S-MC-C型柴油机气缸盖 1-排气阀孔；2-冷却钻孔；3-垂直孔；4-喷油器孔；5-起动阀孔；6-安全阀 于示功阀孔；7-气缸盖螺栓孔；8-冷却水腔；9-冷却水套
（1）冷却水孔离燃烧室却很近，构成“薄壁强背”， 可降低热负荷和机械负荷。
1-活塞杆；2-冷 却油管；3-活 塞裙；4-活塞 环；5-活塞头
（1）活塞尺寸大，单位容积的散热面积小，采用强制冷 却。
（2）头部和裙部分开制造，头部承受高温高压燃气作用， 用耐热合金钢制造；裙部与缸套接触，产生摩擦，采用 耐磨铸铁制成，两者用柔性螺栓连接。
（3）顶部制成凹形：有利于扫气，有利于自由膨胀，有 利于燃油与空气的混合。
（6）缸盖螺栓在圆周上均匀分布，保证缸盖、缸套 受力均布。
2）中速柴油机气缸盖的构造
（1）进、排气道左右布置，减少高温排气对低温进气的加 热作用。
（2）进气阀孔比排气阀孔大，以提高充气量。
（3）缸盖底板上设有水平中隔板，可把底板减薄，提高冷 却效果，减少热应力。
（4）中隔板通过气道、喷油器道与底板相连，使底板得到 强有力的支承，提高底板的机械应力。
③磨料磨损：
（2）过度磨损
正常磨损：铸铁缸套的磨损量＜0.1mm/kh 套的磨损量＜0.01--0.03mm/kh
原因：
镀铬缸
（3）缸套磨损的最大位置
大多数柴油机缸套磨损的最大位置是在活塞位于上止 点时第一道活塞环所对应的缸套位置：
原因：①活塞在上部运动速度较低，不易形成液体动 力润滑和油膜；
②缸套上部温度高，气缸油易氧化变质、蒸发烧结；
③缸套上部压力高，作用在环背上的气体力大，摩擦 力大；
柴油机的结构和主要零部件分解课件
03
燃烧室的设计需要综合考虑燃料喷射、混合气形成、燃烧速度和排放等多个因 素，以达到最佳的性能表现。
柴油机的维护与保
04
养
定期检查与保养项目
燃油系统检查
冷却系检查
确保燃油系统清洁，无堵塞和泄漏，定期 更换燃油滤清器。
检查冷却液是否清洁，冷却系统无泄漏， 定期更换冷却液。
润滑系统检查
空气滤清器检查
凸轮轴
通过与气门挺杆的配合，控制气门的开启和 关闭时间。
排气门
控制排气通道的开启和关闭，保证废气排出 。
空气滤清器
过滤进入气缸的空气中的杂质和灰尘，保证 空气质量。
燃油系统
燃油箱
储存燃油。
燃油滤清器
过滤燃油中的杂质和水分，保 证燃油质量。
喷油器
将燃油喷入燃烧室，与空气混 合后燃烧。
输油泵
将燃油从燃油箱输送到喷油器 ，保证燃油供应。
检查机油是否清洁，油位是否正常，定期 更换机油和机油滤清器。
定期清洁或更换空气滤清器，确保进气系 统畅通。
主要零部件的更换周期
01
燃油滤清器
每行驶10000-20000公里更换一次 。
机油滤清器
每行驶5000-10000公里更换一次。
03
02
空气滤清器
每行驶5000-10000公里清洁或更换 一次。
柴油机的结构和主要零 部件分解课件
目录
• 柴油机概述 • 柴油机的主要零部件 • 柴油机的结构特点 • 柴油机的维护与保养
柴油机概述
01
柴油机的定义与特点
总结词
柴油机是一种以柴油为燃料的内燃机， 具有高效率、大功率和低油耗等特点。
VS
详细描述
2-1、2柴油机结构及主要部件解析
2 燃烧室部件承受的负荷
2.1 机械负荷
32
定义：机械负荷指柴油机部件承受气体压力（最大的为爆炸压 力）、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。用承受的机械应 力（拉、压、弯、扭及复合应力）表示。 特点：周期交变性和冲击性 预紧力（安装应力）
气缸盖 气缸套
气体压力
往复惯性力
重庆交通大学航海学院
2017年12月27日20:34
起动及控制系统
为了满足船舶机动操作的要求，设置 的使起动、换向和调速装置各种装置 联合动作的操纵机构。
24
重庆交通大学航海学院
2017年12月27日20:34
船舶柴油机
ChongQing JiaoTong University
Chapter 2 柴油机的结构和主要部件
• §2-1 燃烧室部件的工作条件和负荷
重庆交通大学航海学院
2017年12月27日20:34
船舶柴油机
ChongQing JiaoTong University
主要 机座 主轴承 贯穿螺栓 大型低速柴油机
重庆交通大学航海学院
机体 机座/油底壳 主轴承 贯穿螺栓 中小型柴油机
2017年12月27日20:34
柴油机的结构
主要固定件 主要运动件 配气机构及换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统
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柴油机基本组成
重庆交通大学航海学院
船舶柴油机
ChongQing JiaoTong University
配气机构及换气系统
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作用：定时向气缸内供应充 足、清洁的新鲜空气，并将 燃烧后的废气排出气缸。
重庆交通大学航海学院
2017年12月27日20:34
2 柴油机的结构和主要部件要点
2.2 柴油机的主要部件及检修2.2.1柴油机的结构特点2.2.1.1现代船用柴油机的结构特点1．气缸尺寸采用长行程或超长行程 S/D对二冲程柴油机的换气品质影响较大，在弯流扫气的二冲程柴油机上，S/D过大则换气品质恶化，S/D较小则换气品质较好。
2．燃烧室部件普遍采用钻孔冷却结构现代超长行程柴油机燃烧室部件的热负荷和机械负荷已达到相当高的程度，成为限制柴油机继续提高增压度的主要因素。
为了合理解决这一技术难题，普遍采用了钻孔冷却结构，这是一种最佳的“薄壁强背”结构形式。
3．采用旋转式排气阀及液压式气阀传动机构旋转式排气阀可使排气阀在启闭时有微小的圆周运动，可保证气阀密封面磨损均匀、贴合严密，提高了排气阀的可靠性。
液压式气阀传动机构改变了沿用几十年的机械式气阀传动机构，延长了气阀机构的使用寿命、减轻了排气阀的噪声，成为现代直流换气柴油机广泛采用的气阀及气阀传动机构。
4．喷油泵采用可变喷油定时（VIT）机构小缸径柴油机的VIT机构采用曲线斜槽柱塞，其喷油定时与喷油量的关系是固定的；大缸径柴油机的VIT机构采用升降套筒法调节喷油定时，而喷油量的调节则采用旋转柱塞法，其喷油定时与喷油量的关系是可变的。
5．采用薄壁轴瓦超长行程柴油机的十字头轴承和曲柄销轴承均承受着巨大的单向冲击性负荷，为了提高它们的可靠性，广泛使用了薄壁轴瓦。
6．独立的气缸润滑系统气缸注油量随负荷自动调整，注油定时电子控制，以保证气缸套可靠的润滑。
7．曲轴上增设轴向减振器超长行程柴油机的发展使曲轴轴向刚度变弱，容易产生轴向振动。
因而现代超长行程柴油机常在曲轴前端增设轴向减振器，以有效地消减曲轴的轴向振动。
8．焊接曲轴焊接曲轴是把单位曲柄通过焊接而组成一个整体的焊接型曲轴。
这是现代曲轴制造工艺中的一项重要成就。
目前这种曲轴已在长冲程大型低速机中应用。
典型题目:1.下面对现代低速柴油机结构特点的叙述中，（）不正确。
A．燃烧室部件钻孔冷却B．采用薄壁轴瓦C．曲轴上装轴向减振器D．采用铸造曲轴2. 采用（）来提高现代船用柴油机的经济性已不可取。
第2章 柴油机的总体结构及主要零部件
第二章 柴油机的总体结构及主要零部件因柴油机是一种往复式压缩发火的内燃机，所以其总体结构及主要零部件都是围绕完成此功能而设置的。
柴油机是推动船舶前进的根本动力设备，了解其结构组成及功能，做好维护管理工作是极其重要的。
统计表明，船用柴油机主要零部件发生的故障占柴油机故障总数的90％左右，而其中近一半的故障又集中发生在燃烧室部件上。
这些故障直接影响柴油机的技术性能指标，与航行安全密切相关。
第一节 柴油机的总体结构概述一、总体结构示意图，如图2-1所示。
二、柴油机的基本组成船用柴油机结构比较复杂，它由许多零件、机构和系统组成。
尽管各柴油机厂商制造的柴油机结构、型号各不相同，但他们在工作原理和总体结构上有很多共同之处。
柴油机主要由以下部件和系统组成：1．主要固定件柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸体和气缸盖等组成。
中小型柴油机常将气缸空冷器机座曲轴 机架 十字头 缸套 活塞 活塞杆连杆大端轴承 图2-1 船用柴油机总体结构示意图体和机架做成一体称为机体，并用轻便的油底壳代替机座。
它们构成了柴油机的骨架，支撑着运动件和辅助系统。
2．主要运动件柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，对于大型低速柴油机还有十字头组件。
活塞的顶部、气缸套的内壁以及气缸盖的底部共同组成了燃烧室空间，既保证了柴油机工作过程的顺利进行，又将活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的回转运动，从而将燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外传递。
3．动力和辅助系统（1）起动系统起动系统是借助于外力带动曲轴回转，并使其达到一定的转速，由活塞压缩气缸内气体使其具有足够的温度和压力，以实现柴油机的第一次发火燃烧，由静止转入工作状态。
柴油机起动的方式大致有两种：一种是借助于外力矩使曲轴转动起来，如人力手摇起动、电机起动和气马达起动等；另一种是借助于加在活塞上的外力推动活塞使曲轴旋转起来，如压缩空气起动。
目前远洋船舶上的柴油机起动系统普遍采用压缩空气起动系统，它由空气压缩机、主空气瓶、主起动阀、空气分配器、起动控制阀和气缸起动阀组成。
柴油机结构及主要部件
3.3 筒形机的连杆大端
——是曲柄销的轴承 • 根据拆装条件，制成上、下两半的剖分式结构，用 螺栓连接而成。（如右图RTA-T-B十字头机连杆）
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船用式连杆大端
平切口
车用式连杆大端
斜切口
连杆大端定位形式
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2018年11月2日08:57
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一、连杆组
二、十字头组 三、曲轴组 四、故障管理及维护
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一、连杆（connecting rod）
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• 图d）和e）采用锥形或阶梯形活塞 销座时相适应的连杆小端结构形式， 其增大小端下部主要承压面。
• 图f），衬套内表面制有许多布油槽， 以保证轴承内有充裕的润滑油。 用 于二冲程柴油机中。
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§2-3 曲柄连杆机构
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作用： 将活塞往复运动转变为回 转运动；将活塞的推力传 给曲轴，输出扭矩。
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§2-3 曲柄连杆机构
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柴油机的结构及主要部件
二、柴油机的典型结构
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B&W公司的 50MC- 柴油机( 公司的S 1.MAN B&W公司的S 50MC-C柴油机(市场份额 最大） 最大） 属紧凑型（长度缩短10％，功率上升10％， 10％，功率上升10 1）属紧凑型（长度缩短10％，功率上升10％， 重量下降10 10％） 重量下降10％） 2）双贯穿螺栓 气缸结构紧凑（ 3）气缸结构紧凑（气缸体与气缸套间取消冷 却水腔） 却水腔）
4）凸轮轴和气缸体成一体 薄壁轴瓦（高锡铝合金，抗疲劳强度高） 5）薄壁轴瓦（高锡铝合金，抗疲劳强度高） 6）主轴颈和曲柄销直径加大（增强曲轴刚度、 主轴颈和曲柄销直径加大（增强曲轴刚度、 增大轴承承载面积、缩短长度） 增大轴承承载面积、缩短长度） 7）短连杆（降低高度，改善十字头润滑条件） 短连杆（降低高度，改善十字头润滑条件） 8）低置活塞环组（活塞顶岸高度提高，改善环 低置活塞环组（活塞顶岸高度提高， 工作性能，减轻磨损， 工作性能，减轻磨损，降低气缸套与气缸盖结 合面） 合面） 9）S/D达到4，pmax达到15MPa S/D达到4 达到 达到15MPa
3.配气机构及换气系统 3.配气机构及换气系统 组成：进排气阀、气阀传动机构、 1）组成：进排气阀、气阀传动机构、 凸轮轴、 凸轮轴、凸轮轴传动机构 作用：定时供新鲜空气， 2）作用：定时供新鲜空气，排出废气 4．燃油系统 组成：燃油供给系统、 1）组成：燃油供给系统、燃油喷射系 统 2）燃油喷射系统作用：定时、定质、 燃油喷射系统作用：定时、定质、 定量地向燃烧室内喷入雾化良好的燃油
6）缸套的上部加高加厚，提高强度和刚度以 缸套的上部加高加厚， 承受高的机械负荷和热负荷 缸套内上端装防磨环(anti (anti7）缸套内上端装防磨环(anti-polish ring, 除去积炭，减轻磨损) 除去积炭，减轻磨损) 船用连杆大端（便于拆卸） 8）船用连杆大端（便于拆卸） 9）气缸盖多管道元件完成多项功能 10）脉冲增压和单管脉冲增压 10） 11）冷却水系统分高温水和低温水， 11）冷却水系统分高温水和低温水，高温水 冷却气缸套、气缸盖、 冷却气缸套、气缸盖、增压空气冷却器的 高温部分， 高温部分，低温水冷却增压空气冷却器的 低温部分及滑油冷却器
模块二柴油机的结构和主要零部件
详细描述
燃烧室通常由气缸盖、气缸垫和活塞顶部组成。它的主要功 能是提供足够的空间，使燃油与空气混合并充分燃烧，释放 出能量。燃烧室的设计对柴油机的性能和效率有着重要影响 。
气缸盖
总结词
气缸盖是柴油机的关键部件之一，它封闭了气缸的上部，为燃烧室提供结构支 持。
详细描述
气缸盖通常由耐热和耐压的材料制成，如铸铁或铝合金。它上面安装有进气门、 排气门和喷油器。气缸盖的设计和制造质量直接影响柴油机的性能和寿命。
车辆中特别受欢迎。
燃油效率
由于柴油机的燃烧效率较高，燃油 消耗相对较低，这使得它在能源效 率和运行成本方面具有优势。
可靠性
柴油机设计坚固，结构简单， 这使得它在各种恶劣环境下都 能保持较高的可靠性。
排放性能
随着技术的进步，现代柴油机 在排放控制方面有了显著改善
，符合严格的环保标准。
柴油机的优势
01
模块二柴油机的结构和主要零部件
contents
目录
• 引言 • 柴油机的基本结构 • 主要零部件介绍 • 工作原理 • 柴油机的特点与优势 • 柴油机的应用与发展趋势
01 引言
目的和背景
了解柴油机的基本结构和主要零部件 ，对于掌握柴油机的性能、维护和故 障排除至关重要。
随着能源需求的不断增长，柴油机在 工业、交通和能源等领域的应用越来 越广泛，因此对柴油机结构和主要零 部件的深入了解具有重要意义。
详细描述
曲轴箱通常由铸铁或钢板制成，具有良好的密封性和耐压性。曲轴箱内部通常装有润滑油，以减少运动部件的摩 擦和磨损。曲轴箱的维护和清洁对于确保柴油机的正常运行至关重要。
气缸套
总结词
气缸套位于气缸体内，与活塞一起工作，是柴油机中的重要运动部件。
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图 MAN B&W L-MC系列柴油机焊接式曲轴
1-自由端法兰；2-轴向减振器；3-单位曲柄；4-推力环；5-功率输出端法兰
（2）曲轴的构造
曲轴主要由若干个单位曲柄和自由端、功率输出端，以及平衡 重块等组成。单位曲柄是曲轴的基本组成部分，由主轴颈，曲 柄销和曲柄臂组成。曲柄臂上装有平衡重块用以平衡离心惯性 力。推力环用以传递轴向推力。自由端法兰安装扭振减振器。 输出端法兰用以连接中间轴。 普通圆角：将引起轴颈有效长度的缩短。 车入式圆角：不但可增大过渡圆角半径，而且轴颈的有效工作 长度也不用缩短。
①按说明书规定的预紧力上紧。 ②按工艺要求装配轴承间隙。 ③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓。 ④注意防松。
7．十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施
a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头 端盖板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6十字头轴承座；7-十字头轴承盖
b)L-MC/MCE型柴油机十字头 1-连杆小端轴承盖；2-连杆小端轴瓦；3-滑 块；4-导轨；5-耳轴；6-十字头销本体；7调整垫片；8-连杆螺栓；9-连杆小端下瓦； 10-连杆小端轴承座；11-杆身
7．典型曲轴介绍 由若干个曲柄、自由端（首端）和功率输出端（尾端） 三部分组成。 （1）曲柄臂和主轴颈及曲柄销之间的连接处采用车 入式圆角，经冷滚压加工，以提高疲劳强度。 （2）自由端法兰可连接轴向减振器。 （3）推力轴和曲轴为一体，可缩短柴油机长度。 （4）推力环用于传递推力和轴向定位。 （5）飞轮
3）保证良好的润滑和冷却。 ①改变供油路线。 ②提高滑油供油压力。 ③合理开设油槽。十字头销轴承下瓦必须开设纵向油 槽；主轴承下瓦高压区不得开设油槽； ④保证合适的轴承间隙。 4）采用薄壁轴瓦。 5）提高保十字头销颈表面光滑程度。
思考题： 1．连杆有何作用？工作条件如何？ 2．十字头轴承工作条件如何？ 3．提高十字头轴承可靠性的措施有哪些？ 4．预防连杆螺栓断裂的措施有哪些？
（2）二冲程机曲柄的排列 例：某六缸二冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则。 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位 置？ （3）四冲程机曲柄的排列 例1：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4 ①满足曲柄的排列原则。 ②若第一缸处于上止点发火时刻，则其它缸处于何位 置？ 例2：某六缸四冲程机的发火顺序为1-5-3-6-2-4，若第 六缸处于下止点排气时刻，则其它缸处于何位置？
（4）连杆螺栓断裂的原因 ①没按照工艺要求装配，预紧力过大或过小。 ②螺纹配合过紧或过松。 ③轴承配合间隙过大产生很大的冲击载荷。 ④材料不符合要求或有缺陷。 ⑤拆装时扭伤螺纹。 连杆螺栓的断裂多发生在四冲程高速机中，主要是往复惯 性力使连杆螺栓产生了很大的交变拉应力引起的。
（5）预防连杆螺栓断裂的措施
（1）由连杆杆身、小端和大端组成，小端与十字头 销相连，大端与曲柄销相连。 （2）轴承座与杆身、轴承座与轴承盖用定位销定位。 （3）小端轴承座上设有薄壁轴瓦以提高抗疲劳强度。 （4）大端轴承座上没有轴瓦，白合金直接浇铸在轴 承座和轴承盖上，这样可提高轴颈直径并有利于散热。 （5）杆身与连杆大端轴承座上有垫片，用于调整压 缩比。 （6）连杆螺栓为柔性螺栓，可提高抗疲劳强度。 （7）螺栓杆身上设有定位环带，可降低拧紧力对螺 栓的弯曲作用。
②应力集中严重：一根曲轴是由若干个彼此间错开一 定角度的曲柄以及功率输出端和自由端构成。每个曲 柄是由主轴颈、曲柄销和曲柄臂组成，曲轴上还钻有 润滑油孔。各种因素使曲轴内部的应力分布极不均匀， 在曲柄臂和轴颈的过渡圆角处及润滑油孔周围将产生 严重的应力集中。其中以曲柄臂与曲柄销的过渡圆角 处最为危险。
3）V型柴油机连杆
（1）并列式连杆： （2）主副连杆：可缩短气缸间距和整机长度，减小柴油机重 量和尺寸，增大曲轴刚性。采用主副式（MAN VV40/54）。主 连杆用螺栓连接到大端，副连杆用2只螺栓与副连杆销相连。 大端轴瓦为薄壁铅青铜，镀有磨合层，轴承盖与轴承体有凹凸 配合，以避免连杆螺栓受到剪切作用。拆检活塞可不拆大端， 副连杆销的连接螺栓底部易裂纹。
4．材料：常用的材料有优质碳钢、合金钢和球墨铸铁。 一般柴油机的曲轴常用优质碳钢制造；为了提高中、 高速 强载柴油机的曲轴疲劳强度和耐磨性能，采用了 合金钢制造。球墨铸铁铸造的曲轴，常在强载程度不 太高的中、高速柴油机中应用。
2、曲轴的或铸造，常用于 中、小型柴油机。由于大型锻造设备的出现，大 型低速柴油机也已有采用整体式曲轴。
四冲程柴油机的发火间隔角=720˚/i； 二冲程柴油机的发火间隔角=360˚/i。
②要避免相邻气缸连续发火，以减轻主轴承的负荷。 ③要使柴油机有良好的平衡性。曲轴合理的排列可使 引起振动的力和力矩减至最小。 ④应考虑发火顺序对曲轴扭转振动的影响。发火顺序 不同，各段轴上扭矩的交变情况也不同，对轴系扭转 振动的影响也不同。要力求减轻扭转振动。 ⑤在脉冲增压式柴油机中，为防止扫、排气相互干扰， 各缸排气管要分组，要求柴油机有相应的发火顺序。
5.分类：按结构分类： （1）直列式——十字头式、筒状活塞式 （2）V型及多列式——并列式、叉骑式、主付式
6．结构分析： 1）十字头式活塞连杆
右图:1-连杆小端轴承 盖；2-小端轴承座； 3-薄壁轴瓦；4、10连杆螺栓；5-杆身； 6-垫片；7-大端轴承 座；8-大端轴承盖； 9-锁紧装置；11-定位 环带；12-固定螺栓； 13-输油槽
6．曲柄的排列
曲轴的曲柄都是以气缸的号数命名的。气缸的排号有 两种方法，一种是由自由端排起，另一种是由动力端 排起。我国和大部分国家都是采用自由端排起。曲柄 的排列是由气缸数、发火间隔角和发火顺序决定的， 而气缸的发火间隔角和发火顺序要考虑以下几点： （1）曲柄的排列原则： ①动力输出要均匀，各缸间的发火间隔角应相等。因 此，各缸间发火间隔角应等于完成一个工作循环所需 要的曲轴转角度数除以气缸数目所得的商。如果有i只 气缸，则单列式柴油机的发火间隔角为：
3．要求： （1）耐疲劳、抗冲击。 （2）具有足够的强度和刚度。 （3）连杆长度应尽量短（降低发动机高度） 、重量轻、 拆装方便。 （4）连杆轴承工作可靠。 4．材料： 十字头：中碳钢35#、40#、45# ，自由锻造，杆身截面 为圆形。 筒形：中碳钢或优质合金钢40Cr 、5CrMo、42CrMo、 18Cr2Ni4WA ，模锻锻造，杆身截面为工字形。
单元二 曲柄连杆机构
一、十字头和导板
1．作用： （1）连接活塞和连杆组件，将气体力和惯性力传给 连杆。 （2）承受侧推力保证活塞在气缸中的直线往复运动。 2．分类： （1）根据导板承受的侧推力可分为： ①正车导板：承受正车膨胀行程或倒车压缩行程的 侧推力。 ②倒车导板：承受倒车膨胀行程或正车压缩行程的 侧推力。
三、曲轴组
曲轴
(crankshaft)
主轴承
推力轴承
飞轮
1．曲轴的作用 （1）通过连杆将活塞的往复运动通过连杆变成回转 运动； （2）将各缸所作的功汇集起来向外输出。 （3）带动保证柴油机正常工作的附属设备。如喷油 泵、进排气阀、起动空气分配器等。 2．曲轴的工作条件 ①受力复杂：受交变的气体力、往复惯性力和离心力， 以及它们所产生的弯矩和扭矩的作用。
（1）十字头轴承的工作特点： ①轴承的比压大。 ②润滑条件很差，难以形成良好的润滑油膜。 ③单向受力。 ④轴向受力不均。 （2）提高十字头轴承可靠性的措施： 1）降低轴承比压： ①限制最高爆发压力②加大轴颈直径。③采用 全支承式轴承。④增大承压面间的贴合面积。
2）使轴承轴向负荷分布均匀。
①采用弹性结构的自整位式轴承，使轴承的轴向负荷 分布均匀； ②采用刚性结构。提高 十字头销与轴承座的刚 性，减少变形，来达到 轴向负荷均匀分布的目 的。一般采用短而粗的 十字头销。 ③采用反变形法拂刮轴承. 图 弹性十字头轴承
③附加应力很大：曲轴在径向力、切向力和扭矩的作 用下会产生扭转振动、横向振动和纵向振动。当曲轴 的自振频率较低时，在柴油机工作转速范围内可能出 现共振，而使振幅大大增加，产生很大的附加应力。 ④轴颈遭受磨损——在润滑不良、机座或船体变形、 轴承间隙不合适、超负荷或经常起停时磨损明显加剧。 3．对曲轴的要求 （1）具有足够的强度和刚度； （2）各轴颈应具有足够的承压面积和较高的耐磨性； （3）具有合理的曲柄排列和发火顺序。 （4）疲劳强度高，工作安全可靠。
②套合式：有半套合式和全套合式两种。目前大 型低速柴油机常用半套合式曲轴。
③焊接式：焊接工艺是近代曲轴制造工艺中一个重要成就。 它不仅消除了大件锻造的困难，而且还能使曲轴的重量较 套合式结构有大幅度降低。此外，焊接式曲轴由于其曲柄 臂底部能与主轴颈外圆接近齐平，因而能使连杆长度得以 缩短，从而使发动机高度大为减低。
4．润滑：铰链机构来的滑油
连杆小端轴承 十字头销 活塞 滑块
曲柄箱
二、连杆
1．作用： （1）将活塞（或十字头）与曲轴连接成曲柄连杆机构 （2）把活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动。 （3）将作用在活塞上的气体力、惯性力传递给曲轴。 2．工作条件： （1）承受周期性变化的气体力、惯性力作用：低速二 冲程机连杆始终受压；四冲程机的连杆有时受压有时 受拉。 四冲程机在排气冲程末期、进气冲程初期，连杆受拉 （此时惯性力大于气体力），其余冲程受压。 二冲程低速增压机由于转速低，惯性力小，气体力较 大，其合力始终向下，使连杆受压。 （2）与曲柄销、十字头销（活塞销）产生摩擦和磨损。 （3）承受燃气的冲击作用。
3．结构分析： ①RTA型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板由螺栓连接，两者之间有调节垫片 以保证安装中的正常间隙（横向间隙），而纵向间隙 利用位于导板侧面的小导板或导规（调节垫片）进行 调节。 ②L-MC/MCE型柴油机十字头导板 导板与机架横隔板为一体结构，导板不需要调节（间 隙），靠加工精度保证，以提高其刚度。
（2）根据滑块和导板副的形式不同可分为：