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。
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。
第二章柴油机的结构和主要零部件1
第二章柴油机的结构和主要零部件1第二章柴油机的结构和主要零部件1柴油机是一种利用柴油燃料进行内燃机燃烧的发动机，具有高效率、高可靠性和长寿命等特点，广泛应用于各种车辆、船舶和发电等领域。
了解柴油机的结构和主要零部件对于掌握其工作原理和维护保养十分重要。
本文将详细介绍柴油机的结构和主要零部件。
一、柴油机的结构柴油机主要由缸体、缸盖、曲轴箱、气门机构、燃油系统和润滑系统等组成。
1.缸体和缸盖：缸体是柴油机的主体部分，用于承受气缸内部的高压力和高温。
缸盖则位于缸体的顶部，用于固定气缸盖垫片和气缸盖螺栓，并密封气缸。
2.曲轴箱：曲轴箱是柴油机的底部部分，用于安装和支撑曲轴、连杆和活塞等零件。
曲轴箱内还包括曲轴箱盖、曲轴、连杆轴承和主轴承等重要部件。
3.气门机构：气门机构用于控制进气门和排气门的开闭，调节柴油机的进排气过程。
气门机构包括进气门、排气门、气门座、气门杆和气门弹簧等零部件。
4.燃油系统：燃油系统用于将燃油喷入气缸进行燃烧，包括燃油箱、供油泵、喷油器、燃油滤清器和燃油管路等。
燃油系统的正常工作对于柴油机的性能和经济性具有重要影响。
5.润滑系统：润滑系统用于给柴油机各个零部件提供润滑油，减少摩擦和磨损，延长使用寿命。
润滑系统包括油箱、油泵、滤清器、油冷器和润滑管路等。
二、柴油机的主要零部件1.活塞和活塞环：活塞是柴油机中作用于气体的关键部件，通过活塞杆与连杆相连接，与曲轴形成往复运动。
活塞环用于密封活塞与气缸之间的空隙，减少燃气泄漏和机油进入气缸。
2.缸套：缸套是套在气缸内部的圆筒形零件，用于保护气缸内壁和提供活塞运动的密封和导向。
3.曲轴：曲轴是柴油机的动力输出轴，将活塞的往复运动转化为旋转运动。
曲轴通常由多个连杆连接片组成。
4.连杆：连杆将活塞与曲轴相连，将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。
5.气门：柴油机的气门用于控制进气和排气过程，包括进气门和排气门。
气门的开闭由于凸轮轴的驱动。
6.活塞销和连杆轴承：活塞销连接活塞和连杆，通过销孔固定。
柴油机的结构和主要零部
7．常见故障
气缸套的损坏形式有内表面磨损、裂纹、拉缸、 外表面的腐蚀和穴蚀 1）裂纹 ①部位：一般发生在应力集中的部位。如气口、 布油槽及凸肩等处。 ②原因： ③检查方法：
2）磨损 （1）气缸套磨损的形式 ①熔着磨损：一般发生在活塞位于上止点时第一道活 塞环所对应的缸套位置。
②腐蚀磨损：A、低温腐蚀 防止低温腐蚀的措施 B、高温腐蚀
1单体式气缸盖
2整体式气缸盖
①单体式：每个气缸设一个气缸盖，用在中、大型高 增压柴油机。特点是气缸盖和气缸套接合面处的密封 性好，拆装方便，但气缸的中心距加大，柴油机长度 增加。
②整体式：整个柴油机所有气缸的气缸盖铸成一体， 多用于小型柴油机。特点是气缸的中心距小，结构紧 凑，但易变形，密封性差，结构复杂，加工不便。 ③分组式：2~3个气缸的气缸盖合铸成一体，用在缸 径较大的中小型高速机上。
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；
模块二 柴油机的结构和主要零部件
重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、 工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原 因，管理注意事项。
难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及 分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活 塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列 与发火顺序。
主要内容
单元一 燃烧室部件
1-活塞杆；2-冷 却油管；3-活 塞裙；4-活塞 环；5-活塞头
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 柴油机的结构和主要部件.
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。
柴油机的结构特点 燃烧室部件 活塞 气缸 气缸盖
组成方式
• 活塞头、活塞裙和活塞杆用柔性螺栓连接。
• 1、活塞头：由耐热合金钢组成；活塞头顶 部成下凹形，利于扫气和受热后自由膨胀， 也利于燃油(fuel)和空气混合；活塞头内部 支撑（薄壁强背）；周向凹槽供拆卸活塞 起吊工具使用；
• 低置活塞环，提高活塞顶岸高度。
• 2、活塞裙：由耐磨合金铸铁制造；由于不 受侧推力和属于直流扫气，活塞裙比较短可 以降低发动机的吊缸高度。
安装活塞环时搭口应错开并且相邻环搭口方 向要彼此相反，这样可减少漏气、防止划痕。
密封环间隙
• 密封环的间隙分为搭口间隙（开口间隙）、 天地间隙（平面间隙或端面间隙）及环背 间隙。
• 搭口间隙为工作状态下切口的垂直距离； • 天地间隙为环端面与环槽上或下面的垂直
间隙。 • 活塞环的天地间隙和搭口间隙一般为第一、
裙部来承担
• 3、活塞通过活塞销直接与连杆的小端相连，在运动时 活塞与气缸壁之间产生侧推力
• 4、活塞底部与曲轴箱连通，气缸多采用飞溅润滑，气 缸壁上流下的润滑油直接流入曲轴箱内。
• 优点：结构简单、紧凑、轻便，发动机高 度较小。
• 缺点：由于运动时有侧推力，活塞与气缸 壁之间的磨损较大。
• 适用：目前高速及中速柴油机都采用这种 构造形式。
外切槽扭曲：放在第二、三道，切槽朝下安装。
此两种常在中速机上用。
a:矩形环 b:梯形环 c:倒角环 d:内切槽 扭曲环
e:外切槽 扭曲环
内切槽环切槽朝上，外切槽环切槽朝下
图2-6 气环的断面形状
搭口形状
直搭口：结构简单、加工方便 斜搭口：结构简单、加工方便，气密性较好。
搭口一般为30-45°，45°较多。 重叠搭口：气密性好，但容易折断。
5第二章 柴油机的结构和主要部件
第二章柴油机的结构和主要部件柴油机的主要部件是指燃烧室部件（活塞、气缸、气缸盖）、曲柄连杆机构（十字头、连杆、曲轴和轴承）、机架、机座和贯穿螺栓等部件。
这些部件构成柴油机的主体，它们工作的好坏不但直接影响柴油机的技术性能指标，而且还和安全航行密切相关。
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%。
在柴油机故障中，由于管理人员的技术水平低，保养维修不良，违章操作，粗心大意和玩忽职守等原因造成的故障，占柴油机故障总数的80%以上。
由此可见，轮机管理人员应该深入了解主要部件并提高工作责任心，这是降低柴油机故障发生率的重要一环。
第一节柴油机的结构一、柴油机的基本组成船舶柴油机的结构是由许多机构和系统组成的。
尽管各种柴油机的结构和系统、型号各异，但从工作原理和总体结构上则有很多共同之处。
柴油机主要由以下机构和系统所组成：1．主要固定件柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸和气缸盖等组成。
对于中小型柴油机常将气缸体和机架做成一体称为机体，并由轻便的油底壳代替机座。
这些构成了柴油机的骨架，支撑运动件及其辅助系统。
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，对于大型低速二冲程柴油机还有十字头组件。
活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室，保证柴油机工作过程的进行，同时通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。
3．配气机构及换气系统配气机构由进排气阀、气阀传动机构、凸轮轴及凸轮轴传动机构组成。
进排气系统由空气滤器、进排气管和消音器组成，对于增压柴油机还有增压器及空冷器。
它们的作用是按照工作循环的需要，定时地向气缸内供应充足、清洁的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸。
4．燃油系统燃油系统由燃油供应系统和燃油喷射系统组成。
燃油供应系统是把符合使用要求的燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端。
该系统通常由加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给5个基本环节组成。
第一节 柴油机的结构特点
1. 长行程和超长行程
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过大则换气质量恶化, S/D较 小换气质量较好。 目前大型低速二冲程柴油机由于采用长行程或超长行 程(S/D达到4.65)，以改善燃油经济性，直流扫气已成 为唯一可选择的换气形式。
S/D增加，使柴油机高度、宽度、重量都增加。
S-MC-C活塞
钻 孔 冷 却
防磨环(Anti-polish Ring)
船用大端连杆
三、十字头式柴油机的结构特点
特点：活塞的高度一般较小，活塞杆与气缸中心线重合，活塞与 活塞杆相连，活塞杆下端通过十字头上的十字头销与连杆的小端相 连接。十字头的滑块在导板之间滑动。 活塞上下运动时的导向作用主要由十字头承担，侧推力产生在滑 块与导板之间。 活塞不起导向作用，与气缸套壁之间没有侧推力，它们之间间隙
较大，磨损较小，不易擦伤或卡死。
活塞杆只作垂直方向的直线运动，可以在气缸下部设一隔板，把 气缸和曲轴箱空间隔开-填料函，防止气缸中的燃烧产物污染润滑 油。 缺点：柴油机高度和重量增大，结构复杂。 目前大型低速二冲程柴油机都采用十字头式柴油机形式。
结构特点
①采用低置活塞环组，远离燃气区，使 燃烧产物不易漏入摩擦面，改善工作和润 滑条件，大大减轻磨损。 ②提高活塞顶岸高度，使气缸盖与气缸 套接合面降低，缸套热负荷降低，主要热 负荷由强度较高的钢制气缸盖承受。 ③采用短连杆结构，降低柴油机高度， 减轻柴油机重量。 ④轴承采用薄壁轴瓦结构，采用抗疲劳 能力高的高锡铝轴承合金材料。 ⑤曲轴设计上采用加大主轴颈和曲柄销 颈的方法，并减少轴颈长度，提高刚度。 S50MC-C型柴油机的行程/缸径比达到 了4.0，最高燃烧压力达到15MPa。
柴油机拆装检修时可对气缸单元进行整体拆装，便于维
第二章柴油机的总体结构及主要零部件
Pz
(2)气体力引起的机械应力
气缸盖 水冷面为拉应力 触火面为压应力
弯曲应力与缸盖底板半径的平方成正比， 与底板厚度的平方成反比
活塞 活塞顶板在最高燃烧压力作用下 产生很大的弯矩和弯曲应力 水冷面为拉应力 触火面为压应力
燃烧室部件中由气体压力而产生的机械应力 都和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比
第二节 燃烧室部件
油 环
油环的结构、原理 单刃油环、双刃刮油环
飞溅润滑 做回转运动的曲柄销轴承 把润滑油甩到气缸壁上。
气环的泵油作用
第二节 燃烧室部件
承磨环
作用：专为十字头式活塞与气缸的磨合而设置
第二节 燃烧室部件
活塞杆填料函
作用 防止扫气空气和污油、污物漏入曲轴箱，以免加热和污染曲轴箱滑油，腐蚀曲轴与连杆等部件。 防止曲轴箱中的滑油进到扫气箱中，污染扫气空气
往复回转
活塞 (Piston)
连杆 (Connecting rod)
曲轴 (Crankshaft)
动力和辅助系统
起动系统 (Starting sys.)
燃油系统 (F.O sys)
润滑系统 (L.O sys)
冷却系统 (Cooling sys.)
操纵和控制系统
第一节 柴油机的概述
换气系统
曼/曼恩 B&W
气缸套穴蚀的主要原因：缸套振动
措施：在缸体上安装防腐蚀锌板，或水中加缓蚀剂和防锈油等。
第二节 燃烧室部件
气缸盖的构造
气缸盖的作用、工作条件及要求
气缸盖
气缸盖的类型
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。
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）
17
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
6
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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船舶柴油机
ChongQing JiaoTong University
一、连杆（connecting rod）
1
7
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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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船用柴油机构造及机件讲解
完整。受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求，各安装座孔尺寸、形状都应符 合精度要求。尤其是各个阀座孔与阀锥面应保持良好的密封状态。气缸直径在 400mm 以下 的气缸盖材料多用 HT400 之类的灰铸铁；400mm 以上者多用球墨铸铁，如 QT60—2 等。 不少大型低速柴油机采用铸钢缸盖或者采用铸铁——铸钢组合式缸盖。
二、气缸套的功用、工作条件和要求
（一）气缸套的功用
气缸套是一个圆筒形零件，置于机体的气缸体孔中，上由气缸盖压紧固定。活塞在其
内孔作往复运动，其外有冷却水冷却。
气缸套的功用有：
1．与缸盖、活塞共同构成气缸工作空间。
2．筒形活塞柴油机的气缸套承受活塞侧推力，成为活塞往复运动的导程。
3．将活塞组件及本身的热量传给冷却水，使之工作温度适当。
第二节 气缸盖和气缸套
一、气缸盖的功用、工况及要求 （一）气缸盖功用
气缸盖用螺栓紧固于机体顶部，成为柴油机的顶端部件，故俗称气缸头。其功用如下： l．封闭气缸套顶部，与活塞、缸套共同组成密闭的气缸工作空间。 2．将气缸套压紧于机体正确位置上，使活塞运动正常。 3．安装柴油机各种附件，如喷油器、进、排阀装置、气缸起动阀、示功阀、安全阀 以及气阀摇臂装置等等。 4．布置进、排气道，冷却水道等。在小型高速机的气缸盖中还布置涡流室或预燃室 等。因此气缸盖中孔腔、通道繁多，使其结构形状比较复杂。 （二）气缸盖的工况 工作中，气缸盖的底面就是燃烧室的顶壁，承受高温高压燃气所施加的机械负荷和热 负荷。同时受到紧固联接螺栓的安装预紧力以及冷却水和高温燃气的腐蚀作用。 1．热应力 气缸盖触火底面的工作温度随着柴油机的负荷增大和冷却条件变差而会升高。工作温 度在喷油器孔与气阀座孔之间的鼻梁区最高。缸盖底的触火面与触水面之间以及缸盖中央 与四周之间都存在着很大温差。据测量某柴油机在运行时排气阀座孔处温度达 430℃，最 大温差超过 200℃。又由于各部分厚度不均、形状复杂以及螺栓紧固的束缚，使热胀冷缩 受牵制严重而造成很大的热应力。热应力往往是缸盖裂纹的主要原因。热应力以 σT表示。 2．气体压力 燃气向上对缸盖的总作用力的中心在气缸盖中央。缸盖螺栓从四周压紧缸盖，故使缸 盖中央上拱弯曲。对缸盖底面板壁来讲，上拱变形使触火面受压、而触水面受拉。其作用 效应与热应力一样。气体产生的应力以σc表示。 3．安装应力 缸盖螺栓施于气缸盖的预紧力约为缸盖底面气体最高爆发力的数倍，以确保紧固密封 可靠。在预紧力及支承力作用下缸盖也有中央上拱弯曲的趋势，也使缸盖底壁触火侧受压 应力，而冷却水侧受拉应力。预紧应力与预紧力大小成正比，为静应力，以σj表示。在安 装不正确时将会出现很大数值。 4．腐蚀 冷却气缸盖等的冷却水通常是含有SO4--和CI-等酸根离子的电解质溶液。而缸盖冷却面 由于各种原因存在电位差。在电解质溶液中，电位较低的阳极将被腐蚀。例如：铸铁材料 中，铁比碳化铁的电位低；受拉伸应力和拉伸变形部位的电位也较压应力变形部位的电位 低；冷却水中含氧量少的部位的电位也低；这样这些部位的金属会受电化学腐蚀，在静应 力下，腐蚀使材料失落处呈现麻点，安装防蚀锌块能有效地减轻电化学腐蚀。而在脉动机 械应力下，麻点即成为应力集中处，成为疲劳裂纹源。在脉动应力和电化学腐蚀共同作用 时，使处于晶格滑移带受腐蚀，引起金属材料的抗疲劳强度显著下降，这种现象称为腐蚀 疲劳。高温燃气对气缸盖底面也有较强的化学腐蚀作用。 由上分析可见，气缸盖的工作条件是十分恶劣的。 （三）气缸盖的要求。 气缸盖是一个负荷严重而结构又十分复杂的重要机件。要求其有足够的强度、良好的 耐热性；同时材料还应具有良好的浇铸工艺性。 气缸盖的结构应有足够的刚性。触火面形状应符合图纸要求。有足够圆弧过度且光洁
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
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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
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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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活塞受热与冷却
活塞组受高温燃烧气体的周期性加热，燃料发热 总量的2%~4%被活塞吸收。
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筒型活塞的结构
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十字头式柴油机结构
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十字头式活塞组
特点: 整体尺寸大， 组合式结构， 强制式冷却， 侧推力已由十字关滑块来承受 一般活塞裙较短， 某些弯流扫气柴油机为控制进排气
口用长裙结构。
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承磨环
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MAN B&W公司的S50MC-C柴油机
为大型集装箱船设计制造的。1982年投入市场， 20多年仍在不断发展和改进。
应用了经验、新技术、新材料，已成为最多被选 用的船舶主机。
发展目标是紧凑型。在提高输出功率10%的前提 下改善可靠性、减轻重量10%、缩短长度10%。
行程/缸径比4；Pmax=15MPa；大轴径曲轴增强了 刚度、加大了轴承的承载面积并在相同的轴承负 荷下缩短了曲轴长度；短连杆降低了整机高度， 整机重量下降。
活塞和柴油机更加可靠，更加经济。
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活塞材料
其它
铝合金
铁类
纤维增材料 重力铸造 压铸
铸铁
陶瓷
纤维增强材料 薄壁式
钢 铰链式
高强度
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提高耐磨性 铸铁或钢铝 钢顶
铝合金体
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三、气缸 2-2
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气缸套测量仪器和工具
内径百分表 外径千分尺
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严重时可能经过一次冷热循环便出现裂纹
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金属材料的蠕变
蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下， 发生缓慢的塑性变形。
热危害： 材料机械性能降低、承载能力降低 受热部件膨胀、变形；正常工作间隙改变 滑油变质、结焦、蒸发、烧掉 零件烧蚀、疲劳破坏
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活塞低频热应力的产生
工作时燃气与冷却液的温差产生热应力 上侧为压应力，产生高温蠕变； 下侧为拉应力。
停车后活塞顶变冷产生很大的残 余拉应力而导致裂纹的产生。
该机为整铸机体，全纤维锻造曲轴 独立气缸冷却水套，组合活塞，带 有火焰环的汽缸套，电子调速器， 高效增压器，两级中间空气冷却器。
极佳的经济性、长维修周期和高寿 命使该机广泛用于全球船舶领域中。
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新型智能型柴油机YMD-RT-flex58T-B
RT-flex58T-B智能型柴油机取消凸轮轴系统及其
传动机构。增设了供油单元、共轨平台和
WECS9500控制系统。应用共轨技术，实现下述功
能的电子控制：
·
燃油喷射
·
排气阀启闭
· 柴油机起动
RT-flex58T-B智能型柴油机优越性：
·
节能：特别是在部分负荷时；
·
环保：无烟运行；减少废气排放；
· 平衡：可以精确控制各个气缸燃烧压力，燃烧温
度，及排气温度，平衡热负荷和机械负荷
·
低速运转稳定；
·
灵活选择运行模式。
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第二节 燃烧室部件
燃烧室部件是柴油机中最重要的部件 。 燃烧室的概念： 它包括：
活塞组件 气缸
一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点
柴油机中承受负荷 最大、工作条件最 恶劣的部件。
受燃气高温、高压、 腐蚀作用，
活塞环在环槽中不能自由运动称为活塞环粘着。 活塞环的粘着大多是由于活塞或气缸过热、滑油
过多、滑油不净、燃烧不良等原因造成的。将导 致气缸漏气、活塞环断裂，严重时形成拉缸。
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活塞环外观状态
正常磨损。活塞环外表面光滑无毛刺，较清洁，无硬化 层，上表面的外形呈鼓形。
被硬质颗粒划伤。在活塞环外表面有效均匀的划痕，无 光泽，表面无硬化层。
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主要固定机件
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主要运动机件
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配气机构、进排气系统
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燃油供给系统
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润滑系统
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冷却系统
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起动、操纵和控制系统
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二、船舶柴油机的典型结构
市场的主导产品： 二冲程低速船舶主机是MAN B&W公司的生产的
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活塞必须满足的要求3-2
强度高、刚度大、密封可靠、散热性好、冷却效 果好、磨擦损失小、耐磨损。对中、高速柴油机 还要求活塞重量轻。
保证强度和刚度足够的前提下，尽可能减轻重量； 尽量减少活塞顶部从燃烧气体吸收热量，又能及
时地将热量散走，防止活塞过热；
既要保证燃烧室良好的气密性，又尽可能减少活 塞组的摩擦损失；
专为活塞与气缸磨合而设置的，防拉缸。 超短裙活塞可不装， 短裙活塞装1~2道， 长裙活塞装2~4道， 不正常磨损或
擦伤要更换。
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十字头活塞杆填料函
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十字头活塞杆填料函
作用是防止扫气和气缸中的污物漏入曲轴箱，造 成污染。
同时也造成防止曲轴箱中的滑油被活塞杆带入扫 气箱。
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低频热应力的产生
工作时燃气与冷却液的温差产生热应力 上侧为压应力，产生高温蠕变； 下侧为拉应力。
停车后活塞顶变冷产生很大的残余拉 应力而导致活塞裂纹裂纹的产生。
这种应力发生于从停车到起动、运转， 再到停车的过程中，每变化一次周期 较长，频率低。
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活塞顶的烧损
摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及比较少 的润滑油消耗量。
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活塞本体的常用材料
如果活塞的材料本身的性能不能承受热和热冲击 而使活塞疲劳、磨损和破坏，会影响到柴油机的 密封性、效率和机器的安全。
因此，活塞材料的发展与应用与柴油机的效率与 安全有莫大的关系。
组成活塞的材料是决定活塞性能的关键因素。 活塞新材料的发现和表面工程的新工艺的发展使
由于缺油的异常磨损。环的外表面平直（不呈鼓形）， 棱边锐利且有毛刺，表面有不规则的斑点，表面有硬化 层。
状态正在变好的旧过度磨损。弧形的棱边已经出现，沿 棱边已经出现了平滑且较较的带状区，但中心环带尚有 磨痕和硬化层。若继续加强润滑，运转一个阶段就会变 为正常磨损状态。
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活塞裂纹
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四、气缸盖2-3
气缸盖的作用 气缸盖工作条件 对气缸盖的要求 气缸盖与气缸套的结合
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燃烧室部件的常见损伤
活塞环的损坏 异常磨损、粘着、折断、弹力丧失
活塞环异常磨损和设计、材质、热处理等因素状 况有很大关系。若柴油机磨合不良、冷却不佳、 摩擦表面有硬质颗粒等，都会使活塞环产生异常 磨损。
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Wärtsilä公司L32型大功率中速柴油机
32系列柴油机是以燃烧技术上的最 新成就研发的四冲程中速船用柴油 机。有6L、7L、8L、9L、12V、14V、 16V、18V共8个机型，额定单缸功率 为500kw，其中额定转速为750r/min 和720//r/min，主要用于船舶推进 主机和辅机，可在无限航区运用， 并满足IMO和NOx排放的要求。
活塞，特别是活塞头部，在工作时要承受热应力 和机械应力的共同作用，产生裂纹是常见的故障。
在两种应力中以热应力的值要比机械应力大得多， 因此降低热应力是提高工作可靠性的重要手段。
高频热应力：由于在每一次工作循环中壁面温度 产生波动引起高频热应力。
高频热应力影响活塞顶部很薄的一层表皮，它有 时会产生皱折，加速壁面损坏。对导致裂纹的作 用不大。