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；
第二节 燃烧室部件
2.大型低速柴油机气缸盖的构造（ MAN B&W S- MCC型柴油机气缸盖为例） 1）高度较大以提高刚度、强度；2）薄壁强背、钻孔 冷却；3）倒锥形燃烧室利于换气和燃烧；4）缸盖螺 栓由液压拉伸器固紧，工作时受拉应力；5）缸盖、缸 套接合面下移以避开火焰直接冲击，保护接合面。 3.中速柴油机气缸盖的构造（ Wartsila32） 1）缸盖上有两个进气阀、两个排气阀 (表面镀 司太立 合金，阀杆镀铬 ,镍钼合金)；2）进排气道左右分布以 减少高温排气对低温进 气的加热；3）多管道集合元 件完成新气进入、废气排出、 冷却水排出多项功能 。
•密封原理： 本身弹性和气体压力 –高速柴油机装3道～5道， –低速柴油机装4道～6道
第二节 燃烧室部件
断面形式： a为矩形环 b为梯形环 c为倒角环 d 扭曲环 搭口形式 直搭口 口 斜搭口 重叠搭
第二节 燃烧室部件
活塞环材料要求及制造工艺
材料要求： 弹性较好，摩擦系数小，耐磨、耐高温；有良好的 初期磨合性、贮油性和耐酸腐蚀。 一般采用合金铸铁(加硼、高硅)、可锻铸铁、球墨 铸铁 制造工艺： 表面镀铬； 内表面刻纹以提高弹性； 松孔镀铬； 外表面开设蓄油沟槽。 环外表面镀铜以利磨合； 喷镀钼以防止粘着磨损等。
第二节 燃烧室部件
图2-14 Wartsila32型柴油 机气缸套 1-防磨环；2-配水环；3镀铬陶瓷活塞环；4-裙部 压力润滑；5-低摩擦设计 的球墨铸铁裙部
第二节 燃烧室部件
气缸套的磨损 气缸套的磨损类型 熔着磨损
磨料磨损
腐蚀磨损
1）熔着磨损：润滑不良，局部高温等使摩擦 表面金属直接接触，产生熔着磨损 2）磨料磨损：硬质颗粒进入两摩擦面之间形 成磨料，产生磨料磨损 3）腐蚀磨损：燃料中的硫成分在燃烧时被氧 化，与水蒸汽结合在露点温度下生成亚硫酸和 硫酸，腐蚀气缸套，形成腐蚀磨损
R1
第二节 燃烧室部件
(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
u
R2

2
pz
Pz
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
活塞环的工作条件和要求
活塞环的工作条件： 要求: 受到高温高压燃气的作 良好的密封性能， 用 耐磨，特别是抗熔着磨 十分复杂的运动 损的性能要高； 严重的摩擦和磨损 要有适当的弹性， 润滑条件较差 足够的强度和热稳定性。 可能产生裂纹或折断
第二节 燃烧室部件
气环
作用： 密封、传热
船舶柴油机
第二章 柴油机的总体结构及主要零部件
柴油机的主 要零部件及 系统
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第一节 柴油机的概述
固定部件 (Fixed parts) 气缸盖 气缸 机体 机座、曲轴箱 运动部件 (Moving parts) 活塞组件 连杆组件 曲轴
注：大型低速柴油机还有十字头组件
第一节 柴油机的概述
燃烧室组件 气缸盖 (Cylinder cover) 气缸 (Cylinder) 活塞 (Piston) 活塞 (Piston) 连杆 (Connecting rod) 曲轴 (Crankshaft) 起动系统 (Starting sys.) 换气系统 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
第二节 燃烧室部件
(1)安装预紧力引起的负荷 螺栓的预紧力 pｄ=(１.２５～２)πＲ２１ｐｚ 气缸盖上表面安装应力为拉应力 下表面为压应力 大小与螺栓预紧力成正比 与气缸盖的高度成反比 气缸套 安装应力主要存在于其上部的凸肩部位 应力的大小与螺栓预紧力ｐｄ成正比， 与其凸肩的高度成反比 气缸盖底面和冷却面的温差可达300～400℃，在底面和冷却面 分别产生压、拉热应力，在柴油机停车或负荷突降时会使气缸 盖底面压应力进一步降低、消失，甚至产生残余拉应力。
第二节 燃烧室部件
筒形活塞式柴油机活塞 Wärtsilä32
-由活塞头、活塞裙、活塞环 和活塞销组成 （小机器头、裙一体制造） -头部用铸钢，裙部用球墨铸铁 -头部有冷却腔 -有两道压缩环和一道刮油环 -裙部造得坚韧以承受侧推力 -销孔两端切槽以适应变形
活塞环
第二节 燃烧室部件
压缩环(气环)、 刮油环
第二节 燃烧室部件
磨损规律：四冲程机通常左右方向磨损大，主要由于侧推力存 在使活塞环与缸壁相对运动所致，同一横 截面呈椭圆形，纵剖 面呈锥形；二冲程机磨损不均主要由于活塞组件不对中
气缸套的穴蚀 –在气缸套外表面冷却壁上出现光亮无沉淀物的蜂窝状小 孔群损伤现象称为穴蚀 穴蚀的类型：空泡腐蚀（闭式循环淡水冷却柴油 机）和电化 学腐蚀（开式海水冷却柴油机） 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。 气缸套穴蚀的主要原因：缸套振动
气缸的构造
第二节 燃烧室部件
二冲程十字头式柴油机（MAN B&W S-MC和S-MC-C型柴油机的气 缸）
1）由单体式气缸体和气缸套组成；2）冷却水进口在冷却水腔低 处，由下而上流动；3）缸套只有上部固定，下部可自由膨胀；4） 缸套凸肩又高又厚以形成薄壁强背和降低气 缸体高度（减轻重 量）；5）气缸注油孔位于缸套中上部，布油槽向下倾斜；6）缸 套上部凸肩区是气缸套中工作条件最恶劣部 位，为保证其工作 可靠结构上采用：高凸肩区钻孔冷却、燃烧室上移或下移；7） 气缸套下部不用冷却（气缸套与冷却水套间形 成冷却水腔）， 气缸套中、下部有较高的温度 以保证气缸套最佳工作状况（消 除腐蚀磨损）；8）冷却水检漏孔位于两道橡胶密封圈之间；9） SMC — C型机在缸套与气缸盖的密封面处设置一 道活塞清洁环 （直径比气缸套的内径略小）以 除去活塞头部的积炭（减少缸 套的磨损）。
第二节 燃烧室部件
气缸盖的类型
（1）单体式：与缸套接合面处密封性好， 拆装、检修方便，但增加了柴油机的长度 和重量。用于大功率中 速、低速及强化程 度较高的高速柴油机上 （2）整体式：结构紧凑，刚度提高重量减 轻，但易变形，密封性差，一般用于Ｄ <150ｍｍ的中小型高速机 （3）分组式：特点介于上述两者之间，一 般用在缸径较大的中小型高速柴油机上
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往复回转
动力和辅 助系统
几种常见 的柴油机
第一节 柴油机的概述
曼/曼恩 B&W 苏尔寿 瓦锡兰 三菱重工 卡特彼勒
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YANMAR
活塞组件
第二节 燃烧室部件
1活塞的作用和工作条件
作用：在保证密封的情况下，完成压缩和膨胀过程 组成运动机构，将力经连杆传递给曲轴； 筒型机中承受侧推力，起滑块作用 在二冲程机中，启闭气口,起滑块作用。
燃烧室部 件承受的 负荷
第二节 燃烧室部件
燃烧室：
当活塞处在上止点时，由气缸 盖底面、气缸套内表面及活塞 顶共同组成的燃料与空气混合 和燃烧的空间
1、机械负荷
2、热负荷 3、结构特点
第二节 燃烧室部件
1、机械负荷
机械负荷指柴油机部件承受最高燃烧压 力、惯性力、振动冲击等的强烈程度。 (1)安装预紧力引起的负荷 (2)气体力引起的机械应力
气缸
第二节 燃烧室部件
1、作用、工作条件
2、气缸的构造
3、气缸套的磨损
第二节 燃烧室部件
气缸是柴油机的主要固定部件之一，是燃烧室部件中的主体。柴 油机的工作循环是在气缸的工作空间里进行的，活塞在气缸内部 往复运动。 气缸的作用及工作条件：
主要作用：组成燃烧室；起导承作用并承受侧推力（筒形 机〕；在其上开气口布置气道（十字头机〕。 工作条件：上部受气缸盖安装预紧力，内壁受燃气高 温、高压和低温腐蚀作用以及活塞的摩擦、敲 击、 侧推力；外部冷却水的腐蚀和穴蚀（四冲程机）；贯 穿螺栓结构中受压，非贯穿螺栓结构中受拉。
油 环
第二节 燃烧室部件
•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 油环的结构、原理 单刃油环、双刃刮油环