柴油发动机结构及其工作原理

（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。 （4）采用钻孔冷却，构成薄壁强背结构。活塞加速和减 速作用产生“鸡尾振荡”效应，提高传热效果。 （5）头部有五道活塞环槽，用于密封。 （6）裙部设有青铜承磨环，用于改善磨合性能； （7）头部直径小于裙部直径。 （8）裙部不受侧推力，故做得较薄。
3．要求： （1）足够的强度和刚度。 （2）底部各种阀孔之间的金属堆积处和高温部位， 要冷却良好，使各部位的温度均匀。 （3）各种阀件的拆装、维护方便。 （4）冷却水腔的Biblioteka Baidu垢易于清除。
4．类型： （1）按材料分：①铸铁 ②铸钢 ③锻钢 增压度较 高的低速机多采用锻钢制成。 （2）按气缸盖与气缸之间的数量关系可分为：
四、活塞组件
1．活塞的功用： （1）组成燃烧室； （2）将气体力传给曲柄连杆机构实现能量转换。 （3）筒状活塞承受侧推力，起往复运动的导向作用； （4）十字头式活塞控制扫、排气口的启闭。 2．活塞的工作条件： （1）承受周期性变化的气体力作用； （2）承受热负荷作用； （3）承受燃气的腐蚀和冷却水的腐蚀作用； （4）承受机械磨擦作用； （5）承受往复惯性力的作用。
3．要求： 强度 刚度 耐热性能 耐磨性能 工作中良好的润滑与冷却 一定的粗糙度,圆度和圆柱度精度 可靠的气封和水封
4．材料：采用耐热、耐磨的合金铸铁，内表面 镀铬以提高耐磨性，外表面涂防锈漆或装锌 5． 类型：
a)湿式气缸套；b)干式气缸套；c)带冷却水套式气缸套
干式特点：（适用于大批量生产的小型柴油机） • 优点：缸套可以很薄，节省材料 • 缺点：缸套外表面与缸体内孔加工精度度高 湿式特点： （应用最广泛） • 优点： ①散热性好②缸套厚度大，刚性好③制造和 更换方便缺点：易产生穴蚀和腐蚀。冷却水套式特 点： • 避免缸体受冷却水的腐蚀 • 冷却水腔布置合理，中下部温度较高减少腐蚀磨损 • 降低气缸体高度，简化结构减轻重量，对超长行程 尤其有利
分类
构成 组合式
名称 活塞头 活塞裙 活塞头 活塞裙
常用材料 耐热合金钢 耐磨（合金）铸 铁 铸钢 球墨铸铁 铝合金
大型低速柴 油机活塞
中型强载柴 油机 强化度小及 小型柴油机
组合式
一体
活塞本体
6．活塞的冷却：
(1)筒状活塞冷却方式（都采用油冷式）：飞溅冷却— —依靠曲柄销轴承甩上来的滑油对活塞和气缸套进行 润滑和冷却；循环冷却——采用强制方式，使冷却液 在冷却腔内不断循环带走热量；振荡冷却——采用强 制方式，使冷却液在冷却腔内不断循环并产生振荡带 走热量； （2）十字头活塞冷却机构：铰链式冷却机构——仅 适用于油冷活塞，其缺点是密封困难，采用油冷后， 不怕漏泄，但冷却效果不如水冷。套管式冷却机构— —适用于水、油冷，对密封性要求高，水的热容量大， 冷却效果好。
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。 （5）中隔板把冷却水腔分成上、下两个部分，可提高冷却 水流速。 （6）缸盖前后壁开有较大尺寸的孔，用于清洁冷却水腔中 的水垢。
3）裂纹判断 （1）管理中判断： ①开车前冲车时，观察示功阀有无水汽、水珠喷出。 如有，表明气缸盖可能产生了裂纹。 ②运转中，观察冷却水压力是否波动，冷却水出口温 度是否升高，膨胀水箱水位是否正常；滑油中是否有 水，油位是否升高。 ③吊缸时，活塞顶部有积水或锈痕，表明气缸盖有裂 穿现象。 （2）目侧法： （3）粉剂显痕法：煤油、白粉、15min （4）水压试验法：0.7MPa （5）磁力探伤：
柴油发动机的结构和主要零部件
教学目标 1、具有拆装工具选用及使用的能力； 2、具有对动力装置拆装的技术与安全操作的能力； 3、具有正确拆吊和装配四、二冲程柴油机主要零部 件的能力； 4、具有正确测量气缸套内径磨损、活塞销磨损、活 塞环天地间隙、搭口间隙、曲柄臂距差的能力； 5、具有正确测量、调整轴承间隙的能力； 6、具有柴油机主要零部件结构的知识和对工作条件 分析、管理的能力；
6．常见故障
气缸盖最常见的故障是在缸盖底面上产生裂纹、冷却水侧的腐 蚀及阀座的磨损。 1）裂纹部位 四冲程机常在进、排气阀孔和喷油器孔及座面上产生裂纹。 二冲程机常在孔与孔之间和孔的圆角处，即有应力集中的地方。 2）裂纹原因 缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期作用引起的 热疲劳 ①操作不当：起动、加速太快或超负荷运行；冷却、润滑液不 足或中断；突加冷却水等。 ②维护保养不当：每按规定上紧螺栓或各螺栓受力不均。
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； ④缸套上部为燃烧室，燃烧产物所生成的磨料形成颗 粒及燃烧产物形成腐蚀磨损。
一、气缸盖（图）
1．作用： （1）组成燃烧室 （2）安装喷油器、进、排气阀、启动阀、示功阀、安全阀等 附件。 （3）构成冷却水通道和进、排气通道 2．工作条件 （1）承受螺栓的预紧力作用。 （2）承受气体力作用：触火面压应力，冷却面拉应力。 （3）承受热负荷的作用：触火面压热应力，冷却面拉热应力。 （4）承受腐蚀疲劳作用：缸盖承受冷却水的腐蚀和机械循环 应力作用，产生腐蚀疲劳。
2）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，保证偶足够强度。 （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 部的热膨胀量趋于一致。
（1）缸套凸肩做得又高又厚，采用钻孔冷却，可降 低缸套上部的机械应力和热应力。 （2）缸套上部固定，下部呈自由状态，受热后可向 下膨胀。 （3）设有O型密封圈3、3a，防水漏入LR空间，可从 KB1孔检查 （4）O型密封圈6可防水漏入扫气箱，并防扫气箱空 气进入冷却水腔。可从KB孔检查 （5）上部注油点设有布油槽，均匀分布。 （6）缸套下部扫气口均匀分布。
用量缸表或内径百分表。测量部位： ①活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸套位置； ②活塞位于行程中点时第一道活塞环所对应的缸套位 置； ③活塞位于行程中点时最后一道刮油环所对应的缸套 位置； ④活塞位于下止点时最后一道刮油环所对应的缸套位 置； 大型二冲程低速机，有气口且行程较长，可在气口上、 下方增加两个测量点。
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 单元二 曲柄连杆机构 单元三 柴油机的主要固定部件 缸盖 燃烧室部件 缸套 活塞组件 主要零部件 连杆 曲柄连杆机构 曲轴 主轴承 主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓
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。 （2）气缸盖底面为倒锥形，利于换气和燃烧。 （3）两只喷油器对称布置，有利于油雾形状和燃烧 室形状的配合，确保油、气良好混合。 （4）缸盖底最下部的内圆柱形壁面，使缸盖和缸套 的接合面下移，以便接合处不受火焰的直接冲击，对 接合面起到保护作用。 （5）冷却水由接合面的外部进入气缸盖，消除了冷 却水通过接合面漏入气缸内部的可能。 （6）缸盖螺栓在圆周上均匀分布，保证缸盖、缸套 受力均布。
2整体式气缸盖
1单体式气缸盖
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．要求：
活塞强度高刚度大，尽可能减轻重量 气密可靠 冷却效果好 摩擦损失小 耐磨损，较少的润滑油消耗量 良好的润滑、较小的磨损
4．活塞的构造： 长裙活塞：用于弯流扫气，裙部做得较长，防止新鲜 空气流失； 短裙活塞：用于直流扫气，裙部做得较短。 1）十字头式活塞
图 MAN-B&W L-MC型 1- 活塞杆； 2- 冷 却油管；3-活 塞裙；4-活塞 环；5-活塞头
（4）缸套的测量
3）拉缸
4）穴蚀：在缸套外表面产生的蜂窝状的小孔群损伤。 一般发生在筒状活塞柴油机 （1）原因：穴蚀主要是由于振动引起的。 （2）防止穴蚀的措施： 首先，降低缸套振动； 其次，提高缸套抗穴蚀能力； 最后，在管理中控制冷却水温度不能过高，保证足 够的水压，防止冷却水中含有大量空气，保持冷却 水腔清洁，控制柴油机的负荷与转速等。
三、气缸套（图）
1．作用： （1）组成燃烧室 （ 2 ）四冲程机是活塞运动的导承，承受侧 推力 （ 3 ）二冲程机与活塞运动配合控制换气过 程 （4）与缸体构成冷却水空间
2．工作条件 （1）承受周期性变化的气体力作用： 径向：触火面压应力最大，冷却面为零。 切向：触火面拉应力最大，冷却面拉应力最小。 （ 2 ）承受热负荷的作用：触火面压热应力，冷却面 拉热应力。 （3）承受摩擦作用 （ 4 ）内表面承受燃气的化学腐蚀，外表面承受冷却 水的腐蚀作用。 （5）筒状活塞承受冷却水的穴蚀作用。
6．构造： 以二冲程 十字头式 Sulzer RTA型柴 油机为例：
图 Su1zer RTA型柴 油机气缸 1，3，6-O型密封圈 ；2-气缸套；4-导水 环；5-闷头或传感器 ；7-气缸体；8-布油 槽；9-冷却水导套； D，D1-放泄孔；L进水孔；KB，KB1检漏孔；KW-冷却水 腔；LR-空腔；TB冷却水孔；S-扫气口 ；ZS-注油孔；A-填 料函座孔；B-扫气通 道；C-人孔
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 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：
（8）活塞销附近的裙部制成椭圆形，以消除热膨胀 后出现的失圆。长轴在垂直于活塞销轴线方向上，短 轴位于活塞销轴线方向上。 原因：①筒形活塞在侧推力作用下将使活塞裙沿销 轴方向变长，②气体力作用在活塞上，会使活塞产生 弯曲变形使裙部直径沿销轴方向变长，③裙部在销座 方向的金属堆积较多，受热后将销轴方向产生较大的 热膨胀变形，使裙部沿销座中心线方向增大。
动画演示
5．材料： 大型：活塞头用耐热铸钢、耐磨合金钢，裙部用铸铁 或合金铸铁。 中、高速机：铸铁、铝合金、铸钢。 合金铸铁：具有高的机械强度、较小的热膨胀系数和 良好的耐磨耐腐蚀性能，但重量大，散热性较差。 铝合金：重量轻，但热强度差，热膨胀系数大。 球墨铸铁和耐热合金钢：机械强度高，其它与合金铸 铁相近。