摘要：發動機機體零件包括汽缸體、汽缸套、汽缸蓋、汽缸墊和機油盆等零件，是康明斯柴油發電機的主要固定件，曲軸連桿機構及其他機構和系統都固定在它們上面。發動機缸體是柴油發電機最重要的零件，其作用是提供各發動機及其部件的安裝、支撐和保證活塞、連桿、曲軸等運動部件工作時的準確位置以及保證發動機的換氣、冷卻和潤滑。因此，機體應具有足夠的強度和剛度，且耐磨損和耐腐蝕，并應對氣缸進行適當的冷卻，以免機體損壞和變形。機體也是最重的零件，應該力求結構緊湊、質量輕，以減小整機的尺寸和質量。

一、氣缸體的基本組成

1．汽缸體

      汽缸體是汽缸的主體。通常用鋁合金或鑄鐵制成。多缸風冷式柴油機汽缸體一般都單個鑄造，上面鑄有許多散熱片。水冷式柴油機缸體為整體鑄造。如圖1所示為直列氣缸體，如圖所示為W12氣缸體。汽缸體上部有汽缸蓋和汽缸墊，下部是曲軸箱，內有安裝曲軸的軸承座及蓋，曲軸箱的最下邊固定有機油盆。機體前端是正時齒輪室，后端是飛輪殼，左側是氣門室。缸體的內部是汽缸，汽缸的側面有氣門座，汽缸的周圍還有水套。

      多缸柴油機的汽缸排列形式有單列直立式、V形式、單列臥式和水平對置式幾種。六缸以下水冷式柴油機多采用直列式，如圖3所示。由于直立式不利于風冷散熱，所以兩缸以上風冷式柴油機，多采用水平對置式和V形式排列，如圖4所示。

       發動機缸體是固定所有其他發動機零件的主要支撐結構。缸體是大型的鑄鐵或鑄鋁件。有兩個主要部分：缸體部分和曲軸箱部分。

      以8缸發動機的缸體為例。缸體部分的作用是使活塞在工作過程中上下運動，其表面經過機加工，減小了活塞的磨損和摩擦。

      曲軸箱部分用來承載曲軸、油泵、油底殼和機油。冷卻液通道鑲嵌在缸體內。這些通道也稱作水套，環繞在汽缸周圍。冷卻液通道使冷卻液在汽缸部位循環，從而保持發動機的冷卻。一些缸體上還有一些用于冷卻凸輪軸的鉆孔。缸體內還鉆出了許多油孔，以保證發動機零件得到充分的潤滑。缸體上還鉆了一些其他的孔，以固定其他的零件。

2．汽缸

      汽缸是一圓柱形中空圓筒。它的功用是容納進入發動機內部的可燃混合氣，引導活塞作往復直線運動。在二沖程汽油機中，汽缸上還有進氣孔、換氣孔和排氣孔。汽缸的工作是很繁重的，工作條件如下：

（1）它直接與燃燒氣體接觸，在高溫高壓情況下工作：同時受到高溫氣體的化學腐蝕作用。

（2）在工作過程中它不斷與活塞摩擦，且潤滑條件不好，機械磨損較大。

（3）汽缸需要及時地將熱量散發出去，所以汽缸的內外層、上下端形成很大的溫度差，產生熱應力，水冷式尤為突出。

      因此，汽缸的材料必須具有足夠的強度、耐腐蝕性和耐磨性。普通的汽缸多采用鑄鐵鑄造，高速柴油機的汽缸，常采用合金鑄鐵鑄造。為了提高汽缸的耐磨性，一般在汽缸表面進行多孔性鍍鉻。鉻除了耐磨抗腐蝕外，還可以在表面形成許多細孔，這些細孔可以儲存一些潤滑油，形成一層油膜，改善潤滑，減少機體磨損。為了提高汽缸的密封性，汽缸壁表面的加工，必須具有很高的精度和光潔度。

3．缸套

      有些發動機使用缸套。缸套不是在缸體內直接鑄造出來的，而是嵌入一個機加工過的襯套。缸體在經過機加工后，再鑲入襯套。采用缸套的目的是：汽缸如果損壞，可以很容易地拆卸和更新。沒有缸套的缸體必須鏜缸才能修復損壞部位。鏜缸以后，就必須使用加大尺寸的活塞進行匹配。

（1）缸套的分類

      汽缸的形狀隨柴油機的種類和工作條件不同。有的是和汽缸鑄在一起加工而成，有的是先制成襯套（缸套），然后再壓入缸體內。汽缸套壓入缸體后和冷卻水直接接觸的叫濕式汽缸套如圖5（a）所示。汽缸套不和冷卻水直接接觸的叫干式汽缸套如圖5（b）所示。前者冷卻效果好，但缸套和缸體密封不好時，會向曲軸箱漏水。采用缸套的汽缸，其缸套可用優質材料制造，而缸體使用一般材料即可，這樣可以提高發動機汽缸的質量，降低成本。同時缸套拆裝方便，便于修理。

（2）缸套的鑲入

      濕式汽缸套和干式氣缸套其都是通過校壓入缸體的孔中的。由于汽缸套自上而下都支撐在鑄鐵缸體上，所以可以加工得很薄。

      濕式汽缸套也是被壓入缸體的。冷卻液接觸到汽缸套的中部，這就是將其稱作濕式汽缸套的原因，如圖6所示。由于它只在上部和下部有支撐，所以必須比干式汽缸套加工得厚一點。濕式汽缸套的頂部和底部必須采用密封件，以防止水從冷卻系統中滲出。濕式汽缸套用在一些大型柴油機上。

4．汽缸蓋

      汽缸蓋又稱缸頭，裝在缸體的上部，用螺栓緊固在汽缸體上。它的功用是與汽缸、活塞頂共同形成燃燒室。風冷式柴油機缸蓋上鑄有散熱片，水冷式柴油機缸蓋上有水套，并與缸體內水套孔相通。汽油機在缸蓋上有火花塞孔。柴油機缸蓋上有噴油器孔。四沖程柴油機頂置式氣門機構的缸蓋上，還鑄有進排氣門座、進排氣門桿導孔和進排氣道。

      汽缸蓋的工作任務也很繁重，底部與燃氣接觸，承受高溫高壓，由于缸蓋內外溫差較大，形狀又復雜，易產生不均勻的熱應力。同時還要承受緊固螺栓產生的機械應力。因此，要求汽缸蓋有足夠的強度和剛度，與汽缸的接觸面要平滑。

      汽缸蓋的材料有用鑄鐵的，也有用鋁合金的，柴油機一般用鑄鐵缸蓋。汽油機有的用鋁合金缸蓋。鑄鐵汽缸蓋的機械強度較高，鑄造性和耐熱性較好。鋁合金缸蓋導熱性較好，有利于提高壓縮比，但其剛度較差，容易變形。單鑄的汽缸蓋安裝、修理比較方便，如風冷式則易于散熱。水冷式則增加了出水支路，但在制造和安裝上比前者復雜些。

 拆裝汽缸蓋時，必須注意對稱的由中間向四周依次按規定的扭矩，逐步松開或擰緊螺栓，以防損壞汽缸蓋和漏氣、漏水。

5．汽缸墊

       可燃混合氣在燃燒室膨脹時，將產生很高的燃氣壓力，水冷式的缸蓋與缸體間又有水套連通，為防漏氣、漏水，在汽缸蓋和缸體之間必須安裝汽缸墊。汽缸墊要具有足夠的強度、耐熱、耐腐蝕，密封性要好，便于拆裝，使用時間長。

      目前，常用的汽缸墊是銅皮夾包石棉制成，如圖7所示。在汽缸墊中各孔的周圍，都有鋃邊，厚度較大，以增加密封的可靠性。也有紫銅或鋁合金制成的墊片；這種墊片強度小，壓緊時有塑性變形，可以提高密封效果，但不能多次使用。有些機溫較高的風冷式柴油發電機也采用這種墊片，因為該墊片導熱性好，可以使汽缸蓋與缸體間的溫差小一些，有利于缸蓋的散熱。近年來，有些發動機開始采用特種密封膠，徹底改變了傳統的汽缸墊結構。

6．機油盆

      機油盆也稱下曲軸箱，又稱油底殼，安裝位置如圖8所示。其主要功能是收集和儲存潤滑油供潤滑系統使用。同時用于密封缸體下部，并與其組成曲軸箱。

      柴油機的機油盆多用鑄鐵制成，機油盆內盛有機油，旁設油標尺，以測定油面的高低。油標尺上有兩道刻線，上面一道表示油面的最高位置，油面過高會增加機油消耗，下面一道表示油面的最低位置，如低于此刻線即應添加機油。機油盆的最低處設有放油螺塞，用于放出變質機油和臟物。有的放油螺塞帶有磁性，可以吸附機油中的鐵質和磨粒。

      機油盆通過螺栓固定在汽缸體上，為防止盆中的機油漏出，接合面裝有紙質或軟木墊片。

二、氣缸體加工部位

1．缸體的加工

      發動機號一般會在發動機缸體外表面上，缸體有一個小平面，一般是一個長方形的形狀，這就是發動機號所在位置，如圖9所示。在加工時，一定要注意不能銷毀或磨平上面的數字，防止影響后期驗證產品真偽的方法。

      制造缸體的第一步是設計模型，然后在模型周圍用砂子制作砂芯。拆除模型后，模型的孔內就留下了砂芯。這些砂芯最終將成為冷卻液道和汽缸。將熔化的金屬倒入砂子做成的孔中。待金屬冷卻后，除去砂子，將砂芯敲碎后取出。這種結構稱作鑄造缸體。采用的金屬通常是添加了幾種特殊金屬的灰鑄鐵。所添加的金屬增加了缸體的強度和耐磨特性。其余的金屬還有助于降低因燃燒產生的熱所引起的收縮和翹曲。

      缸體在鑄造完成后，要經過冷卻和硬化，并對其表面進行機加工，以便其他零件能夠安裝在缸體上。這些表面包括汽缸、缸體上平面（臺面）、凸輪軸座孔、曲軸軸孔，以及油底殼表面。缸體的前后端面和發動機的支座也要進行機加工，以使零件能夠正確固定和密封，如圖10所示。

      某些小型發動機也可壓鑄成型。就是將液態金屬壓入一個金屬模內，而不是倒到砂芯中。這種鑄件表面更加光滑，成形也更加精確。這種缸體的機加工量也較少。

2．型芯孔塞

      所有鑄鐵缸體都有型芯孔塞（鋁制缸體沒有型芯孔塞），這些孔塞也稱作冰凍保護塞或膨脹塞。在缸體的加工過程中采用了砂型芯。當熾熱的金屬被倒入砂模時，這些砂型芯部分被破壞和熔解。但是，缸體上必須留一些孔，以便能夠將內部孔道內的砂子取出來。這些孔就稱作型芯孔。型芯孔經過機加工后，再將型芯孔塞塞進去。

      型芯孔塞由軟金屬制成。在某些情況下，型芯孔塞也可防止缸體產生裂紋。例如，如果在冬天冷卻液中沒有足夠的防凍液，那么冷卻液就可能會結冰，液體結冰就會膨脹，從而可能會導致缸體破裂。但是，如果膨脹發生在型芯孔塞附近，那么型芯孔塞就會彈出，因此可以保護缸體不致被脹裂。

3．鋁制缸體與鑄鐵缸體的比較

      缸體可由鑄鐵制成，也可由鋁制成。過去大多數缸體都是由鑄鐵制成的。鑄鐵改善了強度，能夠調節因受熱而產生的變形。但隨著對發動機燃油經濟性要求的不斷提高，發動機制造商都在盡力減輕發動機重量。減輕發動機重量的途徑之一就是減輕缸體的重量。因此，鋁得到了應用。鋁是一種很輕的金屬。在將鋁金屬倒入鑄模之前，要在鋁金屬中添加一些材料，目的是增加鋁的強度，并且降低其在燃燒受熱時翹曲的可能。鋁制缸體還必須具有缸套或者嵌入缸體內的鋼制的襯套。在將鋁金屬倒入鑄模之前就應將鋼制襯套放在鑄模中。在倒入鋁金屬之后，鋼制的襯套就無法拆下來了。

      鋁金屬中還要加入硅。通過特殊的工藝，硅集中在缸壁上。這種工藝減少了對鋼制襯套的需要。此種設計被稱為浸硅缸壁。采用這種設計的一個問題是需要使用高質量的機油。如果用戶疏忽使用了低品質的機油，這種發動機通常達不到其預期的使用壽命。

4．活塞推力面

      當活塞在汽缸內上下移動時，活塞側面存在較大和較小的兩種推力。從發動機后面觀察活塞時，較小的推力就是作用在活塞右側上的壓力。較小的推力產生在壓縮沖程中，此時發動機順時針轉動。較大推力正好相反，當從后面觀察且發動機順時針轉動時，較大的推力是作用在活塞左側的壓力。當活塞處于做功沖程時，產生較大的推力。當曲軸轉過TDC時，活塞在較大和較小兩種推力之間轉換，此時產生活塞撞擊，這就意味著活塞撞擊到缸壁上。當活塞和缸壁之間的間隙過大時就會產生過量的撞擊，這就會導致活塞和缸壁上產生噪聲及磨損。通常通過更換活塞環或者鏜缸后安裝加大尺寸的活塞和活塞環來消除過量的活塞撞擊。

5．汽缸磨損

      活塞和活塞環的運動使汽缸磨損均勻，逐漸變成了錐狀。圖11（a）說明了典型的汽缸是如何磨損的。只有在活塞環接觸缸壁的地方才產生錐狀。最大程度的磨損發生在汽缸頂部，最小程度的磨損發生在汽缸底部。這種磨損在汽缸孔的上部形成了隆起。大修過程中，一定要去掉隆起后再拆下活塞，如果隆起沒有去掉，活塞一經拆卸就會損壞。新的活塞環在安裝以后，敲打隆起的底部也可能被損壞。發電機組維修手冊中所列出的制造商規范僅允許缸壁有一定量的錐度。過大的錐度會影響活塞環的端隙，如圖11（b）所示。端隙過大，如缸壁頂部所示，會產生極大的活塞環端隙，這樣就會產生過量竄氣。

6．汽缸磨合

      當將新的活塞環放在活塞上時，活塞環以及缸壁沒有完全密合，其差別如圖12所示?；钊h接觸汽缸的部位僅在活塞環上細微的突出部分。這就使得活塞環上細微部分和缸壁之間的密封不良。由此，活塞環和缸壁表面都被設計成略有凸凹，然后由于活塞環和缸壁開始磨損，表面上的突出部分就會先行磨損，接著這兩個物體就會趨于密合。這個過程被稱作發動機內的磨合。