新聞主題	柴油機(jī)缸體組件的主要零件組成

 

摘要：缸體組件是柴油機(jī)的骨架，主要由氣缸體、氣缸與氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊和油底殼等固定件組成。柴油機(jī)的所有運(yùn)動(dòng)機(jī)件和輔助系統(tǒng)都安裝在它上面，而且其本身的許多部位又分別是柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給與調(diào)速系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的組成部分。比如氣缸蓋上裝有噴油器、氣門組、搖臂和進(jìn)排氣管等。柴油機(jī)機(jī)體機(jī)架的作用是防止輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)引起傾覆，承擔(dān)整機(jī)重量，承受安裝預(yù)緊力，承受氣體力，承受運(yùn)動(dòng)慣性力。其慣性力與安裝預(yù)緊力集中與貯存滑油并形成密閉空間，安放曲軸，并留有曲柄回轉(zhuǎn)空間。對(duì)基座的基本要求是要有足夠的剛度。

 

一、氣缸體結(jié)構(gòu)

 

      多缸柴油機(jī)的各氣缸通常鑄成一個(gè)整體，稱為氣缸體。氣缸體是柴油機(jī)的主體，是安裝其他零部件和附件的支承骨架。氣缸體應(yīng)保證柴油機(jī)在運(yùn)行中所需的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)要緊湊。同時(shí)應(yīng)盡可能提高其剛性，使柴油機(jī)各部分變形小，并保證主要運(yùn)動(dòng)件安裝位置正確，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。為了使氣缸體在重量最輕的條件下具有最大的剛度和強(qiáng)度，通常在氣缸體受力較大的地方設(shè)有加強(qiáng)筋。圖1為康明斯B系列6缸柴油機(jī)氣缸體及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu)。氣缸體常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式一般有以下四種形式。

1、普通式（平分式）

      平分式特點(diǎn)是上曲軸箱的底平面與曲軸中心線在同一平面上。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是加工和拆裝方便，但剛度差。主要用于車用汽油機(jī)，柴油機(jī)用得不多。如圖2（a）所示。

2、龍門式

      龍門式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是曲軸箱接合面低于曲軸中心水平面，整個(gè)主軸承位于上曲軸箱內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度較好，缺點(diǎn)是加工不方便。中小功率柴油機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。如圖2（b）所示。

3、隧道式

      隧道式缸體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主軸承孔為整圓式，軸承采用滾動(dòng)軸承。因此，這種機(jī)體結(jié)構(gòu)緊湊，剛度最好。其缺點(diǎn)是機(jī)體顯得笨重，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在小型單、雙缸機(jī)中，為便于曲軸安裝，采用這種結(jié)構(gòu)為宜。對(duì)于多缸機(jī)而言，則須采用盤形滾動(dòng)軸承作主軸承，較少采用這種結(jié)構(gòu)。如圖2（c）所示。

4、底座式

      這種缸體的上曲軸箱內(nèi)無(wú)主軸承，曲軸在下曲軸箱上安裝，并承受主要負(fù)荷，底座式氣缸體適用于大型柴油機(jī)。如圖2（d）所示。

      氣缸體的材料一般采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵。對(duì)于重量有特殊要求的發(fā)動(dòng)機(jī)，有采用鋁合金鑄造機(jī)體的。鋁合金機(jī)體的強(qiáng)度和剛度較差，而成本較高。

 

圖1  柴油機(jī)氣缸體及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu) 1-氣缸體；2,14,15-定位環(huán)；3-主軸承蓋；4-主軸承蓋螺栓；5-凸輪軸襯套；6～9,11-碗形塞；10-機(jī)冷氣腔；12-塞片；13-定位銷；16-冷卻噴嘴；17,18-錐形塞；19-矩形密封圈；20-水泵蝸殼；21-潤(rùn)滑油泵體

圖2  柴油機(jī)氣缸體的結(jié)構(gòu)形式示意圖

 

二、氣缸套結(jié)構(gòu)

 

      氣缸是用來(lái)引導(dǎo)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形空間。氣缸內(nèi)壁與活塞頂、氣缸蓋底面共同構(gòu)成燃燒室，其表面在工作時(shí)與高溫、高壓燃?xì)饧皽囟容^低的新鮮空氣交替接觸。由于燃?xì)鈮毫蜏囟鹊挠绊?，加之活塞相?duì)于氣缸內(nèi)壁的高速運(yùn)動(dòng)和側(cè)壓力的作用，氣缸表面產(chǎn)生磨損。當(dāng)氣缸壁磨損到一定程度后，活塞環(huán)與氣缸壁之間就會(huì)失去密封性，大量燃?xì)饴┤肭S箱，使柴油機(jī)性能惡化，而且機(jī)油也較易變質(zhì)。因此對(duì)氣缸的材料、加工精度和表面粗糙度都有較高要求。通常柴油機(jī)的大修期限是根據(jù)氣缸壁面的磨損情況來(lái)決定的。為了提高氣缸的強(qiáng)度和耐磨性，便于維修和降低成本，通常采用較好的合金材料將氣缸制成單獨(dú)的氣缸套鑲?cè)霘飧左w中。一般氣缸套采用耐磨合金鑄鐵制造，如高磷鑄鐵、含硼鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體鑄鐵等。為了使氣缸套的耐磨性更好，有的氣缸套還進(jìn)行了表面淬火、多孔鍍鉻、噴鉬或氮化處理等。

      常用的氣缸套可分為干式和濕式兩種，如圖3所示。

1、干式氣缸套

      干式氣缸套［圖3（a）］是壁厚為1～3mm的薄壁圓筒，其特點(diǎn)是缸套的外表面不與冷卻水直接接觸。采用干式缸套的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體剛度較好，不存在冷卻水密封問(wèn)題；缺點(diǎn)是缸套的散熱條件不如濕式缸套好，加工面增加，成本高，拆卸困難。

2、濕式氣缸套

      濕式氣缸套［圖3（b）］是壁厚為5～9mm的圓筒，其外壁直接與冷卻水相接觸。優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便，冷卻可靠，容易加工；缺點(diǎn)是機(jī)體的剛度較差，漏水的可能性比較大。柴油機(jī)大多采用濕式氣缸套。

      濕式氣缸套因外壁直接與冷卻水接觸，所以在缸套的外表面制有兩個(gè)凸出的圓環(huán)帶，以保證氣缸套的徑向定位和密封。如圖4所示，缸套的軸向定位是利用上端的凸臺(tái)，凸臺(tái)下面裝有密封銅墊片。缸套外表面的下凸出圓環(huán)帶上裝有1～3個(gè)耐熱耐油的橡膠密封水圈，有的發(fā)動(dòng)機(jī)則把密封水圈安裝在機(jī)體上。缸套裝入機(jī)體后，其凸緣頂面應(yīng)高于機(jī)體頂面0.06～0.15mm，以使氣缸蓋能壓緊在氣缸套上。有的發(fā)動(dòng)機(jī)在氣缸套下端開有切口，以保證連桿在其最大傾斜位置時(shí)不致與缸套相碰。

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)氣缸套

圖4  濕式氣缸套結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖

 

三、氣缸蓋結(jié)構(gòu)

 

      氣缸蓋裝于氣缸體上部，用缸蓋螺栓按規(guī)定力矩緊固在氣缸體上。其功用是封閉氣缸上平面，并與氣缸和活塞頂構(gòu)成燃燒室。

1、氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式

      氣缸蓋的結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的有三種形式：

① 單缸式，即每一個(gè)氣缸有一個(gè)單獨(dú)氣缸蓋；

② 雙缸式，即每?jī)蓚€(gè)氣缸共用一個(gè)氣缸蓋；

③ 多缸式，即每列氣缸共用一個(gè)氣缸蓋，又稱整體式。

      柴油機(jī)氣缸蓋的熱負(fù)荷十分嚴(yán)重，由于它上面裝有進(jìn)、排氣門，氣門搖臂和噴油器等零部件，而且氣缸蓋內(nèi)布置有進(jìn)、排氣道和機(jī)油道等，基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。特別是風(fēng)冷式柴油機(jī)的氣缸蓋，散熱片的布置比較困難。如果噴油器冷卻效果不好、溫度過(guò)高，則噴油器針閥容易咬死或出現(xiàn)其他故障，由于排氣門受熱嚴(yán)重，如冷卻不良也會(huì)加劇磨損而降低其使用壽命。所以對(duì)于一些重要部件均需保證有足夠的冷卻效果。氣缸蓋常用材料為高強(qiáng)度灰鑄鐵HT20-40、HT25-47。大型或強(qiáng)化柴油機(jī)采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。風(fēng)冷柴油機(jī)或特殊用途柴油機(jī)常用鋁合金鑄鐵氣缸蓋。

2、氣缸墊

      氣缸墊裝于氣缸體和氣缸蓋接合面之間，其功用為補(bǔ)償接合面的不平處，保證氣缸體和氣缸蓋間的密封。它對(duì)防止“三漏”（漏水、漏氣和漏油）關(guān)系甚大，其厚薄程度還會(huì)影響柴油機(jī)的壓縮比和工作性能，因此，在使用和維修柴油機(jī)時(shí)應(yīng)注意保證氣缸墊良好，更換時(shí)應(yīng)按照原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)厚度選用。

      氣缸墊要求耐高溫、耐腐蝕，并具有一定的彈性。同時(shí)還要求拆裝方便，能多次重復(fù)使用。常用的氣缸墊為金屬-石棉缸墊，如圖6所示。這種氣缸墊的外廓尺寸與缸蓋底面相同，在自由狀態(tài)時(shí)，厚約3mm，壓緊后約為1.5～2mm。缸墊的內(nèi)部是石棉纖維（夾有碎銅絲或鋼屑），外面包以銅皮或鋼皮。有的氣缸墊在氣缸孔的周圍用鎳皮鑲邊，以防止燃?xì)鈱⑵錈龘p。在過(guò)水孔和過(guò)油孔的周圍用銅皮鑲邊。這種氣缸墊的彈性好，可重復(fù)使用。

      在強(qiáng)化或增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，常用塑性金屬（如硬鋁板）制成的金屬襯墊作氣缸墊。金屬襯墊強(qiáng)度好，耐燒蝕能力強(qiáng)。

 

圖5  柴油機(jī)氣缸蓋及其相關(guān)組件的結(jié)構(gòu) 1-氣缸蓋定位環(huán)；2-氣缸蓋總成；3-碗形塞；4-燃油濾清器接頭；5,7-內(nèi)六角錐形螺塞；5A-擴(kuò)口式錐螺紋直通管接頭體；6-方槽錐形螺塞；6A-直角管接頭體；8-氣門桿油封

圖6  柴油發(fā)電機(jī)氣缸墊示意圖

四、油底殼結(jié)構(gòu)

 

      油底殼（又稱下曲軸箱）主要用于收集和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，同時(shí)密封曲軸箱。油底殼一般用1～2mm厚的薄鋼板沖壓或焊接而成，也有用鑄鐵或鋁合金鑄成的。康明斯系列柴油機(jī)均采用濕式油底殼儲(chǔ)存機(jī)油。在4、6、12缸基本型柴油機(jī)的油底殼內(nèi)，均設(shè)有油池和擋油板，可滿足柴油機(jī)在縱傾小于15°時(shí)正常工作。油底殼的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。

      柴油機(jī)工作時(shí)，潤(rùn)滑系統(tǒng)工作狀況分別用油溫表、壓力表及機(jī)油標(biāo)尺等進(jìn)行監(jiān)視。為此，在油底殼上裝有油溫表接頭和指示機(jī)油平面位置的機(jī)油標(biāo)尺，在油底殼的側(cè)面或底部還裝有放油螺塞，以便放去污油。

1、油標(biāo)尺

      由于油底殼形狀及要求儲(chǔ)存機(jī)油容量的不同，因此各種油底殼所采用的機(jī)油標(biāo)尺也不相同。在柴油機(jī)基本保持水平狀態(tài)下，標(biāo)尺上的刻線“靜滿”表示柴油機(jī)起動(dòng)前應(yīng)有的機(jī)油平面；“動(dòng)滿”表示柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)保持的機(jī)油平面；“險(xiǎn)”表示應(yīng)立即添加機(jī)油的最低位置。因此，在柴油機(jī)工作時(shí)，應(yīng)經(jīng)常用機(jī)油標(biāo)尺檢查油底殼內(nèi)的機(jī)油平面位置，以防油面過(guò)低引起柴油機(jī)潤(rùn)滑故障；油面過(guò)高易引起漏油。

2、擋油板

       油底殼的結(jié)構(gòu)形狀主要是根據(jù)機(jī)油的容量、柴油機(jī)的安裝位置以及在使用中的縱橫傾斜角度來(lái)決定。為了保證潤(rùn)滑油泵能經(jīng)常吸油，其后部較深，整個(gè)底部呈斜面以保證供油充足。對(duì)于熱負(fù)荷較大的柴油機(jī)，油底殼帶有散熱片以降低機(jī)油的溫度。為防止?jié)櫥图R，油底殼中多設(shè)有擋油板。

      通常，擋油板在油底殼的上方，如圖10所示。這個(gè)擋板用來(lái)防止機(jī)油四處飛濺。如果機(jī)油四處飛濺得太多，氣泡會(huì)進(jìn)入機(jī)油產(chǎn)生泡沫。泡沫不像機(jī)油那樣來(lái)潤(rùn)滑、冷卻、清潔或密封發(fā)動(dòng)機(jī)。油底殼外側(cè)有許多肋片，這些肋片可幫助散熱，有利于油溫的穩(wěn)定。

 

圖9  柴油機(jī)油底殼基本結(jié)構(gòu)

圖10  帶擋板油底殼的結(jié)構(gòu)示意圖

 

總結(jié)：

      氣缸體作為一種重要的機(jī)械元件，具有傳遞力量、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)、換向控制、位置感知和防護(hù)保養(yǎng)等多種功能。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)組件的精確控制和穩(wěn)定運(yùn)行，提高柴油發(fā)電機(jī)的工作效率和可靠性。在未來(lái)的發(fā)展中，隨著科技的進(jìn)步和工藝的改進(jìn)，相信氣缸體的功能會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣泛。

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