第二章柴油機的結(jié)構(gòu)及主要部件

柴油機主要部件指燃燒室部件(活塞、氣缸、氣缸蓋)、曲柄連桿機構(gòu)(十字頭、連桿、曲軸和軸承)、機架、機座和貫穿螺栓等部件。

統(tǒng)計表明，船用柴油機主要部件發(fā)生的故障占柴油機故障總數(shù)的90%左右，其中燃燒室部件故障約占故障總數(shù)的50%。

輪機管理人員若深入了解主要部件的結(jié)構(gòu)及工作原理，則可大大降低柴油機故障的發(fā)生率。

船舶柴油機主要有筒形活塞式和十字頭式兩種結(jié)構(gòu)。十字頭式柴油機笨重、但可靠性好、壽命長，適用于大功率、低轉(zhuǎn)速，是二沖程柴油機的主要結(jié)構(gòu)形式。

筒形活塞式柴油機結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、尺寸小、重量輕，目前中高速強載柴油機普遍采用此結(jié)構(gòu)。

一、現(xiàn)代柴油機的結(jié)構(gòu)特點

1.長行程和超長行程

S/D對二沖程柴油機的換氣品質(zhì)影響較大,在彎流掃氣的二沖程柴油機上,S/D過大則換氣質(zhì)量惡化,S/D較小換氣質(zhì)量較好。目前大型低速二沖程柴油機由于采用長行程或超長行程(S/D達到4.65)，以改善燃油經(jīng)濟性，直流掃氣已成為唯一可選擇的換氣形式。

S/D增加，使柴油機高度、寬度、重量都增加。

2.采用氣口-氣閥直流掃氣在缸套下部設掃氣口，在缸蓋中央設置旋轉(zhuǎn)式排氣閥及液壓式氣閥傳動機構(gòu)。旋轉(zhuǎn)式排氣閥可使氣閥啟閉時產(chǎn)生微小的旋轉(zhuǎn)運動，保證氣閥磨損均勻，提高閥的可靠性。

液壓式氣閥傳動機構(gòu)可大大降低排氣閥的開關噪音，減少閥的撞擊磨損，提高使用壽命。

機械式氣閥傳動機構(gòu)液壓式氣閥傳動機構(gòu)塞尺測量調(diào)整8

3.燃燒室部件普遍采用鉆孔冷卻機構(gòu)現(xiàn)代超長行程柴油機燃燒室部件的熱負荷和機械負荷已達到相當高的程度，成為限制柴油機提高增壓度的主要因素。

為了合理解決這一技術(shù)難題，普遍采用了鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)，這是一種最佳的“薄壁強背”結(jié)構(gòu)形式。

4.采用全支撐連桿小端結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代十字頭柴油機爆壓已達15MPa，為提高十字頭軸承的可靠性，目前普遍采用全支撐式連桿小端結(jié)構(gòu)，并廣泛使用高錫鋁薄壁軸承。

1:氣缸蓋2：排氣閥3：氣缸體和氣缸套4：填料函5：十字頭6：連桿7：曲軸、主軸承和推力軸承8：機架和機座12345678123456十字頭的構(gòu)造1-活塞桿；2-連桿小端軸承蓋；3-十字頭銷；4-滑塊；5-連桿小端軸承座；6-連桿桿身全支撐十字頭組件1-滑塊；2-本體；3-十字頭軸承

5.獨立的氣缸潤滑系統(tǒng)良好的氣缸潤滑是減少缸套和活塞環(huán)磨損的必要條件。采用氣缸注油量隨負荷自動調(diào)整,精確控制注油定時的電子注油系統(tǒng)。

6.曲軸上增設軸向減振器

柴油機的長行程化和單缸功率的增加使曲軸軸向剛度變?nèi)?容易產(chǎn)生軸向振動。因而現(xiàn)代超長行程柴油機常在曲軸前端增設軸向減振器,以有效地消減曲軸的軸向振動。

7.焊接結(jié)構(gòu)

固定件(機座、機架和氣缸體)普遍采用焊接結(jié)構(gòu)代替原鑄造結(jié)構(gòu)，可大大減輕整機重量，提高柴油機的強度。

8.采用定壓增壓現(xiàn)代柴油機不斷向高增壓及超高增壓方向發(fā)展，采用定壓渦輪增壓代替脈沖增壓系統(tǒng)，使得柴油機的排氣系統(tǒng)不斷簡化，維護管理也更加容易。

1-進氣管；2-渦輪增壓器；3-排氣總管；4-柴油機19等壓增壓201-進氣管；2-渦輪增壓器；

3-排氣管；4-柴油機筒形活塞柴油機模塊化目前筒形柴油機向模塊化方向發(fā)展，把柴油機分為前箱、后箱、機體(機架和氣缸體鑄成一整體)、氣缸單元、曲軸等幾個模塊，使柴油機維護管理更方便。

采用倒掛式主軸承結(jié)構(gòu)，以輕便油底殼代替機座，大大減輕柴油機重量。

將柴油機所有的冷卻器、泵等作為插件拆入柴油機前后箱中，與事先鑄造在機體內(nèi)的管路相連。

氣缸單元：由氣缸蓋、氣缸套、活塞和連桿組成。柴油機拆裝檢修時可對氣缸單元進行整體拆裝，便于維護保養(yǎng)。

二、筒形柴油機的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代筒形活塞式柴油機的主要結(jié)構(gòu)特點是它的活塞通過活塞銷直接與連桿相連，將柴油機的機架和氣缸體鑄成一體，采用倒掛主軸承結(jié)構(gòu)。

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、輕便，發(fā)動機高度小。

中高速機一般都采用此結(jié)構(gòu)。MANB&W船用中速柴油機W?rtsil?

32型中速機

結(jié)構(gòu)特點

①機體用球墨鑄鐵鑄造，采用彈性底座，避免振動傳到機外。

②曲軸整體鍛造，主軸承采用倒掛式主軸承。

③活塞為組合式活塞(鑄鋼活塞頭+鑄鐵活塞裙)，裙部設有潤滑裝置，使摩擦損失降低到最小，活塞裝有兩道壓縮環(huán)和一道刮油環(huán)。

④缸套上部加高加厚，強度和剛度大，采用鉆孔冷卻，減輕熱負荷。

⑤缸套內(nèi)部上端設有一個防磨環(huán)，可除去活塞頭部積炭，減少缸套磨損。

⑥采用船用連桿大端，可方便拆裝并方便調(diào)整壓縮比。鉆孔冷卻防磨環(huán)(Anti-polishRing)船用大端連桿

三、十字頭式柴油機的結(jié)構(gòu)特點

特點：活塞的高度一般較小，活塞桿與氣缸中心線重合，活塞與活塞桿相連，活塞桿下端通過十字頭上的十字頭銷與連桿的小端相連接。十字頭的滑塊在導板之間滑動。活塞上下運動時的導向作用主要由十字頭承擔，側(cè)推力產(chǎn)生在滑塊與導板之間?；钊黄饘蜃饔?，與氣缸套壁之間沒有側(cè)推力，它們之間間隙較大，磨損較小，不易擦傷或卡死?；钊麠U只作垂直方向的直線運動，可以在氣缸下部設一隔板，把氣缸和曲軸箱空間隔開-填料函，防止氣缸中的燃燒產(chǎn)物污染潤滑油。缺點：柴油機高度和重量增大，結(jié)構(gòu)復雜。目前大型低速二沖程柴油機都采用十字頭式柴油機形式。結(jié)構(gòu)特點

①采用低置活塞環(huán)組，遠離燃氣區(qū)，使燃燒產(chǎn)物不易漏入摩擦面，改善工作和潤滑條件，大大減輕磨損。

②提高活塞頂岸高度，使氣缸蓋與氣缸套接合面降低，缸套熱負荷降低，主要熱負荷由強度較高的鋼制氣缸蓋承受。

③采用短連桿結(jié)構(gòu)，降低柴油機高度，