第頁(yè)第一章柴油機(jī)的基本知識(shí)第一節(jié)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、柴油機(jī)的基本工作原理柴油機(jī)是一種壓縮發(fā)火的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。它的基本工作原理是使燃油直接在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，從而生成高溫高壓的燃?xì)?，因燃?xì)馀蛎?，推?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄連桿對(duì)外做功，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。柴油機(jī)中燃油的化學(xué)能要經(jīng)過(guò)燃燒才能轉(zhuǎn)變成熱能。要燃燒就必須有空氣。為此，在噴入燃油之前必須先使空氣進(jìn)入氣缸。但光有空氣和燃油若無(wú)點(diǎn)火源（熱源）還是不能燃燒。柴油機(jī)是壓縮發(fā)火的，為此，要將從大氣中吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的室溫空氣，先依靠活塞上行壓縮，使之達(dá)到足夠高的溫度和壓力。此時(shí)再將燃油以霧化狀態(tài)噴入，即可在高溫高壓的空氣中自然。燃油燃燒后放出大量的熱能，使燃?xì)獾膲毫?、溫度急劇增高，在氣缸?nèi)膨脹，推動(dòng)活塞作功。膨脹終了時(shí)，氣體失去了作功能力，變成廢氣，排出氣缸，以便新氣再次進(jìn)入。綜上所述，柴油機(jī)每作一次功，必須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程才能實(shí)行，進(jìn)行了這五個(gè)過(guò)程就完成了一個(gè)工作循環(huán)。然后不斷重復(fù)進(jìn)行這些過(guò)程，使柴油機(jī)持續(xù)工作。二、柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，柴油機(jī)要按前述工作原理工作，必須包括以下部件、系統(tǒng)和裝置。（一）固定部件主要由氣缸蓋1、氣缸套3、機(jī)體10、機(jī)座8、主軸承9等構(gòu)成柴油機(jī)本體和運(yùn)動(dòng)件的支承，并和有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件配合構(gòu)成柴油機(jī)的工作空間。（二）運(yùn)動(dòng)部件主要由活塞2、活塞銷(xiāo)4、連桿5、連桿螺栓6、曲軸7等組成。它們及固定部件配合完成空氣壓縮及熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。（三）配氣系統(tǒng)它包括進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進(jìn)氣管件、氣缸蓋內(nèi)的進(jìn)氣道、進(jìn)氣閥16、氣閥彈簧20、搖臂15、頂桿13、凸輪軸11和凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等所組成，用來(lái)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向氣缸內(nèi)充入足夠的新鮮空氣。排氣系統(tǒng)主要由排氣閥19、氣閥彈簧20、搖臂15、頂桿13、凸輪軸11和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及排氣管、排氣消音器等組成。用來(lái)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將氣缸內(nèi)作功后的廢氣排入大氣。（四）燃油系統(tǒng)圖1柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成氣缸蓋；2-活塞；3-氣缸套；4-心活塞銷(xiāo)；5-連桿；6-連桿螺栓；7-曲軸；8-機(jī)座；9-主軸承；10-機(jī)體；11-凸輪軸；12-噴油泵；13-頂桿；14-進(jìn)氣管；15-搖臂；16-過(guò)氣閥；17-高壓油管；18-噴油器；19-排氣閥；20-氣閥彈簧；21-排氣管它包括供應(yīng)和噴射兩個(gè)系統(tǒng)。前者由日用油柜、燃油濾清器，輸油泵等組成，后者由噴油泵12，高壓油管17和噴油器18組成。其功用是供給柴油機(jī)燃燒作功所需的燃油。（五）潤(rùn)滑系統(tǒng)主要作用是潤(rùn)滑摩擦表面，以減少機(jī)件的磨損，延長(zhǎng)使用壽命，降低摩擦功率損失，提高機(jī)械效率。（六）冷卻系統(tǒng)主要作用是維持柴油機(jī)受熱零部件在合適的溫度狀態(tài)下工作。（七）起動(dòng)系統(tǒng)柴油機(jī)本身無(wú)自行起動(dòng)能力。起動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)就是使柴油機(jī)從停車(chē)狀態(tài)發(fā)動(dòng)起來(lái)。（八）調(diào)速裝置調(diào)速裝置的作用是使柴油機(jī)能按外界阻力矩的變化而自動(dòng)改變噴油泵的噴油量，從而使柴油機(jī)在選定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。以上部件、系統(tǒng)和裝置組成一臺(tái)柴油機(jī)。此外，船舶柴油機(jī)還設(shè)有換向裝置，并將起動(dòng)、調(diào)速、換向和停車(chē)集中控制組成操縱系統(tǒng)。多數(shù)柴油機(jī)還設(shè)有增壓系統(tǒng)，用于進(jìn)一步提高柴油機(jī)作功能力。三、柴油機(jī)的主要幾何名稱(chēng)柴油機(jī)的主要幾何名稱(chēng)如圖1-2所示：1．氣缸直徑D：氣缸套的名義內(nèi)徑。2．曲柄半徑R：曲軸的曲柄銷(xiāo)中心及主軸頸中心間的距離。3．上止點(diǎn)：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到最上端，即離曲軸中心線最遠(yuǎn)時(shí)的位置。4．下止點(diǎn)：活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)到最下端，即離曲軸中心線最近時(shí)的位置。5．沖程S：又稱(chēng)行程。活塞在上、下止點(diǎn)間的運(yùn)行距離。它等于曲柄回轉(zhuǎn)半徑的兩倍，即S＝2R。6．壓縮室容積：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂及氣缸蓋底面之間的氣缸容積，又稱(chēng)燃燒室容積。7．氣缸工作容積：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的氣缸容積。（1-1）8．氣缸總?cè)莘e：活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂以上的全部氣缸容積，它是壓縮室容積和工作容積之和。＝＋（1-2）9．壓縮比ε：氣缸總?cè)莘e及壓縮室容積的比值。常以ε表示，即：（1-3）圖2柴油機(jī)的主要幾何名稱(chēng)壓縮比表明壓縮過(guò)程中進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣被壓縮的程度。它是柴油機(jī)的主要性能參數(shù)之一。壓縮比越大，進(jìn)氣就被壓縮得越厲害，壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力就越高，燃油越容易燃燒，柴油機(jī)越容易起動(dòng)，而且熱效率也越高。但壓縮比過(guò)高時(shí)，將使柴油機(jī)工作粗暴，機(jī)件受力過(guò)大，磨損加劇，同時(shí)也將使壓縮過(guò)程所消耗的壓縮功增大，柴油機(jī)的機(jī)械效率下降，輸出功率降低。已有的柴油機(jī)，其壓縮比均有一個(gè)確定值。一般為：低速柴油機(jī)，ε＝13～15；中速柴油機(jī)，ε＝14～17；高速柴油機(jī)，ε＝15～22；增壓柴油機(jī)，ε＝11～14。當(dāng)氣缸直徑及活塞沖程確定后，氣缸工作容積也隨著確定了，所以若要調(diào)整壓縮比，可通過(guò)改變壓縮容積來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二節(jié)四沖程柴油機(jī)的工作原理一、四沖程柴油機(jī)工作原理若柴油機(jī)工作循環(huán)的五個(gè)過(guò)程是通過(guò)四個(gè)沖程（即曲軸回轉(zhuǎn)兩周）來(lái)完成的，這種柴油機(jī)就叫四沖程柴油機(jī)。圖1-3中的四個(gè)簡(jiǎn)圖分別表示柴油機(jī)工作循環(huán)五個(gè)過(guò)程進(jìn)行的情況以及活塞、曲軸、氣閥等部件的有關(guān)動(dòng)作位置。圖1-3四沖程柴油機(jī)工作原理第一沖程——進(jìn)氣沖程這一沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣（如圖1-3a）所示）?；钊缮现裹c(diǎn)下行，進(jìn)氣閥a已打開(kāi)，由于氣缸容積不斷增大，缸內(nèi)壓力下降，依靠氣缸內(nèi)外的氣壓差作用，新鮮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥被吸入氣缸。由于受流阻等影響，在進(jìn)氣過(guò)程的大部分時(shí)間里，氣缸內(nèi)壓力低于大氣壓力，到下止點(diǎn)時(shí)，缸內(nèi)氣壓約為0.08～0.095（0.8／2～0.95／2），溫度約為30℃～70℃。這時(shí)，排氣閥和噴油器均關(guān)閉著。為了使柴油機(jī)作功更完善，必須在進(jìn)氣過(guò)程盡可能多吸入新鮮空氣。為此，整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程是超過(guò)曲柄轉(zhuǎn)角180°的，（如圖1-3a）曲柄位于點(diǎn)1時(shí)進(jìn)氣閥已打開(kāi)，曲柄位于點(diǎn)2時(shí)進(jìn)氣閥才關(guān)閉。進(jìn)氣閥開(kāi)啟始點(diǎn)至上止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣提前角。下止點(diǎn)到進(jìn)氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做進(jìn)氣延遲角。整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程所占的總角度（圖中陰影線所示的角度）約為220°～250°曲柄轉(zhuǎn)角。進(jìn)氣熱力過(guò)程變化見(jiàn)圖a）中1—2曲線。第二沖程——壓縮沖程這一沖程的任務(wù)是壓縮第一沖程吸入的空氣，提高空氣的溫度及壓力，為柴油機(jī)燃燒及膨脹作功創(chuàng)造條件。活塞從下止點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，自進(jìn)氣閥a關(guān)閉（曲柄到達(dá)點(diǎn)2）開(kāi)始?jí)嚎s，一直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)（曲柄到達(dá)點(diǎn)3）為止?；钊闲?，氣缸容積減少，缸內(nèi)氣體壓力和溫度隨之升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，壓力增高到3～6（約30／2～60／2），溫度升至600℃～700℃（柴油的自燃溫度為270℃左右）通常壓縮終了的氣體壓力和溫度分別用和表示。四沖程機(jī)壓縮過(guò)程所占的總角度。約為140°～160°曲柄轉(zhuǎn)角，壓縮熱力過(guò)程變化如圖1-3b）2—3曲線。第三沖程——燃燒和膨脹沖程這一沖程的任務(wù)是完成兩次能量轉(zhuǎn)換。在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，燃油經(jīng)噴油器C以霧狀噴入氣缸的高溫高壓空氣中，并及其混合，在上止點(diǎn)附近自燃，由于燃油強(qiáng)烈燃燒，使氣缸內(nèi)氣體溫度迅速上升到1400℃～1800℃或更高些，壓力增加至5～8，甚至13以上。燃燒產(chǎn)生的最高壓力稱(chēng)最高爆發(fā)壓力，用表示，最高溫度用表示。高溫高壓燃?xì)猓垂べ|(zhì)）膨脹推動(dòng)活塞下行作功。在上止點(diǎn)后的某一時(shí)刻（曲柄位于點(diǎn)4）燃燒基本結(jié)束，燃?xì)饫^續(xù)膨脹，到排氣閥b在下止點(diǎn)前點(diǎn)5開(kāi)啟時(shí)膨脹過(guò)程結(jié)束。膨脹終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.25～0.45，溫度約為600℃～700℃。四沖程機(jī)燃燒膨脹過(guò)程所占的總角度；約為130°～160°曲柄轉(zhuǎn)角。熱力過(guò)程變化如圖1-3c）3—4—5曲線。第四沖程——排氣沖程這一沖程的任務(wù)是將作功后的廢氣排出氣缸外，為下一循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)入提供條件。這一階段，要求廢氣排得越干凈越好，所以及進(jìn)氣閥啟閉一樣，排氣閥也是提前開(kāi)啟，延遲關(guān)閉。排氣閥b開(kāi)啟時(shí)，活塞尚在下行，廢氣靠氣缸內(nèi)外壓力差進(jìn)行自由排氣。從排氣閥開(kāi)啟到下止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣提前角。當(dāng)活塞從下止點(diǎn)上行時(shí)，廢氣被活塞推出氣缸，此時(shí)排氣過(guò)程是在略高于大氣壓力（約1.05～1.1大氣壓），且在壓力基本不變的情況下進(jìn)行的。排氣閥一直延遲到活塞到達(dá)上止點(diǎn)之后（曲柄位于點(diǎn)6）才關(guān)閉，這樣可利用氣流的慣性作用，繼續(xù)排出一些廢氣。上止點(diǎn)到排氣閥關(guān)閉位置的曲柄轉(zhuǎn)角叫做排氣延遲角。四沖程機(jī)排氣沖程所占的總角度。約為210°～240°曲柄轉(zhuǎn)角。其熱力過(guò)程變化如圖3d）5－6曲線。柴油機(jī)經(jīng)過(guò)上述四個(gè)沖程，完成了一個(gè)工作循環(huán)。活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)新的循環(huán)又按同樣順序重復(fù)進(jìn)行，連續(xù)不斷，使柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。二、四沖程柴油機(jī)的定時(shí)在每個(gè)工作循環(huán)中，各過(guò)程的始點(diǎn)及終點(diǎn)一般不在上、下止點(diǎn)上，而是偏離上、下止點(diǎn)一定的曲柄轉(zhuǎn)角。以上、下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，用曲柄轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)排氣閥、噴油器、起動(dòng)閥開(kāi)啟和完全關(guān)閉的時(shí)刻總稱(chēng)為柴油機(jī)的定時(shí)（正時(shí)）。氣閥啟閉時(shí)刻稱(chēng)為配氣定時(shí)，噴油器開(kāi)啟時(shí)刻稱(chēng)為噴油定時(shí)。起動(dòng)閥啟閉時(shí)刻稱(chēng)為起動(dòng)定時(shí)。各種柴油機(jī)的定時(shí)是不同的，說(shuō)明書(shū)上常用表格或定時(shí)圖來(lái)表示。所謂定時(shí)圖，就是將柴油機(jī)的各種定時(shí)，以上、下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，按一定的轉(zhuǎn)向，用曲柄轉(zhuǎn)角位置來(lái)表示在同一個(gè)圓上的圖形。圖1-4為6350C型柴油機(jī)定時(shí)圖。曲柄轉(zhuǎn)向（自飛輪端看）為順時(shí)針。從圖中可以看出其各項(xiàng)定時(shí)情況如表1-1所示。由圖1-4及表1-1可以看出，在進(jìn)氣上止點(diǎn)前后進(jìn)排氣閥同時(shí)開(kāi)啟著，這段重疊的曲柄轉(zhuǎn)角稱(chēng)為氣閥重疊角。適當(dāng)?shù)臍忾y重疊角不僅不會(huì)使廢氣倒灌入進(jìn)氣管，而且還有利于廢氣的清除和新空氣的充入。因?yàn)榇藭r(shí)廢氣因流動(dòng)慣性按原方向繼續(xù)排出氣缸，進(jìn)氣閥開(kāi)度尚小，故不會(huì)向進(jìn)氣管內(nèi)倒灌，且在慣性排氣時(shí)，在燃燒室內(nèi)形成低壓，造成抽吸氣體的有利條件，可將新氣吸入氣缸。新鮮氣充入后又可更好地將廢氣掃出，實(shí)行了所謂“燃燒室掃氣”。新鮮的空氣對(duì)燃燒室壁面能起到冷卻作用。圖46350C型柴油機(jī)定時(shí)圖四沖程柴油機(jī)定時(shí)（以曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)）表1-1第三節(jié)二沖程柴油機(jī)的工作原理每?jī)蓚€(gè)沖程（曲柄回轉(zhuǎn)一周）完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱(chēng)為二沖程柴油機(jī)。采用它，主要是為了提高柴油機(jī)的功率。其工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程所組成。它及四沖程機(jī)在具體結(jié)構(gòu)及工作原理方面有較大差異。二沖程柴油機(jī)及四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)相同，主要差異在配氣機(jī)構(gòu)方面。二沖程柴油機(jī)沒(méi)有進(jìn)氣閥，有的連排氣閥也沒(méi)有，而是在氣缸下部開(kāi)設(shè)掃氣口，排氣口；或設(shè)掃氣口及排氣閥機(jī)構(gòu)。并專(zhuān)門(mén)設(shè)置一個(gè)由運(yùn)動(dòng)件帶動(dòng)的掃氣泵，及貯存壓力空氣的掃氣箱，利用活塞及氣口的配合完成配氣，從而簡(jiǎn)化了柴油機(jī)結(jié)構(gòu)。一、二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)有直流掃氣、橫流掃氣和回流掃氣等類(lèi)型，但它們的工作原理都是相同的。圖1-5為一種帶羅茨式掃氣泵的橫流掃氣式二沖程柴油機(jī)的工作原理圖。掃氣泵b附設(shè)在柴油機(jī)的一側(cè)，它的轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動(dòng)?？諝鈴谋玫奈肟赼吸入，經(jīng)壓縮后排出，儲(chǔ)存在具有較大容積的掃氣箱d中，并在其中保持一定的壓力?，F(xiàn)以圖1-5說(shuō)明二沖程柴油機(jī)的工作原理。第一沖程——掃氣及壓縮活塞由下止點(diǎn)向上移動(dòng)，活塞在遮住掃氣口e之前，由掃氣泵供給儲(chǔ)存在掃氣箱內(nèi)的空氣，通過(guò)掃氣口進(jìn)入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進(jìn)入氣缸的空氣通過(guò)排氣口f掃出氣缸?；钊^續(xù)上行，逐漸遮住掃氣口，當(dāng)掃氣口完全關(guān)閉后（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn)3位置），空氣停止充入，排氣還在進(jìn)行，這階段稱(chēng)為“過(guò)后排氣階段”。排氣口關(guān)閉時(shí)（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn)4位置），氣缸中的空氣就開(kāi)始被壓縮。當(dāng)壓縮至上止點(diǎn)前d1點(diǎn)時(shí)，噴油器將燃油噴入氣缸，及高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點(diǎn)附近發(fā)火，自行著火燃燒。圖5二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖第二沖程——燃燒膨脹及排氣活塞在高溫高壓燃?xì)獾耐苿?dòng)下，由上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外膨脹作功，活塞下行直至排氣口f打開(kāi)（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn)1位置），膨脹作功結(jié)束，氣缸內(nèi)大量廢氣靠自身壓力從排氣口排入到排氣管g。當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力降至接近掃氣壓力時(shí)（一般掃氣箱d中的掃氣壓力為0.105～0.140），下行活塞把掃氣口e打開(kāi)（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn)2的位置），掃氣空氣進(jìn)入氣缸，同時(shí)把氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)排氣口f趕出氣缸?；钊\(yùn)行到下止點(diǎn)，本沖程結(jié)束，但掃氣過(guò)程一直繼續(xù)到下一個(gè)沖程排氣口關(guān)閉（相當(dāng)于曲柄在點(diǎn)4位置）為止。此外，從二沖程柴油機(jī)示功圖上也可以看出它的工作過(guò)程，示功圖尾部1—2—0—3—4為換氣過(guò)程，是在膨脹行程未和壓縮行程初這一較短的時(shí)間內(nèi)完成的。在上止點(diǎn)前d1開(kāi)始噴油，在上止點(diǎn)c開(kāi)始燃燒，到點(diǎn)d2時(shí)燃燒結(jié)束，這部分及四沖程機(jī)基本相同。二、二沖程柴油機(jī)定時(shí)圖及四沖程柴油機(jī)一樣，二沖程柴油機(jī)也可以用定時(shí)圖來(lái)表示它的各項(xiàng)定時(shí)時(shí)刻。圖6是國(guó)產(chǎn)43／82B型二沖程柴油機(jī)定時(shí)圖，其定時(shí)和進(jìn)排氣重疊角的范圍列于表2。圖643／82B型柴油機(jī)定時(shí)圖二沖程柴油機(jī)定時(shí)（以曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)）表1-2三、二沖程及四沖程柴油機(jī)的比較二沖程柴油機(jī)及四沖程柴油機(jī)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（一）提高了柴油機(jī)的作功能力因?yàn)樗臎_程柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩周作一次功，二沖程柴油機(jī)轉(zhuǎn)一周作一次功。對(duì)于兩臺(tái)氣缸直徑、活塞行程及轉(zhuǎn)速等相同的柴油機(jī)，二沖程柴油機(jī)的功率似乎應(yīng)比四沖程大一倍。但實(shí)際上，由于二沖程柴油機(jī)氣缸上開(kāi)有氣口而使工作容積有所減少，機(jī)械傳動(dòng)的掃氣泵也要消耗一定的功率等因素，二沖程柴油機(jī)的功率只能增大60％～80％。顯然，若兩者功率相同，則二沖程柴油機(jī)的尺寸較小，重量較輕。（二）改善了柴油機(jī)的動(dòng)力性由于二沖程柴油機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)360°各缸作功一次，而四沖程柴油機(jī)每轉(zhuǎn)720°各缸作功一次，因而二沖程柴油機(jī)要比四沖程柴油機(jī)回轉(zhuǎn)均勻，可使用較小的飛輪。（三）簡(jiǎn)化了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)省去了進(jìn)氣問(wèn)及其傳動(dòng)裝置。對(duì)有些二沖程柴油機(jī)，還省去了排氣閥及其傳動(dòng)裝置。所以，其維護(hù)保養(yǎng)就簡(jiǎn)單方便得多。二沖程柴油機(jī)雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，但它也有其本身固有的缺點(diǎn)：（一）換氣質(zhì)量差、熱效率低因?yàn)槎_程柴油機(jī)換氣時(shí)間比四沖程柴油機(jī)短得多，且掃、排氣幾乎同時(shí)進(jìn)行，所以掃氣過(guò)程中新鮮空氣及廢氣滲混嚴(yán)重，還有部分新鮮空氣隨廢氣一起排出，增加了空氣消耗量，所以換氣質(zhì)量差，進(jìn)而影響燃油燃燒，熱能利用不充分，熱效率比四沖程柴油機(jī)低。（二）熱負(fù)荷較高在轉(zhuǎn)速相同時(shí)，氣缸內(nèi)每單位時(shí)間的燃燒次數(shù)，二沖程機(jī)是四沖程機(jī)的兩倍，因此，及氣缸內(nèi)高溫燃?xì)庀嘟佑|部件熱負(fù)荷比較高。二沖程柴油機(jī)的上述缺點(diǎn)，隨轉(zhuǎn)速的增加，會(huì)變得更加嚴(yán)重。所以，大型低速柴油機(jī)采用二沖程；小型高速柴油機(jī)采用四沖程；中型中速機(jī)，四沖程、二沖程均有采用，但以四沖程機(jī)為主。二沖程柴油機(jī)及四沖程柴油機(jī)比較，除有以上優(yōu)缺點(diǎn)外，綜合而言尚有以下特點(diǎn)：（一）二沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速及曲軸轉(zhuǎn)速相同；而四沖程柴油機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，即1:2。（二）一個(gè)工作循環(huán)中，二沖程柴油機(jī)下行對(duì)外作功，上行則靠外力驅(qū)動(dòng)，而四沖程機(jī)除燃燒膨脹沖程對(duì)外作功外，其它三個(gè)沖程都是耗功沖程。（三）二沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣重疊角大約為80°～100°，四沖程柴油機(jī)的氣閥重疊角較小，約為25°～60°。此外還可看到，柴油機(jī)的實(shí)際壓縮始點(diǎn)并非在下止點(diǎn)。四沖程柴油機(jī)要到下止點(diǎn)后某個(gè)角度進(jìn)氣閥才關(guān)閉，二沖程柴油機(jī)也要到下止點(diǎn)后排氣口（閥）關(guān)閉，壓縮才開(kāi)始。這時(shí)若仍以下止點(diǎn)為一個(gè)基準(zhǔn)來(lái)衡量氣缸內(nèi)空氣被壓縮程度，顯然及實(shí)際情況出入較大（尤其是橫、回流掃氣式二沖程柴油機(jī)），因此，在柴油機(jī)中還有一個(gè)有效壓縮比的概念。所謂有效壓縮比是指考慮沖程損失后有效氣缸總?cè)莘e及壓縮室容積之比，即：（1-4）式中：——沖程損失系數(shù)，即由于缸套上開(kāi)了氣口等而損失的工作沖程（或工作容積）的百分?jǐn)?shù)。前述式1-3稱(chēng)為幾何壓縮比，一般四沖程柴油機(jī)用表示缸內(nèi)空氣被壓縮程度，而絕大多數(shù)二沖程柴油機(jī)則用有效壓縮比表示。第四節(jié)增壓柴油機(jī)的工作原理及特點(diǎn)一、柴油機(jī)的增壓在柴油機(jī)尺度和重量不變的情況下，向氣缸內(nèi)多噴燃油顯然能提高柴油機(jī)功率。但是，噴油量的增加必然需要空氣量相應(yīng)增加，否則噴入氣缸的過(guò)量燃油會(huì)由于空氣量不足而燃燒不完全，致使熱量不能完全釋放出來(lái)。所以，提高柴油機(jī)功率的關(guān)鍵在于增加空氣量。要增加每循環(huán)的進(jìn)氣量，只要設(shè)法提高進(jìn)氣壓力，即提高進(jìn)入氣缸的空氣密度就行了。這種用增加進(jìn)氣壓力來(lái)提高功率的方法稱(chēng)為柴油機(jī)的增壓。提高進(jìn)氣壓力的方法，可以借助于柴油機(jī)直接帶動(dòng)的掃氣泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，以二沖程柴油機(jī)為例，如圖5所示。這種增壓方式稱(chēng)為機(jī)械增壓。但由于掃氣泵所消耗的功率是柴油機(jī)曲軸輸出功率的一部分，因此，進(jìn)氣壓力的提高會(huì)使柴油機(jī)消耗于掃氣泵的功率增多。在進(jìn)氣壓力超過(guò)一定值時(shí)，消耗于掃氣泵的功將大大增加，將使柴油機(jī)所提高的功率幾乎全部消耗在帶動(dòng)掃氣泵本身上，因此機(jī)械式增壓通常只用于掃氣壓力不超過(guò)0.16～0.17的場(chǎng)合。那么，前面所述的二沖程柴油機(jī)是否屬于機(jī)械增壓式柴油機(jī)呢？這里有個(gè)增壓范圍界定問(wèn)題。一般認(rèn)為掃氣泵輸出空氣壓力小于0.15，只是用來(lái)充作掃氣動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)掃氣換氣而已，并非增加氣缸內(nèi)空氣密度。若掃氣壓力大于0.15，則屬于增壓范圍。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)排出的廢氣溫度還很高，燃油燃燒所放出的熱量約三分之一隨同廢氣排出。如果把廢氣中的能量利用起來(lái)，使之帶動(dòng)掃氣泵工作，既能增加柴油機(jī)的功率，又可提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。為此，將柴油機(jī)排出的廢氣送入渦輪機(jī)中，使渦輪機(jī)高速回轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)一離心式壓氣機(jī)，由它把壓力較高的空氣送入氣缸，以實(shí)現(xiàn)增壓。我們稱(chēng)這種增壓方式為廢氣渦輪增壓。目前這種增壓方式在柴油機(jī)上已被廣泛使用。二、廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作原理特點(diǎn)圖1-7為四沖程廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的工作原理圖。柴油機(jī)排氣管1接到渦輪殼4上，進(jìn)氣管10接到壓氣機(jī)殼9上。柴油機(jī)排出的廢氣經(jīng)渦輪殼4進(jìn)入噴嘴環(huán)2，由于環(huán)的通道面積是漸縮的，廢氣在其中提高速度，增加了動(dòng)能。高速?gòu)U氣氣流，按一定的方向沖擊渦輪3，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉(zhuǎn)得越快。流經(jīng)渦輪的廢氣最后排入大氣。渦輪帶動(dòng)同軸上的壓氣機(jī)葉輪8高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)空氣濾清器濾清過(guò)的空氣被吸入葉道。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪把空氣甩向葉輪外緣，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴(kuò)壓器7。擴(kuò)壓器的形狀是進(jìn)口小出口大，使氣流的速度下降，而壓力升高。再通過(guò)斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼9，使氣流的壓力繼續(xù)升高。最后，壓力（密度）得到提高的增壓空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入柴油機(jī)的氣缸，從而達(dá)到增壓的目的，保證柴油機(jī)能多噴油發(fā)出更大的功率，氣缸內(nèi)各過(guò)程的進(jìn)行情況及非增壓柴油機(jī)基本一樣，只是由于增壓，使各工作過(guò)程的壓力和溫度有所提高。圖1-7四沖程廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作原理1-排氣管；2-噴嘴環(huán)；3-渦輪；4-渦輪殼；5-轉(zhuǎn)子軸；6-軸承；7-擴(kuò)壓器；8-壓氣機(jī)葉輪；9-壓氣機(jī)殼；10-進(jìn)氣管圖1-8四沖程增壓柴油機(jī)的示功圖由示功圖1-8可見(jiàn)，增壓時(shí)進(jìn)氣線—高于排氣線—；而非增壓時(shí)則相反（見(jiàn)圖1-3）。圖1-9是6350型增壓柴油機(jī)定時(shí)圖。及圖4非增壓6350C型柴油機(jī)定時(shí)圖比較可知：增壓時(shí)，氣閥重疊角加大，這是為了利用壓力空氣來(lái)趕走殘存在缸內(nèi)的廢氣，加強(qiáng)“燃燒室掃氣”；同時(shí)降低燃燒室組件以及其它有關(guān)機(jī)件的溫度，提高柴油機(jī)的工作可靠性。此外，噴油提前角減小，因?yàn)樵鰤汉螅加腿紵郎计诳s短，減小噴油提前角可防止柴油機(jī)工作粗暴。圖1-96350型增壓柴油機(jī)定時(shí)圖第五節(jié)船舶柴油機(jī)的分類(lèi)和型號(hào)一、船舶柴油機(jī)的分類(lèi)柴油機(jī)的用途極為廣泛，型號(hào)較多，但不論何種柴油機(jī)，其基本工作原理都是一樣的，只是在不同的方面（如工作循環(huán)或構(gòu)造等）各有其特點(diǎn)而已。下面介紹一些常見(jiàn)的船舶柴油機(jī)分類(lèi)型式。（一）按工作循環(huán)特點(diǎn)分：有四沖程柴油機(jī)和二沖程柴油機(jī)。（二）按柴油機(jī)進(jìn)氣方式分：有增壓柴油機(jī)和非增壓柴油機(jī)。壓比<I.7的增壓柴油機(jī)稱(chēng)為低增壓柴油機(jī)。壓比＝1.7～2.5的增壓柴油機(jī)稱(chēng)為中增壓柴油機(jī)。壓比>2.5的增壓柴油機(jī)稱(chēng)為高增壓柴油機(jī)。（三）按柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞平均速度分：柴油機(jī)的速度可以用曲軸轉(zhuǎn)速n或活塞平均速度（＝S·n／30m／s，S一沖程）來(lái)表示?，F(xiàn)有船舶柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是：低速機(jī)n≤300r／，＝6.0m／s～7.2m／s；中速機(jī)300＜n≤1000r／，＝7.0m／s～9.4m／s；高速機(jī)n>1000r／，＝9.0m／s～14.2m／s。低速機(jī)具有經(jīng)濟(jì)性好、轉(zhuǎn)速低、功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、可燃用劣質(zhì)燃料的特點(diǎn)，廣泛用于大型海輪主機(jī)。中速機(jī)常需經(jīng)過(guò)減速器才能及螺旋槳相連，它可選擇最佳的螺旋槳轉(zhuǎn)速，另外中速機(jī)還具有重量輕、尺寸小，可多臺(tái)柴油機(jī)聯(lián)用等特點(diǎn)，它多用作河船和部分海船的主機(jī)。近年來(lái)由于中速機(jī)單機(jī)功率提高，用作海船主機(jī)的數(shù)量有了明顯增加。高速柴油機(jī)在船上常用作應(yīng)急發(fā)電機(jī)、應(yīng)急救火泵、救生艇等的原動(dòng)機(jī)，或作為河船、機(jī)帆船等小型船舶的主機(jī)。（四）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：有筒形活塞式柴油機(jī)和十字頭式柴油機(jī)。圖1-10a）所示為筒形活塞式柴油機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)圖。活塞通過(guò)活塞銷(xiāo)直接及連桿相連接，活塞的導(dǎo)向作用由活塞本身下部的筒形裙部來(lái)承擔(dān)，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞及氣缸壁之間產(chǎn)生側(cè)推力。b）圖為十字頭式柴油機(jī)?；钊?通過(guò)活塞桿2和十字頭3及連桿6相連接，導(dǎo)向作用主要由十字頭來(lái)承擔(dān)。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，十字頭上的滑塊4在導(dǎo)板5上滑動(dòng)，側(cè)推力產(chǎn)生在滑塊及導(dǎo)板之間。這兩種柴油機(jī)各有特點(diǎn)。十字頭式柴油機(jī)由于活塞不需要起導(dǎo)向作用，同時(shí)活塞及氣缸之間沒(méi)有側(cè)推力作用，因此它們之間的磨損較小，不易擦傷或卡死。此外，由于活塞桿只在垂直方向作直線運(yùn)動(dòng)，因此可以在氣缸下部加設(shè)一隔板，把氣缸和曲軸箱空間隔離開(kāi)來(lái)，以免氣缸中的臟油，結(jié)碳或燃?xì)獾嚷┤饲S箱污損滑油，這就為十字頭式柴油機(jī)燃用劣質(zhì)燃料創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，這一隔板還可以在活塞下方形成密封空間，增設(shè)單向閥后，就能作為一個(gè)輔助的壓氣泵。以上是十字頭式柴油機(jī)比筒形活塞式優(yōu)越之處。然而十字頭式柴油的重量和高度增大，構(gòu)造也較復(fù)雜，不具備筒形活塞式體積小、重量輕和構(gòu)造簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。（五）按氣缸排列分：有直列型（單列式）柴油機(jī)，如圖1-11a）所示；V型柴油機(jī)如圖1-11b）所示。圖1-10筒形及十字頭式柴油機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)圖活塞；2-活塞桿；3-十字頭；4-滑塊；5-導(dǎo)板；6-連桿圖1-11單列和V型排列柴油機(jī)（六）按柴油機(jī)能否倒轉(zhuǎn)分：可倒轉(zhuǎn)式和不可倒轉(zhuǎn)式。曲軸直接可倒轉(zhuǎn)的柴油機(jī)為可倒轉(zhuǎn)柴油機(jī)。它可以直接帶動(dòng)螺旋槳。曲軸不能倒轉(zhuǎn)的柴油機(jī)稱(chēng)為不可倒轉(zhuǎn)柴油機(jī)。作為主機(jī)使用，它需帶有倒順車(chē)離合器、倒順車(chē)齒輪箱或可變螺距螺旋槳裝置。（七）按動(dòng)力裝置的布置分：左機(jī)和右機(jī)。柴油船舶動(dòng)力裝置有時(shí)布置成雙機(jī)雙槳式。由船尾向船首看，布置在機(jī)艙右弦的柴油機(jī)稱(chēng)為右機(jī)，右機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)向（從飛輪端向自由端看）大多為順時(shí)針，亦稱(chēng)右旋機(jī)；布置在左舷側(cè)的為左機(jī)，左機(jī)曲軸轉(zhuǎn)向（從飛輪端向自由端看）大多為逆時(shí)針，亦稱(chēng)為左旋機(jī)。為保證正常工作，一臺(tái)柴油機(jī)應(yīng)具備必需的機(jī)件、部件和系統(tǒng)。圖1-12所示為S60型船用低速柴油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)其各組成部件的基本作用，可將它分成以下幾個(gè)組成部分：（1）主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件。它們是把氣缸內(nèi)燃燒氣體所作的功，轉(zhuǎn)換成以曲軸回轉(zhuǎn)形式輸出的機(jī)構(gòu)。主要機(jī)件有活塞組、十字頭組、連桿組和曲軸飛輪組等。（2）主要固定機(jī)件。它們是柴油機(jī)的骨架和支承。主要機(jī)件有機(jī)座、機(jī)架、氣缸體、掃氣箱和氣缸蓋等。（3）換氣和增壓系統(tǒng)。它們實(shí)現(xiàn)對(duì)新鮮空氣的增壓，并按柴油機(jī)工作循環(huán)的要求，保證換氣過(guò)程的正常進(jìn)行。主要部件有：增壓器、空冷器、氣閥機(jī)構(gòu)、凸輪軸組和進(jìn)排氣管等。（4）燃油噴射系統(tǒng)。它們按工作循環(huán)的要求，定時(shí)、定量地向氣缸內(nèi)噴射燃油。主要的部件有噴油泵、凸輪軸組、噴油器等。（5）潤(rùn)滑系統(tǒng)。它向柴油機(jī)各摩擦副供給潤(rùn)滑油，以減少摩擦阻力和機(jī)件的磨損并帶走部分熱量。主要的部件有潤(rùn)滑油泵、滑油冷卻器、濾器等。（6）冷卻系統(tǒng)。它將柴油機(jī)受熱部件的熱量傳出，以保證受熱部件處于正常的工作溫度范圍內(nèi)。（7）操縱系統(tǒng)。由起動(dòng)裝置（使柴油機(jī)從停車(chē)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)）、調(diào)速裝置（控制和調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速）、換向裝置（實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的正、反轉(zhuǎn)）以及操縱機(jī)構(gòu)等組成。圖1-12S60柴油機(jī)總體結(jié)構(gòu)二、船舶柴油機(jī)的型號(hào)解釋每種柴油機(jī)都有自己特定的代號(hào)，稱(chēng)為柴油機(jī)的型號(hào)。（一）國(guó)產(chǎn)船用柴油機(jī)型號(hào)國(guó)產(chǎn)柴油機(jī)型號(hào)由數(shù)字和漢語(yǔ)拼音字母組成，它能反映出該柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、性能及用途。1、中小型柴油機(jī)如350柴油機(jī)：例如：6250為6缸四沖程250缸徑，增壓，船用右機(jī)。8E350為8缸，二沖程，350缸徑，增壓，可倒轉(zhuǎn)，船用右機(jī)。中小型機(jī)的型號(hào)含義亦有例外情況，即有些企業(yè)對(duì)機(jī)器特征符號(hào)有自定的表示方法，屆時(shí)還以產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)。2、大型低速機(jī)如1230／55B柴油機(jī)：（二）幾種常見(jiàn)國(guó)外機(jī)型型號(hào)解釋關(guān)于柴油機(jī)的型號(hào)表示，國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通常由若干字母和數(shù)字組成，但各國(guó)柴油機(jī)制造廠有自行的規(guī)定和說(shuō)明?，F(xiàn)列舉常見(jiàn)幾個(gè)國(guó)外廠家的船用低速柴油機(jī)型號(hào)。1、瑞士船用低速柴油機(jī)瑞士蘇爾壽公司生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)有、、—M、、、—M等系列產(chǎn)品。如684M柴油機(jī)：2、德國(guó)船用低速柴油機(jī)德國(guó)曼恩公司（現(xiàn)已及公司合并）生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)系列有、—A、—B等系列產(chǎn)品。如K9Z60／105E柴油機(jī)：3、丹麥船用低速柴油機(jī)丹麥柏瑪斯特——韋恩公司（現(xiàn)已及公司合并）生產(chǎn)的低速船用柴油機(jī)有、2、K—、、、L—等系列產(chǎn)品。如6622一140柴油機(jī)：第二章柴油機(jī)主要機(jī)件第一節(jié)柴油機(jī)主要機(jī)件及其工作條件柴油機(jī)主要機(jī)件是指構(gòu)成柴油機(jī)主體結(jié)構(gòu)的零，部件。主要機(jī)件是柴油機(jī)完成兩次能量轉(zhuǎn)換的依靠。主要機(jī)件的技術(shù)狀態(tài)對(duì)柴油機(jī)壽命和工作性能起決定性影響。一、主要機(jī)件柴油機(jī)的主要機(jī)件組成如圖1-1所示。按各機(jī)件在工作中的功用，主要機(jī)件可分為燃燒室組件，曲柄連桿機(jī)構(gòu)和支承聯(lián)接組件。它們各自作用及工作條件不一樣，對(duì)維護(hù)管理要求也不同。（一）燃燒室組件燃燒室組件包括氣缸套，氣缸蓋和活塞組件。它們共同構(gòu)成密閉的氣缸工作空間，是柴油機(jī)工質(zhì)更換、燃?xì)庑纬珊团蛎涀鞴Φ目臻g。它們都承受高溫、高壓和腐蝕性燃?xì)獾闹苯?、反?fù)作用。高壓和高溫對(duì)燃燒室各組件造成的危害較嚴(yán)重。其中高溫的作用較復(fù)雜，影響因素也多，故在實(shí)際管理中更應(yīng)引起注意。（二）曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括連桿組件和曲軸組件，它們將活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將作用于活塞的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩并由曲軸向外輸出。工作中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)件主要承受氣體力及運(yùn)動(dòng)慣力所形成的機(jī)械負(fù)荷。（三）支承聯(lián)接組件。支承聯(lián)接組件主要有機(jī)座、主軸承、機(jī)體等。它們形成柴油機(jī)的骨架、支承和安裝運(yùn)動(dòng)機(jī)件、燃燒室組件以及柴油機(jī)各種系統(tǒng)設(shè)備。機(jī)座為柴油機(jī)基礎(chǔ)，曲軸通過(guò)主軸承安裝于機(jī)座上。機(jī)體、氣缸套和缸蓋都以機(jī)座作為安裝基礎(chǔ)。機(jī)座通過(guò)墊塊等將柴油機(jī)緊固于船體基座上。機(jī)體下部及機(jī)座共同形成曲軸回轉(zhuǎn)空間，上部安裝氣缸套、氣缸蓋。兩側(cè)布置凸輪軸等各種設(shè)備。支承聯(lián)接組件中各機(jī)件，主要承受曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳遞的氣體力、運(yùn)動(dòng)慣性力作用。要保證其支承和聯(lián)接機(jī)件的相互位置正確，管理中，要防止它們變形以及聯(lián)接松動(dòng)。柴油機(jī)的主要機(jī)件也可以按工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同分為固定部件和運(yùn)動(dòng)部件兩大類(lèi)。固定部件包括氣缸蓋、機(jī)體、機(jī)座和主軸承等不動(dòng)的主要機(jī)件和它們的聯(lián)接緊固件。它們組成柴油機(jī)固定整體。它們確定了柴油機(jī)外形輪廓。它們的質(zhì)量占柴油機(jī)總質(zhì)量的70％左右。為能在氣體作用力、運(yùn)動(dòng)慣性力及聯(lián)接緊固力等機(jī)械負(fù)荷作用下不變形、保證正確的支承及導(dǎo)程作用，它們應(yīng)有足夠剛度和強(qiáng)度。但又必須尺寸小，質(zhì)量輕以及便于操作管理及維修。運(yùn)動(dòng)部件有活塞組件，連桿組件和曲軸組件等。工作中，運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式，并將氣體對(duì)活塞所作的往復(fù)功變?yōu)檗D(zhuǎn)矩輸出。它們承受脈動(dòng)的氣體力、運(yùn)動(dòng)慣性力以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的摩擦磨損。要求它們有足夠的抗疲勞強(qiáng)度和一定耐磨性。管理中應(yīng)力爭(zhēng)減輕機(jī)械負(fù)荷的沖擊性和保證摩擦表面的良好潤(rùn)滑。二、主要機(jī)件的工作條件柴油機(jī)工作中各種負(fù)荷均會(huì)對(duì)機(jī)件產(chǎn)生危害。通常把力和熱對(duì)機(jī)件的作用分別稱(chēng)為機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。主要機(jī)件的負(fù)荷，不僅決定著它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還決定對(duì)它們?cè)诰S護(hù)管理方面的要求。（一）主要機(jī)件的機(jī)械負(fù)荷主要機(jī)件的機(jī)械負(fù)荷來(lái)源于工作循環(huán)中的氣體作用力、機(jī)件的運(yùn)動(dòng)慣性力和機(jī)件聯(lián)接件產(chǎn)生的預(yù)緊力。1．氣體作用力工作循環(huán)中，活塞頂面（或缸蓋底）所受的氣體總壓力等于氣體壓力及活塞面積F的乘積。的最大值稱(chēng)為最高爆發(fā)壓力。氣體壓力和氣體總壓力在工作循環(huán)中呈周期變化，其變化的頻率正比于轉(zhuǎn)速、最大幅值是出現(xiàn)最高爆發(fā)壓力時(shí)。氣體力在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的傳遞和作用見(jiàn)圖14-1敘述和圖示。循環(huán)變化的氣體力對(duì)機(jī)件產(chǎn)生脈動(dòng)應(yīng)力，這些力在傳遞過(guò)程會(huì)引起柴油機(jī)的振動(dòng)呈現(xiàn)為高頻應(yīng)力，并會(huì)使其材料疲勞。柴油機(jī)機(jī)件疲勞破壞程度正比于轉(zhuǎn)速n、最高（爆發(fā)）壓力值和燃燒壓力升高率。通常將最高（爆發(fā)）壓力作為柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷的主要標(biāo)志。2．運(yùn)動(dòng)慣性力活塞組件及連桿小端在變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生往復(fù)慣性力。連桿大端及曲柄銷(xiāo)和曲柄繞曲軸中心回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心慣性力。這兩種運(yùn)動(dòng)慣性力隨運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和轉(zhuǎn)速的平方增大而增大。它們亦呈周期變化，同樣會(huì)引起機(jī)件疲勞，不平衡的運(yùn)動(dòng)慣性力和力矩還會(huì)引起柴油機(jī)振動(dòng)。3．聯(lián)接緊固預(yù)緊力聯(lián)接緊固件對(duì)被聯(lián)接件施加的預(yù)緊力使機(jī)件材料產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為安裝應(yīng)力。其一般呈為靜應(yīng)力。各種機(jī)械負(fù)荷使機(jī)件產(chǎn)生變形甚至破壞，故對(duì)柴油機(jī)性能和壽命有決定性影響，管理維護(hù)中應(yīng)加以限制。（二）主要機(jī)件的熱負(fù)荷柴油機(jī)工作循環(huán)中，氣缸內(nèi)高溫燃?xì)馔ㄟ^(guò)輻射、對(duì)流等形式反復(fù)對(duì)機(jī)件加熱，使機(jī)件溫度升高。高溫使機(jī)件材料機(jī)械性能下降，同時(shí)使機(jī)件各處溫度不均而產(chǎn)生熱應(yīng)力。此外高溫還會(huì)改變機(jī)件間的配合性質(zhì)，使機(jī)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的潤(rùn)滑條件惡化。由于高溫對(duì)機(jī)件產(chǎn)生的綜合影響稱(chēng)為機(jī)件的熱負(fù)荷。雖然對(duì)柴油機(jī)的熱負(fù)荷評(píng)定目前還沒(méi)有統(tǒng)一的精確標(biāo)準(zhǔn)。但從維護(hù)管理出發(fā)，通常采用以下幾種評(píng)定方法。1．及最高允許溫度比較將受熱機(jī)件的工作溫度，及其材料和潤(rùn)滑油允許的最高溫度進(jìn)行比較。機(jī)件的實(shí)際工作溫度越接近允許的最高溫度，則機(jī)件的熱負(fù)荷越高。船用柴油機(jī)活塞組件各部位允許的最高溫度如表2所示?；钊M件各部位允許的最高溫度表2-1活塞型式部位鋁合金活塞鑄鐵活塞鋼頂活塞活塞頂部<300℃-350℃≤400℃-450℃≤400℃-450℃第一活塞環(huán)槽≤180℃-220℃裙部≤110℃-130℃活塞銷(xiāo)承≤120℃-150℃2．排氣溫度工作中柴油機(jī)的排氣溫度可以直接測(cè)量并用儀表顯示。它是輪機(jī)管理中監(jiān)視柴油機(jī)熱負(fù)荷的有效方法。排氣溫度能反映氣缸內(nèi)燃油燃燒的數(shù)量和燃燒的完善程度以及燃燒的及時(shí)性，也能反映高溫燃?xì)鈱?duì)燃燒室組成諸機(jī)件加熱時(shí)間長(zhǎng)短和程度輕重。3．熱應(yīng)力熱應(yīng)力是機(jī)件中各部份熱脹冷縮互相牽制而在材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力。現(xiàn)以氣缸壁為例說(shuō)明熱應(yīng)力的形成及作用。工作中，氣缸壁套內(nèi)壁及燃?xì)饨佑|，稱(chēng)為觸火面。外壁及冷卻水接觸。內(nèi)壁熱量沿缸壁徑向傳遞。缸內(nèi)壁溫度最高，外壁最低。內(nèi)壁熱膨脹受到外壁的限制，故呈現(xiàn)受壓應(yīng)力。內(nèi)壁膨脹大于外壁，欲帶動(dòng)外壁膨脹，故外壁呈現(xiàn)受拉應(yīng)力。內(nèi)外壁熱脹冷縮相互牽制，而在高溫側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，低溫側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力。這種應(yīng)力值隨著兩側(cè)的溫度差異增大而加劇，故又把熱應(yīng)力稱(chēng)為溫差應(yīng)力。當(dāng)機(jī)件各部份金屬質(zhì)量分布不均，也會(huì)在金屬多處呈現(xiàn)壓應(yīng)力，金屬少處呈現(xiàn)拉應(yīng)力。在柴油機(jī)工況穩(wěn)定時(shí)，熱應(yīng)力呈現(xiàn)為靜應(yīng)力。在柴油機(jī)工況變化時(shí)，熱應(yīng)力大小也隨之變化。其變化頻率及柴油機(jī)起動(dòng)、停車(chē)頻率相同，呈現(xiàn)為低頻應(yīng)力。當(dāng)缸壁內(nèi)外溫差足夠大時(shí)，熱應(yīng)力會(huì)使材料產(chǎn)生塑性變形。如高溫的內(nèi)壁在較大擠壓熱應(yīng)力下金屬會(huì)產(chǎn)生擠壓塑變（稱(chēng)為蠕變），蠕變使擠壓熱應(yīng)力減小甚至為零。但是當(dāng)柴油機(jī)停車(chē)，機(jī)件溫度下降時(shí)，原產(chǎn)生擠壓堆積的金屬部分不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀和尺寸。這樣這些部位就呈現(xiàn)拉應(yīng)力，又稱(chēng)殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力只在柴油機(jī)起動(dòng)工作，機(jī)件工作溫度又升高的時(shí)候減緩下來(lái)，故殘余應(yīng)力亦呈為低頻應(yīng)力。如果柴油機(jī)繁頻重復(fù)地起動(dòng)、停車(chē)，熱應(yīng)力會(huì)呈為高頻應(yīng)力。如熱應(yīng)力增大或變化太快；會(huì)使材料疲勞破壞。這種破壞稱(chēng)為熱疲勞。影響熱應(yīng)力的因素很多，在以后各節(jié)將進(jìn)一步分析，以便在管理中引起重視。（三）主要機(jī)件的其它工作條件主要機(jī)件在工作中還會(huì)受到燃?xì)庵懈g成份的腐蝕，冷卻液的腐蝕以及相互摩擦表面產(chǎn)生磨損等危害，從而加速機(jī)件的損傷。第二節(jié)氣缸蓋和氣缸套一、氣缸蓋的功用、工況及要求（一）氣缸蓋功用氣缸蓋用螺栓緊固于機(jī)體頂部，成為柴油機(jī)的頂端部件，故俗稱(chēng)氣缸頭。其功用如下：l．封閉氣缸套頂部，及活塞、缸套共同組成密閉的氣缸工作空間。2．將氣缸套壓緊于機(jī)體正確位置上，使活塞運(yùn)動(dòng)正常。3．安裝柴油機(jī)各種附件，如噴油器、進(jìn)、排閥裝置、氣缸起動(dòng)閥、示功閥、安全閥以及氣閥搖臂裝置等等。4．布置進(jìn)、排氣道，冷卻水道等。在小型高速機(jī)的氣缸蓋中還布置渦流室或預(yù)燃室等。因此氣缸蓋中孔腔、通道繁多，使其結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜。（二）氣缸蓋的工況工作中，氣缸蓋的底面就是燃燒室的頂壁，承受高溫高壓燃?xì)馑┘拥臋C(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。同時(shí)受到緊固聯(lián)接螺栓的安裝預(yù)緊力以及冷卻水和高溫燃?xì)獾母g作用。1．熱應(yīng)力氣缸蓋觸火底面的工作溫度隨著柴油機(jī)的負(fù)荷增大和冷卻條件變差而會(huì)升高。工作溫度在噴油器孔及氣閥座孔之間的鼻梁區(qū)最高。缸蓋底的觸火面及觸水面之間以及缸蓋中央及四周之間都存在著很大溫差。據(jù)測(cè)量某柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)排氣閥座孔處溫度達(dá)430℃，最大溫差超過(guò)200℃。又由于各部分厚度不均、形狀復(fù)雜以及螺栓緊固的束縛，使熱脹冷縮受牽制嚴(yán)重而造成很大的熱應(yīng)力。熱應(yīng)力往往是缸蓋裂紋的主要原因。熱應(yīng)力以σT表示。2．氣體壓力燃?xì)庀蛏蠈?duì)缸蓋的總作用力的中心在氣缸蓋中央。缸蓋螺栓從四周壓緊缸蓋，故使缸蓋中央上拱彎曲。對(duì)缸蓋底面板壁來(lái)講，上拱變形使觸火面受壓、而觸水面受拉。其作用效應(yīng)及熱應(yīng)力一樣。氣體產(chǎn)生的應(yīng)力以σc表示。3．安裝應(yīng)力缸蓋螺栓施于氣缸蓋的預(yù)緊力約為缸蓋底面氣體最高爆發(fā)力的數(shù)倍，以確保緊固密封可靠。在預(yù)緊力及支承力作用下缸蓋也有中央上拱彎曲的趨勢(shì)，也使缸蓋底壁觸火側(cè)受壓應(yīng)力，而冷卻水側(cè)受拉應(yīng)力。預(yù)緊應(yīng)力及預(yù)緊力大小成正比，為靜應(yīng)力，以σj表示。在安裝不正確時(shí)將會(huì)出現(xiàn)很大數(shù)值。4．腐蝕冷卻氣缸蓋等的冷卻水通常是含有4和等酸根離子的電解質(zhì)溶液。而缸蓋冷卻面由于各種原因存在電位差。在電解質(zhì)溶液中，電位較低的陽(yáng)極將被腐蝕。例如：鑄鐵材料中，鐵比碳化鐵的電位低；受拉伸應(yīng)力和拉伸變形部位的電位也較壓應(yīng)力變形部位的電位低；冷卻水中含氧量少的部位的電位也低；這樣這些部位的金屬會(huì)受電化學(xué)腐蝕，在靜應(yīng)力下，腐蝕使材料失落處呈現(xiàn)麻點(diǎn)，安裝防蝕鋅塊能有效地減輕電化學(xué)腐蝕。而在脈動(dòng)機(jī)械應(yīng)力下，麻點(diǎn)即成為應(yīng)力集中處，成為疲勞裂紋源。在脈動(dòng)應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕共同作用時(shí)，使處于晶格滑移帶受腐蝕，引起金屬材料的抗疲勞強(qiáng)度顯著下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為腐蝕疲勞。高溫燃?xì)鈱?duì)氣缸蓋底面也有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。由上分析可見(jiàn)，氣缸蓋的工作條件是十分惡劣的。（三）氣缸蓋的要求。氣缸蓋是一個(gè)負(fù)荷嚴(yán)重而結(jié)構(gòu)又十分復(fù)雜的重要機(jī)件。要求其有足夠的強(qiáng)度、良好的耐熱性；同時(shí)材料還應(yīng)具有良好的澆鑄工藝性。氣缸蓋的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性。觸火面形狀應(yīng)符合圖紙要求。有足夠圓弧過(guò)度且光潔完整。受壓面和各種道腔應(yīng)分別符合規(guī)定的壓力試驗(yàn)要求，各安裝座孔尺寸、形狀都應(yīng)符合精度要求。尤其是各個(gè)閥座孔及閥錐面應(yīng)保持良好的密封狀態(tài)。氣缸直徑在400以下的氣缸蓋材料多用400之類(lèi)的灰鑄鐵；400以上者多用球墨鑄鐵，如60—2等。不少大型低速柴油機(jī)采用鑄鋼缸蓋或者采用鑄鐵——鑄鋼組合式缸蓋。二、氣缸套的功用、工作條件和要求（一）氣缸套的功用氣缸套是一個(gè)圓筒形零件，置于機(jī)體的氣缸體孔中，上由氣缸蓋壓緊固定?；钊谄鋬?nèi)孔作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其外有冷卻水冷卻。氣缸套的功用有：1．及缸蓋、活塞共同構(gòu)成氣缸工作空間。2．筒形活塞柴油機(jī)的氣缸套承受活塞側(cè)推力，成為活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)程。3．將活塞組件及本身的熱量傳給冷卻水，使之工作溫度適當(dāng)。4．二沖程柴油機(jī)的氣缸套布置有氣口，由活塞啟閉，實(shí)現(xiàn)配氣。（二）氣缸套的工作條件氣缸套內(nèi)表受高溫高壓燃?xì)庵苯幼饔?，并始終及活塞環(huán)及活塞裙部發(fā)生高速滑動(dòng)摩擦。外表及冷卻水接觸，在較大溫差下產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)釕?yīng)力，受冷卻水腐蝕。活塞對(duì)缸套的側(cè)推力不僅加劇其內(nèi)表摩擦，并使其產(chǎn)生彎曲。側(cè)推力改變方向時(shí)，活塞還撞擊缸套。此外還受到較大的安裝預(yù)緊力。氣體壓力使氣缸壁產(chǎn)生切向拉應(yīng)力和徑向壓應(yīng)力，并且在內(nèi)表面最大，這種應(yīng)力都是高頻脈動(dòng)應(yīng)力。因缸壁內(nèi)外溫差產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力，一般溫度下使內(nèi)表面產(chǎn)生壓應(yīng)力而冷卻面存在拉應(yīng)力。但在特高氣溫下，近內(nèi)表面金屬蠕變塑性變形，而冷卻后即在內(nèi)表面形成殘余拉應(yīng)力，這種隨起動(dòng)、停車(chē)變化引起的低頻應(yīng)力會(huì)使材料疲勞。安裝預(yù)緊力P對(duì)缸套支承凸肩的作用可用圖2-1表示。圖2-1圖2-1缸套安裝力缸套內(nèi)表面及活塞裙、環(huán)的摩擦磨損十分嚴(yán)重。這是因?yàn)椋海?）相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高，平均速度6m／s～9左右。（2）存在摩擦正壓力——活塞裙施于的側(cè)推力和活塞環(huán)圓周張力。（3）摩擦面工作溫度較高，加之潤(rùn)滑油供應(yīng)不易，故潤(rùn)滑條件很差。工作中還極易出現(xiàn)異常磨損：如隨空氣進(jìn)入缸內(nèi)的堅(jiān)硬微粒，或燃燒不良形成的堅(jiān)硬結(jié)碳顆粒，在摩擦面起到磨料作用會(huì)加劇磨損，即形成“磨粒磨損”。又如，若燃?xì)庵械亩趸虻燃澳Y(jié)合，生成硫酸等，會(huì)嚴(yán)重腐蝕表面金屬，加重摩擦表面的磨損量。即形成“腐蝕磨損”。再如，若由于各種原因，摩擦面局部出現(xiàn)干摩擦，繼而出現(xiàn)局部高溫、金屬熔著、撕裂的過(guò)程，即會(huì)出現(xiàn)拉缸形成“粘著磨損”。若再惡化發(fā)展，熔著面積擴(kuò)大，造成活塞缸套相互咬死，即會(huì)出現(xiàn)咬缸惡性事故。氣缸套冷卻水側(cè)受到電化學(xué)腐蝕以外，還易發(fā)生穴蝕。穴蝕的特征是缸套外表被侵蝕成蜂窩狀光亮小孔群。嚴(yán)重時(shí)，小孔會(huì)穿透缸壁。穴蝕一般多見(jiàn)于缸套的橫向，即側(cè)推力作用方向，特別是側(cè)推力大的一側(cè)。穴蝕是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，但主要包含電化學(xué)腐蝕及空泡腐蝕兩方面。電化學(xué)腐蝕已如上節(jié)所述，而空泡腐蝕原理可簡(jiǎn)述如下：在活塞對(duì)缸套作用的側(cè)推力方向改變時(shí)，缸套受撞擊而振動(dòng)，振動(dòng)頻率正比于轉(zhuǎn)速；當(dāng)振動(dòng)能量足夠大或冷卻水流速某處變化大時(shí)，會(huì)使冷卻面冷卻水局部壓力嚴(yán)重波動(dòng)；當(dāng)某瞬時(shí)局部水壓低于當(dāng)時(shí)溫度汽化壓力時(shí)，即將出現(xiàn)氣泡，當(dāng)壓力變高時(shí)，汽泡受壓而破裂；汽泡破裂產(chǎn)生瞬時(shí)極大爆破力可對(duì)缸壁沖擊破壞，汽泡的反復(fù)形成及破裂，會(huì)使金屬疲勞損傷，使金屬質(zhì)點(diǎn)逐漸被穴蝕脫落。減小缸套振動(dòng)和提高缸壁材質(zhì)及冷卻水的消震能力都可減緩穴蝕破壞。（三）對(duì)氣缸套的要求氣缸套應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐熱性能，還應(yīng)具有較好的耐磨性能。工作中應(yīng)有良好潤(rùn)滑和冷卻。缸套一般采用含磷或含硼的耐磨合金鑄鐵作材料，如25－47、等。缸套的內(nèi)表有時(shí)還進(jìn)行鍍鉻（松孔鍍鉻、貯油網(wǎng)點(diǎn)鍍鉻）,氮化或磷化等處理，以提高耐磨性能。缸套內(nèi)表硬度通常要求大于200，且及活塞環(huán)硬度有良好匹配。內(nèi)表面還應(yīng)有適當(dāng)?shù)拇植诙龋蛊渚哂幸欢ㄙA油能力和磨合性能。內(nèi)表面應(yīng)有足夠的圓度和圓柱度精度，安裝支承面對(duì)內(nèi)孔中心應(yīng)有較高的位置精度。三、氣缸蓋的結(jié)構(gòu)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式隨柴油機(jī)的形式而不同。小型柴油機(jī)有用整體式或塊狀式結(jié)構(gòu)，即將整個(gè)柴油機(jī)所有氣缸的氣缸蓋或二、三個(gè)氣缸的氣缸蓋合鑄成一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊，可增強(qiáng)機(jī)體剛性的特點(diǎn)。中、大型柴油機(jī)則大多采用單體式氣缸蓋，這樣，可以單獨(dú)拆裝和修換，系列通用化程度高，密封性能好。氣缸蓋的結(jié)構(gòu)還及柴油機(jī)的尺寸、換氣方式、燃燒室的形式和強(qiáng)化程度等因素有關(guān)。圖2-2是四沖程6300型柴油機(jī)的氣缸蓋。它是用鑄鐵鑄造的單體式氣缸蓋，用四根氣缸蓋螺栓緊固在氣缸體上。圖中孔1是噴油器安裝孔，2、3分別是排氣和進(jìn)氣通道，孔4是裝起動(dòng)閥孔，孔5接示功器、安全閥。為了加強(qiáng)對(duì)氣缸蓋底板的冷卻，采用了雙層底式結(jié)構(gòu)，即在氣缸蓋的內(nèi)部鑄出水平中隔板，將冷卻水腔分隔成上、下兩部分。全部的冷卻水從排氣道下方水孔引人氣缸蓋的下層冷卻水腔，由于下層冷卻水腔的容積和水流通道面積較小，使冷卻水的流速較高，加強(qiáng)了氣缸蓋底板的冷卻。冷卻水由排氣側(cè)以較高的流速涌向中央，對(duì)最熱的兩個(gè)排氣伐和排氣伐孔及噴油器孔周?chē)M(jìn)行冷卻然后在經(jīng)過(guò)兩個(gè)排氣伐孔之間的通道向四周，最后從中隔板上的兩個(gè)出水孔（在排氣道側(cè)）流到上層冷卻水腔，對(duì)上部進(jìn)行冷卻。也有的氣缸蓋采用導(dǎo)流板或鉆孔等措施，引導(dǎo)冷卻水的流動(dòng)，加強(qiáng)氣缸蓋底板高溫區(qū)域的冷卻效果。如圖2-3所示，“鼻梁區(qū)”采用鉆孔冷卻水道，增強(qiáng)了該處的冷卻效果。強(qiáng)化柴油機(jī)的氣缸蓋，比較普遍地采用“薄壁強(qiáng)背”、雙層底式結(jié)構(gòu)，即采用較薄的火力底板以減小其壁面溫差和熱應(yīng)力，采用較厚的中隔板和較高的氣缸蓋高度構(gòu)成了剛度很強(qiáng)的“背部”，并通過(guò)氣道壁對(duì)底板的支撐，減小底板所承受的機(jī)械應(yīng)力。新近制造的十字頭式柴油機(jī)的氣缸蓋幾乎都采用鍛鋼鉆孔冷卻的結(jié)構(gòu)。圖2-26300柴油機(jī)氣缸蓋圖2-26300柴油機(jī)氣缸蓋圖2-3氣缸蓋鉆孔水道結(jié)構(gòu)由圖可見(jiàn)，這種氣缸蓋高度較大，但冷卻水孔離燃燒室卻很近，充分體現(xiàn)了“薄壁強(qiáng)背”的設(shè)計(jì)思想，使熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都保持在比較低的水平上，提高了可靠性。氣缸蓋底面是燃燒室壁面的一部分。上述氣缸蓋底面為倒錐形，這種倒錐形燃燒室有利于換氣和燃燒。兩只噴油器對(duì)稱(chēng)布置，有利于油霧形狀和燃燒室形狀的配合，確保了油、氣有良好的混合性能。氣缸蓋底最下部的圓柱形壁面，使缸蓋和缸套的接合面下移，以便接合處不受火焰的直接沖擊，對(duì)接合面起到保護(hù)作用。冷卻水由接合面的外部進(jìn)人氣缸蓋，消除了冷卻水通過(guò)接合面漏人氣缸內(nèi)部的可能性。并且冷卻完氣缸套的水是過(guò)沿周向均布的四個(gè)通道進(jìn)人缸蓋，確保了燃燒室部位的冷卻較均勻。圖2-5示出了氣缸蓋螺栓的液壓固緊裝置。在氣缸蓋本體13上用四只吊環(huán)螺栓12固定著鋼環(huán)9，鋼環(huán)中有油道2將所有氣缸螺栓4上的液壓活塞8下部空間溝通。氣缸蓋固緊螺母由內(nèi)、外兩個(gè)螺母組成。內(nèi)螺母5的內(nèi)、外圓柱面上都有螺紋，它安裝在氣缸蓋螺栓上并壓住液壓活塞8。外螺母6擰在內(nèi)螺母上，它的底面呈球面形，它壓在球面墊圈7上。當(dāng)固緊氣缸蓋螺栓時(shí)，高壓油由快速接頭3引人，通過(guò)液壓活塞和內(nèi)螺母，將液力傳給螺栓，從而將螺栓拉長(zhǎng)，外螺母也跟著上移，此時(shí)可將外螺母再擰到及球面墊圈相靠。當(dāng)系統(tǒng)中的油壓泄放后，螺栓的回復(fù)力通過(guò)內(nèi)螺母移到外螺母，繼而通過(guò)球面墊圈傳到氣缸蓋。由于液壓油可進(jìn)人每個(gè)螺栓上的液壓活塞，所以16個(gè)氣缸蓋螺栓是同時(shí)固緊或同時(shí)放松。具體操作步驟要嚴(yán)格按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。圖示氣缸蓋的快速接頭3只有一個(gè)，設(shè)在柴油機(jī)操縱側(cè)兩個(gè)螺栓之間，在其它螺栓之間均設(shè)有放氣旋塞1，當(dāng)對(duì)該系統(tǒng)注油放氣時(shí)打開(kāi)這些放氣旋塞。氣缸蓋螺栓沿圓周均勻分布并同時(shí)固緊，保證了氣缸蓋和氣缸套受力均勻，提高了密封性，并使拆裝容易進(jìn)行。氣缸蓋和氣缸套之間必須設(shè)法保證可靠的密封。氣缸蓋和氣缸套之間的密封是一種高溫、高壓的密封，是技術(shù)上較難密封的位置之一。由于結(jié)構(gòu)上的原因，氣缸蓋和氣缸體在氣缸蓋螺栓之間的剛度并非均勻一致，同時(shí)，柴油機(jī)工作時(shí)各機(jī)件的不同部位的熱膨脹也并不相同，使密封面發(fā)生不均勻變形。缸內(nèi)周期變化的氣體壓力，也將引起密封機(jī)件發(fā)生動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致密封面間的密封壓力不均。尤其是隨著柴油機(jī)強(qiáng)化程度的提高，密封將更加困難。一般是采用合適的密封墊片，足夠而均勻的接觸壓力來(lái)保證密封的。在采用單體式氣缸蓋的結(jié)構(gòu)中，通常是在氣缸套頂面上車(chē)制出不同形狀的環(huán)槽，并在氣缸蓋底面制出凸緣，在兩者之間安裝環(huán)形密封墊片，如圖2-6中a）～d）所示，以足夠的接觸壓力來(lái)保證可靠的密封效果。圖e)是小型柴油機(jī)采用整體式氣缸蓋時(shí)，各缸采用一塊密封墊片的情況，為保證其密封面間具有足夠而均勻的接觸壓力，氣缸套凸緣在氣缸體上的凸出量必須具有較高的尺寸精度。由圖2-6可以看出，圖a）c）的密封墊片暴露在高溫氣體之中，將受到燃?xì)獾臎_刷加熱和腐蝕。圖a）～c）的氣缸套凸緣要受到較大的彎曲力矩和剪切應(yīng)力，而圖d）所示結(jié)構(gòu)可以使氣缸套凸緣免受彎曲和剪切作用。圖2-7密封墊片的截面形狀圖2-6缸蓋密封形式圖2-7密封墊片的截面形狀圖2-6缸蓋密封形式四、氣缸套的結(jié)構(gòu)圖2-8氣缸套的形式a)圖2-8氣缸套的形式a)濕式氣缸套；b)干式氣缸套；c)帶冷卻水套式氣缸套圖a）濕式氣缸套的外表面直接及冷卻水接觸。冷卻效果良好，制造也方便；但其壁厚較大，而且必須有可靠的冷卻水密封措施，是應(yīng)用最廣泛的一種形式。圖b）干式氣缸套的外表面不及冷卻水接觸，氣缸體內(nèi)布置有冷卻水腔。因此，氣缸套可以做得很薄，有利于節(jié)約合金材料。但加工要求較高，氣缸體內(nèi)孔和氣缸套外表面均需要精密加工，以保證氣缸及氣缸體緊密貼合和良好的散熱。因此，只適用于大批量生產(chǎn)的小型柴油機(jī)。圖c)帶冷卻水套式氣缸套，可以直接在氣缸套上鑄出冷卻水腔，亦可在氣缸套外部鑲套形成。應(yīng)用這種形式的氣缸套可以避免氣缸體受到冷卻水的腐蝕，并使冷卻水腔得到合理的布置。常用于焊接式氣缸體的柴油機(jī)中，以防焊縫遭受冷卻水腐蝕。二沖程柴油機(jī)的濕式氣缸套，由于其中部設(shè)有氣口，因此，為了保證氣口部分的強(qiáng)度以及使氣口具有一定的厚度，以便對(duì)氣流進(jìn)行引導(dǎo)，氣口部分的壁厚一般都加厚，如圖2-9所示。圖2-9圖2-9鉆孔冷卻式氣缸套1、2、3-冷卻水孔；4-氣口濕式氣缸套上部及氣缸體之間的水密，是靠氣缸套凸緣及氣缸體支承凸緣肩的精確加工或在上述兩接合面之間加紫銅墊圍來(lái)保證。濕式氣缸套的下部配合部分，既要保證水密，又要能讓氣缸套受熱后自由伸長(zhǎng)，因此，普遍采用2～3道“O”型密封圈或扁圓形截面的耐油耐熱橡膠或丁睛橡膠圈進(jìn)行密封。一般筒狀活塞式柴油機(jī)的氣缸套是利用飛濺到氣缸壁上的潤(rùn)滑油來(lái)潤(rùn)滑。燃用含硫量高的劣質(zhì)燃油的柴油機(jī)以及十字頭式柴油機(jī)的氣缸套，是采用專(zhuān)門(mén)的注油泵，通過(guò)止回閥向氣缸套內(nèi)表面注油進(jìn)行潤(rùn)滑。此時(shí)，氣缸套上開(kāi)有注油孔，安裝有注油嘴接頭，并在注油孔的兩側(cè)開(kāi)有人字形的布油槽。二沖程柴油機(jī)的注油孔常開(kāi)設(shè)在氣口的上方，即直流掃氣的常設(shè)在相應(yīng)于活塞處于上止點(diǎn)前70°～105°曲軸轉(zhuǎn)角，彎流掃氣的常設(shè)在相應(yīng)于活塞處于上止點(diǎn)前45°～55°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)頭兩道氣環(huán)之間的位置。在此位置按氣缸尺寸的大小，沿圓周均布2～10個(gè)注油孔。圖2-10型柴油機(jī)氣缸套組裝圖1、3、6型密封圈；2-氣缸套；4-導(dǎo)水環(huán)；5-悶頭或傳感器；7-氣缸體；8-布油槽；9-冷卻水導(dǎo)套；D、D圖2-10型柴油機(jī)氣缸套組裝圖1、3、6型密封圈；2-氣缸套；4-導(dǎo)水環(huán)；5-悶頭或傳感器；7-氣缸體；8-布油槽；9-冷卻水導(dǎo)套；D、D1-放泄孔；進(jìn)水孔；、1-檢漏孔；冷卻水腔；空腔；冷卻水孔；掃氣口；注油孔；填料函座孔；掃氣通道；人孔氣缸套和氣缸體之間設(shè)有導(dǎo)水環(huán)4，冷卻水由W處進(jìn)人氣缸體，經(jīng)導(dǎo)水環(huán)下部的冷卻水分配孔L進(jìn)人冷卻水腔，再由下向上進(jìn)人氣缸套凸肩上的鉆孔，最后匯集于冷卻水導(dǎo)套9并由此進(jìn)人氣缸蓋。為了防止冷卻水的漏泄，設(shè)有O型密封圈3，3a和6。3和3a用于密封空間的冷卻水，正常情況下空間因此不會(huì)有水。密封圈6用來(lái)阻止冷卻水沿缸套和缸體的間隙漏入活塞下部空間，同時(shí)也阻止掃氣進(jìn)入冷卻水空間。為了監(jiān)視這些密封圈工作狀態(tài)，設(shè)有檢查孔道和1。若1處漏水，說(shuō)明O型密封圈3或3a損壞應(yīng)及時(shí)換新。若處漏水，說(shuō)明密封圈6的上面一道密封圈失效。若處漏出氣，則說(shuō)明密封圈6的下面一道密封圈失效。圖2-11示出型柴油機(jī)氣缸套。它的凸肩部位的上半部用鉆孔冷卻，凸肩的下半部外側(cè)裝有鋼套6，它們之間形成冷卻水腔5，見(jiàn)b）圖。冷卻水由外部引至由氣缸體和氣缸套中間部位形成的冷卻腔，經(jīng)氣缸體8的鉆孔和水管7進(jìn)人冷卻腔5和氣缸套上的鉆孔內(nèi)。冷卻氣缸套凸肩部位后經(jīng)水管4進(jìn)人氣缸蓋，整個(gè)凸肩部位結(jié)構(gòu)均勻，受熱合理，特別是缸口部位變形小，有利于密封和提高強(qiáng)度。氣缸套的支承環(huán)帶上均布著安裝注油接頭的鉆孔，見(jiàn)a）圖。這些孔不穿過(guò)冷卻水腔，避免了冷卻水由此進(jìn)人氣缸套內(nèi)部。由圖可見(jiàn)，這種氣缸套的凸肩很高，坐落在氣缸體上。這種結(jié)構(gòu)可大大降低氣缸體的高度，簡(jiǎn)化氣缸體結(jié)構(gòu)，減輕了重量，便于加工制造，對(duì)超長(zhǎng)行程柴油機(jī)（氣缸套高度大）十分有利。另外氣缸套的下部不用水冷卻，使氣缸套中、下部有較高的溫度，這對(duì)氣缸套工況及消除該區(qū)域腐蝕磨損有利。圖2-11型柴油機(jī)氣缸套圖2-11型柴油機(jī)氣缸套1-進(jìn)氣口；2-氣缸套；3-氣缸蓋；4、7-水管；5-冷卻腔；6-鋼套；8-氣缸體第三節(jié)活塞組件主要運(yùn)動(dòng)機(jī)件由活塞組、連桿組和曲軸飛輪組等組成，在十字頭式柴油機(jī)中還包括了十字頭組。它們的作用是把氣缸內(nèi)燃?xì)馑鞯墓σ郧S回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式輸出。活塞組通常是由活塞本體、活塞銷(xiāo)以及活塞環(huán)等零件組成?；钊M的主要功用是及氣缸、氣缸蓋等組成封閉的燃燒室空間，承受氣缸內(nèi)氣體的壓力，并將其傳遞給連桿；在筒狀活塞式柴油機(jī)中，還要承受連桿傾斜時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)推力，起往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向作用；在二沖程柴油機(jī)中，還要起開(kāi)啟、關(guān)閉氣口的“滑閥”作用。一、活塞組的工作條件和活塞本體的常用材料1．活塞組的工作條件活塞組所處的工作條件極為惡劣，它是在高溫、高負(fù)荷、高速運(yùn)動(dòng)、潤(rùn)滑不良以及冷卻困難等情況下工作的。（1）活塞組受氣缸內(nèi)氣體作用力P、高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力。以及連桿傾斜時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)推力的周期性作用。在近代增壓柴油機(jī)中，上述各力已達(dá)到相當(dāng)可觀的程度，并帶有沖擊性質(zhì)。它們將使活塞組各部分受到相當(dāng)大的交變機(jī)械應(yīng)力。然而，盲目地用增加壁厚來(lái)提高活塞組的機(jī)械強(qiáng)度，反而會(huì)使活塞組的質(zhì)量增加，慣性力增大，活塞各部分的溫差擴(kuò)大，熱應(yīng)力增加。這顯然是不合理的。（2）活塞組受到高溫燃燒氣體的周期加熱，長(zhǎng)時(shí)間在高溫狀態(tài)下工作，不僅使活塞材料的強(qiáng)度降低，同時(shí)，活塞組靠近燃燒室的部分也將產(chǎn)生熱變形和很大的熱應(yīng)力。（3）活塞組在側(cè)推力作用和潤(rùn)滑不良的條件下進(jìn)行高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使活塞組產(chǎn)生較大的摩擦損失和磨損。同時(shí)，周期性改變方向的側(cè)推力也必將使活塞不斷撞擊氣缸套，引起活塞變形和氣缸套振動(dòng)。針對(duì)以上的工作條件，活塞組必須滿足以下要求：在保證強(qiáng)度和剛度足夠的前提下，盡可能減輕質(zhì)量；盡量減少活塞頂從燃燒氣體吸收熱量，又能盡快地將所吸收的熱量散走，防止活塞過(guò)熱；既要保證燃燒室良好的氣密性，又應(yīng)盡可能減少活塞組的摩擦損失；摩擦副具有良好的潤(rùn)滑、較小的磨損以及較少的潤(rùn)滑油消耗量。上述各項(xiàng)要求是相互制約彼此矛盾的，一般是通過(guò)選用合適的材料和合理的結(jié)構(gòu)形式來(lái)滿足。2．活塞本體的常用材料目前常用的材料有合金鑄鐵、鋁合金、球墨鑄鐵和耐熱合金鋼。合金鑄鐵材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、較小的熱膨脹系數(shù)以及良好的耐磨和耐腐蝕性能，價(jià)格低廉，工藝性好；但其缺點(diǎn)是密度大，吸熱性和導(dǎo)熱性比鋁合金差。鋁合金材料密度小，鋁合金活塞比鑄鐵的要輕30%～50%，因而能相應(yīng)地減小活塞組的往復(fù)慣性力，因此高速柴油機(jī)的活塞廣泛采用鋁合金材料。但鋁合金材料的熱強(qiáng)度較差，熱膨脹系數(shù)較大。鑄鐵話塞及氣缸套的熱膨脹系數(shù)非常接近，因此，無(wú)論是在冷態(tài)或是在熱態(tài)狀態(tài)下，活塞及氣缸套的配合間隙幾乎保持相同的數(shù)量值；而鋁合金活塞由于其熱膨脹系數(shù)較大，及氣缸套的冷態(tài)配合間隙要比鑄鐵的大一倍左右，這在冷車(chē)啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將加劇活塞對(duì)氣缸套的撞擊。球墨鑄鐵和耐熱合金材料具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。在強(qiáng)載柴油機(jī)中，常用這種材料制成薄壁式的活塞結(jié)構(gòu)，以增加其承受熱負(fù)荷的綜合能力。耐熱合金鋼一般用作組合式活塞的頭部材料。二、活塞本體活塞本體的頂面直接受到高溫高壓燃?xì)獾姆磸?fù)作用，故高頻氣體脈動(dòng)應(yīng)力及低頻熱疲勞應(yīng)力十分嚴(yán)重，氣體的脈動(dòng)機(jī)械應(yīng)力在活塞銷(xiāo)座及尺寸形狀變化處尤其明顯，熱疲勞應(yīng)力在冷卻不良或結(jié)構(gòu)不當(dāng)時(shí)更為嚴(yán)重。四沖程機(jī)活塞裙部及缸壁在側(cè)推力下高速滑動(dòng)摩擦，因?yàn)闈?rùn)滑條件差，磨損也較嚴(yán)重，因此活塞本體應(yīng)有較高的熱強(qiáng)度和良好的耐磨性。管理中應(yīng)力求降低熱負(fù)荷?；钊倔w上部主要用于接受氣體作用及裝活塞環(huán)，稱(chēng)為頂部。下部為裙部，主要傳遞側(cè)推力或啟閉氣口?；钊斆媸侨紵业酌妫湫螤罡鶕?jù)燃前供應(yīng)可燃混合氣的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。船用主機(jī)活塞頂形狀一般為簡(jiǎn)單曲面。頂面往往制有氣閥的避讓凹坑?；钊ぷ鳒囟燃盁崤蛎浟坑缮舷蛳逻f減，故頭部直徑在冷態(tài)下呈上小下大的微錐形或階梯形。由于活塞銷(xiāo)座金屬較多，故活塞銷(xiāo)軸線方向熱膨脹量較另一方向大，加之氣體壓力使本體產(chǎn)生的變形亦是在活塞銷(xiāo)軸線方向較大，因此裙部被制成短軸在活塞銷(xiāo)方向的橢圓形，或?qū)N(xiāo)座側(cè)的裙部加工出凹陷區(qū)域。圖2-12活塞組件1-活塞本體；2-氣環(huán)；3-油環(huán)；4-活塞銷(xiāo)圖2-12活塞組件1-活塞本體；2-氣環(huán)；3-油環(huán)；4-活塞銷(xiāo)圖2-15新型整體鑄鐵活塞圖2-13圖2-15新型整體鑄鐵活塞圖2-13活塞冷卻形式和熱負(fù)荷隨著功率及最高爆發(fā)壓力的提高，活塞的熱負(fù)荷越來(lái)越大，特別在大型低速機(jī)中，相對(duì)散熱面積小的情況，一般都采用冷卻式活塞，且較多采用鑄鐵薄壁結(jié)構(gòu)或鑄鋼——鑄鐵組合活塞。筒形活塞利用潤(rùn)滑油冷卻的型式有圖2-13所示幾種。圖中B是從連桿小端向活塞頂壁內(nèi)側(cè)噴出壓力潤(rùn)滑油。圖中C是從設(shè)置在曲軸箱的壓力油管對(duì)活塞噴油冷卻。圖中D(a)是活塞長(zhǎng)裙壁中鉆長(zhǎng)油孔將壓力油引入活塞冷卻腔，圖D(b)是活塞頭部埋設(shè)（鑄設(shè)）冷卻盤(pán)管。圖中E（a）、(b）是從連桿經(jīng)活塞銷(xiāo)上油孔至活塞頂部冷卻腔，由于冷卻油不充滿油腔，故在活塞作變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，油腔中潤(rùn)滑油產(chǎn)生振蕩，對(duì)活塞振蕩冷卻。圖2-16組合式活塞1-活塞裙；2-卡簧；3-活塞銷(xiāo)；4-襯管；5-刮油環(huán)；6、7、8-壓縮環(huán)；9-活塞頭；10-柔性螺栓；11、15-密封圈；12-墊塊；13-螺母；14-襯管端蓋；A、冷卻腔；避讓坑圖2-1圖2-16組合式活塞1-活塞裙；2-卡簧；3-活塞銷(xiāo)；4-襯管；5-刮油環(huán)；6、7、8-壓縮環(huán)；9-活塞頭；10-柔性螺栓；11、15-密封圈；12-墊塊；13-螺母；14-襯管端蓋；A、冷卻腔；避讓坑在大功率中高速柴油機(jī)中，近幾年開(kāi)始應(yīng)用新型整體的鑄鐵活塞。圖2-15所示為G8300柴油機(jī)中采用的一種。它用球墨鑄鐵制造、壁部較薄，也稱(chēng)“薄壁球鐵”活塞。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：采用薄壁桁架結(jié)構(gòu)，依靠設(shè)在頂壁的筋肋來(lái)承受最高燃燒壓力。頂部可及鍛鋼活塞頂部同樣厚度。因剛度大質(zhì)量小，已及鋼頂鋁裙組合活塞質(zhì)量接近。活塞銷(xiāo)座及活塞頂壁用筋肋及活塞銷(xiāo)我水平方向筋肋相聯(lián)，最高爆發(fā)力經(jīng)筋肋傳給銷(xiāo)座而不影響裙部圍壁。這種懸掛式彈性銷(xiāo)座使活塞裙部可以做成薄壁圓筒。冷卻油腔做得較大，振蕩冷卻效果顯著。及缸套配合間隙僅為鋁合金活塞的一半，且冷熱態(tài)幾乎一樣，活塞對(duì)缸套晃動(dòng)、敲擊得以防止和減輕。在強(qiáng)載程度更高的柴油機(jī)中，由于活塞所受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷都更大，通常采用將熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷分開(kāi)來(lái)處理的辦法，以提高活塞的工作可靠性?；钊^部采用機(jī)械強(qiáng)度高的球墨鑄鐵或耐熱合金鋼材料，以較薄的活塞頂厚度，足夠大的冷卻腔容積和散熱表面積，以及采用振蕩冷卻方式，將活塞吸收熱量的90％見(jiàn)以上沿軸向由冷卻介質(zhì)傳出，從而有效地減小了活塞頂?shù)臏囟忍荻群蜔釕?yīng)力，提高了活塞承受熱負(fù)荷的能力；同時(shí)，用較小跨距的內(nèi)支撐來(lái)增加活塞頂?shù)膭傂裕岣吡顺惺軝C(jī)械負(fù)荷的能力。活塞裙部仍用鋁合金或鑄鐵材料。圖2-16所示為2－5大功率中速柴油機(jī)的活塞，它是體現(xiàn)上述設(shè)計(jì)思想的組合式活塞的典型結(jié)構(gòu)?；钊^部用耐熱合金鋼制造，活塞裙1則用鋁合金制成，兩者用柔性螺栓10連接起來(lái)?；钊?shù)谋谳^薄，并采用內(nèi)支承的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了薄壁強(qiáng)背的活塞頭?；钊捎没屠鋮s，滑油從連桿、活塞銷(xiāo)和活塞裙中的通道先送至環(huán)形冷卻腔A，再由此流入中央冷卻腔C，最后從冷卻腔的中央孔泄至曲軸箱中。中央孔的位置和孔徑控制了冷卻腔中的油量，以保證振蕩冷卻的實(shí)現(xiàn)。環(huán)帶部分有活塞環(huán)槽，其內(nèi)安裝有活塞環(huán)。由于活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)不斷運(yùn)動(dòng)而撞擊環(huán)槽，尤其是燃用劣質(zhì)燃油時(shí)所生成的硬質(zhì)炭粒，將加速環(huán)槽的磨損。為此，在鋁合金活塞中常采用奧氏體鑄鐵耐磨鑲?cè)Γ辉阡擁斀M合式活塞中，對(duì)環(huán)槽上下表面進(jìn)行鍍鉻、淬火或氨化等表面處理，以提高環(huán)槽的耐磨性。在十字頭式柴油機(jī)中，很多采用冷卻水作為活塞冷卻液。利用專(zhuān)門(mén)安裝在活塞或十字頭中的冷卻液輸送機(jī)構(gòu)完成。這種輸送機(jī)構(gòu)有套管式和鉸鏈?zhǔn)絻煞N。圖27為柴油機(jī)活塞的套管式冷卻機(jī)構(gòu)。它由裝在活塞上的兩根隨活塞上下的動(dòng)管1（進(jìn)水管）、2（出水管）和固定于水箱7底部的不動(dòng)立管5（進(jìn)水管）、6（出水管）以及裝于氣缸體底板上的上下密封函3、4等組成。在不動(dòng)的立管上端都裝有導(dǎo)套8和噴管式抽吸器9。噴管式抽吸器可把動(dòng)管和不動(dòng)管間隙中的泄漏水液和空氣吸入管道中，以減少泄漏和因套管容積變化所引起的水擊。導(dǎo)套引導(dǎo)動(dòng)管沿不動(dòng)管中心運(yùn)動(dòng)。冷卻水流由冷卻箱中的進(jìn)水管引入進(jìn)水不動(dòng)管5和動(dòng)管1進(jìn)入活塞冷卻腔。冷卻活塞后由動(dòng)管2和不動(dòng)管6經(jīng)水箱出水管引出。密封函3主要用以密封增壓空氣和污物；密封函4用以密封活塞冷卻導(dǎo)管從下而上運(yùn)動(dòng)時(shí)抽上來(lái)的水。這種冷卻機(jī)構(gòu)的水管都在水箱7中，水箱上方有透氣管10及大氣相通。水管的泄漏水都由水箱下部的回水管引出，不會(huì)漏入曲軸箱。上下密封函的結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。每組密封函均有四道優(yōu)質(zhì)耐磨的塑料刮環(huán)，每道塑料刮環(huán)都由三塊孤段組成用鋼絲彈簧箍貼于動(dòng)管外壁。為使刮環(huán)工作正常，塑料刮環(huán)要有正常的軸向間隙，以及三孤塊間的搭口間隙。中隔板將密封函座分為上、下空間。上密封函組刮下的污油流至污油柜，下密封函組刮下的污水經(jīng)漏水檢查計(jì)后流回循環(huán)水柜。整個(gè)密封函其上、下分別有金屬導(dǎo)筒、它們及動(dòng)管10、11且外圓配合間隙極小，有節(jié)流密封作用，在它的配合滑動(dòng)內(nèi)孔面澆鑄有左右的巴氏合金。圖2-1圖2-17套管式冷卻機(jī)構(gòu)1-動(dòng)管（進(jìn)水管）；2-動(dòng)管（出水管）；3、4-密封函；5-不動(dòng)管（進(jìn)水管）；6-不動(dòng)管（出水管）7-水箱；8-導(dǎo)套；9-抽吸器；10-透氣管圖2-18活塞冷卻套管密封函圖2-18活塞冷卻套管密封函1-上密封組函；2-下密封函；3-刮環(huán)；4-上壓蓋；5-上殼體；6-中隔板；7-下殼體；8-下隔板；9-底座；10-進(jìn)水動(dòng)管；11-出水動(dòng)管；12、13-金屬導(dǎo)筒活塞在工作狀態(tài)下，其溫度沿軸向分布也很不均勻，因而將產(chǎn)生不同程度的熱變形，。為了使活塞在工作時(shí)能及氣缸套保持合適的配合間隙，活塞側(cè)表面做成上小下大的各種形狀。如圖2-19所示，圖中a），活塞頭部做成錐形，裙部做成圓柱形，適用于裙部溫差不大的場(chǎng)合；圖中的根據(jù)裙部溫度的差別，也將裙部做成了錐形；圖中c）在裙部的下端又做成倒錐形，在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)可以形成“油楔”，減小活塞裙部的磨損；圖中d）是根據(jù)活塞溫度沿軸向的差別，由三段不同錐度的錐面組合，只是在最下面溫度較低處保留有一段圓柱形；圖中e）的頭部是錐面，裙部是“曲線型面”。這種形狀不僅適應(yīng)裙部的熱膨脹，而且在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能形成良好的“油楔”，減小裙部的磨損。但這種形狀的加工比較復(fù)雜。活塞裙部的銷(xiāo)座部分，由于壁厚極不均勻而產(chǎn)生不均勻的熱變形，使裙部沿銷(xiāo)座中心線方向增大，同樣，活塞在氣體壓力以及側(cè)推力作用下的變形，使裙部沿銷(xiāo)座中心線方向變長(zhǎng)，而及活塞銷(xiāo)座中心線垂直方向的直徑將要縮短，即發(fā)生了裙部“橢圓變形”，如圖2-20所示。為了適應(yīng)這種變形，防止發(fā)生過(guò)大的局部磨損，甚至拉缸事故，具有銷(xiāo)座的裙部常被做成反橢圓形（即短軸在活塞銷(xiāo)中心線上）或?qū)N(xiāo)座周?chē)娜共勘砻鎯?nèi)凹一些。圖2-19活塞側(cè)表面形狀圖2-19活塞側(cè)表面形狀圖2-20活塞裙部的橢圓變形圖2-20活塞裙部的橢圓變形三、活塞環(huán)活塞環(huán)是開(kāi)有切口的扁形金屬圓環(huán)，因有切口，圓周方向產(chǎn)生彈力、裝入活塞環(huán)槽后，端面及環(huán)槽存在軸向間隙（天地間隙）。隨活塞裝入缸套后，仍存在切口開(kāi)度（稱(chēng)為搭口間隙）。同時(shí)在徑向方向上，環(huán)的內(nèi)圓及環(huán)槽底圓間也存在間隙（稱(chēng)背隙）。這些間隙作為熱膨脹預(yù)留量，但因預(yù)留量大小影響到活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和工作性能，故有嚴(yán)格規(guī)定?；钊h(huán)按功用分為密封環(huán)、刮油環(huán)和承磨環(huán)。在筒形活塞上裝有密封環(huán)和刮油環(huán)，密封環(huán)狀裝在頭部上面。刮油環(huán)裝在下面及裙部下方。在十字頭活塞上有密封環(huán)和承磨環(huán)，密封環(huán)裝在頭部，承磨環(huán)裝在裙部。（一）密封環(huán)（氣環(huán)）圖2-21氣環(huán)密封原理p圖2-21氣環(huán)密封原理p0-環(huán)妝始彈力；徑向不平衡力；軸向不平衡力密封環(huán)的截面形狀有圖2-22所示幾種。其中：矩形環(huán)a）加工容易，應(yīng)用最廣泛，但磨合性差，對(duì)活塞晃動(dòng)適應(yīng)性也差。故大功率機(jī)的矩形環(huán)常嵌入易磨合材料，形成圖2-22k）、l）所示的噴鉬環(huán)和嵌銅環(huán)，錐面環(huán)b）接觸面小，比壓大，磨合性能好，上行時(shí)能對(duì)氣缸壁布油。但錐面在氣壓下有內(nèi)縮分力，故不能作第一道密封環(huán)。c）、d）、e）f）等各種扭曲環(huán)，都是利用材料截面不對(duì)稱(chēng)性，徑向彈力上下不一致，讓環(huán)產(chǎn)生扭曲，使環(huán)及環(huán)槽和缸壁接觸面減小，增加比壓，使氣密和刮油性能加強(qiáng)。梯形環(huán)g）、楔形環(huán)h）及槽配合時(shí)的間隙在張縮運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷改變，能擠破積碳和膠質(zhì)，防止環(huán)熔著和結(jié)焦。桶面環(huán)i）磨合性、密封性和對(duì)活塞晃動(dòng)適應(yīng)性均好，在短活塞薄缸套的結(jié)構(gòu)中尤其有效。圖2-22密封環(huán)截面形狀為得到理想的密封、耐磨和布油等綜合性能，一個(gè)活塞的密封環(huán)組常由各種截面形狀活塞環(huán)組合而成。而且往往第一道密封環(huán)采用鍍鉻環(huán)，能使這一道環(huán)的密封性能、磨合性能、耐用性有明顯提高，而且對(duì)保護(hù)下部的其它活塞環(huán)也有良好效果。圖2-22密封環(huán)截面形狀活塞環(huán)的切口形式有直切口、斜切口和搭接切口三種主要型式。如圖2-23所示。其中直切口和斜切口環(huán)制造方便，廣泛應(yīng)用于中高速機(jī)。搭接切口活塞環(huán)漏氣少，但加工復(fù)雜，易折斷，它多用在低速機(jī)中。二沖程機(jī)的缸套上有氣口，活塞環(huán)受熱變形后，其切口易及氣口擦撞而損壞，所以常制成切口處向內(nèi)彎曲的校正形狀，如圖2-24所示。這樣在受熱變形后能及缸套壁圓形接觸。由于一、二道環(huán)工作溫度高故校正值較大，下面的第三道環(huán)溫度低，故校正值小。安裝時(shí)不能調(diào)錯(cuò)。有的在活塞環(huán)切口處加設(shè)定位銷(xiāo)防止環(huán)的切口轉(zhuǎn)動(dòng)到氣口位置。圖2-23活塞環(huán)切口圖2-23活塞環(huán)切口a)直切口；b)斜切口；c)接搭切口（二）刮油環(huán)（油環(huán)）圖2-24活塞環(huán)切口校正在筒形活塞柴油機(jī)中，缸套及活塞裙及活塞環(huán)相互摩擦面間是靠飛濺潤(rùn)滑方式供油的。運(yùn)動(dòng)中的曲柄連桿將潤(rùn)滑油甩濺到缸套內(nèi)表下方。然后利用活塞環(huán)的泵油作用，將潤(rùn)滑油布到整個(gè)摩擦面。但是泵油作用不能太甚，否則潤(rùn)滑油會(huì)進(jìn)入燃燒室。這不僅增加了潤(rùn)滑油消耗量，而且燃燒不良的潤(rùn)滑油還會(huì)污染燃燒室相關(guān)連的零件、閥件和氣道，惡化工作性能。因此除了限制活塞環(huán)的泵油作用，還用刮油環(huán)來(lái)刮除缸壁內(nèi)表多余的潤(rùn)滑油。圖