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柴油发电机组气缸与气缸套

汽缸与汽缸套

汽缸是用来引导活塞作往复运动的圆筒形空间。正时齿轮的检验与修理凸轮轴上的正时齿轮工作过久会磨损，使齿隙变大，在工作中会产生噪声。汽缸内壁与活塞顶、汽缸盖底面共同构成燃烧室，其表面在工作时与高温、高压燃气及温度较低的新鲜空气交替接触。由于燃气压力和温度的影响，加之活塞相对于汽缸内壁的高速运动和侧压力的作用，使汽缸表面产生磨损。当汽缸壁磨损到一定程度后，活塞环与汽缸壁之间就会失去密封性，大量燃气漏入曲轴箱，使柴油机性能恶化，而且机油也较易变质。因此对汽缸的材料、加工精度和表面粗糙度都有较高要求。通常内燃机的大修期限是根据汽缸壁面的磨损情况来决定的。

为了提高汽缸的强度和耐磨性，便于维修和降低成本，通常采用较好的合金材料将汽缸制成单独的汽缸套镶入汽缸体中。配合间隙大小与轴瓦合金层的材料、轴颈直径、内燃机转速及轴瓦单位面积上承受的载荷有关，但起决定性作用的还是轴瓦合金层的材料。一般汽缸套采用耐磨合金铸铁制造，如高磷铸铁、含硼铸铁、球墨铸铁或奥氏体铸铁等。为了使汽缸套的耐磨性更好，有的汽缸套还进行了表面淬火、多孔镀铬、喷钼或氮化处理等。

常用的汽缸套可分为干式和湿式两种：干式汽缸套是壁厚为1~3mm的薄壁圆筒，其特点是缸套的外表面不与冷却水直接接触。调整气门间隙的方法是：先松开调整螺钉的锁紧螺母，再旋转调整螺钉，用规定数值的厚薄规插入气门杆与摇臂之间进行测量，使气门间隙符合规定，调整好后再将锁紧螺母拧紧，复查一次，直至气门间隙在规定的范围内。采用干式汽缸套的优点是机体刚度较好，不存在冷却水密封问题；缺点是缸套的散热条件不如湿式汽缸套好，加工面增加，成本高，拆卸困难。

湿式汽缸套是壁厚为5~9mm的圆筒，其外壁直接与冷却水相接触。优点是装拆方便，冷却可靠，容易加工；缺点是机体的刚度较差，漏水的可能性比较大。柴油机大多采用湿式汽缸套。

湿式汽缸套因外壁直接与冷却水接触，所以在缸套的外表面制有两个凸出的圆环带，以保证汽缸套的径向***和密封。应用***为广泛的直列柱塞式喷油泵柴油机燃油供给系统组成：直列柱塞式喷油泵一般由柴油机曲轴的正时齿轮驱动。缸套的轴向***是利用上端的凸缘。凸缘下面装有密封铜垫片。缸套外表面的下凸出圆环带上装有1~3个耐热耐油的橡胶密封水圈，有的发动机则把密封水圈安装在机体上。缸套装入机体后，其凸缘顶面应高于机体顶面0.06~0.15mm，以使汽缸盖能压紧在汽缸套上。有的发动机在汽缸套下端开有切口，以保证连杆在其大倾斜位置时不致与缸套相碰。

（1)活塞

活塞的功用是承受燃气的压力，并经过连杆将力传给曲轴。

活塞的工作条件十分恶劣，它是在高温、高压的燃气作用下，不断地作高速往复直线运动。当减压环带的下边缘进入出油阀座的内孔时，柱塞上部的油腔即与高压油管隔断。由于受到周期性变化的燃气压力和往复惯性力的作用，活塞承受很大的机械负荷和热负荷，加之温度分布不均匀，就会引起热应力。因此，要求活塞必须有较轻的重量以及足够的强度与刚度。活塞在高温、高压、高速条件下工作，其润滑条件较差，活塞与汽缸壁摩擦严重。为减小磨损，活塞表面必须耐磨。

高速内燃机的活塞通常采用铸铝合金。①分别松开压气机壳、无叶涡壳与中间壳上的固紧件，取下两只壳体。随着内燃机的不断强化，采用锻铝合金或共晶铝硅合金的活塞日益增多，而高增压内燃机较多采用铸铁活塞，其目的在于提高其强度，减小热膨胀系数。活塞的基本构造可分为顶部、环槽部（防漏部或头部）、活塞销座和裙部四部分。

①顶部顶部是构成燃烧室的一部分，其结构形状与发动机及燃烧室的型式有关。135系列4、6缸直列柴油机用空滤器，这种纸质滤芯（金属丝滤芯）滤清器目前应用广泛，滤芯普遍采用树脂处理的微孔滤纸制成，滤芯上下两端由塑料密封垫圈密封。活塞顶部的几种不同结构形状。小型内燃机大多采用平顶活塞，优点是制造简单，受热面积小。大多数内燃机的活塞顶部由于要形成特殊形状的燃烧室，其形状比较复杂，一般都制有各种各样的凹坑。凹坑是为了改善发动机的燃烧状况而设置的，使可燃混合气的形成更有利，燃烧过程更完善。有的内燃机为避免气门与活塞顶相碰撞，在顶部还制有浅的气门避碰凹坑。

内燃机活塞所受的热负荷大（尤其是直接喷射式内燃机），往往会使活塞引起热疲劳，产生裂纹。随着出油阀的继续下落直至圆锥面落座，出油阀上方的高压油腔让出了一部分容积，因而高压油管中的油腔容积突然增大，油压又迅速降低，喷油立即停止，这就保证了喷油后期燃油的雾化质量，同时防止出现二次喷射和滴漏现象。因此，有的内燃机可从连杆小头上的喷油孔喷射机油，以冷却活塞顶内壁。也有的内燃机在机体里设有专门的喷油机构，也可起到同样的作用。活塞顶部因承受燃气压力，所以一般比较厚；有的活塞顶内部还制有加强筋。

②环槽部环槽部主要用于安装活塞环以防止燃油或燃气漏入曲轴箱，并将活塞吸收的热量经活塞环传给汽缸壁，与此同时阻止润滑油窜入燃烧室。曲轴上的正时齿轮经过一个或两个中间齿轮，再传到凸轮轴上的正时齿轮。活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽，上面2一3道用于安装气环，下面1、2道是油环槽。油环槽的底部钻有许多径向小孔，以便油环从汽缸壁上刮下多余的润滑油从小孔流回曲轴箱。

有的内燃机在活塞顶到一环槽之间，或者一直到以下几道环槽处，都开有细小的隔热沟槽。沟槽在活塞工作时，可形成一定的退让性，可以防止活塞与汽缸壁的咬合，故这种活塞可适当减小活塞与汽缸间的间隙。

二道环槽的耐磨性，有的内燃机在环槽部位上随着内燃机的不断强化，为了提高一镶铸耐热和耐磨的奥氏体铸铁护槽圈。

③活塞销座销座用以安装活塞销，主要起传递气压力的作用。活塞销座与顶部之间往往还有加强筋，以增加刚度。销座孔内设有安装弹性卡环的环槽，活塞销卡环是用来防止活塞销在工作中发生轴向窜动，窜出活塞销座孔而打坏汽缸体。

④裙部活塞头部低一道油环槽以下的部分称为裙部。其作用主要是对活塞在汽缸内的运动加以导向，此外它还承受侧压力。柴油机由于燃气压力高，侧压力大，所以裙部也比较长，以减小单位面积上的压力和磨损。

由于柴油机汽缸压力很大，要求裙部具有足够大的承压面积，又要在任何情况下保持它与汽缸壁有佳的配合间隙（既不因间隙过大而使密封性变差和产生敲缸现象，又不因间隙过小而刮伤汽缸壁，甚至发生咬缸现象）。05mm的薄铜皮2~3片（注意不要将它垫在轴瓦两端的接合处），这样可以减少轴瓦的修刮量，缩短其修刮时间。故其活塞裙部通常不开切槽，只是将活塞轴向制成上小下大的圆锥形，并将裙部径向做成椭圆形。因此，柴油机活塞与汽缸壁的装配间隙要比油机的大。为了保证柴油机压缩终了有足够的压力和温度，则要求其有更好的密封性，因此，柴油机应具有更多的密封环和刮油环。

曲轴的构造

曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈（曲柄销）、曲柄臂、平衡重（并非所有曲轴都有）、前端（自由端）和后端（功率输出端）等组成。

①主轴颈与连杆轴颈内燃机的主轴颈与连杆轴颈都是尺寸精度较高和粗糙度较低的圆柱体，它们以较大的圆弧半径与曲柄臂相连接。反之，曲轴转速降低，飞块离心力减小，从动盘在弹簧的作用下退回一定角度，使供油提前角相应减小。主轴颈是用来支承曲轴的，曲轴绕主轴颈中心高速旋转。主轴颈多为实心的，而球墨铸铁的曲轴主轴颈与连杆轴颈大多是空心的，其优点是可以减少旋转质量，从而减少其离心力；同时可作为润滑油离心滤清的空腔。主轴颈与连杆轴颈采用压力润滑，润滑油通过曲柄臂中的斜油道被压送至连杆轴颈空腔内，在旋转离心力的作用下，将机油中密度大的金属磨屑及其他杂质甩向空腔的外壁，内侧干净的机油通过油管流到连杆轴颈及轴承摩擦表面。

②曲柄臂（简称曲柄）曲柄臂的作用是连接主轴颈与连杆轴颈，通常制成椭圆形或圆形，其厚度与宽度应使曲轴有足够的刚度和强度。

③平衡重平衡重通常设在与连杆轴颈相对的一侧曲柄臂上，其形状多为扇形。平衡重的作用是平衡连杆轴颈及曲柄臂的重量、离心力及其力矩，以减轻主轴承的载荷，增加运转的平稳性。

④曲轴的前端曲轴的前端制成有台肩的圆柱形。其上分别装有正时齿轮、挡油圈、油封、带轮和止推片等零件。有些中小功率内燃机曲轴前端设有启动爪，另有一些高速内燃机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用内燃机的曲轴前端设有动力输出装置。

⑤曲轴的后端一般曲轴的后端设有油封、回油螺槽、后凸缘等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将内燃机的功率输送给配套机具的传动装置。后端多装有飞轮，通过花键或凸缘与其相配，然后用螺栓固紧。山于飞轮尺寸大而重，因此对螺栓的紧固有一定的要求。

（4）曲轴的形状和发动机的发火次序

曲轴的形状及曲柄销间的相互位置（即曲拐的布置）与冲程数、汽缸数、汽缸排列方式和各汽缸做功行程发生的顺序（称为发火次序或工作顺序）有关。曲轴的形状要同时满足惯性力的平衡和发动机工作平稳性的要求。

就四冲程发动机而言，曲轴每转两圈（即一个工作循环），每缸都应发火做功一次。在一般情况下，轴瓦刮好后要保留1~2个垫片以便内燃机工作一段时间后对轴瓦的松紧度进行调整。各缸的发火间隔时间（以°CA表示）应力求均匀。设发动机有个汽缸，则发火间隔应为720°/i°CA，即曲轴每转720°/i时，就应有一个缸做功，这样才能使发动机工作平稳。现就常用的4缸、6缸和V型8缸发动机说明如下。

①四冲程直列4缸发动机因缸数i=4，所以发火间隔应为720°/4一180°CA。其曲柄销布置4个曲柄销布置在同一平面内，1、4缸的曲柄销朝上时，2、3缸的朝下，1、4缸与2、3缸相隔180°。

曲枘销的另种布置形式是将述一种方式的2、5缸分别与3、4缸互换。这种方式的着火次序是，只有少数进内燃机采用这种着火次序。

按发火次序看，前后两个汽缸的做功行程有60°是重叠的，这种现象是容易理解的。②锤击法先清除黏附在曲轴表面上的油污，然后用煤油或柴油浸洗整个曲轴，再取出曲轴将其抹拭干净，***后将曲轴的两端支撑在木架上，用小手锤轻轻敲击每道曲轴臂。因为各汽缸间做功行程的间隔是120°，而每个汽缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后两个汽缸的做功行程有60°的重叠角。在这个60°中，两个汽缸都在做功，前一个汽缸做功未完，后一个汽缸做功已经开始。这种做功行程重叠的现象对发动机工作的平稳性是非常有利的。

③四冲程v型8缸机大多将汽缸排列成双列v形（两列汽缸的中心线夹角常取90°）。柴油机工作时，空气经纸质滤芯滤清后，从接管沿进气管被吸入汽缸。因其汽缸数i=8，所以，各缸发火间隔应为720°/8=90°CA。通常，这种发动机左右两列汽缸中相对的一对连杆共装在一个曲柄销上，所以v型8缸机只有4个曲柄销。一般情况下，将4个曲柄销布置在两个互成90°的平面内。v型8缸机常用的发火次序为1-5-4-2-6-3-7-8。