1、2022-4-252本章内容本章内容l第一节第一节 柴油机的总体结构柴油机的总体结构l第二节第二节 燃烧室部件燃烧室部件l第三节第三节 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l第四节第四节 柴油机的主要固定件柴油机的主要固定件2022-4-253第一节第一节 柴油机的总体结构柴油机的总体结构l 主要固定机件主要固定机件l 主要运动机件主要运动机件l 配气机构、进排气系统配气机构、进排气系统l 燃油供给系统燃油供给系统l 润滑系统润滑系统l 冷却系统冷却系统l 起动、操纵控制系统起动、操纵控制系统l 1-11-12022-4-254主要固定机件主要固定机件2022-4-255主要运动机件主要运动机件2022-
2、4-256配气机构、进排气系统配气机构、进排气系统2022-4-257燃油供给系统燃油供给系统2022-4-258润滑系统润滑系统2022-4-259冷却系统冷却系统2022-4-2510起动、操纵和控制系统起动、操纵和控制系统2022-4-2511二、船舶柴油机的典型结构二、船舶柴油机的典型结构l 市场的主导产品：市场的主导产品：l 二冲程低速船舶主机是二冲程低速船舶主机是公司的生产的公司的生产的系列柴油机和瑞士公司生产的系列柴油机和瑞士公司生产的系列。系列。l 四冲程中速柴油机是四冲程中速柴油机是2022-4-2512公司的公司的S50MC-CS50MC-C型柴油机型柴油机l 焊接机座、焊
3、接机架，铸造缸体焊接机座、焊接机架，铸造缸体 。 l 双贯穿螺栓联结机座、机架和缸体双贯穿螺栓联结机座、机架和缸体最明显特征；最明显特征； l 链传动凸轮轴；链传动凸轮轴； l 液压驱动排气阀；液压驱动排气阀； l 瘦型缸套，水套冷却；瘦型缸套，水套冷却； l 气缸单排润滑；气缸单排润滑； l 缸盖钻孔水冷；缸盖钻孔水冷； l 活塞头油冷，供油采用套管结构；活塞头油冷，供油采用套管结构； l 进气恒压增压；进气恒压增压； l 直流扫气；直流扫气； l 十字头结构，双侧导滑板；十字头结构，双侧导滑板； l 半组合式曲轴，薄壁轴瓦；半组合式曲轴，薄壁轴瓦； l 可选择遥控操纵或机旁操纵。可选择遥控
4、操纵或机旁操纵。 2022-4-2513公司的公司的S50MC-CS50MC-C柴油机柴油机l 为大型集装箱船设计制造的。为大型集装箱船设计制造的。19821982年投入市场，年投入市场，2020多年仍在不断发展和改进。多年仍在不断发展和改进。l 应用了经验、新技术、新材料，已成为最多被选应用了经验、新技术、新材料，已成为最多被选用的船舶主机。用的船舶主机。l 发展目标是紧凑型。在提高输出功率发展目标是紧凑型。在提高输出功率10%10%的前提的前提下改善可靠性、减轻重量下改善可靠性、减轻重量10%10%、缩短长度、缩短长度10%10%。l 行程行程/ /缸径比缸径比4 4；Pmax=15MPa
5、Pmax=15MPa；大轴径曲轴增强了；大轴径曲轴增强了刚度、加大了轴承的承载面积并在相同的轴承负刚度、加大了轴承的承载面积并在相同的轴承负荷下缩短了曲轴长度；短连杆降低了整机高度，荷下缩短了曲轴长度；短连杆降低了整机高度，整机重量下降。整机重量下降。2022-4-2514l 3232系列柴油机是以燃烧技术上的最系列柴油机是以燃烧技术上的最新成就研发的四冲程中速船用柴油新成就研发的四冲程中速船用柴油机。有机。有6L6L、7L7L、8L8L、9L9L、12V12V、14V14V、16V16V、18V18V共共8 8个机型，额定单缸功率个机型，额定单缸功率为为500kw500kw，其中额定转速为，
6、其中额定转速为750r/min750r/min和和720/r/min720/r/min，主要用于船舶推进，主要用于船舶推进主机和辅机，可在无限航区运用，主机和辅机，可在无限航区运用，并满足并满足IMOIMO和和NOxNOx排放的要求。排放的要求。l 该机为整铸机体，全纤维锻造曲轴该机为整铸机体，全纤维锻造曲轴独立气缸冷却水套，组合活塞，带独立气缸冷却水套，组合活塞，带有火焰环的汽缸套，电子调速器，有火焰环的汽缸套，电子调速器，高效增压器，两级中间空气冷却器。高效增压器，两级中间空气冷却器。l 极佳的经济性、长维修周期和高寿极佳的经济性、长维修周期和高寿命使该机广泛用于全球船舶领域中。命使该机广
7、泛用于全球船舶领域中。2022-4-2515新型智能型柴油机新型智能型柴油机 智能型柴油机取消凸轮轴系统及其智能型柴油机取消凸轮轴系统及其传动机构。增设了供油单元、共轨平台和传动机构。增设了供油单元、共轨平台和控制系统。应用共轨技术，实现下述功控制系统。应用共轨技术，实现下述功能的电子控制：能的电子控制： 燃油喷射燃油喷射 排气阀启闭排气阀启闭 柴油机起动柴油机起动 智能型柴油机优越性：智能型柴油机优越性： 节能：特别是在部分负荷时；节能：特别是在部分负荷时； 环保：无烟运行；减少废气排放；环保：无烟运行；减少废气排放； 平衡：可以精确控制各个气缸燃烧压力，燃烧温平衡：可以精确控制各个气缸燃烧
8、压力，燃烧温 度，及排气温度，平衡热负荷和机械负荷度，及排气温度，平衡热负荷和机械负荷 低速运转稳定；低速运转稳定； 灵活选择运行模式。灵活选择运行模式。2022-4-2516第二节第二节 燃烧室部件燃烧室部件l 燃烧室部件是柴油机中最重要的部件燃烧室部件是柴油机中最重要的部件 。l 燃烧室的概念：燃烧室的概念：l 它包括：它包括：2022-4-2517一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点一、燃烧室部件承受的负荷及结构特点l 柴油机中承受负柴油机中承受负荷最大、工作条荷最大、工作条件最恶劣的部件。件最恶劣的部件。l 受燃气高温、高受燃气高温、高压、腐蚀作用，压、腐蚀作用，l 活塞的惯性力、活塞的
9、惯性力、摩擦、敲击、侧摩擦、敲击、侧推力推力l 振动振动l 冷却水腐蚀、穴冷却水腐蚀、穴蚀蚀 P37P372022-4-2518机械负荷机械负荷l 机械负荷是指：承受燃烧压力、惯性力、振动冲机械负荷是指：承受燃烧压力、惯性力、振动冲击的强烈程度。击的强烈程度。l 来源：来源：l 气缸盖和气缸套：气体压力、安装预紧力气缸盖和气缸套：气体压力、安装预紧力l 活塞：气体压力、往复惯性力、侧推力敲击等振活塞：气体压力、往复惯性力、侧推力敲击等振动冲击。动冲击。l 特点：周期交变、冲击性特点：周期交变、冲击性2022-4-2519机械负荷机械负荷rl 安装预紧力引起的负荷安装预紧力引起的负荷l 气体力引
10、起的机械应力气体力引起的机械应力高频应力高频应力u与最高爆发压力成正比与最高爆发压力成正比u与部件壁厚成反比与部件壁厚成反比u气缸套应力如右图示：气缸套应力如右图示：u气缸盖底部和活气缸盖底部和活塞顶部产生弯矩塞顶部产生弯矩2022-4-2520热负荷热负荷l 热负荷是指机械零件承受温度、热流量、热应力热负荷是指机械零件承受温度、热流量、热应力的强烈程度。的强烈程度。l 热危害：热危害：2022-4-2521活塞低频热应力的产生活塞低频热应力的产生l 工作时燃气与冷却液的温差产生热应力工作时燃气与冷却液的温差产生热应力u上侧为压应力，产生高温蠕变；上侧为压应力，产生高温蠕变；u下侧为拉应力。下
11、侧为拉应力。l 停车后活塞顶变冷产生很大的残停车后活塞顶变冷产生很大的残余拉应力而导致裂纹的产生。余拉应力而导致裂纹的产生。l 这种应力发生于从停车到起动、这种应力发生于从停车到起动、运转，再到停车的过程中，每变运转，再到停车的过程中，每变化一次周期较长，频率低。化一次周期较长，频率低。2022-4-2522燃烧室部件的结构特点燃烧室部件的结构特点l 现代柴油机现代柴油机燃烧室部件承受的负荷已到了材料的极燃烧室部件承受的负荷已到了材料的极限。限。l 要降低机械负荷应采用厚壁要降低机械负荷应采用厚壁l 要降低热负荷应采用薄壁要降低热负荷应采用薄壁l 解决方法解决方法“薄壁强背薄壁强背”l 热区很
12、薄热区很薄薄壁薄壁减少热应力减少热应力l 冷区很厚冷区很厚强背强背减少机械应力减少机械应力l 常用钻孔冷却的结构常用钻孔冷却的结构2022-4-2523二、活塞二、活塞l 活塞是柴油机的关键性部件之一，对柴油机的动活塞是柴油机的关键性部件之一，对柴油机的动力性、经济性、和可靠性影响很大。力性、经济性、和可靠性影响很大。l 活塞的主要功用是与气缸、气缸盖形成封闭的燃活塞的主要功用是与气缸、气缸盖形成封闭的燃烧室空间，承受气缸内气体的压力，并将其传递烧室空间，承受气缸内气体的压力，并将其传递给连杆；给连杆；l 在箱式柴油机中（筒型活塞），还要承受连杆倾在箱式柴油机中（筒型活塞），还要承受连杆倾斜时
13、所产生的侧压力，起往复运动的导向作用；斜时所产生的侧压力，起往复运动的导向作用；l 在二冲程柴油机（十字头活塞），还要起开启、在二冲程柴油机（十字头活塞），还要起开启、关闭气口的滑阀作用。关闭气口的滑阀作用。2022-4-2524筒型活塞的结构筒型活塞的结构72022-4-2525十字头式柴油机结构十字头式柴油机结构2022-4-2526十字头式活塞组十字头式活塞组l 特点特点: :l 整体尺寸大，整体尺寸大，l 组合式结构，组合式结构，l 强制式冷却，强制式冷却，l 侧推力已由十字关滑块来承受侧推力已由十字关滑块来承受l 一般活塞裙较短，一般活塞裙较短，l 某些弯流扫气柴油机为控制进排气某些
14、弯流扫气柴油机为控制进排气口用长裙结构。口用长裙结构。2022-4-2527承磨环承磨环l 专为活塞与气缸磨合而设置的，防拉缸。专为活塞与气缸磨合而设置的，防拉缸。l 超短裙活塞可不装，超短裙活塞可不装，l 短裙活塞装短裙活塞装1212道，道，l 长裙活塞装长裙活塞装2424道，道，l 不正常磨损或不正常磨损或擦伤要更换。擦伤要更换。2022-4-2528十字头活塞杆填料函十字头活塞杆填料函2022-4-2529十字头活塞杆填料函十字头活塞杆填料函l 作用是防止扫气和气缸中的污物漏入曲轴箱，造作用是防止扫气和气缸中的污物漏入曲轴箱，造成污染。成污染。l 同时也造成防止曲轴箱中的滑油被活塞杆带入
15、扫同时也造成防止曲轴箱中的滑油被活塞杆带入扫气箱。气箱。l 两半式壳体，两半式壳体，l O O型圈防漏，型圈防漏，l 壳内有多道环密封和刮油。壳内有多道环密封和刮油。2022-4-2530活塞组的工作条件活塞组的工作条件l 活塞在高温、高压、高速运动、润滑不良以及冷活塞在高温、高压、高速运动、润滑不良以及冷却困难的严酷环境下工作。却困难的严酷环境下工作。l 活塞在上止点附近时，由于燃油强烈燃烧，使气活塞在上止点附近时，由于燃油强烈燃烧，使气缸内的压力和温度急剧升高，缸内的压力和温度急剧升高，l 压力约达压力约达5 58 8，甚至高达，甚至高达1515以上。以上。l 温度约为温度约为140014
16、0018001800，或更高些。，或更高些。2022-4-2531活塞受力活塞受力l 活塞组受气缸内气体作用力活塞组受气缸内气体作用力高速往高速往复运动产生的惯性力复运动产生的惯性力连杆倾斜时连杆倾斜时所产生的侧压力所产生的侧压力的周期性作用；的周期性作用；l 现代柴油机以上各力已达到相当高的现代柴油机以上各力已达到相当高的程度，并带有冲击，使交变机械应力程度，并带有冲击，使交变机械应力增大。增大。2022-4-25322022-4-2533活塞受热与冷却活塞受热与冷却l 活塞组受高温燃烧气体的周期性加热，燃料发热活塞组受高温燃烧气体的周期性加热，燃料发热总量的总量的2%4%2%4%被活塞吸收
17、。被活塞吸收。l 长时间在高温状态下工作，材料强度降低、靠近长时间在高温状态下工作，材料强度降低、靠近燃烧室的部分热变形和热应力大。燃烧室的部分热变形和热应力大。2022-4-2534活塞摩擦及磨损活塞摩擦及磨损l 活塞组在侧压力作用和润滑不良条件下高速往复活塞组在侧压力作用和润滑不良条件下高速往复运动产生较大的摩擦损失及磨损；运动产生较大的摩擦损失及磨损；l 周期性改变方向的侧压力也使活塞不断撞击气缸周期性改变方向的侧压力也使活塞不断撞击气缸套，引起活塞变形和气缸套振动。套，引起活塞变形和气缸套振动。 l 严重时将导致气缸套外表面严重时将导致气缸套外表面产生穴蚀。产生穴蚀。2022-4-25
18、35活塞必须满足的要求活塞必须满足的要求3-23-2l 强度高、刚度大、密封可靠、散热性好、冷却效强度高、刚度大、密封可靠、散热性好、冷却效果好、磨擦损失小、耐磨损。对中、高速柴油机果好、磨擦损失小、耐磨损。对中、高速柴油机还要求活塞重量轻。还要求活塞重量轻。l 保证强度和刚度足够的前提下，尽可能减轻重量；保证强度和刚度足够的前提下，尽可能减轻重量；l 尽量减少活塞顶部从燃烧气体吸收热量，又能及尽量减少活塞顶部从燃烧气体吸收热量，又能及时地将热量散走，防止活塞过热；时地将热量散走，防止活塞过热；l 既要保证燃烧室良好的气密性，又尽可能减少活既要保证燃烧室良好的气密性，又尽可能减少活塞组的摩擦损
19、失；塞组的摩擦损失；l 摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及比较少摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及比较少的润滑油消耗量。的润滑油消耗量。2022-4-2536活塞本体的常用材料活塞本体的常用材料l 如果活塞的材料本身的性能不能承受热和热冲击如果活塞的材料本身的性能不能承受热和热冲击而使活塞疲劳、磨损和破坏，会影响到柴油机的而使活塞疲劳、磨损和破坏，会影响到柴油机的密封性、效率和机器的安全。密封性、效率和机器的安全。l 因此，活塞材料的发展与应用与柴油机的效率与因此，活塞材料的发展与应用与柴油机的效率与安全有莫大的关系。安全有莫大的关系。l 组成活塞的材料是决定活塞性能的关键因素。组成活塞的
20、材料是决定活塞性能的关键因素。 l 活塞新材料的发现和表面工程的新工艺的发展使活塞新材料的发现和表面工程的新工艺的发展使活塞和柴油机更加可靠，更加经济。活塞和柴油机更加可靠，更加经济。2022-4-25372022-4-2538三、气缸三、气缸 2-22-22022-4-2539气缸套测量仪器和工具气缸套测量仪器和工具l 内径百分表内径百分表l 外径千分尺外径千分尺2022-4-2540四、气缸盖四、气缸盖2-32-3l 气缸盖的作用气缸盖的作用l 气缸盖工作条件气缸盖工作条件l 对气缸盖的要求对气缸盖的要求l 气缸盖与气缸套的结合气缸盖与气缸套的结合2022-4-2541燃烧室部件的常见损伤
21、燃烧室部件的常见损伤l 活塞环的损坏活塞环的损坏u异常磨损、粘着、折断、弹力丧失异常磨损、粘着、折断、弹力丧失l 活塞环异常磨损和设计、材质、热处理等因素状活塞环异常磨损和设计、材质、热处理等因素状况有很大关系。若柴油机磨合不良、冷却不佳、况有很大关系。若柴油机磨合不良、冷却不佳、摩擦表面有硬质颗粒等，都会使活塞环产生异常摩擦表面有硬质颗粒等，都会使活塞环产生异常磨损。磨损。l 活塞环在环槽中不能自由运动称为活塞环粘着。活塞环在环槽中不能自由运动称为活塞环粘着。 l 活塞环的粘着大多是由于活塞或气缸过热、滑油活塞环的粘着大多是由于活塞或气缸过热、滑油过多、滑油不净、燃烧不良等原因造成的。将导过
22、多、滑油不净、燃烧不良等原因造成的。将导致气缸漏气、活塞环断裂，严重时形成拉缸。致气缸漏气、活塞环断裂，严重时形成拉缸。 2022-4-2542活塞环外观状态活塞环外观状态l 正常磨损。活塞环外表面光滑无毛刺，较清洁，无硬化正常磨损。活塞环外表面光滑无毛刺，较清洁，无硬化层，上表面的外形呈鼓形。层，上表面的外形呈鼓形。l 被硬质颗粒划伤。在活塞环外表面有效均匀的划痕，无被硬质颗粒划伤。在活塞环外表面有效均匀的划痕，无光泽，表面无硬化层。光泽，表面无硬化层。l 由于缺油的异常磨损。环的外表面平直（不呈鼓形），由于缺油的异常磨损。环的外表面平直（不呈鼓形），棱边锐利且有毛刺，表面有不规则的斑点，表
23、面有硬化棱边锐利且有毛刺，表面有不规则的斑点，表面有硬化层。层。l 状态正在变好的旧过度磨损。弧形的棱边已经出现，沿状态正在变好的旧过度磨损。弧形的棱边已经出现，沿棱边已经出现了平滑且较较的带状区，但中心环带尚有棱边已经出现了平滑且较较的带状区，但中心环带尚有磨痕和硬化层。若继续加强润滑，运转一个阶段就会变磨痕和硬化层。若继续加强润滑，运转一个阶段就会变为正常磨损状态。为正常磨损状态。 2022-4-2543活塞裂纹活塞裂纹l 活塞，特别是活塞头部，在工作时要承受热应力活塞，特别是活塞头部，在工作时要承受热应力和机械应力的共同作用，产生裂纹是常见的故障。和机械应力的共同作用，产生裂纹是常见的故
24、障。l 在两种应力中以热应力的值要比机械应力大得多，在两种应力中以热应力的值要比机械应力大得多，因此降低热应力是提高工作可靠性的重要手段。因此降低热应力是提高工作可靠性的重要手段。l 高频热应力：由于在每一次工作循环中壁面温度高频热应力：由于在每一次工作循环中壁面温度产生波动引起高频热应力。产生波动引起高频热应力。l 高频热应力影响活塞顶部很薄的一层表皮，它有高频热应力影响活塞顶部很薄的一层表皮，它有时会产生皱折，加速壁面损坏。对导致裂纹的作时会产生皱折，加速壁面损坏。对导致裂纹的作用不大。用不大。2022-4-2544低频热应力的产生低频热应力的产生l 工作时燃气与冷却液的温差产生热应力工作
25、时燃气与冷却液的温差产生热应力u上侧为压应力，产生高温蠕变；上侧为压应力，产生高温蠕变；u下侧为拉应力。下侧为拉应力。l 停车后活塞顶变冷产生很大的残余拉停车后活塞顶变冷产生很大的残余拉应力而导致活塞裂纹裂纹的产生。应力而导致活塞裂纹裂纹的产生。l 这种应力发生于从停车到起动、运转，这种应力发生于从停车到起动、运转， 再到停车的过程中，每变化一次周期再到停车的过程中，每变化一次周期较长，频率低。较长，频率低。2022-4-2545活塞顶的烧损活塞顶的烧损l 活塞顶部的材料有时会逐渐烧蚀，使顶部越来越活塞顶部的材料有时会逐渐烧蚀，使顶部越来越薄，强度变差。薄，强度变差。l 若喷油器喷出的油束直接
26、到达活塞顶面，而活塞若喷油器喷出的油束直接到达活塞顶面，而活塞冷却不良、导热不好、局部过热等会使烧损速度冷却不良、导热不好、局部过热等会使烧损速度加快。加快。l 活塞烧损较多出现在下面二种机型上：活塞烧损较多出现在下面二种机型上：l 直流扫气式柴油机：两喷油器分置两边，油束分直流扫气式柴油机：两喷油器分置两边，油束分布不均，且易喷在活塞顶上；布不均，且易喷在活塞顶上；l 油冷式活塞：冷却效果差，易形成积炭，使活塞油冷式活塞：冷却效果差，易形成积炭，使活塞顶面温度升高。顶面温度升高。2022-4-2546气缸盖损坏气缸盖损坏l 气缸盖在极为苛刻的条件下工作，其底板受热面气缸盖在极为苛刻的条件下工
27、作，其底板受热面“鼻梁区鼻梁区”或内侧表面可能产生裂纹及腐蚀形式或内侧表面可能产生裂纹及腐蚀形式的损坏的损坏. .l 引起这种损坏的原因如下：引起这种损坏的原因如下：2022-4-2547气缸盖热疲劳气缸盖热疲劳l 在底板受热面在底板受热面“鼻梁区鼻梁区”产生热疲劳裂纹是四冲产生热疲劳裂纹是四冲程柴油机气缸盖较为常见的损坏形式，程柴油机气缸盖较为常见的损坏形式，l 产生热疲劳裂纹是由于受热面的温度超过材料的产生热疲劳裂纹是由于受热面的温度超过材料的使用极限而发生蠕变，引起塑性变形使用极限而发生蠕变，引起塑性变形l 热疲劳是取决于热疲劳是取决于“冷热冷热”循环次数的低循环疲劳。循环次数的低循环疲
28、劳。l 当气缸盖在冷热交替情况下工作时，受热面的收当气缸盖在冷热交替情况下工作时，受热面的收缩因塑性变形而受阻，从而产生残余拉伸应力。缩因塑性变形而受阻，从而产生残余拉伸应力。l 受热面温度超过极限温度越多，运行时间越长，受热面温度超过极限温度越多，运行时间越长，残余拉伸应力就越大，最终因应力的反复交变而残余拉伸应力就越大，最终因应力的反复交变而出现疲劳裂纹。出现疲劳裂纹。l 严重时可能经过一次冷热循环便出现裂纹严重时可能经过一次冷热循环便出现裂纹2022-4-2548金属材料的蠕变金属材料的蠕变l 蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下，蠕变：金属材料在长时间的恒温、恒应力作用下，发生缓
29、慢的塑性变形。发生缓慢的塑性变形。l 碳素钢超过碳素钢超过300300350350，合金钢超过，合金钢超过400400450450发生发生蠕变曲线：三个阶段蠕变曲线：三个阶段开始部分，加载引起的瞬时变形开始部分，加载引起的瞬时变形第第1 1阶段，速度大，不稳定阶段，减速阶段，阶段，速度大，不稳定阶段，减速阶段，第第2 2阶段，稳定阶段，等速阶段阶段，稳定阶段，等速阶段第第3 3阶段，最后阶段，加速阶段阶段，最后阶段，加速阶段2022-4-2549气缸盖机械疲劳气缸盖机械疲劳l 机械疲劳损坏是与发动机的累计机械疲劳损坏是与发动机的累计转数有关，称高循环疲劳。转数有关，称高循环疲劳。l 气缸盖底板
30、在缸内气体压力作用气缸盖底板在缸内气体压力作用下发生周期性弯曲变形，下发生周期性弯曲变形，l 其最大拉伸应力发生于底板的内侧表面，其最大拉伸应力发生于底板的内侧表面，l 阀孔尖角处应力集中严重，再叠加上热应力（底阀孔尖角处应力集中严重，再叠加上热应力（底板内则表面所受热应力也为拉伸应力）的作用，板内则表面所受热应力也为拉伸应力）的作用，l 于是机械疲劳裂纹以此尖角为起点，沿阀孔周围于是机械疲劳裂纹以此尖角为起点，沿阀孔周围逐渐向受热面扩展而裂穿。逐渐向受热面扩展而裂穿。2022-4-2550气缸盖腐蚀疲劳气缸盖腐蚀疲劳l 二冲程柴油机铸钢气缸盖在密封凸缘处冷却水侧二冲程柴油机铸钢气缸盖在密封凸
31、缘处冷却水侧发生腐蚀疲劳裂纹。发生腐蚀疲劳裂纹。l 冷却水中含有各种酸根离子和溶解氧将对金属发冷却水中含有各种酸根离子和溶解氧将对金属发生电化学腐蚀和氧化，金属晶界是首先被腐蚀和生电化学腐蚀和氧化，金属晶界是首先被腐蚀和氧化的部位。氧化的部位。l 这将导致被腐蚀的表面变得粗糙并产生应力集中，这将导致被腐蚀的表面变得粗糙并产生应力集中，使材料的疲劳强度显著下降。使材料的疲劳强度显著下降。l 又由于该气缸盖与气缸套的圆锥部分配合不良，又由于该气缸盖与气缸套的圆锥部分配合不良，以及气缸盖螺栓的过分紧固，在柴油机运转时，以及气缸盖螺栓的过分紧固，在柴油机运转时，使密封凸缘冷却水侧产生较大的脉动机械应力
32、。使密封凸缘冷却水侧产生较大的脉动机械应力。从冷却水侧开始发生腐蚀疲劳裂纹。从冷却水侧开始发生腐蚀疲劳裂纹。2022-4-2551气缸套的磨损气缸套的磨损l 气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，l 气缸套磨损的原因气缸套磨损的原因u物理因素物理因素u化学因素化学因素2022-4-2552熔着磨损熔着磨损l 精加工的表面用显微镜检查，就可以观察到它的精加工的表面用显微镜检查，就可以观察到它的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。表面是由锯齿形的峰和谷所组成。l 在薄膜润滑（边界润滑）的条件下，摩擦面间只在薄膜润滑（边界润滑）的条件下，摩擦面间只有一层极薄的油膜，摩擦表面的
33、部分尖峰会刺破有一层极薄的油膜，摩擦表面的部分尖峰会刺破油膜发生接触，由于润滑条件差，局部高温等，油膜发生接触，由于润滑条件差，局部高温等，使滑动表面缺乏充足的润滑油膜，也使摩擦表面使滑动表面缺乏充足的润滑油膜，也使摩擦表面间发生金属的直接接触。间发生金属的直接接触。l 便形成局部高温，使两者熔融粘着、脱落、逐步便形成局部高温，使两者熔融粘着、脱落、逐步扩大形成熔着磨损。以活塞在上止点第一道活塞扩大形成熔着磨损。以活塞在上止点第一道活塞环附近最严重。环附近最严重。l 熔着磨损发展严重时会引起柴油机拉缸事故。熔着磨损发展严重时会引起柴油机拉缸事故。 2022-4-2553影响熔着磨损的主要因素影
34、响熔着磨损的主要因素l 气缸套、活塞、活塞环等的材料，气缸套、活塞、活塞环等的材料，l 机械加工质量、机械加工质量、l 外形尺寸及形状精度、外形尺寸及形状精度、l 气缸润滑油孔的布置，气缸润滑油孔的布置，l 气缸油的供给数量和品质，气缸油的供给数量和品质，l 气缸套表面的温度，气缸套表面的温度，l 装置对中情况等。装置对中情况等。2022-4-2554磨料磨损磨料磨损l 硬质颗粒进入气缸套和活塞的摩擦面之间形成磨料，与两硬质颗粒进入气缸套和活塞的摩擦面之间形成磨料，与两摩擦面产生挤压、滚撞、使金属脱落。摩擦面产生挤压、滚撞、使金属脱落。l 磨料磨损可以从气缸套镜面沿活塞运动方向上有平行直线磨料
35、磨损可以从气缸套镜面沿活塞运动方向上有平行直线状的拉伤痕迹来识别。状的拉伤痕迹来识别。l 磨料主要来源于磨料主要来源于u燃油在催化裂化过程中留下的催化剂粉末；燃油在催化裂化过程中留下的催化剂粉末；u燃油贮存和运输中进入的锈、砂和其它硬颗粒燃油贮存和运输中进入的锈、砂和其它硬颗粒u磨屑；磨屑；u燃烧生成的灰分和炭粒；燃烧生成的灰分和炭粒；u随空气进入气缸的灰尘以及被污染的气缸等。随空气进入气缸的灰尘以及被污染的气缸等。2022-4-2555腐蚀磨损腐蚀磨损 l 含硫酸的燃油在燃烧时，燃油中所含的硫分将生成含硫酸的燃油在燃烧时，燃油中所含的硫分将生成二氧化硫，废气中约二氧化硫，废气中约1%1%15
36、%15%的二氧化硫进一步氧的二氧化硫进一步氧化变成三氧化硫。五氧化二钒和氧化铁是催化剂。化变成三氧化硫。五氧化二钒和氧化铁是催化剂。而燃油中的氢燃烧生成水蒸气。在温度降到各自的而燃油中的氢燃烧生成水蒸气。在温度降到各自的露点以下，就会分别凝结成亚硫酸和硫酸。露点以下，就会分别凝结成亚硫酸和硫酸。l 硫酸比亚硫酸对铁和铁合金腐蚀性强，危害性大。硫酸比亚硫酸对铁和铁合金腐蚀性强，危害性大。l 会使气缸套严重腐蚀，从而造成腐蚀磨损。会使气缸套严重腐蚀，从而造成腐蚀磨损。l 缸套上的腐蚀层与基体金属结合弱，在磨损中剥落，缸套上的腐蚀层与基体金属结合弱，在磨损中剥落，使缸壁上布满疏松的细小孔穴，这是腐蚀
37、磨损的显使缸壁上布满疏松的细小孔穴，这是腐蚀磨损的显著特征。著特征。2022-4-2556l 在工作行程开始时，虽然压力高，但温度也高，使在工作行程开始时，虽然压力高，但温度也高，使酸性氧化物和水蒸气无法凝结。当活塞下行暴露出酸性氧化物和水蒸气无法凝结。当活塞下行暴露出缸套较冷的部分时，水和三氧化硫蒸气与金属接触缸套较冷的部分时，水和三氧化硫蒸气与金属接触而开始凝结。凝结量取决于缺套的表面温度、局部而开始凝结。凝结量取决于缺套的表面温度、局部地区的蒸气浓度和气缸壁是否有完整的油膜等因素。地区的蒸气浓度和气缸壁是否有完整的油膜等因素。l 缸壁的腐蚀磨损在缸套缸壁的腐蚀磨损在缸套上部上部最严重，最
38、严重，l 这是因为缸套上部的油膜较薄，隔离和中和硫酸的这是因为缸套上部的油膜较薄，隔离和中和硫酸的能力低，虽然直接在此处凝结的酸少，但活塞上行能力低，虽然直接在此处凝结的酸少，但活塞上行时把下部生成的酸刮到了上部。时把下部生成的酸刮到了上部。l 由硫酸引起的腐蚀称低温硫酸腐蚀或由硫酸引起的腐蚀称低温硫酸腐蚀或“冷冷”腐蚀。腐蚀。l 当进入气缸的燃油、空气和气缸润滑油中含有海水当进入气缸的燃油、空气和气缸润滑油中含有海水或盐时，会使气缸套遭到盐酸腐蚀。或盐时，会使气缸套遭到盐酸腐蚀。 l 腐蚀磨损和所用燃油的硫分含量有很大关系。腐蚀磨损和所用燃油的硫分含量有很大关系。2022-4-2557减轻腐
39、蚀磨损的措施减轻腐蚀磨损的措施l 适当提高冷却水温度，适当提高冷却水温度，l 采用适当碱度和数量的气缸润滑油，采用适当碱度和数量的气缸润滑油，l 将气缸润滑油孔设在气缸套的较高位置，使气缸将气缸润滑油孔设在气缸套的较高位置，使气缸润滑油注入气缸时能沿气缸内表面圆周均匀分布。润滑油注入气缸时能沿气缸内表面圆周均匀分布。l 上面三种磨损，上面三种磨损，在一般情况下是同时存在且相互在一般情况下是同时存在且相互关联影响的，但一定的条件下有可能以一种磨损关联影响的，但一定的条件下有可能以一种磨损形式为主。形式为主。l 为了正确判断和采取有效措施，必须根据实际现为了正确判断和采取有效措施，必须根据实际现情
40、况仔细分析。情况仔细分析。 2022-4-2558气缸套的穴蚀气缸套的穴蚀l 在气缸套外面冷却壁上出现的蜂窝状小孔群现象在气缸套外面冷却壁上出现的蜂窝状小孔群现象称为穴蚀。它是由空泡腐蚀和电化学腐蚀两种因称为穴蚀。它是由空泡腐蚀和电化学腐蚀两种因素共同作用下形成的。素共同作用下形成的。l 穴蚀在筒状活塞式柴油机中存在比较普遍。在闭穴蚀在筒状活塞式柴油机中存在比较普遍。在闭式循环淡水冷却的柴油机中缸套穴蚀主要由空泡式循环淡水冷却的柴油机中缸套穴蚀主要由空泡引起，在开式海水冷却的柴油机中缸套穴蚀则以引起，在开式海水冷却的柴油机中缸套穴蚀则以电化学腐蚀为主。电化学腐蚀为主。l 有的柴油机尽管缸套内面
41、还未磨损多少，但是缸有的柴油机尽管缸套内面还未磨损多少，但是缸套已被穴蚀击穿，导致缸套漏水。套已被穴蚀击穿，导致缸套漏水。l 因此穴蚀直接影响着柴油机的寿命和可靠性。因此穴蚀直接影响着柴油机的寿命和可靠性。2022-4-2559空泡腐蚀空泡腐蚀l 筒状活塞柴油机气缸套受到活塞侧推力的作用，筒状活塞柴油机气缸套受到活塞侧推力的作用，当活塞侧推力方向改变时，活塞对缸套产生撞击，当活塞侧推力方向改变时，活塞对缸套产生撞击，引起缸套局部的高真空和高压。引起缸套局部的高真空和高压。l 当水中压力降低到该温度下饱和蒸汽压力以下时当水中压力降低到该温度下饱和蒸汽压力以下时冷却水蒸发和溶于水中的空气析出而形成
42、空泡。冷却水蒸发和溶于水中的空气析出而形成空泡。l 冷却水在流动中，由于方向和流速的突然变化，冷却水在流动中，由于方向和流速的突然变化，会引起压力的变化。会引起压力的变化。l 当空泡受到高压冲击而爆破时，就在破裂区附近当空泡受到高压冲击而爆破时，就在破裂区附近产生高压波，它以极短的时间作用在很小的范围产生高压波，它以极短的时间作用在很小的范围内，以缸壁有强烈的破坏能力。内，以缸壁有强烈的破坏能力。l 在这种高压波的反复作用下，气缸外壁金属表面在这种高压波的反复作用下，气缸外壁金属表面将不断剥落，形成孔穴。将不断剥落，形成孔穴。2022-4-2560l 在气缸套冷却水侧具备形成电化学腐蚀的条件。
43、在气缸套冷却水侧具备形成电化学腐蚀的条件。l 淡水是弱电解质溶液，海水是强电解质溶液。淡水是弱电解质溶液，海水是强电解质溶液。l 缸套材料各处组织并不完全相同，这样在水中就构成缸套材料各处组织并不完全相同，这样在水中就构成了许许多多微电池，产生了电化学腐蚀。了许许多多微电池，产生了电化学腐蚀。l 在缸套外表面上各处作用着不同的机械和热应力。在缸套外表面上各处作用着不同的机械和热应力。 应力较大处金属的能量高，变得活泼，易被腐蚀。应力较大处金属的能量高，变得活泼，易被腐蚀。l 如在缸套外圆的棱角和沟槽应力集中处成为阳极区，如在缸套外圆的棱角和沟槽应力集中处成为阳极区，应力较小的邻近区域成为阴极区
44、，这样产生了电化学应力较小的邻近区域成为阴极区，这样产生了电化学腐蚀。腐蚀。l 冷却水中溶解有氧气，因在缸套外表面的穴窝处或配冷却水中溶解有氧气，因在缸套外表面的穴窝处或配合处水流不通，在温度较高时含氧量少，因冷却水中合处水流不通，在温度较高时含氧量少，因冷却水中含氧浓度不同而形成氧浓差电池。含氧浓度不同而形成氧浓差电池。l 死水区周围氧浓度高、电位高，形成阳极而遭受腐蚀。死水区周围氧浓度高、电位高，形成阳极而遭受腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀2022-4-2561防止穴蚀的措施防止穴蚀的措施l 为了以免穴蚀，就要防止电化学腐蚀和空泡形成为了以免穴蚀，就要防止电化学腐蚀和空泡形成l 防止电化学腐蚀
45、的方法防止电化学腐蚀的方法u常采用在缸体上安装防腐蚀锌板，常采用在缸体上安装防腐蚀锌板，u在冷却水中加入缓蚀剂和防锈油。在冷却水中加入缓蚀剂和防锈油。u有的柴油机在壁面上镀防腐金属、涂树脂薄有的柴油机在壁面上镀防腐金属、涂树脂薄膜、进行离子轰击。膜、进行离子轰击。2022-4-2562l 增加缸臂厚度增加缸臂厚度l 提高缸套支承刚度和增加支承数量提高缸套支承刚度和增加支承数量l 减小缸套的轴向支承距离；减小缸套的轴向支承距离；l 减小活塞与缸套的装配间隙；减小活塞与缸套的装配间隙；l 采用宽敞合理的冷却水腔与结构，使水流平顺；采用宽敞合理的冷却水腔与结构，使水流平顺；l 向水中加添加剂，提高冷
46、却水的消震性能向水中加添加剂，提高冷却水的消震性能l 使冷却水系统具有合理的冷却水温度和必要的压使冷却水系统具有合理的冷却水温度和必要的压力。力。防止空泡形成的方法防止空泡形成的方法2022-4-2563第三节第三节 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l 一、筒状活塞式柴油机连杆一、筒状活塞式柴油机连杆l 三、三、V V形柴连杆形柴连杆l 四、连杆螺栓四、连杆螺栓2022-4-2564连杆的作用连杆的作用l 连杆是活塞或十字头与曲轴之间的连接件连杆是活塞或十字头与曲轴之间的连接件, ,它把它把作用在活塞上的气体压力传递给曲轴作用在活塞上的气体压力传递给曲轴, ,并把活塞并把活塞的往复运动转变为曲轴的回转
47、运动。的往复运动转变为曲轴的回转运动。l 连杆的工作状态连杆的工作状态l 连杆本身进行着复杂的运动速度变化的平面运动。连杆本身进行着复杂的运动速度变化的平面运动。l 连杆受力情况比较复杂：从活塞传来的气体压力连杆受力情况比较复杂：从活塞传来的气体压力和往复惯性力的合力的大小和方向都在周期变化。和往复惯性力的合力的大小和方向都在周期变化。l 在连杆摆动平面内还受到自身运动产生的惯性力在连杆摆动平面内还受到自身运动产生的惯性力引起的交变弯曲力矩的作用。引起的交变弯曲力矩的作用。l 在保证强度的前提下，质量尽可能轻。在保证强度的前提下，质量尽可能轻。2022-4-2565连杆受力连杆受力2022-4
48、-2566一、筒状活塞连杆一、筒状活塞连杆3-33-3l 一般都是采用中碳钢或合金钢，用锻造或铸一般都是采用中碳钢或合金钢，用锻造或铸造制成毛坯。造制成毛坯。l 连杆体连杆体u连杆杆身连杆杆身u连杆小端连杆小端u连杆大端连杆大端u轴瓦轴瓦l 连杆盖连杆盖l 连杆螺栓连杆螺栓2022-4-2567二、十字头组二、十字头组l 作用连接活塞和连杆作用连接活塞和连杆l 组成组成u十字头体十字头体u十字头滑块十字头滑块u十字头轴承（连杆上端轴承）十字头轴承（连杆上端轴承）2022-4-2568十字头轴承（连杆上端轴承）十字头轴承（连杆上端轴承）2022-4-2569十字头连杆组十字头连杆组2022-4-
49、2570十字头组十字头组活塞杆活塞杆连杆连杆十字头十字头2022-4-2571十字头体十字头体2022-4-2572十字头滑块十字头滑块滑块滑块双滑块双滑块单滑块单滑块圆筒形滑块圆筒形滑块2022-4-2573l 小头轴承：筒状活塞柴油机连杆小端轴承和十字小头轴承：筒状活塞柴油机连杆小端轴承和十字头柴油机的十字头轴承，由于负荷大、润滑条件头柴油机的十字头轴承，由于负荷大、润滑条件等原因运行中易出故障，要特别注意确保滑油的等原因运行中易出故障，要特别注意确保滑油的正常供应（包括油压、油量等）。正常供应（包括油压、油量等）。 l 为提高十字头轴承的工作可靠性，除提高滑油压为提高十字头轴承的工作可靠
50、性，除提高滑油压力外，在滑油的流向上还将滑油首先引入十字头力外，在滑油的流向上还将滑油首先引入十字头轴承，以减少管路损失所导致的油压降低。轴承，以减少管路损失所导致的油压降低。连杆故障连杆故障2022-4-2574连杆杆身连杆杆身l 十字头式柴油机的连杆杆身一般很少出现故障。十字头式柴油机的连杆杆身一般很少出现故障。l 筒状活塞式柴油机的连杆杆身有时会发生裂纹和筒状活塞式柴油机的连杆杆身有时会发生裂纹和杆身弯曲等故障。杆身弯曲等故障。2022-4-2575连杆螺栓连杆螺栓l 连杆螺栓如在柴油机运行中断裂损坏，不仅将会连杆螺栓如在柴油机运行中断裂损坏，不仅将会造成柴油机严重破坏，而且会危及轮机人
