摘要：發(fā)動機機體零件包括汽缸體、汽缸套、汽缸蓋、汽缸墊和機油盆等零件，是康明斯柴油發(fā)電機的主要固定件，曲軸連桿機構(gòu)及其他機構(gòu)和系統(tǒng)都固定在它們上面。發(fā)動機缸體是柴油發(fā)電機最重要的零件，其作用是提供各發(fā)動機及其部件的安裝、支撐和保證活塞、連桿、曲軸等運動部件工作時的準確位置以及保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑。因此，機體應具有足夠的強度和剛度，且耐磨損和耐腐蝕，并應對氣缸進行適當?shù)睦鋮s，以免機體損壞和變形。機體也是最重的零件，應該力求結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，以減小整機的尺寸和質(zhì)量。

一、氣缸體的基本組成

1．汽缸體

      汽缸體是汽缸的主體。通常用鋁合金或鑄鐵制成。多缸風冷式柴油機汽缸體一般都單個鑄造，上面鑄有許多散熱片。水冷式柴油機缸體為整體鑄造。如圖1所示為直列氣缸體，如圖所示為W12氣缸體。汽缸體上部有汽缸蓋和汽缸墊，下部是曲軸箱，內(nèi)有安裝曲軸的軸承座及蓋，曲軸箱的最下邊固定有機油盆。機體前端是正時齒輪室，后端是飛輪殼，左側(cè)是氣門室。缸體的內(nèi)部是汽缸，汽缸的側(cè)面有氣門座，汽缸的周圍還有水套。

      多缸柴油機的汽缸排列形式有單列直立式、V形式、單列臥式和水平對置式幾種。六缸以下水冷式柴油機多采用直列式，如圖3所示。由于直立式不利于風冷散熱，所以兩缸以上風冷式柴油機，多采用水平對置式和V形式排列，如圖4所示。

       發(fā)動機缸體是固定所有其他發(fā)動機零件的主要支撐結(jié)構(gòu)。缸體是大型的鑄鐵或鑄鋁件。有兩個主要部分：缸體部分和曲軸箱部分。

      以8缸發(fā)動機的缸體為例。缸體部分的作用是使活塞在工作過程中上下運動，其表面經(jīng)過機加工，減小了活塞的磨損和摩擦。

      曲軸箱部分用來承載曲軸、油泵、油底殼和機油。冷卻液通道鑲嵌在缸體內(nèi)。這些通道也稱作水套，環(huán)繞在汽缸周圍。冷卻液通道使冷卻液在汽缸部位循環(huán)，從而保持發(fā)動機的冷卻。一些缸體上還有一些用于冷卻凸輪軸的鉆孔。缸體內(nèi)還鉆出了許多油孔，以保證發(fā)動機零件得到充分的潤滑。缸體上還鉆了一些其他的孔，以固定其他的零件。

2．汽缸

      汽缸是一圓柱形中空圓筒。它的功用是容納進入發(fā)動機內(nèi)部的可燃混合氣，引導活塞作往復直線運動。在二沖程汽油機中，汽缸上還有進氣孔、換氣孔和排氣孔。汽缸的工作是很繁重的，工作條件如下：

（1）它直接與燃燒氣體接觸，在高溫高壓情況下工作：同時受到高溫氣體的化學腐蝕作用。

（2）在工作過程中它不斷與活塞摩擦，且潤滑條件不好，機械磨損較大。

（3）汽缸需要及時地將熱量散發(fā)出去，所以汽缸的內(nèi)外層、上下端形成很大的溫度差，產(chǎn)生熱應力，水冷式尤為突出。

      因此，汽缸的材料必須具有足夠的強度、耐腐蝕性和耐磨性。普通的汽缸多采用鑄鐵鑄造，高速柴油機的汽缸，常采用合金鑄鐵鑄造。為了提高汽缸的耐磨性，一般在汽缸表面進行多孔性鍍鉻。鉻除了耐磨抗腐蝕外，還可以在表面形成許多細孔，這些細孔可以儲存一些潤滑油，形成一層油膜，改善潤滑，減少機體磨損。為了提高汽缸的密封性，汽缸壁表面的加工，必須具有很高的精度和光潔度。

3．缸套

      有些發(fā)動機使用缸套。缸套不是在缸體內(nèi)直接鑄造出來的，而是嵌入一個機加工過的襯套。缸體在經(jīng)過機加工后，再鑲?cè)胍r套。采用缸套的目的是：汽缸如果損壞，可以很容易地拆卸和更新。沒有缸套的缸體必須鏜缸才能修復損壞部位。鏜缸以后，就必須使用加大尺寸的活塞進行匹配。

（1）缸套的分類

      汽缸的形狀隨柴油機的種類和工作條件不同。有的是和汽缸鑄在一起加工而成，有的是先制成襯套（缸套），然后再壓入缸體內(nèi)。汽缸套壓入缸體后和冷卻水直接接觸的叫濕式汽缸套如圖5（a）所示。汽缸套不和冷卻水直接接觸的叫干式汽缸套如圖5（b）所示。前者冷卻效果好，但缸套和缸體密封不好時，會向曲軸箱漏水。采用缸套的汽缸，其缸套可用優(yōu)質(zhì)材料制造，而缸體使用一般材料即可，這樣可以提高發(fā)動機汽缸的質(zhì)量，降低成本。同時缸套拆裝方便，便于修理。

（2）缸套的鑲?cè)?/span>

      濕式汽缸套和干式氣缸套其都是通過校壓入缸體的孔中的。由于汽缸套自上而下都支撐在鑄鐵缸體上，所以可以加工得很薄。

      濕式汽缸套也是被壓入缸體的。冷卻液接觸到汽缸套的中部，這就是將其稱作濕式汽缸套的原因，如圖6所示。由于它只在上部和下部有支撐，所以必須比干式汽缸套加工得厚一點。濕式汽缸套的頂部和底部必須采用密封件，以防止水從冷卻系統(tǒng)中滲出。濕式汽缸套用在一些大型柴油機上。

4．汽缸蓋

      汽缸蓋又稱缸頭，裝在缸體的上部，用螺栓緊固在汽缸體上。它的功用是與汽缸、活塞頂共同形成燃燒室。風冷式柴油機缸蓋上鑄有散熱片，水冷式柴油機缸蓋上有水套，并與缸體內(nèi)水套孔相通。汽油機在缸蓋上有火花塞孔。柴油機缸蓋上有噴油器孔。四沖程柴油機頂置式氣門機構(gòu)的缸蓋上，還鑄有進排氣門座、進排氣門桿導孔和進排氣道。

      汽缸蓋的工作任務也很繁重，底部與燃氣接觸，承受高溫高壓，由于缸蓋內(nèi)外溫差較大，形狀又復雜，易產(chǎn)生不均勻的熱應力。同時還要承受緊固螺栓產(chǎn)生的機械應力。因此，要求汽缸蓋有足夠的強度和剛度，與汽缸的接觸面要平滑。

      汽缸蓋的材料有用鑄鐵的，也有用鋁合金的，柴油機一般用鑄鐵缸蓋。汽油機有的用鋁合金缸蓋。鑄鐵汽缸蓋的機械強度較高，鑄造性和耐熱性較好。鋁合金缸蓋導熱性較好，有利于提高壓縮比，但其剛度較差，容易變形。單鑄的汽缸蓋安裝、修理比較方便，如風冷式則易于散熱。水冷式則增加了出水支路，但在制造和安裝上比前者復雜些。

 拆裝汽缸蓋時，必須注意對稱的由中間向四周依次按規(guī)定的扭矩，逐步松開或擰緊螺栓，以防損壞汽缸蓋和漏氣、漏水。

5．汽缸墊

       可燃混合氣在燃燒室膨脹時，將產(chǎn)生很高的燃氣壓力，水冷式的缸蓋與缸體間又有水套連通，為防漏氣、漏水，在汽缸蓋和缸體之間必須安裝汽缸墊。汽缸墊要具有足夠的強度、耐熱、耐腐蝕，密封性要好，便于拆裝，使用時間長。

      目前，常用的汽缸墊是銅皮夾包石棉制成，如圖7所示。在汽缸墊中各孔的周圍，都有鋃邊，厚度較大，以增加密封的可靠性。也有紫銅或鋁合金制成的墊片；這種墊片強度小，壓緊時有塑性變形，可以提高密封效果，但不能多次使用。有些機溫較高的風冷式柴油發(fā)電機也采用這種墊片，因為該墊片導熱性好，可以使汽缸蓋與缸體間的溫差小一些，有利于缸蓋的散熱。近年來，有些發(fā)動機開始采用特種密封膠，徹底改變了傳統(tǒng)的汽缸墊結(jié)構(gòu)。

6．機油盆

      機油盆也稱下曲軸箱，又稱油底殼，安裝位置如圖8所示。其主要功能是收集和儲存潤滑油供潤滑系統(tǒng)使用。同時用于密封缸體下部，并與其組成曲軸箱。

      柴油機的機油盆多用鑄鐵制成，機油盆內(nèi)盛有機油，旁設油標尺，以測定油面的高低。油標尺上有兩道刻線，上面一道表示油面的最高位置，油面過高會增加機油消耗，下面一道表示油面的最低位置，如低于此刻線即應添加機油。機油盆的最低處設有放油螺塞，用于放出變質(zhì)機油和臟物。有的放油螺塞帶有磁性，可以吸附機油中的鐵質(zhì)和磨粒。

      機油盆通過螺栓固定在汽缸體上，為防止盆中的機油漏出，接合面裝有紙質(zhì)或軟木墊片。

二、氣缸體加工部位

1．缸體的加工

      發(fā)動機號一般會在發(fā)動機缸體外表面上，缸體有一個小平面，一般是一個長方形的形狀，這就是發(fā)動機號所在位置，如圖9所示。在加工時，一定要注意不能銷毀或磨平上面的數(shù)字，防止影響后期驗證產(chǎn)品真?zhèn)蔚姆椒ā?/span>

      制造缸體的第一步是設計模型，然后在模型周圍用砂子制作砂芯。拆除模型后，模型的孔內(nèi)就留下了砂芯。這些砂芯最終將成為冷卻液道和汽缸。將熔化的金屬倒入砂子做成的孔中。待金屬冷卻后，除去砂子，將砂芯敲碎后取出。這種結(jié)構(gòu)稱作鑄造缸體。采用的金屬通常是添加了幾種特殊金屬的灰鑄鐵。所添加的金屬增加了缸體的強度和耐磨特性。其余的金屬還有助于降低因燃燒產(chǎn)生的熱所引起的收縮和翹曲。

      缸體在鑄造完成后，要經(jīng)過冷卻和硬化，并對其表面進行機加工，以便其他零件能夠安裝在缸體上。這些表面包括汽缸、缸體上平面（臺面）、凸輪軸座孔、曲軸軸孔，以及油底殼表面。缸體的前后端面和發(fā)動機的支座也要進行機加工，以使零件能夠正確固定和密封，如圖10所示。

      某些小型發(fā)動機也可壓鑄成型。就是將液態(tài)金屬壓入一個金屬模內(nèi)，而不是倒到砂芯中。這種鑄件表面更加光滑，成形也更加精確。這種缸體的機加工量也較少。

2．型芯孔塞

      所有鑄鐵缸體都有型芯孔塞（鋁制缸體沒有型芯孔塞），這些孔塞也稱作冰凍保護塞或膨脹塞。在缸體的加工過程中采用了砂型芯。當熾熱的金屬被倒入砂模時，這些砂型芯部分被破壞和熔解。但是，缸體上必須留一些孔，以便能夠?qū)?nèi)部孔道內(nèi)的砂子取出來。這些孔就稱作型芯孔。型芯孔經(jīng)過機加工后，再將型芯孔塞塞進去。

      型芯孔塞由軟金屬制成。在某些情況下，型芯孔塞也可防止缸體產(chǎn)生裂紋。例如，如果在冬天冷卻液中沒有足夠的防凍液，那么冷卻液就可能會結(jié)冰，液體結(jié)冰就會膨脹，從而可能會導致缸體破裂。但是，如果膨脹發(fā)生在型芯孔塞附近，那么型芯孔塞就會彈出，因此可以保護缸體不致被脹裂。

3．鋁制缸體與鑄鐵缸體的比較

      缸體可由鑄鐵制成，也可由鋁制成。過去大多數(shù)缸體都是由鑄鐵制成的。鑄鐵改善了強度，能夠調(diào)節(jié)因受熱而產(chǎn)生的變形。但隨著對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性要求的不斷提高，發(fā)動機制造商都在盡力減輕發(fā)動機重量。減輕發(fā)動機重量的途徑之一就是減輕缸體的重量。因此，鋁得到了應用。鋁是一種很輕的金屬。在將鋁金屬倒入鑄模之前，要在鋁金屬中添加一些材料，目的是增加鋁的強度，并且降低其在燃燒受熱時翹曲的可能。鋁制缸體還必須具有缸套或者嵌入缸體內(nèi)的鋼制的襯套。在將鋁金屬倒入鑄模之前就應將鋼制襯套放在鑄模中。在倒入鋁金屬之后，鋼制的襯套就無法拆下來了。

      鋁金屬中還要加入硅。通過特殊的工藝，硅集中在缸壁上。這種工藝減少了對鋼制襯套的需要。此種設計被稱為浸硅缸壁。采用這種設計的一個問題是需要使用高質(zhì)量的機油。如果用戶疏忽使用了低品質(zhì)的機油，這種發(fā)動機通常達不到其預期的使用壽命。

4．活塞推力面

      當活塞在汽缸內(nèi)上下移動時，活塞側(cè)面存在較大和較小的兩種推力。從發(fā)動機后面觀察活塞時，較小的推力就是作用在活塞右側(cè)上的壓力。較小的推力產(chǎn)生在壓縮沖程中，此時發(fā)動機順時針轉(zhuǎn)動。較大推力正好相反，當從后面觀察且發(fā)動機順時針轉(zhuǎn)動時，較大的推力是作用在活塞左側(cè)的壓力。當活塞處于做功沖程時，產(chǎn)生較大的推力。當曲軸轉(zhuǎn)過TDC時，活塞在較大和較小兩種推力之間轉(zhuǎn)換，此時產(chǎn)生活塞撞擊，這就意味著活塞撞擊到缸壁上。當活塞和缸壁之間的間隙過大時就會產(chǎn)生過量的撞擊，這就會導致活塞和缸壁上產(chǎn)生噪聲及磨損。通常通過更換活塞環(huán)或者鏜缸后安裝加大尺寸的活塞和活塞環(huán)來消除過量的活塞撞擊。

5．汽缸磨損

      活塞和活塞環(huán)的運動使汽缸磨損均勻，逐漸變成了錐狀。圖11（a）說明了典型的汽缸是如何磨損的。只有在活塞環(huán)接觸缸壁的地方才產(chǎn)生錐狀。最大程度的磨損發(fā)生在汽缸頂部，最小程度的磨損發(fā)生在汽缸底部。這種磨損在汽缸孔的上部形成了隆起。大修過程中，一定要去掉隆起后再拆下活塞，如果隆起沒有去掉，活塞一經(jīng)拆卸就會損壞。新的活塞環(huán)在安裝以后，敲打隆起的底部也可能被損壞。發(fā)電機組維修手冊中所列出的制造商規(guī)范僅允許缸壁有一定量的錐度。過大的錐度會影響活塞環(huán)的端隙，如圖11（b）所示。端隙過大，如缸壁頂部所示，會產(chǎn)生極大的活塞環(huán)端隙，這樣就會產(chǎn)生過量竄氣。

6．汽缸磨合

      當將新的活塞環(huán)放在活塞上時，活塞環(huán)以及缸壁沒有完全密合，其差別如圖12所示。活塞環(huán)接觸汽缸的部位僅在活塞環(huán)上細微的突出部分。這就使得活塞環(huán)上細微部分和缸壁之間的密封不良。由此，活塞環(huán)和缸壁表面都被設計成略有凸凹，然后由于活塞環(huán)和缸壁開始磨損，表面上的突出部分就會先行磨損，接著這兩個物體就會趨于密合。這個過程被稱作發(fā)動機內(nèi)的磨合。