摘要：發(fā)動(dòng)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，曲軸連桿機構及其他機構和系統都固定在它們上面。發(fā)動(dòng)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(dòng)機及其部件的安裝、支撐和保證活塞、連桿、曲軸等運動(dòng)部件工作時(shí)的準確位置以及保證發(fā)動(dòng)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(jìn)行適當的冷卻，以免機體損壞和變形。機體也是最重的零件，應該力求結構緊湊、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(fēng)冷式柴油機汽缸體一般都單個(gè)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(shí)齒輪室，后端是飛輪殼，左側是氣門(mén)室。缸體的內部是汽缸，汽缸的側面有氣門(mén)座，汽缸的周?chē)€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(fēng)冷散熱，所以?xún)筛滓陨巷L(fēng)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(dòng)機缸體是固定所有其他發(fā)動(dòng)機零件的主要支撐結構。缸體是大型的鑄鐵或鑄鋁件。有兩個(gè)主要部分：缸體部分和曲軸箱部分。

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

      曲軸箱部分用來(lái)承載曲軸、油泵、油底殼和機油。冷卻液通道鑲嵌在缸體內。這些通道也稱(chēng)作水套，環(huán)繞在汽缸周?chē)?。冷卻液通道使冷卻液在汽缸部位循環(huán)，從而保持發(fā)動(dòng)機的冷卻。一些缸體上還有一些用于冷卻凸輪軸的鉆孔。缸體內還鉆出了許多油孔，以保證發(fā)動(dòng)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(jìn)入發(fā)動(dòng)機內部的可燃混合氣，引導活塞作往復直線(xiàn)運動(dòng)。在二沖程汽油機中，汽缸上還有進(jìn)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(shí)受到高溫氣體的化學(xué)腐蝕作用。

（2）在工作過(guò)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(shí)地將熱量散發(fā)出去，所以汽缸的內外層、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(jìn)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?xún)Υ嬉恍櫥?，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(dòng)機使用缸套。缸套不是在缸體內直接鑄造出來(lái)的，而是嵌入一個(gè)機加工過(guò)的襯套。缸體在經(jīng)過(guò)機加工后，再鑲入襯套。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(méi)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(jìn)行匹配。

（1）缸套的分類(lèi)

      汽缸的形狀隨柴油機的種類(lèi)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。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(shí)，會(huì )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(dòng)機汽缸的質(zhì)量，降低成本。同時(shí)缸套拆裝方便，便于修理。

（2）缸套的鑲入

      濕式汽缸套和干式氣缸套其都是通過(guò)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(chēng)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(diǎn)。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(chēng)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(fēng)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(mén)機構的缸蓋上，還鑄有進(jìn)排氣門(mén)座、進(jìn)排氣門(mén)桿導孔和進(jìn)排氣道。

      汽缸蓋的工作任務(wù)也很繁重，底部與燃氣接觸，承受高溫高壓，由于缸蓋內外溫差較大，形狀又復雜，易產(chǎn)生不均勻的熱應力。同時(shí)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(fēng)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(shí)，必須注意對稱(chēng)的由中間向四周依次按規定的扭矩，逐步松開(kāi)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(shí)，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(shí)間長(cháng)。

      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?chē)?，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(shí)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(fēng)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(lái)，有些發(fā)動(dòng)機開(kāi)始采用特種密封膠，徹底改變了傳統的汽缸墊結構。

6．機油盆

      機油盆也稱(chēng)下曲軸箱，又稱(chēng)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使用。同時(shí)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(xiàn)，上面一道表示油面的最高位置，油面過(guò)高會(huì )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(xiàn)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(guò)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(dòng)機號一般會(huì )在發(fā)動(dòng)機缸體外表面上，缸體有一個(gè)小平面，一般是一個(gè)長(cháng)方形的形狀，這就是發(fā)動(dòng)機號所在位置，如圖9所示。在加工時(shí)，一定要注意不能銷(xiāo)毀或磨平上面的數字，防止影響后期驗證產(chǎn)品真偽的方法。

      制造缸體的第一步是設計模型，然后在模型周?chē)蒙白又谱魃靶?。拆除模型后，模型的孔內就留下了砂芯。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。這種結構稱(chēng)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(guò)冷卻和硬化，并對其表面進(jìn)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(dòng)機的支座也要進(jìn)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(dòng)機也可壓鑄成型。就是將液態(tài)金屬壓入一個(gè)金屬模內，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(méi)有型芯孔塞），這些孔塞也稱(chēng)作冰凍保護塞或膨脹塞。在缸體的加工過(guò)程中采用了砂型芯。當熾熱的金屬被倒入砂模時(shí)，這些砂型芯部分被破壞和熔解。但是，缸體上必須留一些孔，以便能夠將內部孔道內的砂子取出來(lái)。這些孔就稱(chēng)作型芯孔。型芯孔經(jīng)過(guò)機加工后，再將型芯孔塞塞進(jìn)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(méi)有足夠的防凍液，那么冷卻液就可能會(huì )結冰，液體結冰就會(huì )膨脹，從而可能會(huì )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(huì )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(guò)去大多數缸體都是由鑄鐵制成的。鑄鐵改善了強度，能夠調節因受熱而產(chǎn)生的變形。但隨著(zhù)對發(fā)動(dòng)機燃油經(jīng)濟性要求的不斷提高，發(fā)動(dòng)機制造商都在盡力減輕發(fā)動(dòng)機重量。減輕發(fā)動(dòng)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(shí)翹曲的可能。鋁制缸體還必須具有缸套或者嵌入缸體內的鋼制的襯套。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(wú)法拆下來(lái)了。

      鋁金屬中還要加入硅。通過(guò)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(chēng)為浸硅缸壁。采用這種設計的一個(gè)問(wèn)題是需要使用高質(zhì)量的機油。如果用戶(hù)疏忽使用了低品質(zhì)的機油，這種發(fā)動(dòng)機通常達不到其預期的使用壽命。

4．活塞推力面

      當活塞在汽缸內上下移動(dòng)時(shí)，活塞側面存在較大和較小的兩種推力。從發(fā)動(dòng)機后面觀(guān)察活塞時(shí)，較小的推力就是作用在活塞右側上的壓力。較小的推力產(chǎn)生在壓縮沖程中，此時(shí)發(fā)動(dòng)機順時(shí)針轉動(dòng)。較大推力正好相反，當從后面觀(guān)察且發(fā)動(dòng)機順時(shí)針轉動(dòng)時(shí)，較大的推力是作用在活塞左側的壓力。當活塞處于做功沖程時(shí)，產(chǎn)生較大的推力。當曲軸轉過(guò)TDC時(shí)，活塞在較大和較小兩種推力之間轉換，此時(shí)產(chǎn)生活塞撞擊，這就意味著(zhù)活塞撞擊到缸壁上。當活塞和缸壁之間的間隙過(guò)大時(shí)就會(huì )產(chǎn)生過(guò)量的撞擊，這就會(huì )導致活塞和缸壁上產(chǎn)生噪聲及磨損。通常通過(guò)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(lái)消除過(guò)量的活塞撞擊。

5．汽缸磨損

      活塞和活塞環(huán)的運動(dòng)使汽缸磨損均勻，逐漸變成了錐狀。圖11（a）說(shuō)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(guò)程中，一定要去掉隆起后再拆下活塞，如果隆起沒(méi)有去掉，活塞一經(jīng)拆卸就會(huì )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范僅允許缸壁有一定量的錐度。過(guò)大的錐度會(huì )影響活塞環(huán)的端隙，如圖11（b）所示。端隙過(guò)大，如缸壁頂部所示，會(huì )產(chǎn)生極大的活塞環(huán)端隙，這樣就會(huì )產(chǎn)生過(guò)量竄氣。

6．汽缸磨合

      當將新的活塞環(huán)放在活塞上時(shí)，活塞環(huán)以及缸壁沒(méi)有完全密合，其差別如圖12所示?；钊h(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(kāi)始磨損，表面上的突出部分就會(huì )先行磨損，接著(zhù)這兩個(gè)物體就會(huì )趨于密合。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)作發(fā)動(dòng)機內的磨合。