氣缸蓋

氣缸蓋的作用是密封氣體，與活塞共同形成燃燒空間，並承受高溫高壓燃氣的作用。氣缸蓋的工作情況是：

（1）氣缸蓋受到高溫高壓燃氣作用，承受很大的螺栓預緊力，導致機械應力大。

（2）氣缸蓋結構複雜，溫度場嚴重不均勻，導致熱應力大，嚴重時會引起氣缸蓋出現裂紋和整體變形

因此氣缸蓋的設計要求是

（1）有足夠的剛度和強度，工作變形小，保證密封。

（2）合理布置燃燒室、氣門、氣道，保證發動機的工作性能。

（3）工藝性良好，溫度場盡量均勻，減少熱應力，避免熱裂現象。

氣缸蓋一般都由優質灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄造，轎車用的汽油機則多採用鋁合金氣缸蓋。鋁合金導熱性好，有利於提高發動機的壓縮比。其次，鑄造性能優異，適於澆鑄結構複雜的零件。但必須注意鋁合金氣缸蓋的冷卻，控制其底平面的溫度在300℃以下。否則，底平面過熱將產生塑性變形而翹曲。

用來封閉氣缸並構成燃燒室。側置氣門式發動機氣缸蓋、鑄有水套、進水孔、出水孔、火花塞孔、螺栓孔、燃燒室等。頂置氣門式發動機氣缸蓋，除了冷卻水套外，還有氣門裝置、進氣和排氣通道等。缸蓋在內燃機屬於配氣機構，主要是用來封閉汽缸上部，構成燃燒室。並做為凸輪軸和搖臂軸還有進排氣管的支撐。主要是把空氣吸到汽缸內部，火花塞把可燃混合氣體點燃，帶動活塞做功，廢氣從排氣管排出。

氣缸蓋用螺栓緊固於機體頂部，成為柴油機的頂端部件，故俗稱氣缸頭。其功用如下：

l．封閉氣缸套頂部，與活塞、缸套共同組成密閉的氣缸工作空間。

2．將氣缸套壓緊於機體正確位置上，使活塞運動正常。

3．安裝柴油機各種附件，如噴油器、進、排閥裝置、氣缸起動閥、示功閥、安全閥以及氣閥搖臂裝置等等。

4．布置進、排氣道，冷卻水道等。在小型高速機的氣缸蓋中還布置渦流室或預燃室等。因此氣缸蓋中孔腔、通道繁多，使其結構形狀比較複雜。

工作中，氣缸蓋的底面就是燃燒室的頂壁，承受高溫高壓燃氣所施加的機械負荷和熱負荷。同時受到緊固聯接螺栓的安裝預緊力以及冷卻水和高溫燃氣的腐蝕作用。

1．熱應力

氣缸蓋觸火底面的工作溫度隨著柴油機的負荷增大和冷卻條件變差而會升高。工作溫度在噴油器孔與氣閥座孔之間的鼻樑區最高。缸蓋底的觸火面與觸水面之間以及缸蓋中央與四周之間都存在著很大溫差。據測量某柴油機在運行時排氣閥座孔處溫度達430℃，最大溫差超過200℃。又由於各部分厚度不均、形狀複雜以及螺栓緊固的束縛，使熱脹冷縮受牽制嚴重而造成很大的熱應力。熱應力往往是缸蓋裂紋的主要原因。熱應力以σT表示。

2．氣體壓力

燃氣向上對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。對缸蓋底面板壁來講，上拱變形使觸火面受壓、而觸水面受拉。其作用效應與熱應力一樣。氣體產生的應力以σc表示。

3．安裝應力

缸蓋螺栓施於氣缸蓋的預緊力約為缸蓋底面氣體最高爆發力的數倍，以確保緊固密封可靠。在預緊力及支承力作用下缸蓋也有中央上拱彎曲的趨勢，也使缸蓋底壁觸火側受壓應力，而冷卻水側受拉應力。預緊應力與預緊力大小成正比，為靜應力，以σj表示。在安裝不正確時將會出現很大數值。

4．腐蝕

冷卻氣缸蓋等的冷卻水通常是含有SO4--和CI-等酸根離子的電解質溶液。而缸蓋冷卻面由於各種原因存在電位差。在電解質溶液中，電位較低的陽極將被腐蝕。例如：鑄鐵材料中，鐵比碳化鐵的電位低；受拉伸應力和拉伸變形部位的電位也較壓應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受電化學腐蝕，在靜應力下，腐蝕使材料失落處呈現麻點，安裝防蝕鋅塊能有效地減輕電化學腐蝕。而在脈動機械應力下，麻點即成為應力集中處，成為疲勞裂紋源。在脈動應力和電化學腐蝕共同作用時，使處於晶格滑移帶受腐蝕，引起金屬材料的抗疲勞強度顯著下降，這種現象稱為腐蝕疲勞。高溫燃氣對氣缸蓋底面也有較強的化學腐蝕作用。

由上分析可見，氣缸蓋的工作條件是十分惡劣的。

氣缸蓋是一個負荷嚴重而結構又十分複雜的重要機件。要求其有足夠的強度、良好的耐熱性；同時材料還應具有良好的澆鑄工藝性。氣缸蓋的結構應有足夠的剛性。觸火面形狀應符合圖紙要求。有足夠圓弧過度且光潔完整。受壓面和各種道腔應分別符合規定的壓力試驗要求，各安裝座孔尺寸、形狀都應符合精度要求。尤其是各個閥座孔與閥錐面應保持良好的密封狀態。氣缸直徑在400mm以下的氣缸蓋材料多用HT400之類的灰鑄鐵；400mm以上者多用球墨鑄鐵，如QT60—2等。不少大型低速柴油機採用鑄鋼缸蓋或者採用鑄鐵——鑄鋼組合式缸蓋。

一般有氣門間隙過大或過小，導致氣門異響；還有就是缸蓋上凸輪軸位置感測器失效，不過這種情況很少，一般都是氣門故障。還有比較大的故障就是油水混合了，發生這種情況一般都是缸蓋與汽缸的結合面有貫通性的划傷，或者汽缸墊密封不嚴。這種情況就需要大拆發動機了。

1．裝配時應檢查各冷卻水孔是否暢通。定期用鹼性溶液清洗冷卻系，及時清除水垢油污。

2．發動機正在工作而水箱偶爾缺水

3．水箱內應加軟水，並儘可能少換水。

4．柴油機應避免長期在超負荷下工作。

5．氣缸蓋螺栓要均勻上緊，並正確調整供油時間。

1、導致氣缸早期磨損的原因

（1）新的或大修后的發動機沒有經過嚴格的磨合試運轉就投入作業，造成氣缸等零件的早期磨損。

（2）長期超負荷作業。由於發動機長期超負荷作業，使機溫上升、潤滑油變稀、潤滑不良，加速了缸套、活塞和活塞環等零件的磨損。又由於機油上升，充氣係數下降，燃油與空氣比例失調，燃燒不完全，氣缸等零件積炭增多，引起氣缸故障，從而加快了氣缸的早期磨損。

（3）長時間怠速運轉。當發動機長時間怠速運轉時，機溫過低，潤滑差，燃燒不完全，產生積炭多，加速了氣缸的早期磨損。又由於機溫低，氣缸里易產生酸性物質，從而腐蝕氣缸，產生麻點剝落，引起氣缸的早期磨損。

（4）頻繁的起動。發動機熄火后，潤滑油路中的機油很快流回到油底殼內，所以頻繁起動，會使缸套、活塞和活塞環等零件表面處於干摩擦或半干摩擦的狀態，必然加速氣缸套的磨損。

（5）不重視空氣濾清器的保養，致使空氣濾清器濾芯堵塞嚴重，不經濾清器的空氣直接進入氣缸。而空氣中所含的各種灰塵雜質，其中二氧化硅佔一半以上，其硬度超過鋼鐵，所以進入氣缸里的空氣，加速了氣缸磨損。

（6）不定期更換機油。機油使用一定時間后，逐漸老化變質，失去潤滑作用，同時混入一些機械雜質引起磨料磨損。

（7）發動機起動預熱期間供燃油。多缸柴油機在溫度低於5℃時，必須經過充分預熱后才能向氣缸供油，但在預熱期間供油，不僅起動困難，而且提早噴入的燃油，由於煅燒不完全，氣缸積炭增多，加速了氣缸的磨損。

（8）發動機起動后不經預熱就投入作業，因機溫過低，馬上加大油門，燃燒不完全，氣缸積炭增多，加速了氣缸磨損。

（9）發動機帶病作業。如連桿彎曲、扭曲、各配合零件松曠或過緊等。

（10）選用潤滑油不注意規格。

（11）“轟油門”。有些機手在停機前轟幾下油門，企圖將氣缸里的余油燃燒乾凈，其實適得其反，由於油門忽大忽小，燃油與空氣混合不均勻，燃燒不完全，產生積炭多，加速了氣缸磨損。

2、預防氣缸早期磨損的措施

（1）新的或大修后的柴油機必須經過嚴格的磨合試運轉后才能正式投入作業。

（2）定期檢查保養空氣濾清器、機油濾清器、柴油濾清器，使之處於良好的技術狀態下工作，這是防止塵埃雜質由空氣、燃油和機油通道中進入氣缸，減輕氣缸磨損，延長發動機使用壽命的一項重要措施。

（3）定期更換油底殼機油，加入的機油必須符合說明書的要求。更換油底殼機油時，應仔細清洗油底殼及潤滑油路，其方法是先放盡變質機油，用相同數量的乾淨柴油，倒入油底殼，起動發動機，怠速運轉3—5分鐘后，放盡清洗柴油，然後揩凈油底殼，同時清洗機油濾清器，最後加入規定份量的機油。

（4）嚴禁先起動后加水，否則易使氣缸驟冷而裂損。

（5）經常保持發動機正常工作溫度，過高則機油稀釋，潤滑條件惡化；過低則產生酸性腐蝕，引起麻點剝落。一般適宜的工作溫度為70—80℃，蒸髮式發動機可稍高些。

（6）起動發動機時應注意預潤滑，因為當發動機熄火后，潤滑系中的機油絕大部都流到油底殼，各運動副表面處於干磨擦和半干磨擦，若馬上起動，必然加劇氣缸等零部件磨損速度，因此在起動時先搖轉曲軸數十圈，使運動副表面預先得到一定潤滑。

（7）起動發動機后預熱一段時間，因為此時發動機溫度較低，氣缸等零件還未得到充分潤滑，否則加快缸套、活塞、活塞環、軸頸與軸瓦磨損。當發動機溫度達40℃起步，60℃正式投入作業。

（8）禁止長時間超負荷作業。

（9）禁止發動機長期急速運轉。因為發動機長期急速運轉時，噴油嘴霧化不良，燃油與空氣混合不均勻，燃燒不完全，氣缸易產生積炭，加劇了氣缸磨損。另外長期怠速運轉也加速磨損。

（10）正確進行起動，並盡量減少起動次數，如停機不超過15分鐘，不用熄火，以減少起動次數。起動發動機時，不要將油門放到最大位置強行起動，否則使氣缸內噴入的柴油過多，導致起動不著，即使能起動，由於氣缸內燃油過多，燃燒不完全，產生積炭而加劇磨損。一般來說，當氣溫在15℃以下時，起動開始不要加油門，空轉曲軸數圈，感到輕鬆后再加小油門起動。

（11）嚴禁轟油門。轟油門不僅引起連桿、曲軸變形，甚至曲軸折斷，而且燃燒不完全。

（12）嚴禁帶病作業。應加強維護，及時檢修，如保持活塞環開口間隙符合規定，不使用不符合要求的活塞環，以減少氣缸積炭；按發動機裝配工序檢查活塞“偏缸”，如不符合規定，應及時查明原因予以排除；定期檢查高速氣門間隙與供油提前角，使燃油與空氣混合均勻，燃燒正常，減少積炭；連桿、曲軸發生彎曲和扭曲時，應及時校正，並保證曲軸的軸向間隙符合技術要求。

（13）作業時不允許突變油門，如因工作負荷改變需改變油門時，也應緩慢進行。

（14）樹立清潔意識。保養維護時，就注意保持人身、工具及零件的清潔，以免把鐵屑、泥砂等磨粒帶入氣缸而使氣缸產生早期磨損

1、氣缸蓋螺栓要均勻上緊，並正確調整供油時間。

2、水箱內應加軟水，並儘可能少換水。

3、柴油機應避免長期在超負荷下工作。

4、發動機正在工作而水箱偶而缺水時，不得立即熄火，而應低速運轉徐徐加水。不得在發動機走熱后加冷水，停車后應等水溫至40℃以下后再放水。寒冬季節起動不能立即加開水，而應先加熱水而加開水。

5、裝配時應檢查各冷卻水孔是否暢通。定期用鹼性溶液清洗冷卻系，及時清除水垢油污。

氣缸是柴油機的重要組成部分，應盡量減小氣缸的磨損，有助於提高柴油機的性能和使用壽命。

冬季氣溫低，柴油機汽缸蓋易發生裂縫漏水。其主要原因有以下幾個方面：

1、起動后才加冷卻水。柴油機起動后，機內溫度立即升高，如果這時加入冷卻水，汽缸體與汽缸蓋急劇冷卻，就會因冷縮而裂縫。

2、停機后，沒有放冷卻水。機內水凍結成冰，體積增大，發生汽缸體和汽缸蓋脹裂。

3、柴油機運轉時，冷卻水不足或水箱開鍋機溫過高，突然加入冷卻水。汽缸體和汽缸蓋過冷收縮也會引起開裂。

4、柴油機長時間運轉，機內溫度高，停車后立即放掉高溫水。會導致高溫零件驟遇冷空氣而開裂。

5、使用減壓機停機，使高溫的氣缸蓋突然遇到寒冷空氣而導致開裂。

防止各類汽缸體和汽缸蓋開裂有以下方法：

1、起動柴油機前，應先給水箱加入溫熱水，嚴冬季節要灌注熱水2~3次，待放水閥中流出的水約30~50℃時起動為佳。

2、柴油機運轉時間較長時，停機后應等待半個小時左右，機溫下降到40~50℃時再放冷卻水。放完水后最好用細鐵絲捅通放水閥開關，防止沉澱物堵塞放水閥。

3、柴油機運轉過熱嚴重缺水時，應讓柴油機低速空轉10~15分鐘，然後再慢慢加入冷卻水。