柴油機去碳環(huán)的改進設想

單體忠

摘要：本文對船用柴油機去碳環(huán)的原結(jié)構(gòu)、功用進行了簡單介紹，對其結(jié)構(gòu)提出了具體的新的改進措施，除了對改進后的功能作用和優(yōu)缺點做了詳細的論述外，還對改進后的檢修操作注意事項做了詳細的說明，建議相關類型柴油機生產(chǎn)廠家，對柴油機去碳環(huán)進行改進，以獲得更大效益。

關鍵詞：柴油機;去碳環(huán);改進

0 ?引言

原去碳環(huán)的結(jié)構(gòu)特點：近些年來，無論是筒型活塞式柴油機還是十字頭式柴油機，有的在氣缸套上端內(nèi)部裝設了去碳環(huán)，它的直徑稍小于缸套內(nèi)經(jīng)，且略大于活塞頂岸直徑，原去碳環(huán)內(nèi)徑上下一樣，外徑上下也一樣，不帶凸肩，它的縱上長度，略短于活塞頂岸高度，不插入到氣缸蓋的拱深內(nèi)，只安裝在氣缸套的上部，而且插入到缸套內(nèi)部的部分比較短，僅插到活塞到達上止點時第一道活塞環(huán)以上的部分，和缸套內(nèi)經(jīng)對接的結(jié)合縫隙為整齊的一道圓縫，在圓周方向上，沒有方向，可以任意安裝。

它原有的作用，可以減少活塞頂岸結(jié)碳，從而減輕因活塞頂岸結(jié)碳對氣缸內(nèi)壁的油膜破壞，而導致的摩擦磨損;還可以減少氣缸油的消耗，并且當去碳環(huán)磨損時，不需拆出氣缸套和活塞，只需拆下氣缸蓋，就可以單獨更換去碳環(huán)。該去碳環(huán)在有些類型的柴油機中又叫防磨環(huán)，例如：在瓦錫蘭32型大功率中速四沖程柴油機中就叫防磨環(huán)。

然而筆者認為，無論是叫去碳環(huán)還是叫防磨環(huán)，其實質(zhì)是一樣的，在此暫且就叫去碳環(huán);而且我認為如果對去碳環(huán)加以改進，還可以實現(xiàn)更多的功能，且為檢修維護活塞及活塞環(huán)帶來更大方便。

改進方案如圖1。

圖中：1為深入到氣缸蓋中的拱深部分，2為凸肩，3為凸肩上的定位銷孔，4為取出去碳環(huán)時的頂絲孔，5為深入到氣缸套中的部分，6為去碳環(huán)和氣缸油布油槽吻合對接斷面，7為去碳部分和防磨部分的內(nèi)徑圓滑過渡。

1 ?去碳環(huán)的改進

去碳環(huán)外徑上下一致，采用變內(nèi)徑尺寸的結(jié)構(gòu)，即去碳環(huán)相對于活塞上止點時的活塞頂岸部分內(nèi)徑稍小于氣缸直徑，以便于活塞到達上止點時，清除活塞頂上的結(jié)碳，而相對于活塞上止點時的活塞環(huán)帶及以下部分內(nèi)徑略大，與氣缸直徑相同;并在變徑處內(nèi)部采用圓滑過渡，可以減少應力集中，防止斷裂;外部設計有一凸肩，（由于該凸肩正好墊壓固定在氣缸蓋和氣缸套的接縫處，所以凸肩的上下端面上皆加工有溝槽，以安裝氣缸蓋墊片和缸套凸肩墊片，凸肩四周，墊片溝槽外部均勻分布有定位的定位銷孔和拆卸時用的頂起螺絲孔，以便用螺絲固定在缸套的凸肩上，和拆出時安裝頂絲取出去碳環(huán)。）

去碳環(huán)凸肩以上部分，往上深入到氣缸蓋的拱深部分周邊的內(nèi)部圓柱面，圓柱面的上緣與氣缸蓋底面緊密吻合接觸，這樣，去碳環(huán)不僅可以實現(xiàn)原有的作用：（減少活塞頂岸結(jié)碳，減輕因活塞頂岸結(jié)碳對氣缸內(nèi)壁的油膜破壞而導致的摩擦磨損，減少氣缸油的消耗）;還可以承受氣缸內(nèi)燃燒時的主要的熱負荷和燃燒爆炸氣體壓力以及燃燒氣體的腐蝕。從而保護了氣缸蓋，延長了汽缸蓋的使用壽命。

去碳環(huán)凸肩以下的部分，越過缸蓋和缸套的結(jié)合縫，下移進入到缸套內(nèi)部，直至氣缸油注有嘴的布油槽位置，并在該處和缸套內(nèi)表面相對接，該接觸斷面采用規(guī)則的“人”字式接觸，就是在二沖程柴油機氣缸油注油潤滑，氣缸內(nèi)壁的布油槽那里對接，槽下是氣缸套，槽上就是除碳環(huán)，這樣，以防止活塞往復運動經(jīng)過該接觸斷面時，活塞環(huán)與其縫隙發(fā)生刮碰。這樣的去碳環(huán)的縱向長度就被加長，幾乎占住燃燒室的大部空間，增加了燃燒室的密封性，承受了活塞往復運動時的主要的摩擦磨損和腐蝕，從而保護了氣缸套，延長了氣缸套的使用壽命。

2 ?氣缸蓋的相應改變

把氣缸蓋底面做成深度圓拱型，圓拱深度不僅可以容納活塞頂岸，而且在活塞到達上止點時，活塞環(huán)帶部分也能進入到氣缸蓋底面的拱深部分，就是把氣缸蓋與氣缸套接合密封承壓的凸臺加厚加長，使之取代了部分的氣缸套，這就會使氣缸套則總體縱向長度縮短，且該部分也采用薄壁強背、鉆孔冷卻結(jié)構(gòu)，并在其外圓側(cè)面留有從機體來的冷卻水的進入汽缸蓋的進水孔，以便冷卻水在冷卻了氣缸套后再冷卻氣缸蓋，該部分氣缸蓋底面的縱向拱深部分正是燃燒室，是工作條件最為惡劣的部分，由于內(nèi)部裝有去碳環(huán)，該部分的去碳環(huán)除原有功能外，還能使得氣缸蓋的拱深圓柱面上免遭燃燒時的熱負荷和燃燒爆炸時高壓氣體的沖刷和腐蝕。

3 ?氣缸套的相應改變

由于氣缸蓋底面采用深拱形，燃燒室主要部分移入到氣缸蓋內(nèi)，縮減了氣缸套的縱向長度，同時由于去碳環(huán)還往下深入到氣缸油注油嘴的位置，在此位置上的利用氣缸油布油槽的“人”字形貌和去碳環(huán)相接，這樣就導致氣缸套的內(nèi)徑不一樣，上部安裝去碳環(huán)的部分內(nèi)徑稍大，下部為標準正常內(nèi)徑，在上下兩部分的結(jié)合面為“人”字形貌，而去碳環(huán)以下的氣缸部分，熱負荷和機械負荷都比較小，由氣缸來承受這個相對較小的熱負荷和燃燒氣體力負荷以及高溫高壓燃氣的沖刷和腐蝕，和活塞往復運動帶來的摩擦磨損，這就降低氣缸上的各種負荷，保護氣缸套，延長了氣缸套的使用壽命。

由此，去碳環(huán)較改進前變得復雜：去碳環(huán)采用內(nèi)徑變徑結(jié)構(gòu)，在活塞上止點時，對應從活塞環(huán)帶到頂岸處采用內(nèi)徑過渡變小，而外徑不變，這樣除能完成原有的功能外，還可以完成上部去碳，下部防磨的功能，保護了氣缸蓋和氣缸套延長了氣缸蓋和氣缸套的使用壽命。氣缸蓋也變得形狀特殊，厚度加大，拱深深度很大，以容下活塞，便于拆出氣缸蓋后無需吊出活塞就可以檢修活塞;氣缸套也變得復雜，其內(nèi)壁上部分，應加工出容納除碳環(huán)部分的空間，并在氣缸油布油槽處，加工出與去碳環(huán)接觸吻合的斷面。這樣當柴油機運行一段時間后，可以很方便的只更換去碳環(huán)，而不需要更換缸套。

4 ?改進后的利弊

①改進后，燃燒室上移，更多的進入到氣缸蓋內(nèi)，去碳環(huán)自氣缸蓋往下越過缸蓋和缸套的結(jié)合面，深入氣缸直至氣缸油注油位置，增加了氣缸密封性;且位于燃燒室上部摩擦磨損腐蝕等最為嚴重的部位，承擔了燃燒室內(nèi)摩擦磨損腐蝕等，減少了因活塞結(jié)碳、氣缸內(nèi)油膜破壞，而導致的摩擦磨損，保護了氣缸蓋、氣缸套，延長了氣缸蓋、氣缸套的使用壽命，降低了維護保養(yǎng)費用。

②改進后，維修方便;檢修時，只需吊起氣缸蓋，不僅可以更換去碳環(huán)，而且盤車至上止點位置時，拆掉除碳環(huán)后，活塞環(huán)就暴露在外，可以很方便地清潔、檢查活塞和活塞環(huán)，以及更換活塞環(huán)，而不像以往那樣，必須吊出活塞，才能清潔、檢查活塞和活塞環(huán)，以及更換活塞環(huán)。

③改進后的缺陷，氣缸蓋、氣缸套以及去碳環(huán)的結(jié)構(gòu)都變得略顯復雜，加工工藝復雜，造價會有所升高。

④改進后，在檢修活塞及活塞環(huán)時，還要根據(jù)實際情況，專門設置制造安裝去碳環(huán)之前，將帶活塞環(huán)的活塞導入到氣缸套中下部位置時的轉(zhuǎn)用錐形導套。該錐形導套也可以用與除碳環(huán)下部等同厚度等同弧度的三到四塊長條鋼板來代替。

5 ?改進后的維修注意事項

除常規(guī)操作外，有如下幾點應該注意：

①檢修氣缸蓋時，氣缸蓋吊出后，應盤車檢查去碳環(huán)工作狀況以及活塞活塞環(huán)的工作狀況。

②清潔檢修活塞及活塞環(huán)時，應先吊出氣缸蓋拆出去碳環(huán)，而無須吊出活塞，且應在活塞位于上止點位置時進行，用破布把活塞與氣缸周邊的縫隙塞住，防止清潔活塞時，清潔下來的垃圾墜入機器內(nèi)部，污染滑油，造成嚴重的摩擦磨損。

③換新活塞環(huán)時，出了做到上述②的相關內(nèi)容外，還要注意應首先使活塞位于上止點位置，待活塞環(huán)裝復調(diào)整妥當后后，使用專用的錐形導套，緩慢往下盤車，把活塞導入到氣缸內(nèi)直至氣缸油布油槽以下的位置時，停止盤車，然后再把氣缸油布油槽以上的那部分空間置清潔干凈，再裝去碳環(huán)。

④裝除碳環(huán)時，如果去碳環(huán)沒有換新，應注意拆下時的位置，不要隨意轉(zhuǎn)換位置，并把去碳環(huán)清潔干凈，特別是去碳環(huán)外圓表面一定要確保清潔干凈，如果換新去碳環(huán)，則無需注意去碳環(huán)的周向位置，只要做到“人”字接觸斷面吻合就可以了，但應當注意對去碳環(huán)下部內(nèi)楞適當稍作修銼，以防止新的去碳環(huán)與氣缸內(nèi)壁的軸向“人”字接觸斷面厚度不同，而導致活塞環(huán)刮碰去碳環(huán)，這一點非常重要。待去碳環(huán)裝復后，氣缸蓋裝復之前，應盤車檢查是否活塞環(huán)刮碰去碳環(huán)。

總之，去碳環(huán)改進后帶來的益處很多，不僅仍然具有原有的性能，同時給檢修帶來很大方便，只須拆除及氣缸蓋和去碳環(huán)就可檢修活塞及活塞環(huán)、更換去碳環(huán)，延長氣缸蓋、氣缸套的使用壽命等，所以筆者建議柴油機廠家適當考慮對去碳環(huán)的改進，以更好的延長氣缸蓋和氣缸套使用壽命，降低維護保養(yǎng)費用。

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