摘要： 柴油发电机如果气缸间隙过大，则会导致气缸密封性变坏、气缸压力下降，甚至烧机油，柴油发电机动力性、经济性都将受到直接影响。气缸和活塞之间的配合间隙，是柴油发电机的重要装配数据。气缸实际尺寸是用来计算配缸间隙、检验配缸间隙是否符合技术规范、判定磨损的气缸是否可以继续使用（是否需要镗缸修理）的重要依据。本文介绍气缸燃烧压力的计算方法和仿真模拟结果，详细说明量缸表的安装步骤与调零方法，系统阐述气缸测量的步骤、方位及圆度与圆柱度的计算，为气缸磨损检测与维修提供技术参考。
一、气缸燃烧压力计算
发动机气缸压力是指发动机工作时发生过程中产生的弹簧压力，也可以理解为活塞上升和下降运行时，所裹住的气体对活塞上、下面打击的压力大小。发动机气缸压力的大小受气缸体积、燃烧室内压力以及活塞下降室积的大小以及活塞的位置等包含的因素的影响，可以用数学的方法来计算出来。
1. 计算方法
（1）首先利用弹簧压力计算公式计算出发动机气缸压力。公式为：，其中P为发动机的气缸压力，、分别为发动机气缸体积内外两个压力。这一公式反映了气缸内气体压力与外部环境压力之间的差值，是理解气缸密封性和压缩能力的基础。
（2）然后根据发动机气缸活塞位置和燃烧室体积大小，计算出活塞下降室积。活塞下降室积的大小直接影响气缸内的气体压缩比和燃烧空间的体积，进而影响燃烧效率和压力峰值。
（3）最后用发动机气流三个定律，即陈氏定律、空气定律和马蒂尔定律，计算出气体流量和残余气体容量，根据残余气体容量结合发动机气缸活塞位置计算出、压力，然后即可计算出发动机的气缸压力值。这三个定律分别从气流连续性、能量守恒和气体状态方程等不同角度描述了气缸内气体的流动与压缩特性，为压力计算提供了完整的理论框架。
（4）影响气缸压力的主要因素。气缸压力的大小受压缩比、进气压力、进气温度、转速、气缸密封性以及增压程度等因素的综合影响。压缩比越高，压缩终了时的压力和温度越高；进气压力越大，进入气缸的新鲜空气量越多，压缩压力相应增大；气缸密封性下降时，压缩过程中气体通过活塞环间隙泄漏，导致压缩终了压力降低。
（5）气缸压力的工程意义。气缸压力是衡量发动机机械状态的重要指标。正常的气缸压力保证燃料能够充分燃烧，输出额定功率。当气缸压力低于标准值（通常下降超过20%）时，发动机将出现启动困难、功率不足、油耗增加和排放恶化等现象。
2. 仿真模拟方法
以康明斯4BTA3.9-G2型四冲程柴油机为例，转速为1500r/min时，完成一个工作循环的时间T=0.08s，作用于柴油机上的载荷力近似为0.08s内的周期力。
利用GT-POWER软件模拟出气缸平均有效压力速度特性曲线，如图1所示。从图中可以看出最高平均有效压力工况出现在转速为1500r/min。当发动机转速在1500r/min时，此时气体爆发压力峰值为7.5MPa。图2是1500r/min高负荷工况下各缸压力曲线。
（1）GT-POWER仿真软件的功能。GT-POWER是一款基于一维气体动力学和有限体积法的发动机性能仿真软件，可模拟进排气系统、气缸内燃烧过程及整机性能。通过建立发动机的几何模型和边界条件，可计算出不同转速和负荷下的气缸压力曲线、温度分布和排放特性。
（2）仿真输入参数。仿真需输入的参数包括：气缸直径、活塞行程、连杆长度、压缩比、进气阀和排气阀的定时与升程曲线、喷油正时与喷油量、涡轮增压器特性等。边界条件包括环境温度、压力以及冷却液温度等。
（3）仿真结果的工程应用。通过仿真获得的气缸压力曲线可用于分析燃烧过程是否合理、判断热负荷是否过高、优化喷油正时和配气相位。仿真结果还可作为气缸体、活塞和连杆等零部件的强度计算和疲劳分析的载荷输入。
|
图1 柴油机平均有效压力速度特性曲线 |
图2 高负荷柴油机工况下各气缸压力曲线 |
二、测量装置安装
一般在柴油发电机总装前进行。对柴油发电机一些相关故障进行检修时，有时也需要对磨损的气缸进行检测。测量气缸的准确性直接决定了维修决策的正确性，因此测量装置的安装和调校必须严谨规范。
1. 测量工具的选用
（1）量缸表的选择。测量气缸时需要提前准备两种工具，即量缸表和外径千分尺。量缸表就是量程为40～160mm的内径量表。量缸表由百分表、表杆、接杆和活动测量头等组成，其测量精度为0.01mm，能够满足气缸磨损检测的精度要求。
（2）外径千分尺的选用。外径千分尺则要依据气缸标准直径选用。例如测量柴油发电机气缸，由于气缸的标准尺寸为Φ126，应选用量程为125～150mm的外径千分尺。千分尺的精度为0.01mm，用于量缸表的调零和校准。使用前应检查千分尺的零位误差，必要时进行校正。
（3）其他辅助工具。测量时还需准备干净的软布（用于擦拭缸套表面）、隔热套（防止手温影响测量精度）、专用卡具或台虎钳（用于固定千分尺）以及记录表格（用于记录6个测量值）。
2. 百分表的安装
（1）如图3上图所示，将百分表的杆部插入量缸表的孔中，当表杆与传动杆接触时，表针有少量的摆动（0.5～1.0mm）即可。这一间隙保证了百分表与量缸表内部传动机构的可靠接触，既不会因间隙过大造成测量滞后，也不会因间隙过小导致内部机构卡死。
（2）此时，将百分表表面与活动测量杆置于同一方向，再用锁紧螺母把百分表紧固。这一操作确保百分表指针的摆动方向与活动测杆的移动方向一致，避免因方向偏差产生读数误差。
（3）安装后的检查。百分表安装后，用手指轻压活动测量头数次，观察百分表指针是否灵活回位，指针摆动是否顺畅，确认内部传动机构无卡滞现象。
3. 量缸表的调零
（1）如图3下图所示，将千分尺调到被测气缸的公称尺寸，并用专用卡具或台虎钳将千分尺固定。千分尺固定时应确保其轴线水平，两测量面之间平行且无歪斜。
（2）然后选择合适尺寸的接杆，将接杆装在量缸表的下端，并将长度调整合适。接杆的长度选择应使量缸表在放入千分尺时，活动测量头有1～2mm的压缩量，以保证在整个测量过程中百分表指针在有效范围内摆动。
（3）最后，用拇指转动表盘，将大针调零。注意：百分表调零时要保证接杆与千分尺对正，否则会导致测量结果错误。调表的要诀：量缸表的设定值调整，如图4所示。
（4）调零后的验证。调零完成后，将量缸表从千分尺中取出再重新放入，重复操作2～3次，观察大针是否每次都准确回到零位。若回零偏差超过0.02mm，应重新检查安装和调零过程。
|
图3 百分表安装图 |
图4 柴油机气缸量缸表设定值 |
三、气缸测量步骤
1. 测量前的准备
（1）用干净软布擦净缸套表面。缸套表面的油污、积碳和金属屑会影响测量精度，应在测量前彻底清洁。对于已运行过的气缸，应先清除缸口处的积碳台阶，否则量缸表的活动测头无法进入气缸或进入时受到台阶阻挡产生测量误差。
（2）检查量缸表状态。确认百分表指针灵活、接杆连接牢固、活动测量头无松动或卡滞，如有异常应及时调整或更换。
2. 测量操作
（1）如图5所示，右手拿住隔热套，把量缸表活动测量头一端压入气缸后，再使接杆一端进入气缸内，左右摆动，在大针处于顺时针极限位置时，记下大针距离0位格数，然后根据下式计算测量值：测量值 = 格数 × 0.01mm。大针在收缩侧（顺时针方向），测量值取负值；大针在延长侧（逆时针方向），测量值取正值。
（2）测量时，只有使量缸表的活动测杆同气缸轴线保持垂直，才能测量准确。垂直位置判定不是通过目视表杆完成，而是在测量时使表杆向左右两个方向摆过垂直位置，在此过程中读取大针顺时针极限位置距离0位的格数即可。这一方法的原理是：当量缸表活动测杆与气缸轴线垂直时，测杆伸出的长度最大，百分表指针处于顺时针极限位置。
（3）将测量值与气缸公称直径相加，即得气缸直径尺寸。缸径 = 公称直径 + 测量值（百分表读数）。
（4）如图6所示，气缸测量一般分上、中、下3个平面进行，每个平面在曲轴方向和垂直方向各测得一个尺寸，这样每个气缸就测得6个值。上平面距离气缸顶部约10mm（对应活塞上止点第一道环位置），中平面为气缸中部，下平面距离气缸底部约10mm。曲轴方向是指平行于曲轴轴线的方向，垂直方向是指垂直于曲轴轴线的方向（即活塞销方向）。
（5）测量结果的记录。将每个测点的数值记录在专用的测量表格中，标注各测点的位置和方向，便于后续的圆度和圆柱度计算。
3. 磨损气缸的特殊测量
新气缸测量相对简单，测量难点在于已磨损气缸的测量。如图7所示，气缸的最大磨损部位多处于活塞上止点第一道环位置（距离气缸上平面1cm左右）。由于最大磨损区域往往很小，量缸表稍稍上下移动（如图8所示），测量值就会变化很大。因此测量气缸上口尺寸采用的方法是上下移动量缸表，测得多个值，然后取最大者为实测值。
（1）上口测量的要点。在上平面测量时，应将量缸表从上往下缓慢推入，同时左右摆动获取读数，然后向下移动1～2mm再测一次，如此反复多次，记录所有读数中的最大值。
（2）中、下部测量。中、下部的磨损相对均匀，按标准方法测量即可。但若发现气缸有明显的拉伤或划痕，应在拉伤部位附近多测几个点，以评估损伤程度。
（3）测量精度控制。每个测点至少测量两次，两次读数之差不应超过0.02mm，否则应重新测量。测量过程中应避免手温通过隔热套传导至量缸表，防止热膨胀影响测量结果。
|
图5 量缸表左右摆动获取读数 |
图6 气缸测量方位示意图 |
四、测量值计算
1. 圆度的计算
同一截面内两直径之差的一半即为该截面的圆度误差。比较三个截面的圆度值，其中最大值即该缸的圆度误差。它反映了气缸的失圆程度。因为气缸尺寸在上、中、下3个平面进行测量，所以每个气缸可以算出3个圆度值，这3个值中的最大者，称为该缸的圆度。一些柴油发电机用失圆度来衡量气缸的失圆程度，失圆度指在同一平面内测得的气缸尺寸之差（即圆度误差的2倍）。
2. 圆柱度的计算
气缸全部6个测量数值中，最大直径与最小直径差值的一半称为该气缸的圆柱度。圆柱度代表气缸的锥度大小。不同的柴油发电机圆度、圆柱度误差的极限值是不同的。当圆度和圆柱度中的任意一个超过极限值时，气缸就要进行修理（更换缸套或镗磨气缸）。例如康明斯柴油发电机气缸失圆度极限为0.10mm。
3. 测量结果的判定
（1）若圆度和圆柱度均在极限值以内，且最大磨损量未超过维修极限，气缸可继续使用，仅需更换活塞环。
（2）若圆度或圆柱度超过极限值，或最大磨损量超过维修极限，则需镗缸（将气缸扩大至下一级修理尺寸）并配用加大尺寸的活塞和活塞环，或直接更换缸套。
（3）镗缸的修理尺寸通常分为几级（如+0.25mm、+0.50mm、+0.75mm），每一级对应一组加大活塞和活塞环。选择修理尺寸时，应保证镗削后能消除全部磨损痕迹和失圆、失锥现象。
|
图7 气缸最大磨损部位图 |
图8 柴油机气缸磨损检测方法（量缸表读数） |
总结： 气缸压力计算是反映柴油机运行性能的重要数据，通过弹簧压力计算公式及气流定律可得出理论值，GT-POWER仿真可验证不同转速下的压力特性。量缸表安装需确保百分表与活动测量杆方向一致，调零时接杆须与千分尺对正。测量时分上、中、下三个平面各测两个方向，共6个数据。圆度误差为同一截面两直径差的一半，圆柱度误差为全部数据中最大与最小直径差的一半。气缸最大磨损位于活塞上止点第一道环位置，测量时需上下移动量缸表取最大值。当圆度或圆柱度超过极限（如康明斯气缸失圆度极限0.10mm）时，需更换缸套或镗磨气缸。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
