单体忠

摘要：本文对船用柴油机去碳环的原结构、功用进行了简单介绍，对其结构提出了具体的新的改进措施，除了对改进后的功能作用和优缺点做了详细的论述外，还对改进后的检修操作注意事项做了详细的说明，建议相关类型柴油机生产厂家，对柴油机去碳环进行改进，以获得更大效益。

关键词：柴油机;去碳环;改进

0  引言

原去碳环的结构特点：近些年来，无论是筒型活塞式柴油机还是十字头式柴油机，有的在气缸套上端内部装设了去碳环，它的直径稍小于缸套内经，且略大于活塞顶岸直径，原去碳环内径上下一样，外径上下也一样，不带凸肩，它的纵上长度，略短于活塞顶岸高度，不插入到气缸盖的拱深内，只安装在气缸套的上部，而且插入到缸套内部的部分比较短，仅插到活塞到达上止点时第一道活塞环以上的部分，和缸套内经对接的结合缝隙为整齐的一道圆缝，在圆周方向上，没有方向，可以任意安装。

它原有的作用，可以减少活塞顶岸结碳，从而减轻因活塞顶岸结碳对气缸内壁的油膜破坏，而导致的摩擦磨损;还可以减少气缸油的消耗，并且当去碳环磨损时，不需拆出气缸套和活塞，只需拆下气缸盖，就可以单独更换去碳环。该去碳环在有些类型的柴油机中又叫防磨环，例如：在瓦锡兰32型大功率中速四冲程柴油机中就叫防磨环。

然而笔者认为，无论是叫去碳环还是叫防磨环，其实质是一样的，在此暂且就叫去碳环;而且我认为如果对去碳环加以改进，还可以实现更多的功能，且为检修维护活塞及活塞环带来更大方便。

改进方案如图1。

图中：1为深入到气缸盖中的拱深部分，2为凸肩，3为凸肩上的定位销孔，4为取出去碳环时的顶丝孔，5为深入到气缸套中的部分，6为去碳环和气缸油布油槽吻合对接断面，7为去碳部分和防磨部分的内径圆滑过渡。

1  去碳环的改进

去碳环外径上下一致，采用变内径尺寸的结构，即去碳环相对于活塞上止点时的活塞顶岸部分内径稍小于气缸直径，以便于活塞到达上止点时，清除活塞顶上的结碳，而相对于活塞上止点时的活塞环带及以下部分内径略大，与气缸直径相同;并在变径处内部采用圆滑过渡，可以减少应力集中，防止断裂;外部设计有一凸肩，（由于该凸肩正好垫压固定在气缸盖和气缸套的接缝处，所以凸肩的上下端面上皆加工有沟槽，以安装气缸盖垫片和缸套凸肩垫片，凸肩四周，垫片沟槽外部均匀分布有定位的定位销孔和拆卸时用的顶起螺丝孔，以便用螺丝固定在缸套的凸肩上，和拆出时安装顶丝取出去碳环。）

去碳环凸肩以上部分，往上深入到气缸盖的拱深部分周边的内部圆柱面，圆柱面的上缘与气缸盖底面紧密吻合接触，这样，去碳环不仅可以实现原有的作用：（减少活塞顶岸结碳，减轻因活塞顶岸结碳对气缸内壁的油膜破坏而导致的摩擦磨损，减少气缸油的消耗）;还可以承受气缸内燃烧时的主要的热负荷和燃烧爆炸气体压力以及燃烧气体的腐蚀。从而保护了气缸盖，延长了汽缸盖的使用寿命。

去碳环凸肩以下的部分，越过缸盖和缸套的结合缝，下移进入到缸套内部，直至气缸油注有嘴的布油槽位置，并在该处和缸套内表面相对接，该接触断面采用规则的“人”字式接触，就是在二冲程柴油机气缸油注油润滑，气缸内壁的布油槽那里对接，槽下是气缸套，槽上就是除碳环，这样，以防止活塞往复运动经过该接触断面时，活塞环与其缝隙发生刮碰。这样的去碳环的纵向长度就被加长，几乎占住燃烧室的大部空间，增加了燃烧室的密封性，承受了活塞往复运动时的主要的摩擦磨损和腐蚀，从而保护了气缸套，延长了气缸套的使用寿命。

2  气缸盖的相应改变

把气缸盖底面做成深度圆拱型，圆拱深度不仅可以容纳活塞顶岸，而且在活塞到达上止点时，活塞环带部分也能进入到气缸盖底面的拱深部分，就是把气缸盖与气缸套接合密封承压的凸台加厚加长，使之取代了部分的气缸套，这就会使气缸套则总体纵向长度缩短，且该部分也采用薄壁强背、钻孔冷却结构，并在其外圆侧面留有从机体来的冷却水的进入汽缸盖的进水孔，以便冷却水在冷却了气缸套后再冷却氣缸盖，该部分气缸盖底面的纵向拱深部分正是燃烧室，是工作条件最为恶劣的部分，由于内部装有去碳环，该部分的去碳环除原有功能外，还能使得气缸盖的拱深圆柱面上免遭燃烧时的热负荷和燃烧爆炸时高压气体的冲刷和腐蚀。

3  气缸套的相应改变

由于气缸盖底面采用深拱形，燃烧室主要部分移入到气缸盖内，缩减了气缸套的纵向长度，同时由于去碳环还往下深入到气缸油注油嘴的位置，在此位置上的利用气缸油布油槽的“人”字形貌和去碳环相接，这样就导致气缸套的内径不一样，上部安装去碳环的部分内径稍大，下部为标准正常内径，在上下两部分的结合面为“人”字形貌，而去碳环以下的气缸部分，热负荷和机械负荷都比较小，由气缸来承受这个相对较小的热负荷和燃烧气体力负荷以及高温高压燃气的冲刷和腐蚀，和活塞往复运动带来的摩擦磨损，这就降低气缸上的各种负荷，保护气缸套，延长了气缸套的使用寿命。

由此，去碳环较改进前变得复杂：去碳环采用内径变径结构，在活塞上止点时，对应从活塞环带到顶岸处采用内径过渡变小，而外径不变，这样除能完成原有的功能外，还可以完成上部去碳，下部防磨的功能，保护了气缸盖和气缸套延长了气缸盖和气缸套的使用寿命。气缸盖也变得形状特殊，厚度加大，拱深深度很大，以容下活塞，便于拆出气缸盖后无需吊出活塞就可以检修活塞;气缸套也变得复杂，其内壁上部分，应加工出容纳除碳环部分的空间，并在气缸油布油槽处，加工出与去碳环接触吻合的断面。这样当柴油机运行一段时间后，可以很方便的只更换去碳环，而不需要更换缸套。

4  改进后的利弊

①改进后，燃烧室上移，更多的进入到气缸盖内，去碳环自气缸盖往下越过缸盖和缸套的结合面，深入气缸直至气缸油注油位置，增加了气缸密封性;且位于燃烧室上部摩擦磨损腐蚀等最为严重的部位，承担了燃烧室内摩擦磨损腐蚀等，减少了因活塞结碳、气缸内油膜破坏，而导致的摩擦磨损，保护了气缸盖、气缸套，延长了气缸盖、气缸套的使用寿命，降低了维护保养费用。

②改进后，维修方便;检修时，只需吊起气缸盖，不仅可以更换去碳环，而且盘车至上止点位置时，拆掉除碳环后，活塞环就暴露在外，可以很方便地清洁、检查活塞和活塞环，以及更换活塞环，而不像以往那样，必须吊出活塞，才能清洁、检查活塞和活塞环，以及更换活塞环。

③改进后的缺陷，气缸盖、气缸套以及去碳环的结构都变得略显复杂，加工工艺复杂，造价会有所升高。

④改进后，在检修活塞及活塞环时，还要根据实际情况，专门设置制造安装去碳环之前，将带活塞环的活塞导入到气缸套中下部位置时的转用锥形导套。该锥形导套也可以用与除碳环下部等同厚度等同弧度的三到四块长条钢板来代替。

5  改进后的维修注意事项

除常规操作外，有如下几点应该注意：

①检修气缸盖时，气缸盖吊出后，应盘车检查去碳环工作状况以及活塞活塞环的工作狀况。

②清洁检修活塞及活塞环时，应先吊出气缸盖拆出去碳环，而无须吊出活塞，且应在活塞位于上止点位置时进行，用破布把活塞与气缸周边的缝隙塞住，防止清洁活塞时，清洁下来的垃圾坠入机器内部，污染滑油，造成严重的摩擦磨损。

③换新活塞环时，出了做到上述②的相关内容外，还要注意应首先使活塞位于上止点位置，待活塞环装复调整妥当后后，使用专用的锥形导套，缓慢往下盘车，把活塞导入到气缸内直至气缸油布油槽以下的位置时，停止盘车，然后再把气缸油布油槽以上的那部分空间置清洁干净，再装去碳环。

④装除碳环时，如果去碳环没有换新，应注意拆下时的位置，不要随意转换位置，并把去碳环清洁干净，特别是去碳环外圆表面一定要确保清洁干净，如果换新去碳环，则无需注意去碳环的周向位置，只要做到“人”字接触断面吻合就可以了，但应当注意对去碳环下部内楞适当稍作修锉，以防止新的去碳环与气缸内壁的轴向“人”字接触断面厚度不同，而导致活塞环刮碰去碳环，这一点非常重要。待去碳环装复后，气缸盖装复之前，应盘车检查是否活塞环刮碰去碳环。

总之，去碳环改进后带来的益处很多，不仅仍然具有原有的性能，同时给检修带来很大方便，只须拆除及气缸盖和去碳环就可检修活塞及活塞环、更换去碳环，延长气缸盖、气缸套的使用寿命等，所以笔者建议柴油机厂家适当考虑对去碳环的改进，以更好的延长气缸盖和气缸套使用寿命，降低维护保养费用。

参考文献：

[1]李斌等主编.中国海事服务中心.主推进动力装置[M].大连海事大学出版社，北京：人民交通出版社，2012.8（201.9重印）.

[2]李斌.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2008.

[3]魏海军，金国平.轮机维护与修理[M].大连：大连海事大学出版社.北京：人民交通出版社，2008.4（2009重印）.

[4]张跃文.船舶管理[M].大连.大连海事大学出版社，北京：人民交通出版社，2012.6（2018.7重印）.