作者：赵培全
出版社：机械工业出版社
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国Ⅲ系列重卡柴油机常见故障与维修试读：
前言
目前汽车的排放污染物主要来自尾气。随着我国经济的迅猛发展，物流业也得到迅速发展，工程建设大量增加，重卡市场也随之迅猛发展，市场上重卡的保有量随之提高。重卡发动机都是柴油机，柴油车排出的尾气所含的有害物质主要是：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NO以及大量的颗粒物。为了降低汽车的尾气排放，提高环x保性，国家制定了相应的汽车尾气排放标准。
本书紧跟重卡汽车市场发展的步伐，在编写过程中，注重内容的实用性，理论和实践相结合，主要介绍国Ⅲ系列重卡柴油机的结构及工作原理、装配技术以及常见故障的故障分析及维修方法。全书共分上、中、下三篇，共21章，上篇1～4章主要介绍重卡柴油机满足国Ⅲ排放的实施路线，以及EGR发动机与共轨发动机的结构和工作原理；中篇5～7章简单介绍在维修过程中所需要的装配技术要求；下篇8～21章详细介绍国Ⅲ系列重卡柴油机在使用过程中常见的故障现象，以及故障的原因分析和维修方法。
本书根据市场和用户的特点，注重实用性，图文并茂，通俗易懂，内容丰富，可作为广大国Ⅲ系列重卡用户、维修企业和相关院校从业人员的学习、培训参考用书。
本书是集体智慧的结晶，由山东交通学院的赵培全和中国重型汽车集团有限公司商用车销售部总经理助理钟勤俭任主编，由中国重汽教培中心副主任鞠忠民、山东交通学院宿林林、中国平安财产保险股份有限公司山东分公司车险意健险理赔部经理刘华炜任副主编，参加资料收集和编写工作的有高青、衣丰艳、山云霄、李旭、李丹、巩加龙、孙宏丽、董丽丽、鲍东华、邢永果、肖冬玲，书中插图的处理及校对工作由韩钰、王充、逄格林、徐鸿领、丁建洲完成，在编写过程中还得到了中国重型汽车集团有限公司、潍柴动力股份有限公司的大力支持，在此表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错误和不当之处，恳请广大读者提出宝贵意见和批评，使本书能够在实践中不断完善。编者
上篇 发动机结构及工作原理
内燃机至今已有200多年的历史，通常所说的热力发动机起源于1705年，T.Newcomen的蒸汽发动机将注入气缸的蒸汽用水进行冷却，利用所产生的低压驱动矿山水泵。
1774年，James Watt发明了蒸气机，掀起了英国的产业革命，但蒸气机是外燃式发动机，燃料的热量只有6%被有效利用。使燃料在气缸内部燃烧而产生动力的所谓内燃机起源于1781年Hyghens的设想，将火药爆炸，利用所产生的动力。1833年英国人赖特提出了直接利用燃烧压力的发动机方案，1838年发明了今天仍然采用的在点火前预先将混合气体压缩的所谓压缩式发动机。1867年Nicolars A.Otto和Eugen Langen改进了自由活塞式发动机，使热效率达到11%，其后不久，这种发动机占据了整个市场。
1892年，鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）发明了压燃式内燃机，也就是柴油机，又称狄塞尔发动机，其最大特点是省油，热效率高。
在柴油机100多年的发展历程中，有3次重大的技术突破，才使柴油机技术达到今天的水平，其中两次技术突破和燃油系统直接相关，这也可以说明燃油系统在柴油机技术中的地位。
1.机械式燃油系统
狄塞尔发动机初期采用煤粉作为燃料，高压空气喷射，由于准确混合的技术难题一直无法解决，从狄塞尔发动机诞生到博世公司推出直列式合成泵的30年间，狄塞尔发动机在技术上一直处于探索和徘徊过程中。直到1927年博世公司研制出了直列式合成泵，奠定了泵、管、嘴型燃油系统，为柴油机的高速化、改善燃烧条件，提高性能创造了条件。其后，美国通用研制成功了单体柱塞泵，康明斯公司开发了泵喷嘴，20世纪60年代研制成功了适用于中小型柴油机的分配式喷油泵，为轿车和轻型车的发展开辟了广阔的前景。
2.增压中冷柴油机
涡轮增压和中冷技术是柴油机发展的第二次技术飞跃，是提高燃油经济性的基本手段之一，为柴油机带来了强大的生命力。增压技术在第二次世界大战时主要用于飞机发动机，20世纪60年代，中冷技术在欧美得到开发应用。1978年在欧洲推出了空空中间冷却器的柴油机，其热效率可达到40%以上。
3.电控喷油技术
从20世纪50年代中期开始，汽车的数量越来越多，汽车的排放物对大气的污染日趋严重，直到今天，汽车工业面临的技术难题之一仍然是污染物的排放问题。1960年，美国加州制定了汽车排放污染物控制法规。1973年第一次石油危机，向世人表明了石油资源是有限的，因此降低油耗、节约资源成为汽车工业发展重要的追求目标。1979年第二次石油危机促使人们更加注重汽车的燃油控制。
仅仅根据发动机转速控制喷油量和喷油时刻的机械式燃油系统已经远远不能满足要求，需要根据实时转速和实际负荷进行特殊型式的控制。
在满足柴油机排放法规和进一步提高燃油经济性、提高驾驶安全性等社会要求的背景下，从20世纪80年代开始，电子控制喷油技术先后被世界各大汽车厂商用来控制喷油定时和喷油量，到目前已经历了3代技术变化，第一代为凸轮压油、位置控制，第二代为凸轮压油、时间控制，第三代为共轨蓄压、电磁阀时间控制，发展非常迅速。
纵观柴油机和燃油系统发展的历程，可以简单地归纳为两个30年和两个50年。
第一个30年（1893～1927）是柴油机诞生和探索阶段。
第一个50年（1927～1970）是柴油机发展成熟阶段，机械式燃油技术稳步发展。
第二个30年（1970～2000）受能源、环境污染的挑战，机械式燃油系统已不能满足要求，电控技术得到开发，提高了柴油机的经济性和环保性。
第二个50年（2000～2050）石油资源将枯竭，对发动机技术提出更高更新的要求，电控系统将得到充分发展。
第1章 排放标准及国Ⅲ实施路线
1.1 汽车排放概述1.汽车排放标准及实施时间汽车排放是指汽车从废气中排出的CO（一氧化碳）、HC+NO（碳氢化合物和氮氧化物）、PM（微粒，碳烟）等有害气体，
x它们都是发动机在燃烧做功过程中产生的有害气体或微粒。这些有害气体产生的原因各异，CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气体浓度大及混合气体不均匀都会使排气中的CO增加。HC是燃油中未燃烧的物质，由于混合气体不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。NO是燃油x燃烧过程中产生的一种物质。PM是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质，其中以柴油发动机尤为明显。因为柴油机采用压燃方式，柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。为了抑制这些有害气体的产生，促使汽车生产厂家改进产品技术以降低有害气体的产生源头，欧洲、美国和日本都制定了相关的汽车排放标准。我国主要借鉴了欧洲的汽车排放标准，目前国产新车都要求标明发动机废气排放达到的相关标准。
欧洲标准是由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧共体（EEC）的排放指令共同加以实现的，欧共体（EEC）即是现在的欧盟（EU）。排放法规由ECE参与国自愿认可，排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规（指令）标准具体执行时间见表1-1。表1-1 欧洲排放标准各阶段实施时间
参考欧洲排放实施标准及实施时间，我国制定了相应的排放标准及实施时间，2001年4月实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅰ）》（简称“国Ⅰ标准”）等效于欧Ⅰ标准，2004年7月1日实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》（简称“国Ⅱ标准”）等效于欧Ⅱ标准，2008年7月1日（原定于2007年7月1日）实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》（中国Ⅲ、Ⅳ阶段），国Ⅳ标准在全国范围内的执行日期原计划为2010年7月1日，由于各种技术原因，全国各地实施时间相应推迟。2.我国目前的汽车排放现状
为迎接2008年北京奥运会，北京从2008年3月1日起，率先分两个阶段提前实施国Ⅳ标准。首先是自2008年3月1日起，凡是注册登记北京牌照的轻型点燃式发动机汽车，即最大总质量3.5t以下的乘用车和商用汽油车（即轻型汽油车），实施国Ⅳ标准，同时停止销售、停止注册不符合上述要求的车辆。随后自当年7月1日起，凡注册北京牌照的重型压燃式发动机和重型气体燃料点燃式发动机（即柴油和天然气发动机）的公交、环卫、邮政车辆，实施国Ⅳ标准，并要求安装监控氮氧化物排放的OBD（车载排放诊断系统），同时停止销售、停止注册不符合要求的车辆。其他用途的柴油和天然气发动机汽车仍执行国Ⅲ标准。上海从2009年11月1日起，在新车登记注册过程中，对所有轻型汽油车，以及公交、环卫、邮政车辆，提前实施国Ⅳ标准。
目前，国内仅有北京和上海实施国Ⅳ标准，全国其他地区仍在实施国Ⅲ标准。在全国推广国Ⅳ排放标准的确存在难度，难度主要在中石化和中石油等炼油企业需要更新炼油设备，此外，汽车企业的动力总成技术升级也有资金和技术难度。因此，本书中主要讲解国Ⅲ排放系列的重卡柴油机常见故障及维修。3.欧洲在各排放阶段的技术路线选择
在不同的排放阶段，汽车生产厂家（主要是发动机生产厂商）需要选择相应的技术路线，进行相应的技术改进或调整。
欧0阶段：由于相应的环保政策要求较低，汽车排放要求相对较松，采用传统的纯机械式供油系统（燃油泵或柴油泵）和自然吸气技术就能满足。
欧Ⅰ阶段：排放要求有所提高，生产厂家只要在欧0发动机传统的机械式供油系统（燃油泵或柴油泵）基础上，辅以废气涡轮增压技术就可满足。
欧Ⅱ阶段：是在欧Ⅰ发动机技术平台上适当改进，主要辅以废气涡轮增压中冷技术（水冷却）或废气涡轮增压中冷技术（空气冷却），供油系统没有本质的变化。
欧Ⅲ阶段：由于欧Ⅲ排放要求较高，需要对欧Ⅱ发动机的技术平台进行重大升级，最为关键的是供油系统发生了本质的变化，经多个汽车厂家（发动机厂商）和技术部门验证原来的机械式供油系统已无法满足排放要求，必须采用电子系统精确控制供油量和供油时间，实现了供油系统由机械式控制向电子控制的转化。主要技术路线包括电控泵喷嘴、电控高压共轨、电控单体泵和电控H泵+EGR。EGR（废气再循环）技术主要是针对有害气体NO设置的排气净化装置，它将x柴油机产生的废气的一小部分再循环送入进气管与新鲜空气混合后进入气缸燃烧，以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NO的生成。x
从欧洲的排放实施过程来看，在每一级的排放技术提升中，主要是对发动机的进气系统、供油系统和排气处理系统进行改进和优化，进一步降低汽车的尾气排放指标。
为了早日与世界接轨，我国不断出台并实施更为严格的排放法规，特别是制定了中重型柴油车的排放标准，并于2007年初引进欧Ⅲ标准，制定了我国的国Ⅲ排放标准，在2008年7月1日实施。1.2 国Ⅲ重卡柴油机排放技术实施路线
柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油两个阶段。而现代电控喷油技术的崛起应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。
从欧洲的发展过程看，从欧Ⅱ排放到欧Ⅲ排放，不是一个量的进步方式，而是质的飞跃。从技术角度讲，要达到欧Ⅲ排放，其喷油系统要具备两种技术特征：首先是要有120MPa以上的喷射压力，以降低微粒排放；其次是要实现对喷油正时的柔性控制，来解决氮氧化物的排放与油耗之间的矛盾。这就要求发动机的供油方式从机械式喷油变为更加经济和高效率的电子喷油，也就是说，汽车柴油发动机电喷系统开始全面取代机械式喷油系统。
目前，国际上车用柴油机针对欧Ⅲ（国Ⅲ）排放标准实施的燃油系统技术路线主要有两大类，即常规技术和非常规技术。电控高压燃油喷射系统是目前实现国Ⅲ排放标准的公认常规核心技术，主要包括电控高压共轨（Common Rail）、电控单体泵（EUP）和电控泵喷嘴（EUI）三种系统。在满足国Ⅲ排放标准的进程中，电控直列泵（EIL）+EGR技术被业内人士称其为非常规技术。
在这两大类四种技术路线中，德尔福在中国市场针对中轻型车推广共轨技术，针对重型货车提供泵喷嘴和单体泵技术；博世在中国市场主推高压共轨系统；电装目前正在研发第3代、第4代共轨系统并为中国市场的共轨系统作适应性二次开发；而中国重汽则推出电控直列泵（EIL）+EGR，由于价格便宜（比共轨便宜1.5万元左右），一经推出就受到市场的追捧。1.常规技术
电控高压燃油喷射系统是目前实现国Ⅲ排放标准的公认常规核心技术，主要包括电控高压共轨（Common Rail）、电控单体泵（EUP）和电控泵喷嘴（EUI）三种系统。高压喷射可使燃油充分雾化，提高雾化质量，并为燃油与空气的迅速混合提供充足能量，优化混合气形成，可提高燃烧过程中的碳粒氧化速率，降低颗粒物排放；电子控制则可保证发动机在各种运转工况下喷油定时和喷油规律的优化，有效抑制氮氧化物的生成。提高燃油喷射压力是降低柴油机排放中的微粒（PM）和氮氧化物（NO）的重要措施，排放标准越严，喷油压力要x求越高。
在国外，电控高压共轨系统多用于轻型车，而电控单体泵系统则多用于重型车，欧洲市场上85%以上的重型柴油机采用电控单体泵技术，而美洲重型柴油机市场则偏向于高压共轨技术。在国内，新开发的柴油发动机广泛采用电控高压共轨系统，而电控单体泵因其具有对原产品结构改动较小、成本低等优点，多用于老产品升级改造。无论是国外还是国内，采用电控泵喷嘴的产品都相对较少。图1-1 泵喷嘴（1）电控泵喷嘴技术（EUI）在泵喷嘴系统中，柴油机电控泵喷嘴将高压油泵、喷油器和控制电磁阀集成于一体，如图1-1所示，装配在发动机燃烧室上方的气缸盖上，由发动机凸轮轴驱动的摇臂进行驱动。柴油机电控泵喷嘴通过各种相关的传感器和发动机电控单元对喷油正时和喷油量进行精确控制。安装在发动机上的各种传感器向发动机电控单元传递相应的发动机工作状态和功能参数，系统将这些信息与存储在发动机电控单元内的经过优化后的参数进行对比，以进一步确定最佳的喷油正时和喷油量，从而使发动机获得最佳性能。然后，系统将控制信号传送给电磁阀驱动的溢流阀，通过该溢流阀精确控制燃油喷射正时和喷油量。电磁阀接通时喷油开始，喷油量由电磁阀接通持续时间控制。
电控泵喷嘴的主要优点有：①燃油喷射压力非常高，燃油雾化效果好，喷射的油粒非常细小，有利于和空气的混合，燃烧效果得到改善，减少了排放积炭与颗粒。②取消了喷油泵与高压油管，无需担心密封性问题。③低转速时输出的扭矩较大，发动机工况更稳定。④通过电磁阀的两次动作能实现可控预喷射。
电控泵喷嘴的主要缺点是：①因为它要求与常规发动机缸盖不同的特殊缸盖，并且还要求加强发动机某些零部件（如连杆、曲轴等）的强度，因此结构改动较大。②因其供油规律仍受凸轮控制，在喷油压力控制及实现多次喷射等方面不如共轨系统精确。
该技术被沃尔沃、曼、依维柯、东风康明斯发动机有限公司（简称“东风康明斯”）、陕西汽车集团有限责任公司（简称“陕汽”）等企业采用，另外，美国康明斯的全电控发动机应用的也是电控泵喷嘴技术。目前采用该技术的发动机全球保有量已经超过40万台，行驶里程达3000亿km，是久经考验的成熟产品。图1-2 单体泵（2）电控单体泵技术（EUP）单体泵是指一个气缸一个油泵，这里的油泵指的是高压油泵，或称为喷油泵，如图1-2所示。电控单体泵技术的主要特征是其油泵与配气机构共用一根凸轮轴，使结构得到最大程度的简化，并缩短了油泵出油口到喷油器的管路距离。由于油泵提升压力的原理与直列泵类似，所以其喷油规律表现为“三角形”的前缓后急的特征，在一定程度上有利于燃烧过程的优化，最高压力可达到180～200MPa。
电控单体泵系统已在欧美成功使用了十多年，被公认为是性能优越、稳定可靠、使用寿命长的电控燃油喷射系统之一。在21世纪的最初几年内，欧洲和北美的重型车生产商仍采用电控单体泵系统。该技术用在奔驰、珀金斯、依维柯、道依茨等发动机上，国内应用相对较少，主要有道依茨一汽大柴、玉柴等。
对于中国市场来说，采用单体泵对发动机的改动非常少，只在油路系统做些变化，而且单体泵对油品质量的忍耐程度比共轨系统好很多。
由于电控单体泵是在发动机每个气缸装配一个高压泵，因此，它的最大优点是结构相对简单，性能可靠，故障率低，寿命长，维修方便。单体泵对油品的清洁度不太敏感，尤其是大功率柴油机，由于喷射压力较大，在当前国内油品质量无法满足要求的条件下，使用单体泵或其组合泵是较好的选择，但国内已经错过了发展单体泵的最佳时机。
①德尔福在国内的失势。作为单体泵技术最成熟的企业，德尔福原本有意在国内大力推广其单体泵技术，但是由于种种原因，它在中国市场的发展并不成功，远落后于博世、康明斯等厂家。
②由于工艺方面的原因，国内单体泵技术在国Ⅲ阶段被“机械直列泵+EGR”技术所取代。某些国内企业在单体泵技术上投入较大，在理论技术上达到国Ⅲ标准问题不大，凭借其价格优势原本在低端重卡市场应有一定竞争力。但是，由于加工/检测能力不成熟（核心问题在泵体锥面密封性的加工技术不过关），造成故障率较高，无法提供大批量装机。随着“机械直列泵+EGR”技术的出现，各整车厂在低端市场均转向了该技术，令各个单体泵厂家失去了发展的最佳时机。
③国内零部件一致性不足。以单体泵和喷油器连接的高压油管为例，国内能够做好已比较勉强。提升国产零部件的一致性，降低故障率并非一朝一夕可成。（3）共轨技术（Common Rail）“CRDI”是英文Common Rail Direct Injection的缩写，意为高压共轨柴油直喷系统，如图1-3所示。该系统主要由高压油泵、喷油管、高压蓄压器（共轨）、喷油器、电控单元、传感器及执行器组成。在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过控制高压油泵电磁阀开启持续时间，从而对实现公共供油管内的燃油压力精确控制；通过控制喷油器电磁阀开启时刻、持续时间，从而精确控制喷射提前角、燃油喷射量。高压油管压力的大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，从而改善发动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，还能够改善发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。
高压共轨技术的技术关键在于恒高压密封问题（泵体设计以及喷油器内部的密封，尤其是在高寒/高温的条件下）；高速强力喷油器（高可靠性、高精度、多次喷射、强力高压喷射）；ECU的设计难度也有所增加，因为既要满足驱动高速强力喷油器的要求，又要实现多次喷射，所以成本控制、功耗降低、ECU硬件设计难度皆有所提高；共轨的标定问题是一个多维受限模糊边界的最优化问题，其标定的工作量以及成本控制一直困扰着系统的开发人员，随着法规的日益严格，基于模型的闭环控制的共轨系统可能会逐渐取代以标定为基础的开环控制模式。
高压共轨系统的一大优点是采用独立的高压油泵，可以达到很高的喷油压力，同时喷油压力的大小与发动机的转速和负荷无关，可以独立控制，即使在低转速和低负荷时也能保证足够的喷油压力，而这正是原有机械式油泵的最大缺陷。该系统的另一优点是通过对喷油器的电磁阀进行必要的设计和控制后，可以有效降低燃烧时的噪声和NO的排放量。x图1-3 共轨系统
高压共轨技术的主要特点是：
①采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化。
②采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。
③高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能够方便地实现预喷射、后喷射等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放量提供了有效手段。
④系统结构移植方便，适应范围宽。不像其他的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求，高压共轨系统与目前的小型、中型及重型柴油机均能很好匹配。
目前，拥有高压共轨系统产品的企业主要有：博世、电装、德尔福、康明斯、斯堪尼亚等。采用该技术的国外公司有沃尔沃、奔驰、曼，国内重卡公司有陕汽、一汽解放、欧曼、红岩等企业，国内发动机厂家有潍柴、玉柴、锡柴。高压共轨技术成为目前能够实现国Ⅲ排放标准应用最广泛的技术。（4）三种电控高压燃油喷射系统的比较 关于实现国Ⅲ排放标准的常规核心技术的三种电控高压燃油喷射系统的特征比较见表1-2。表1-2 三种电控高压燃油喷射系统比较
从表1-2可以看出，在达到国Ⅲ排放标准的技术中，电控高压共轨是燃油喷射技术水平最先进、最成熟的技术，也是未来实现更高排放标准的理想选择。如果从系统层面泛泛而谈的话，显然共轨技术的开发难点和关键技术比单体泵要多，电控单体泵技术是基于传统机械式脉动泵式的单体泵加上了电控组件（电磁阀和ECU）而已；而共轨技术的实现则是柴油机发展史上里程碑式的创举。高压共轨技术虽然最先进，但是其成本较高，对油品质量要求高，而且在短时间内实现国产化难度很大。
电控单体泵一直是与共轨平行的技术路线，都是通过电控喷油来实现燃烧的高效率，只是由于单体泵使用和研发较少，一直是跟随当前的标准，从这个角度而言，单体泵为发展中的技术。单体泵技术由于主要应用在中重型商用车上，其关键技术最难的是控制成本（制造成本与共轨相当，甚至更贵，这是系统构成不同导致的），同时也是实现单体泵的高可靠性要求的。
单体泵主要是设计天生有缺陷，即无法做到自由控制燃油喷射压力、柴油机低速性能欠佳、不能实现多次喷射。单体泵对原发动机来说具有一定优点：不要改动缸盖缸体四大件，匹配要求低，具有自主知识产权，国家予以扶助，可以达到欧Ⅲ排放标准，在低端柴油机厂家得到广泛应用。
与共轨技术相比，电控单体泵要便宜30%甚至50%。同时单体泵对油品质量的要求要低于共轨系统。
潍柴动力股份有限公司（简称“潍柴”）的燃气发动机是IVIO协助设计的，最早的设计方案是电控单体泵，但是没有厂商提供电控单体泵，而博世在中国只生产电控共轨系统，在这种情况下，潍柴选择了电控共轨系统。在电控燃油喷射技术的选择上，陕汽、东风、还有其他部分商用车企业多倾向于共轨技术，一汽解放等则更愿意使用物美价廉的电控单体泵。
由于国内各整车厂目前国Ⅲ的主机技术以高压共轨和“直列泵+EGR”技术为主，仅有玉柴机器集团有限公司（简称“玉柴”）、道依茨一汽（大连）柴油机有限公司（简称“一汽大柴”）等少数厂家有单体泵技术。并且，国Ⅲ标准是个过渡阶段，升级到国Ⅳ是必然的，国内电控单体泵厂商在国Ⅳ技术上并不成熟，在高压共轨主导的市场下，企业采用的技术路线都必须在继承自身条件的前提下进行成本最优的选择和开发，基本为持续升级，发动机厂商并没有多大动力选择电控单体泵方案。2.非常规技术
在满足国Ⅲ排放标准的进程中，电控直列泵、电控VE泵、废气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）等技术被业内人士称其为非常规技术。2008年5月23日，中国重汽宣布其自主研发的“电控直列泵+EGR”技术（简称EGR技术）柴油机正式通过国家检测，成为当时国内唯一采用非常规技术的国Ⅲ柴油机企业。
电控直列泵+EGR技术全称为机械式电控直列泵燃油喷射系统和冷却的电控EGR（废气再循环）技术。该技术是由发动机ECU（电控单元）进行控制，通过进气温度传感器、进气压力传感器、水温传感器、发动机转速传感器、油门传感器以及车辆制动信号来感知发动机的各种状态，从而控制EGR控制阀的开度和废气再循环比率（EGR把一定比例的废气引入气缸内），引回部分废气与新鲜空气共同进入发动机气缸内参与燃烧，既降低气缸内的燃烧温度，又有效控制高温富氧条件下NO的生成，从而降低了氮氧化物的排放。x
EGR系统的主要缺点是发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，容易造成缸体积炭、油耗变大、发动机损坏几率上升等，但现在随着技术的发展，这些缺点均得到了很大改善。2009年，一汽锡柴、玉柴、上柴、潍柴、东风康明斯等企业也都提供电控直列泵+EGR发动机，2009年一季度装配东风康明斯EGR发动机的东风商用车、装配玉柴EGR发动机的东风柳汽、装配锡柴EGR机型的一汽解放J5等各家重卡产品已经在终端市场上批量投放和运营，其技术路线主要为内置式废气再循环路线。
目前，国内EGR主要有两种：外置式EGR与内置式EGR。（1）外置EGR路线 以电子机械泵和冷却式废气再循环技术为典型特征，以中国重汽、大柴道依茨为代表，通过在发动机壳外安装电控EGR阀和电控单元，根据瞬时工况调整废气控制电磁阀的开度，以达到国Ⅲ排放标准。（2）内置EGR路线 该技术经过精确测算，通过控制发动机凸轮轴的机械运行，使气缸排气门在进气时保持3%～6%的开度，从而达到溢出废气与进气按不同比例混合的效果，使发动机达到国Ⅲ排放要求。代表性企业主要包括一汽锡柴、玉柴和东风康明斯。
目前，一汽集团中等功率柴油机采用外置EGR技术，主要由旗下的大柴道依茨合资公司生产；大功率柴油机则走内置EGR路线，由无锡柴油机厂负责生产。潍柴既有外置式EGR发动机产品，也有内置EGR发动机产品。
目前市场上，用户对国Ⅲ排放路线的认识更加理性。经过近一年的熟悉，用户也渐渐地理解共轨国Ⅲ的优势：油耗低、故障率低。所以在公路用车如牵引车开始接受共轨发动机，而在工程用车如自卸车等选择价格更便宜的EGR发动机。
EGR与高压共轨相比，最大的优势在于价格优势。目前国内国Ⅲ排放的高压共轨发动机相比国Ⅲ排放的EGR发动机在价格上贵了约1万～2万元。以康明斯发动机为例，一台国Ⅲ标准的康明斯共轨发动机价格比国Ⅱ标准的价格高约1.5万～2万元；而一台国Ⅲ标准的EGR发动机价格比国Ⅱ标准的价格仅高约1万元。
在国外，EGR发动机和高压共轨发动机的成本相差无几，如果单从材料成本方面来看，EGR发动机与高压共轨发动机的成本差不多。目前，价格上的差异主要体现在技术研发费用方面。由于中国重汽使用的EGR发动机技术是由中国重汽自主研发的，核心技术由中国重汽自己掌握，而国内采用的高压共轨发动机的核心部分要从国外进口，所以价格比较高。
EGR的劣势主要表现在于对燃油品质的敏感性方面。EGR发动机在运行几百小时后，管道内会有颗粒的沉积，降低EGR的效果；另外，EGR阀的密封性和可靠性问题，也会造成颗粒物的沉积；EGR节油效果不如高压共轨。1.3 国Ⅲ柴油机的市场细分
我国在商用车领域全面实施国Ⅲ排放标准已经两年了，此前曾把国Ⅲ技术路线确定为电控泵喷嘴、电控高压共轨和电控单体泵，其中电控泵喷嘴主要应用于轿车柴油机领域，商用车柴油机采用的实际是后两者技术。直到中国重汽推出了电控直列泵+EGR路线，并得到了原国家发改委和环保部的确认，玉柴、潍柴、大柴、锡柴、东风康明斯、扬柴等也先后展开了EGR型式国Ⅲ柴油机的开发。
两年来，各种国Ⅲ技术路线针对不同的车型和不同的技术状况进行了充分的实践。1.玉柴集团
从国Ⅲ排放标准的技术路线看，玉柴柴油机包含了电控高压共轨、电控单体泵、电控组合泵、EGR等技术路线，是采用国Ⅲ技术路线最多的企业之一。其中，采用电控高压共轨的机型有：YC4G、YC6G、YC4E、YC4F、YC4W、YC6J、YC6L、YC6M、YC6A、YC6K；采用电控单体泵的机型主要有YC6L、YC6G、YC6M、YC6A、YC4G、YC4E、YC4D；采用电控组合泵的机型有YC6G、YC4E；采用EGR路线的有YC6L、YC6G、YC6M、YC4G、YC4E等。
在玉柴的各类国Ⅲ标准柴油机中，以电控高压共轨为主要技术路线。其中，YC6M是玉柴广泛应用于汽车市场排量最大的重型柴油机，曾是东风天龙的三大主配动力之一（其余两款机型分别为东风雷诺和东风康明斯柴油机），玉柴为了树立其高端品质的形象，选择了电控高压共轨和电控单体泵。2.东风康明斯
东风康明斯国Ⅲ柴油机早期主要采用电控高压共轨技术，在中国重汽推出EGR国Ⅲ机型后，东风康明斯虽是较晚加入这一领域的企业，但是其EGR机型的销量提升很快。目前东风康明斯的国Ⅲ技术既有电控高压共轨，也有电控单体泵和EGR技术。3.无锡柴油机厂
一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂（简称“一汽解放锡柴”或“锡柴”）国Ⅲ柴油机采用的是电控单体泵、电控高压共轨、电控VE泵+EGR这三种技术路线。
一汽锡柴配套电控高压共轨的柴油机系列主要有：CA4DW、CA4DX、CA4DF3、CA4DL、CA6DL、CA6DF3、CA6DM、CA6DN；配套EGR和电控单体泵的国Ⅲ柴油机机型有：CA6DF3J、CA4DF3J、CA6DF2D、CA6DF2E、CA6DL、CA4DW等。锡柴推出的排量超过10L的CA6DN、CA6DM柴油机目前全部采用了电控高压共轨技术，电控单体泵和EGR路线还没有采用。4.潍柴
潍柴动力股份有限公司（简称“潍柴”）对于国Ⅲ排放的非常规技术路线的选择与其他厂家不同，潍柴有外置式EGR发动机，也有内置式EGR机型，皆已经装车。
潍柴国Ⅲ标准柴油机的主力机型是排量为9.7L的WP10系列，该机型广泛配套于陕汽、福田、北奔、华菱、宇通、大金龙等。排量为12L的WP12柴油机销量很小，主要配套于超大型豪华客车。5.一汽大柴
道依茨一汽（大连）柴油机有限公司（简称“一汽大柴”）的国Ⅲ标准柴油机分别采用电控单体泵和EGR两种技术。作为EGR国Ⅲ技术路线的重要代表性厂家，一汽大柴采用的是外置式EGR装置，并应用于大柴传统的4DF3和6DE3机型上。6.中国重汽
中国重汽是最早推出EGR国Ⅲ柴油机的企业，中国重汽的EGR发动机采用外置式，获得了环保部的生产一致性认证，销量曾大大超过电控高压共轨机型。2009年以来，中国重汽EGR重卡的销量逐渐下降，电控高压共轨车型迅速上升。2009年中国重汽上市的HOWO A7重卡及配装自动变速器的重卡已全部配装高压共轨发动机。
中国重汽电控高压共轨柴油机采用的是日本电装株式会社（简称“电装”）的共轨系统，整机价格比EGR机型要贵9000元。
从路线上看，采用内置EGR路线的发动机企业有玉柴、一汽锡柴和东风康明斯；采用外置EGR路线的企业有中国重汽和一汽道依茨大柴；潍柴则两者兼具。
第2章 重卡柴油机的工作原理及构造
发动机是汽车的动力源。汽车用发动机是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置，由于燃烧发生在发动机内部——即气缸内，所以也叫内燃机。
内燃机按照燃烧方式可以划分为两种：点燃式发动机（汽油机）和压燃式发动机（柴油机）。汽油机是先把油气混合，然后在适当的时候用火花塞点燃；柴油机是适当的时候把柴油喷进燃烧室，与空气混合，靠压缩终了的高温自动燃烧。
由于柴油机压缩比较高，动力比较好，所以在重型卡车上得到了广泛的应用。本书中主要以目前国内重卡配置较多的WD615柴油机（或在WD615基础上改进的型号）为例讲解重卡柴油机的工作原理。2.1 重卡柴油机工作原理1.柴油机的主要名词术语
为了了解柴油机的工作原理，必须了解有关柴油机的几个主要名词：（1）上止点 当活塞在距离曲轴回转中心最远处，即活塞在最高位置处，活塞顶部在气缸中的位置称为上止点，如图2-1a所示。（2）下止点 当活塞在距离曲轴回转中心最近处，即活塞在最低位置处，活塞顶部在气缸中的位置称为下止点，如图2-1b所示。（3）活塞行程（S）活塞由一个止点到另一个止点移动的距离，称为活塞行程，通常用S表示，如图2-1所示。曲轴每转一周，活塞在气缸内往复移动两个行程。（4）燃烧室容积（V）活塞在上止点时，活塞顶部上面的空间c称为燃烧室，它的容积称为燃烧室容积，如图2-1所示。图2-1 气缸各参数示意图（5）气缸工作容积（V）在一个气缸里，活塞从上止点移到下h止点的空间称为气缸工作容积，如图2-1所示。多缸发动机的工作容积，为全部气缸工作容积的总和。发动机工作容积（或称排量），是指发动机全部气缸工作容积的总和，即：V=V×i（L），i为气缸数。h（6）气缸的最大容积（V）活塞在下止点时，活塞顶部上面气a缸的全部空间，即气缸工作容积与燃烧室容积之和称为气缸总容积，即V=V+V，如图2-1所示。ahc（7）压缩比 气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。它表示活塞由下止点运动到上止点过程中，气缸内气体被压缩的程度。目前，柴油机的压缩比为16～22。2.四冲程柴油机的工作原理
发动机的工作过程是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。要使发动机连续不断地工作，必须使工作循环周期性地重复进行。一个工作循环内，曲轴旋转两圈，活塞上下各两次，走过四个行程，称为四冲程发动机；在一个工作循环内曲轴旋转一圈，活塞上下各一次，走过两个行程，称为两冲程发动机。重卡柴油机都是四冲程发动机，此书中只讲解四冲程发动机的工作原理。
进气行程 进气行程的任务是使气图2-2 四冲程柴油机的工作原理示意图（1）进气行程 进气行程的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气行程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有部分废气。当曲轴旋转时，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相连的传动机构使进气门打开，如图2-2a所示。
随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大，造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面的新鲜空气就不断地充入气缸。
当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气门在活塞过了下止点以后才延迟关闭。虽然此时活塞开始上行，但由于气流的惯性，气体仍然能够充入气缸。（2）压缩行程 当活塞到达下止点时，曲轴在飞轮惯性力的作用下继续旋转，使活塞由下止点向上移动。同时进排气门关闭，气缸内的气体被压缩到燃烧室内，如图2-2b所示。压缩行程的功用有两个，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备；二是为气体膨胀做功创造条件。当活塞上行，进气门关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断变小，空气的压力和温度也就不断升高。当活塞到达上止点时，压缩行程结束。压缩终点的压力和温度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：P=3.5～c4.5MPa，T=750～1000K，而柴油的自燃温度约为543～563K，大大c超过柴油自燃温度，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油并不是立即发火的，而是经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005s，称为发火延迟期。因此，要在曲柄转至上止点前10°～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5°～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。（3）燃烧膨胀行程 当压缩行程末，喷油器向缸内喷油，被压缩的可燃混合气迅速燃烧，燃烧时放出大量的热量，气缸内温度、压力急剧上升，温度可达1800～2200K，压力可达6～9MPa。在气体压力的作用下，推动活塞向下运动并通过连杆使曲轴旋转，对外做功，所以这一行程又叫做功或工作行程，如图2-2c所示。随着活塞的下行，活塞上面气缸的容积逐渐增大，气体的压力和温度随之下降，当活塞到达下止点时，做功行程终了。
最高燃烧压力与压缩终点压力之比（P/P），称为燃烧时的压力zc升高比，用λ表示。根据柴油机类型的不同，在最大功率时，λ值的范围如下：λ=P/P=1.2～2.5。zc（4）排气行程 排气行程的功能是把燃烧膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气行程作准备。当燃烧膨胀行程末活塞运动到下止点附近时，排气门开启，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，废气在自身的剩余压力和活塞向上移动的作用下被排出气缸，如图2-2d所示。由于排气系统存在阻力，所以在排气行程开始时，气缸内的气体压力比大气压力高0.025～0.035MPa，其温度T=1000～1200K。为了减少排气时活塞运动的阻b力，排气门在下止点前就打开了。排气门一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气门在活塞到达上止点以后才延迟关闭，排气行程结束。
在排气行程中，缸内的气体压力几乎是不变的，但比大气压力稍高一些。排气行程终点的压力P约为0.105～0.115MPa，残余废气的r温度T约为850～960K。r
由于进、排气门都是早开晚关的，所以在排气行程之末和进气行程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气门同时开启，这段时间用曲轴转角来表示，称为气门重迭角。
排气行程结束之后，又开始了进气行程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个行程即曲轴旋转两周完成的，故称四冲程柴油机。
在四冲程柴油机的四个行程中，只有第三行程即燃烧膨胀行程才产生动力对外做功，而其余三个行程都是做功的辅助行程。为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯性，使曲轴在四个行程中维持运转。显然，做功行程时，曲轴的转速比其他三个行程内的曲轴转速要高，所以曲轴转速是不均匀的，因而发动机转速就不稳。
气缸越多，发动机工作越平稳。重卡柴油机用得最多的是6缸发动机。在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程都是一样的，并按上述次序进行，但所有气缸的做功行程并不同时发生，曲轴旋转两圈，每缸各做工一次。如WD615系列重型汽车柴油机有6个气缸，为了使发动机平稳地工作，发动机的曲轴经过了特殊的设计，从而使各缸在不同的时刻进行做功。2.2 重卡柴油机的构造
发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器，现在汽车发动机的构造形式很多，即使同一类型的发动机，其具体构造也是千差万别。本书中，我们着重以国内重卡配置最多的WD615发动机为实例分析其总体构造，如图2-3所示。1.总体构造
WD615系列重型汽车柴油机是中国重汽、包头北方奔驰重型汽车有限责任公司（简称“北方奔驰”）、欧曼、红岩、陕汽重卡等重卡生产厂家以及部分国产大巴的配套发动机。WD615系列柴油机能充分满足总质量在14～40t级重型汽车的车用动力以及工程机械等其他用途的要求，它结构紧凑，刚性好，工作可靠，寿命长，性能优良，经济性好，排放、噪声、烟度均可满足国家现有法规的要求。
WD615系列柴油机为直列六缸、水冷、直喷式、ω燃烧室，有自然吸气、增压、增压中冷等机型。为了满足国Ⅲ排放的要求，在原有基础上进行了技术改进，有EGR和高压共轨两种形式。图2-3 WD615发动机
其结构特点概括如下：
①一缸一盖，工作可靠，拆卸方便。
②左置喷油泵（发动机自由端看），布置方便。
③内藏式机油冷却器，安全可靠。
④后置增压器，布置紧凑，系列各机型外形尺寸变化少。
⑤全系列六缸直列，通用程度高，便于整车配套。
汽车发动机主要由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、进排气系统和起动系统组成。2.曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是往复活塞式发动机的核心机构，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把动力输出机外。
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。（1）机体组 机体组包括气缸体、气缸盖和油底壳，是发动机的主体部分。气缸体的上部是气缸，下部是曲轴箱。气缸体是发动机各工作机构和附件的装配基体，本身又是曲柄连杆机构、配气机构以及润滑系统和冷却系统的组成部分。气缸盖装在气缸体的上部，气缸盖、气缸体与活塞顶部的空间构成燃烧室，燃料在其中燃烧产生热能。
①气缸体。气缸体是发动机的机体，主要作用是承受发动机负荷，发动机所有的零件和附件都安装在气缸体上。
WD615发动机气缸体由高强度灰铸铁制造，以曲轴中心线为准水平分成为上下两部分，上部为机体，下部为曲轴箱，如图2-4所示。机体与曲轴箱之间没有垫片，在连接前须将结合表面擦净，整体结合面涂密封胶。为了保证密封性，WD615发动机气缸体与曲轴箱不可拆开互换使用，必须配对使用，若其中一个报废，则两者同时更换。机体的前端与正时齿轮室连接，后端与飞轮壳连接。机体右侧腰部有一个副油道（不贯通），七道凸轮轴轴承座位于机体右内侧。机体的右侧面有一个安装机油冷却器的水室，其内下部有6个通道是冷却水进入机体缸筒水夹层的入口。机体总成下部（在曲轴箱上）有一个安装机油滤清器的结合面。
机体上有七道主轴承，宽度全部相同。止推片置于第二道主轴承座两侧。
机体采用干式缸套结构。气缸套与机体缸孔间为过渡配合。
气缸套内表面为特制的平台网纹，对加快磨合和提高耐磨性能均有良好的效果。图2-4 WD615发动机气缸体
②气缸盖。WD615系列发动机采用每缸一盖结构，如图2-5所示。图2-5 WD615发动机气缸盖
气缸盖上布置一个进气门一个排气门，进排气道分布于两侧。按直喷式燃烧系统要求，进气道能产生一定旋流。气缸盖上采用镶入喷油器铜套结构，对改善喷油器的散热，提高喷油器的工作可靠性十分有利。冷却水流进入气缸盖后，全部通过气缸鼻梁热区的水腔，然后掠过喷油器铜套进入出水管。
③气缸垫。气缸垫位于气缸盖与气缸体之间，其功用是填补气缸体和气缸盖之间的微观孔隙，保证结合面处有良好的密封性，进而保证燃烧室的密封，防止气缸漏气和水套漏水。
随着内燃机的不断强化，热负荷和机械负荷不断增加，气缸垫的密封性愈来愈重要。对气缸垫结构和材料的要求是：在高温高压和高腐蚀的燃气作用下具有足够的强度，不易损坏；耐热，耐腐蚀，在高温高压燃气或有压力的机油和冷却液的作用下不烧毁或变质；具有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以保证密封；拆装方便，能重复使用，寿命长。
④气缸套。气缸内表面由于受高温高压燃气的作用并与高速运动的活塞接触而极易磨损，为提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命，有不同的气缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式有无气缸套式、干气缸套式、湿气缸套式。WD615系列发动机均采用薄壁干式气缸套，用耐磨性好的高磷铸铁制造，壁厚为2mm。
干式气缸套不与冷却液接触，外表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的位型精度和便于拆装。优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单；缺点是导热性能较差，温度分布不均匀，容易发生局部形变。（2）活塞连杆组 活塞连杆组将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车的车轮转动。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等零件组成，如图2-6所示。
①活塞。由于活塞顶部直接与高温高压燃气周期性接触，燃气的最高温度可达2500K，因此活塞的温度也很高。高温一方面使活塞材料的机械强度显著下降，另一方面会使活塞受热膨胀，容易破坏活塞与其相关零件的配合。
活塞在气缸中作变速运动，其平均速度可达10～14m/s，高速时会产生很大的惯性力，使曲柄连杆机构的各零件和轴承承受附加的载荷。活塞承受的气压力和惯性力都是周期性变化的，这就使活塞的不同部位受到交变的拉伸、压缩和弯曲载荷，并且由于活塞各部分的温度极不均匀，活塞内部将产生一定的热应力。图2-6 WD615活塞连杆组1—活塞 2—活塞销 3—活塞销挡圈 4—梯形环 5—锥面环 6—油环 7—连杆 8—连杆大头 9—连杆衬套 10—连杆上瓦 11—连杆下瓦 12—连杆螺栓
WD615的活塞结构如图2-7所示，顶部有一个浅ω形燃烧室及避阀坑。活塞顶部有产品代号，随机型的不同，ω形燃烧室的相关尺寸和容积也各不相同。图2-7 WD615活塞
活塞裙部采用了中凸变椭圆的复杂型线，保证了活塞与气缸套良好的接触。在活塞裙部表面喷涂厚0.01mm的石墨层，起到较好的减磨作用。
活塞裙部底部开有一个倒U形槽，以便活塞运动时避开喷油器，防止碰撞。在活塞裙部不受侧压力的两边各挖去一块，成为半拖裙式裙部。这不仅可以减轻活塞重量，减少活塞的往复惯性力，有利于活塞裙部导向防止胀缸，而且还可以缩短连杆长度，防止曲轴拐臂与活塞裙部的碰撞，使发动机结构更紧凑。
活塞装入气缸体后的压缩余隙为1mm。活塞顶部采用强制机油冷却方式，喷油器在副油道上，对准活塞顶部，防止活塞顶部过热变形或胀缸。其上有三道活塞环槽，前两道安装气环，起密封作用。第三道安装油环，起刮油作用，如图2-7b所示。
②活塞环。活塞受热膨胀较大，为了保证活塞在气缸内高速往复运动，活塞和气缸壁之间必须保留合适的间隙。活塞环装在活塞头部的环槽中，其作用就是用来密封活塞与缸壁之间的间隙，防止窜气，同时使活塞往复运动更顺畅。
活塞环分为气环和油环。气环的作用是密封气缸，防止漏气和帮助活塞散热。根据环的断面形状，气环可分为矩形环、扭曲环、梯形环等。WD615发动机第一道为梯形环，上部带有切口和安装标记“TOP”字样，有利于磨合、减磨和抗拉毛。第二道为锥面环，环上带有安装标记“TOP”字样。油环的作用是刮除缸壁上多余的机油，当活塞向下运动时，油环把气缸壁上多余的机油刮下来经回油孔流回油底壳，减少机油带入燃烧室并将缸壁上的机油刮布均匀。
活塞环在高温、高压、高速以及润滑困难和化学腐蚀严重的条件下工作。活塞环的运动非常复杂，既有与缸壁间相对高速运动引起的滑动摩擦，也有与环槽上下侧面的撞击，还有由于环的径向伸缩与环槽间所产生的相对摩擦，因此活塞环是发动机中最易磨损的零件之一。
当活塞环严重磨损、失去弹力或密封面烧蚀而失去密封作用时，将造成发动机起动困难、动力下降、曲轴箱压力升高、排气冒蓝烟、燃烧室及活塞表面严重积炭等不良现象，严重者造成活塞环卡死在环槽内，划伤缸壁，甚至折断。
③活塞销。活塞销的作用是连接活塞和连杆小头，并将受到的气体作用力传递给连杆。它的中部穿入连杆小头孔中。活塞销采用“全浮式”安装法。
活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件较差，因而要求有足够的刚度和强度，表面耐磨，质量小，WD615的活塞销材料为15Cr3或15Cr。
④连杆。连杆的作用是连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，并和曲轴配合把活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。
连杆由小头、杆身和大头三部分组成，如图2-8所示。
为了润滑小头摩擦表面，在小头和衬套上钻孔，以集存润滑油。连杆小头顶部开有V形集油槽孔，便于连杆小头与活塞销的润滑。图2-8 WD615连杆
杆身采用工字形断面，其表面经过强力喷丸处理。在连杆体上打有质量分组标记和顺序号，连杆质量共分9个等级，分别用C、D、E、F、G、H、J、K、L等9个英文字母表示，每个级别质量相差29g，各个级别间连杆不能互换。连杆与连杆盖上打有配对标记（为任意相同的三位数字），连杆与连杆盖有两颗M14×1.5的连杆螺栓连接。
大头做成可分的，采用45°斜面分割，接合面采用60°的锯齿形定位结构，被分开部分叫做连杆盖，两半部用螺栓紧固。连杆用大头半圆面作轴向定位，瓦盖宽度比连杆大头宽度小2mm。
连杆大小头中心距为219mm，大头宽46mm，小头宽41mm。
连杆螺栓采用42CrMo4合金钢制成。连杆螺栓除导向部分外，其他部分较细，虽降低了一些刚度，但可以提高螺栓的联接强度和适应性，易于装配，避免导向杆划伤或局部表面接触过紧出现微动磨损。按规定连杆螺栓不允许重复使用，不许超限使用，否则可能会产生螺栓断裂导致机毁事故。图2-9 WD615轴瓦
⑤连杆轴承（轴瓦）。连杆大头与连杆盖中装有分开式滑动轴承（轴瓦），如图2-9所示，采用Miba公司新镀层材料钢背不等厚轴瓦，表面有0.015mm Pbsh18Cuz三元合金镀层和0.002mm厚的防腐材料，连杆轴瓦不能刮。轴瓦具有保持油膜、减少摩擦阻力和易于磨合的作用。轴瓦上的凸键镶入连杆盖的凹槽中，以防止轴瓦在工作中移动或转动。
连杆轴瓦的上下瓦材料是不同的，上瓦能承受更高爆压，装配时一定要注意上下瓦不要装错。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]