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上止点（T.D.C）是活塞在气缸中运动的最上端位置。下止点（B.D.C）同上理。行程（S）指活塞上止点到下止点的直线距离，是曲轴曲柄半径的两倍。缸径（D）气缸内径。气缸余隙容积（Vc）、气缸工作容积（Vs），气缸总容积（Va）、余隙高度（顶隙）。柴油机理论循环（混合加热循环）：绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。混合加热循环理论热效率的相关因素：压缩比ε、压力升高比λ、绝热指数k（正相关）、初期膨胀比ρ（负相关）。实际循环的差异：工质的影响（成分、比热、分子数变化，高温分解）、汽缸壁的传热损失、换气损失（膨胀损失功、泵气功）、燃烧损失（后燃和不完全燃烧）、泄漏损失（0.2%，气阀处可以防止，活塞环处无法避免）、其他损失。活塞的四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。柴油机工作过程：进气、压缩、混合气形成、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，开启持续角均大于180°CA（曲轴转角）。气阀定时：进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。（四冲程一定有，增压大于非增压）机械增压：压气泵由柴油机带动。废气涡轮增压：废气送入涡轮机中，使涡轮机带动离心式压气机工作。二冲程柴油机的换气形式：弯流（下到上，再上到下）、直流（直线下而上）。弯流可分：横流、回流、半回流。直流：排气阀、排气口。横流：进排气口两侧分布。回流：进排气口同侧，排气口在进气口上面。半回流：进排气的分布没变，排气管中装有回转控制阀。排气阀——直流扫气：排气阀的启闭不受活塞运动限制，扫气效果较好。弯流扫气的气流在缸内的流动路线长（通常大于2S），新废气掺混且存在死角和气流短路现象，因而换气质量较差。横流扫气中，进排气口两侧受热不同，容易变形。但弯流扫气结构简单，方便维修。直流扫气质量好，但是结构复杂，维修较困难。柴油机类型：低速柴油机n≤300r/minVm＜6m/s中速柴油机300n≤1000Vm=6~9m/s高速柴油机n1000r/minVm9m/s按活塞和连杆的连接方式：筒形活塞式（无十字头式）柴油机，十字头式柴油机。两者间的区别：筒式活塞承受侧推力，活塞导向作用由活塞下部筒式裙部来承担。活塞与连杆连接：活塞销。十字头活塞侧推力由导板承担，导向由十字头承担。活塞与连杆连接：活塞杆（垂直方向做直线运动）。两者的优缺点：十字头式柴油机的活塞与缸套不易擦伤和卡死，气缸下部设隔板，能避免曲轴箱的滑油污染，利于燃烧劣质燃料。活塞下方密闭，可作为辅助压气泵。但重量和高度大，结构复杂。筒式柴油机的体积小，重量轻，结构简单。多缸机气缸排列可以分为直列式、V型（夹角90°、60°、45°）、W型（较高的单机功率与标定功率的比值）从柴油机功率输出端向自由端看，正车时按顺时针方向旋转的柴油机称为右旋柴油机，反之，左旋。双机双桨上，由船艉向船艏看，机舱右舷的为右旋柴油机，左舷的为左旋柴油机，右机操纵侧在左侧，排气在右侧，左机相反。（单台布置的船舶主柴油机为右旋柴油机）。可由操作机构改变自身转向的柴油机称为可逆转柴油机。（直接带动螺旋桨）曲轴仅能按同一方向旋转的柴油机为不可逆柴油机。（带有倒顺车离合器、倒顺车齿轮箱、可变螺距螺旋桨）燃烧室：活塞处于上止点时，由气缸盖底面、气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合燃烧的空间。气缸盖受到螺栓预紧力和缸套支反力的作用，柴油机工作中还要受到燃气的高温、高压作用，其冷却水腔还要受到水的腐蚀。结构复杂，金属分布不均、各部位温差很大，气缸盖承受着很大的分布很不均匀的机械应力和热应力，各阀孔间的狭窄区域（鼻梁区）工作条件更为恶劣。要求足够的强度和刚度，以保证气缸盖既不会应力过大而损坏，也不会变形而漏泄；要求气缸盖底板良好的冷却，特别是各种阀孔之间的金属堆积处和高温部位；阀件的拆装、维护方便，水垢容易清除。气缸上部将受到气缸盖安装预紧力的作用，气缸内壁受到燃气高温、高压和腐蚀作用以及活塞的摩擦、敲击和侧推力作用。气缸冷却水空间受到冷却水的腐蚀和穴蚀。要求足够的强度、刚度、耐磨性、抗腐蚀性、并要润滑和冷却，结合面要有可靠的气封和水封。活塞受到燃气高温、高压、烧蚀和腐蚀的作用。热负荷和机械负荷很高，材料的机械性能在高温下降低，活塞在工作中容易发生裂纹和变形。活塞与气缸之间，不可能建立液体动力润滑，摩擦损失功大，磨损严重。要求强度高、刚度大、密封可靠、散热性好、冷却效果好、摩擦损失小、耐磨损。活塞质量轻（中、高速柴油机）。机械应力：气缸盖的水冷面为拉应力，触火面为压应力，数值均大于安装应力。气缸套触火面拉应力和压应力最大，水冷面，拉应力最小，压应力为0。活塞顶板上表面为压应力，下表面为压应力。以上部件由气体压力而产生的机械应力和最高爆发压力成正比，与部件壁厚成反比。在船舶上，轮机管理人员通常根据柴油机的排气温度来判断热负荷的高低。热负荷过高的危害：机械性能降低，承载能力下降，受热部件膨胀、变形，改变正常的工作间隙，滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至烧掉，有些部件烧蚀，受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏。船用柴油机活塞多为冷却式，活塞顶板受到高温燃气的加热，下表面受到低温冷却液的冷却。同时存在轴向传热（热量沿轴向传给活塞冷却液），也有径向传热（热量沿径向经活塞环、汽缸壁传给气缸冷却水），但主要是轴向传热。热疲劳：在交变热应力作用下出现的破坏现象。燃烧室部件的破坏是从出现裂纹开始，逐步发展遭到疲劳破裂。低频应力在柴油机启动——全负荷运转——停车的过程中变化很大，在触火面上产生裂纹，同时还存在着高频应力。采用薄壁强背的结构是兼顾机械应力和热应力的有效方法。钻孔冷却是最理想的形式。燃烧室的裂纹以触火面占多数，特别是应力集中及金属堆积的地方，如气缸盖底面的各种阀孔处，气缸套缸口圆角处，气口边缘，注油孔边缘等，触火面裂纹主要是低频热应力引起；气缸盖水冷面产生的裂纹主要是由高频机械应力引起的。活塞顶烧损多见于直流扫气及油冷柴油机活塞上，活塞冷却腔太脏，使冷却不良、导热不好、局部过热，会加快烧损。活塞采用滑油冷却，使热损失减少。十字头活塞的活塞裙不受侧推力，较短。筒形活塞的活塞裙有较大的侧推力作用，所以要造得十分坚韧。筒形活塞中，活塞和连杆小端靠活塞销相连。活塞销要传递周期变化的气体力和惯性力，还要受到连杆小端和销座的摩擦和磨损。结构形式有：浮动式（连杆小端和销座内都可自由转动，磨损小且均匀）、固定式（固定在销座上）、半浮动式（固定在连杆小端上）。为了减轻重量，活塞销都做成中空的，径向孔用来输送润滑油冷却活塞头，润滑销座和连杆小端。活塞的冷却：非冷却式活塞（径向散热型，传给气缸套，冷却水带走，适用小柴油机）冷却式活塞（轴向散热型，冷却介质在活塞内腔强制冷却，适用大中柴油机）自由喷射冷却（连杆杆身有输油通道，滑油压力作用自下而上，小柴油机）循环冷却(专设冷却机构把压力滑油送入活塞顶内腔循环冷却，应用较广)振荡冷却（内腔中设置大容积冷却空间，进出口位置不同，保证冷却液只有40%-60%，并循环流过，大中型强载柴油机上普遍采用）。根据冷却机构的不同，可以分为套管式（密封好，但是存在液击现象）和铰链式（密封不好，结构简单仅用油冷）。活塞环的作用不同分为压缩环（气环）和刮油环两种。筒形滑油飞溅，要刮油环，十字头注油润滑，只有气环，活塞裙较长的装承磨环。异常磨损（磨损后极不均匀，磨损速度过快）的原因：磨合不良、运行中超负荷、润滑不好、滑油品质不好、滑油品质不合要求、燃烧不良、冷却不佳、摩擦表面有硬质颗粒等。活塞环因活塞或气缸过热（滑油变油漆）、燃烧不良（炭粒）、滑油过多不净将活塞环粘着在环槽里。活塞环折断的原因：搭口间隙过小、环槽积碳、活塞环压入（与汽缸壁不能很好贴合，主要因素）。活塞环长时间使用产生不均匀磨损或由于过热、粘着和疲劳等使其弹力部分或全部丧失。气环可分为矩形环（简单，容易卡死）、梯形环（间隙可变促磨合，防烧结，但配合精度高）、倒角环（容易磨合，有利于形成油楔，但不适合做一二道环）、内切槽扭曲环（（第一道，密封性好），外切槽环（第二、三道）。气环的搭口可分为直搭口、斜搭口（简单，加工方便）与重叠搭口（气密性好，但容易折断）。搭口不要摆在上下一条线上，应该避开，彼此相反。油环可分为单刃油环、双刃油环。特点：接触面积小，刮油效果好；天地间隙小，泵油作用小。如果裙较长不安装承磨环，活塞和气缸磨合中会拉缸。气缸套外表面与冷却水直接接触称为湿式气缸套，散热好，缸套刚性好，制造与更换方便，但外表面易受冷却水的腐蚀与穴蚀。干式气缸套，外表面不与冷却水接触，冷却水腔设于气缸体内，特点与湿式相反，仅适用于小柴油机。气缸套磨损：熔着磨损（局部高温，熔融粘着、脱落）、磨料磨损（硬质颗粒进入摩擦面，形成磨料，挤压滚撞）、腐蚀磨损（含硫燃油燃烧，生成硫酸等，还有生成氧化物）。气缸套的过度磨损（远远超过正常值）的原因：结构设计、材料选用、加工装配质量、管理（气缸活塞过热、活塞环密封不好、刮油环不对或性能下降、油或气中硬质颗粒过多，磨合不良、气缸油量过多或者过少）。由硫酸引起的腐蚀称为低温硫酸腐蚀或“冷”腐蚀。含有海水或盐的燃油、空气、润滑油会对气缸套盐酸腐蚀。防止腐蚀的措施：避免低负荷运行，适当提高冷却水温度，采用适当的气缸润滑油，滑油孔设在较高的位置，滑油注入能均匀分布。气缸套穴蚀：气缸套外表面冷却壁上出现光亮无沉淀的蜂窝状小孔群损伤的现象。由空泡腐蚀和电化学腐蚀两种因素共同形成的。闭式循环淡水冷却柴油机，缸套穴蚀主要由空泡腐蚀引起；开式海水冷却的柴油机中，缸套穴蚀主要是电化学腐蚀。穴蚀直接影响柴油机寿命和可靠性。缸套振动是缸套穴蚀的重要原因。防止穴蚀的措施：降低缸套振动（增加壁厚、提高支撑刚度和数量、减少缸套轴向间距、减少活塞和缸套的装配间隙），提高缸套抗穴蚀能力（抗穴蚀材料、外表面处理、冷却水腔结构合理，水流平顺、水处理提高消振性能），冷却水水温不能过高、水压足够、防止冷却水含有大量空气、保护水腔清洁、控制拆哟及负荷转速。气缸盖分类：单体式气缸盖（密封性好，但中心距增大，长度和质量都增加）、整体式气缸盖（中心距小，结构紧凑，质量变轻，易变形，密封性差，结构复杂）、分组式气缸盖（介于两者之间）十字头和导板的作用是将活塞组件和连杆组件连接起来，把活塞的气体力和惯性力传给连杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。（导板5左侧导板为正车导板，正车膨胀或者倒车压缩受侧推力，导板6相反）连杆的功用是将作用在活塞上的气体压力和惯性力传给曲轴，并把活塞或十字头与曲轴连接起来，将活塞的往复运动变成曲轴的回转运动。二冲程柴油机连杆始终受压，压力周期性变化；四冲程有时受拉有时受压。连杆小、大端轴承还与活塞销或十字头销、曲柄销产生摩擦和磨损。连杆构造：小端、杆身、大端。轴承组成：轴承盖、轴承座、轴瓦（提高耐疲劳性能）或者垫片（没有轴瓦，合金直接浇注，增大轴颈提高散热）、螺栓。连杆杆身断面做成工字型可以提高大大提高连杆摆动平面内的抗弯强度。十字头轴承的工作特点：比压大、难以形成足够的润滑油膜（摆角摆速时大时小，处于边界润滑）、单向受力（二冲程机）、受力不均（销与轴承变形不一）。提高十字头可靠性的措施：降低轴承比压（加大轴颈、加大孔径、限制最高爆发压力）、使轴承负荷分布均匀（采用弹性结构（轴承座与销变形相一致）、刚性结构、反变形法、增大贴合面积）、保证良好的润滑和冷却（保证油压、合理开设油槽、选择合适间隙）、薄壁轴瓦、提高十字头销颈的表面光滑度。连杆螺栓的结构特点：耐疲劳的柔性结构（增加螺栓长度，减小杆部直径）、采用精细加工螺栓螺纹、断面变化处以及螺纹部采用大圆角过渡（减少应力集中）、保证螺栓头与螺母支撑平面、螺纹中心线垂直（减少附加弯曲应力）、杆身最小直径应等于或小于螺纹内径。二冲程的连杆螺栓只受预紧力的作用、四冲程除预紧力外，在换气上止点有惯性力的拉伸，还偶有大端变形的附加弯矩。按连杆螺栓的安装方式不同可以分为用螺帽连接的与不