柴油机缸体结构的优化设计浅谈

内燃机与配件

0引言

对于柴油机而言其中最重要的一个零部件就是缸体，这是保证柴油机能够有效的在实际工业发展中完成其自身任务的主要零部件之一。并且随着我国可持续发展战略的应用以及节能减排的发展，在实际工作中如何提高柴油机发动机的高爆发压力、低机油耗以及低漏气量这些都成为了柴油机在发展的过程中一个十分重要的要求。为了保证这些要求需要让缸体本身具有较强的刚性，并且降低柴油机缸体的缸孔变形量做到轻量化，设计一款质量相对于轻的刚性强发动机能够有效的对整体起到减振的效果。

1浅水套的设计

在完成对柴油机缸体结构的优化设计过程中首先需要完成的就是对浅水套的设计，需要意识到在实际柴油机缸体结构工作中，提高浅水套设计效果能够直接提高柴油机缸体结构整体的刚性。通过实验和多次检验发现，在实际应用的过程中浅水套设计中当水套的深度为整个活塞行程的2/3时其处在最佳深度，在这种情况下可以最大限度的提高柴油机缸体结构的刚性以及柴油机整体的使用效果。

如图1所示，完成浅水套设计优化的柴油机缸体结构以及没有完成浅水套设计优化的柴油机缸体结构，图1中左侧的浅水套设计是以往在使用柴油机的过程中所会选择的浅水套设计，而右侧是经过多次实验之后完成优化的浅水套设计，通过优化后发现其浅水套自身的高度在81mm ，而柴油机缸体结构的活塞行程为89mm 。将不同的两种浅水套设计结构柴油机缸体结构进行深水套与浅水套的CFD 分析并且完成对比，要求在完成对比的时候，这两种不同结构的水套设计其换热系数必须要满足一个条件就是大于或者等于5700W/（m ·K ）的要求，然后才能将其进行CFD 的分析对比，其中具体对比效果如图2所示，通过图2所示结果发现在实际柴油机缸体结构应用中浅水套设计不仅仅能够保证在柴油机缸体结构工作中降低整体水套的换热系数，同时还能够对4缸柴油机的换热系数完成非常明显的改善，通过将缸孔作为本次测量中的整体变量来完成测量发现，其中浅水套的二阶变形量其本身能够比深水套的缸体二阶变形量更小，保证其缸孔刚性能够得到非常有效的提高，完成柴油机缸体结构的

优化设计。

2深缸盖螺栓孔设计

在柴油机缸体结构中深缸盖螺栓孔设计也是非常重要的一个环节，在以往的深缸盖螺栓孔设计中所选择的缸盖螺栓多为高强度螺栓，在应用这种深缸盖螺栓孔设计的时候其自身能够产生的轴向力至少为85kN ，但是在柴油机缸体结构中一旦出现这么大的轴向力其本身会导致缸孔相对于薄弱的部分出现受到拉伸或者压缩力过猛而导致的缸体变形，进而促使柴油机缸体结构整体的使用寿命和使用效率下降，对于柴油机缸体结构而言缸盖螺栓会产

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————————————————作者简介：周冬冬（1986-），男，浙江新昌人，助理工程师，研究方

向为柴油机性能开发和结构设计。

柴油机缸体结构的优化设计浅谈

周冬冬；梁亮；陈云炳

（浙江新柴股份有限公司，新昌312500）

摘要：随着经济的高速发展，在当前社会中人们对于技术的要求以及设备的要求都越来越高，特别是对实际工业生产中所涉及到

的设备，其中柴油机缸体就是最受人们关注的设备之一。科技的发展为人们的生活带来新的发展和便利，在这种情况下对柴油机缸体

进行设计优化是十分必要的，在完成柴油机缸体设计优化的过程中可以通过以下几个方面来完成，其中包括了柴油机缸体的水套、缸盖螺栓孔深度、裙部、加强筋等等不同的结构位置来优化缸体整体的强度和刚性。

关键词：

柴油机缸体结构；优化设计；柴油机图1缸体水套优化前后的对比

图2水套优化前后的CFD 分析

·30·DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2019.06.014

Interna l Combustion Engine &Parts

生轴向力，

其主要的原因是，在柴油机缸体结构工作中螺纹之间通过啮合进而产生了轴向力，为此想要防止轴向力过大就需要在柴油机缸体结构设计中让缸盖螺栓孔螺纹部分尽量处在缸体水套以下，即让深缸盖螺栓孔设计。在柴油机缸体结构中应用深缸盖螺栓孔设计能够保证在使用中出现的轴向力主要作用点在缸体的水套以下，进而保证能够避开柴油机缸体结构中缸孔相对于薄弱的部位，防止由于轴向力过大而导致的柴油机缸体结构变形，柴油机缸体结构使用寿命简单。为了验证深缸盖螺栓孔设计在实际使用中的效果，针对深缸盖螺栓孔设计与传统的设计进行分析发现，在完成对缸孔变形量的测量过程中，以往的浅螺纹设计会导致柴油机缸体结构中二阶缸孔变形量约为16.23～25.34μm ，但是在柴油机缸体结构中采用的是深缸盖螺栓孔设计则二阶缸孔变形量为5.86～13.45μm ，通过数据对比明显发现在柴油机缸体结构中深缸盖螺栓孔设计能够保证轴向力对缸孔变形量的影响大幅度减小，提高柴油机缸体结构整体的刚性。为了保证轴向力不会聚集在螺纹根部，可以在完成深缸盖螺栓孔设计中在缸盖螺栓搭子的根部增加一定量的加强筋，这种做法的目的就是保证在完成整体柴油机缸体结构设计之后，使用柴油机的时候可以让缸盖螺栓轴向力向下传递，确保轴向力不会完全聚集在螺纹根部，其具体效果如图3所示，这种做法可以让轴向力对柴油机的缸孔变形影响非常小，并且能够在完成柴油机缸体结构设计之后增加缸体的整体刚性，在设计的过程中要求设计者需要将缸盖螺栓与主轴承盖螺栓连接成为一体，并且在完成使用之后让柴油机缸体结构中的缸盖螺栓孔与主轴承盖螺栓孔轴线在同一条线上，其目的是为了保证在实际使用中可以让两种螺栓的轴向力完成相互之间的传递和低效，最大限度的保证对缸体整体的影响，在增加缸体刚性的同时也保证轴向力对缸体的影响，真正意义上的做到提高柴油机缸体结构整体的使用寿命。

3裙部弧形结构以往的柴油机缸体结构整体设计中有关原缸体的裙部设计大多数所选择的设计方案都是平直或者大平面结构，这种结构并不利于增强柴油机缸体结构整体的刚性，为此在当前的柴油机缸体结构优化设计中所采用的原缸体的裙部设计为裙部弧形结构，这种结构从纵向分析为弧形结构框架，从正面看其形状为花瓶型，如图4所示。在实际柴油机工作的过程中，这种结构十分有利于增强柴油机缸体结构的强度以及刚性。在图4中直接可以看出经过整体优化的缸体裙部在完成过渡的过程中虽然相对于不平整，但是其角度更为舒缓，避免了以往设计中存在的尖角过多的情况，只有保证每个部位都能够平缓的完成过度并且形成整体的弧形结构，才能真正的保证柴油机缸体结构的刚性和强度都增加，防止出现柴油机的实际使用中存在的由于发动机突然开启而导致的整体扭曲变形如图5。在实际柴油机缸体结构应用中，只有保证原缸体的裙部设计为弧形结构，才能真正的保证在使用中减少应力集中这一问题，避免对原缸体的裙部压力太大而导致出现损坏的情况，增强原缸体的裙部结构的刚性和强度就是在直接增强柴油机缸体结构的强度和刚性，直接降低了由于发动机的扭曲而出现柴油机缸体结构变形的情况。

4结语综上所述，在完成柴油机缸体结构的优化设计的过程中其主要的设计方向就是保证缸体轻量化。做好柴油机缸体的缸体轻量化不仅仅能够直接促使结构的优化，还能够直接且有效的提高缸体本身的刚性以及强度。在柴油机缸体中所涉及的缸体浅水套设计、裙部弧形结构设计、深缸盖螺栓孔、合理的加强筋设计等等都可以直接且有效的提高缸体的整体的刚性以及强度，确保完成柴油机缸体结构的优化设计，为我国的工业发展以及经济发展做出贡献，帮助市场进一步的提高科技的应用效果，同时促进我国在柴油机缸体结构的优化设计上更好的发展。

参考文献：

[1]秦立新，黄佳妮.公共底座对柴油机缸体变形影响的计算[J].机电设备，2018，35（01）：18-21.[2]赵礼飞，胡必谦，郑久林，豆刚.浅谈柴油机缸体结构的优

化设计

[J].内燃机，

2017（

01）：31-33.图3

缸体加强筋设计

图4缸体裙部纵向结构框架示意图

图5缸体裙部横向结构框架示意图

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