缸体设计指南

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回油和通风
• 通风回油的重要性 1、让输送到缸盖上的润滑油回流到油底壳； 2、保持缸体内部与外界环境的压力平衡；
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砂芯
• 砂芯构成 水套芯、通风回油孔芯、内模、外模等部分。 构成需要根据实际生产浇注的方法、制造工艺以及所开发产品结构 的复杂程度而定。 在砂芯设计过程中，分型线和拔模角的选择必须保证各个芯能够自 由开模，具体数值需要根据实际设计情况确定。
度和刚度，而且要在结构上充分考虑减轻整机重量；
框架做为缸体的一部分，结构设计、功能等方面都需要在缸体设计开 发过程中考虑，其模型的分析也将同缸体一起进行。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 5.2.4 主轴承盖 主轴承盖的功能与框架一样，承受曲柄连杆机构的作用力。 主轴承盖是做为缸体的一部分，同缸体一起进行有限元结构分析，以方 便结构设计与优化。
缸套作用
材料与结构
• 材料一般为灰铁，薄壁缸套为钢质。 • 壁厚必需大于 2mm，缸套高度一般为冲程的 1.5倍。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 5.2.3 框架 框架的设计需求 缸体结构尺寸较大、龙门式结构的缸体，不采用框架结构； 1、尺寸大的框架，加工过程中的平面度是制约加工质量的重要因素，故 不易采用框架结构。 2、龙门式缸体本身的结构决定了不采用框架。 框架上需要安装主轴承盖螺栓及框架螺栓，框架设计要保证缸体的强
缸体强度弱
造成缸体过早形成裂纹、损坏；
缸体刚度弱
导致各受力部位产生变形，进而破坏各零部件间的合理的
配合关系，加速零部件损坏、将低发动机性能、甚至损坏发动机。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 如何在设计初期来分析、测算缸体的强度与刚度 尽量避免上述情况的发生呢？ • 合理借鉴设计经验值，成熟的经验帮助设计工作少走弯路，并且能够提高 设计开发效率；
结合以上几方面条件约束，在缸体的布置设计阶段，应充分考虑到 整车与发动机各零部件的空间布置情况。
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4.2 结构强度与刚度
柴油发动机的燃烧爆发压力高，决定了缸体受力情况较为复杂。缸体 拥有足够的强度和刚度，以保证缸体的几何形状、缸体与各零部件之间正 确的配合关系，这显得尤为重要。
水套
油路 回油和通风 砂芯 轮系的布置
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5.2.2 缸套
5.2.3 框架 5.2.4 主轴承盖
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1、简述 就目前公司对商用车的发展规划，结合商用车搭载柴油发动机的设计开
发趋势，编写此缸体设计指南。
本指南主要涉及：商用车搭载的柴油发动机缸体的功能、结构、工艺、 材料、设计要点、设计步骤等诸多方面，并对缸体设计所引用的设计标准、
铸铁，缸体的重量占整机重量的比例较大，约为40％左右。 合理缸体结构、充分利用金属材料抗变形能力、保证刚度的前提下适当 减小壁厚（铸铁缸体壁厚的经验数值为5mm）、减小缸体外形尺寸等措施，
都是减轻缸体乃至整机重量的有效手段。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 5、设计步骤 5.1 结构参数的确定
• 缸体形式
缸体上零部件的布置
• 缸体内部 曲柄连杆机构等运动件与缸体之间最小间隙应保持在5mm以上；
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• 缸体外部
高压燃油泵、空调压缩机、动力转向泵、起动机、发电机等外围附件 与缸体之间也应该保持一定的合理间隙。
发动机悬置支架一般都固定在缸体上，因此必须在缸体上保证足够的
外部空间来设计悬置支架的螺栓与定位用搭子。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 3、结构 3.1 结构形式 缸体结构一般分为：
平分式 曲轴中心线和缸体底平面在同一平面上；
龙门式 曲轴中心线与缸体底平面不在同一平面上； 隧道式 曲轴中心孔完全置于缸体内部。 就结构强度而言，隧道式最佳，龙门式次之，平分式最差； 就结构形式而言，平分式最简单，龙门式次之，隧道是最复杂。 商用车用柴油机的热负荷重、机械负荷重，并且工作运行环境较恶
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目
1、简述 2、功能 3、结构 3.1 结构形式
录
3.2 主要零件
4、设计要点 4.1 整机布置
4.2 结构强度和刚度
4.3 冷却问题 4.4 通风要求
4.5 减轻重量
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缸体设计培训之 缸体设计指南 5、设计步骤 5.1 结构参数的确定 5.2 主要零部件设计 5.2.1 气缸体 曲轴箱
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4.4 通风要求
油气的来源 • 缸体内高温润滑油产生蒸汽； • 燃烧室内部高温高压燃气,从活塞环口少量串入曲轴箱内部。 为何要做通风结构设计？ • 串入曲轴箱内部的油气使得内部压力升高，失去与外界环境的压力 平衡；压力失衡后油气外泄入大气，甚至会带出机油，严重时会影响 发动机正常工作；
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轮系的布置
• 匹配整车的需要 变速箱布置在缸体的后端，方便动力输出。 • 整机驱动的需要 各零部件的空间布置，确保相互之间有一定的合理间隙存在。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 5.2.2 缸套 缸套形式 干式缸套、湿式缸套或者无缸套 增加缸孔的耐磨性，提高缸体的刚度和强度。
• 缸径
• 缸数
• 缸心距
• 冲程
• 鼻梁区
商用柴油机设计倾向
• 大缸径小冲程 冲程缸径比一般为 0.92～1.08之间； 考虑后续对缸体进行扩缸提供可能；
• 产品进行系列化生产 • 鼻梁区设计
比理论值稍微大一些；
• 紧凑的缸体结构。
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5.2 主要零部件设计
5.2.1 气缸体 曲轴箱 • 曲轴箱结构设计，一个重要影响因素就是连杆的整个运动轨迹， 即连杆的包络线； • 曲轴箱内壁与连杆包络线间隙的设计经验值在 5 mm以上；
• 对设计完成的缸体模型进行有限元分析，针对薄弱部位做出适当的修正， 进而提高缸体的强度与刚度。
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4.3 冷却问题
柴油机的热负荷比汽油机高,保证流向各个气缸的冷却水量与水温均 匀一致十分必要；因此，设计出合理、高效的缸体水套是解决发动机冷却
问题的先决条件。
循环冷却水既要带走缸孔（或者缸套）内壁上的热量，又要保证不因 过度冷却将低工质燃烧产生的热量。 水套内不应该存在滞留水或水蒸气的死区，因此在有潜在产生这种死 区的区域增加设计水孔通向缸盖。 水套的设计也可以通过对设计模型进行换热系数、流速的分析，修正 优化设计结构，改善缸体的冷却效果。
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缸体设计培Fra Baidu bibliotek之 缸体设计指南 4、设计要点 4.1 整机布置
整机布置大致概括为：发动机在整车上的布置、缸体上零部件的布置。
发动机在整车上的布置 由于发动机运转时产生振动，要求发动机上的缸体等零部件与整车机 舱内部各零部件之间必须保证有一定的间隙，设计经验值基本上为前后间 隙25mm，上下间隙25mm，左右间隙19mm。
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柴油机缸体设计是一个复杂的工程，涉及到诸多方面；因此在缸体设计 开发过程中需要根据研发以及实际生产能力，考虑各方面影响因素。
由于工作经验欠缺、涉猎的知识面有限、时间仓促等原因，这份缸体设 计指南的编写一定疏漏和不当之处，请各位同事提出宝贵意见！
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水孔流入缸盖，实现对整机冷却；
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缸体设计培训之 缸体设计指南 油路 • 油路功能 为缸孔、主轴承孔、摇臂轴、摇臂、增压器、发电机真空泵等需要润 滑的零部件提供高压油通道。 根据实际设计布置的需要，有时会在主油道以外，增加设计一个副油 道来满足供油需求； • 油路布置 1、机油泵一般设计布置缸体上，由曲轴前端直接驱动； 2、为避免机油温度过高影响润滑效果，主油道和机油滤清器通常布置 在缸体的进气侧。
劣，因此商用车用柴油机缸体材料基本都是使用铸铁，设计上采用闭式
水套结构，采用干式缸套或者湿式缸套，也有无缸套结构（如我们部门 开发的第一款柴油机496A缸体）。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 3.2 主要零件
截止目前，我们部门开发并进入试制阶段的仅有496A型发动机；因此，在缸
体主要零件部分仅就496A缸体进行简要的介绍。
曲轴箱内部横剖面图
连杆的运动轨迹
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缸体设计培训之 缸体设计指南 水套 • 水套形式 开式、闭式 商用柴油机热负荷、机械负荷均较大，结构强度与刚度又大，基本上 都采用闭式水套结构。 • 水套设计要求 1、活塞处于上止点时，第一道活塞环处必须有水套进行冷却； 2、闭式水套不利于开模，常增加清砂孔，两缸间也应有水套存在； 3、闭式水套不利于开模，常增加清砂孔，两缸间也应有水套存在；目 前主流的设计思路，两缸之间加工斜水孔来代替常规意义上的水套； 4、水泵一般设计在缸体前端，水流从水泵首先进入缸体，经缸体顶面
结 束
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基本参数的选用以及缸体所需进行的实验、检测等进行规范、描述，从而统
一商用车柴油发动机的设计和开发工作。
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2、功能
缸体是发动机的外壳与骨架，缸体的内部与外部布置安装了发动机基本 上所有主要零部件。 缸体内部安装布置有：润滑油道、冷却水腔、曲柄连杆机构等；外部安 装布置有：气缸盖总成、齿轮室（或链轮室）、飞轮壳（或变速箱总成）、 机油冷却与滤清器、油底壳、机油收集器附件驱动轮系、悬置支架等零部件。
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缸体设计培训之 缸体设计指南 通风回油结构设计要点 • 曲轴箱内压力要低于环境压力约25mbar左右； • 回油通道避开温度较高的排气侧，尽量设计在进气侧； •通风管路将油气引入进气管路至燃烧室内烧掉。 4.5 减轻重量 整车轻量化的设计趋势
•商用车柴油发动机的缸体材料是采用强度高、铸造性能好、成本低的