383柴油机气缸盖设计开题报告

XXXX大学毕业设计（论文）开题报告

（学生填表）

学院：车辆与动力工程学院 2011年 3 月 20 日课题名称383柴油机设计（缸盖）

学生姓名XXX专业班级热发XXX课题类型工程设计

指导教师XXX职称副教授课题来源生产1. 设计（或研究）的依据与意义

柴油机与汽油机相比热效率高，可降低油耗20%~30%，同时其在低速时扭矩大，动力性、加速性好。柴油机的普遍转速低，故磨损等小，使用寿命长[1]。此外，由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高，因此，柴油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性 [2]。

随着我国经济的发展，能源消耗速度加快，大气污染，环境污染加剧。对于内燃机行业，这两大问题也相当重要。所以需要对提高对能源的利用，同时对排放污染物的成分及含量加以控制[3]。三缸发动机却比较好的结合其他动力系统，达到能源的高效利用。

本次设计的是383小型柴油机。该383柴油机为三缸、直喷式燃烧室，标定功率为20kw。与直喷式燃烧室对应的是分隔式燃烧室。由于相对于分隔式燃烧室，直喷式具有结构简单，燃烧迅速，对转速变化比较敏感，排放中微粒含量低。所以采用直喷式能够提高经济性、降低燃油消耗率，其较小的表面积与体积比使得散热损失小，冷启动性能好，没有分隔式中的流动损失[4]。

三缸柴油机相对于四缸机而言机体长度要小，在采用相同的材料的情况下，就减少了发动机的重量，对发动机的加速性能有一定的提升；另外三缸机更利于混合动力的使用，可以更充分的利用发动机所输出的功，与相同小排量的其它发动机相比，经济性要好；同时三缸机的使用可以减少摩擦功，降低泵气损失，进而提高发动机的有效功率；

缸盖上有进排气气道，水道等等。缸盖气道的性能影响着柴油机的动力性，根据自然吸气的特点，最大限度多进气，多排气，从结构上考虑，主要是气道的布置及结构能降低流动损失，同时不影响进气涡流的形成及质量[5]。进气涡流的质量影响着燃烧室中可燃混合气的形成质量，进而影响燃烧质量，影响发动机的动力性。而进气涡流的性能会增大进气阻力损失。

在缸盖上的“鼻梁区”是热负荷比较高的地方，应力比较集中。缸盖中水道的布置不仅仅要考虑水道结构对水的流动性的影响，保证水的正常循环，同时要注意对“鼻梁区”的冷却，避免“鼻梁区”的破裂。水道的布置不

仅要利于发动机的正常工作，还要能保证发动机的寿命[4]。

虽然三缸机有不少的优点，但是有个比较重要的问题需要注意，就是其平衡与振动。对于四缸机，它为自平衡，但是三缸机的平衡需要加平衡重或平衡机构。但是其震动仍然没有四缸机的低。

2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述

目前,柴油机技术发展的重点是加快开发与配套主机更加适应的节能、节材和高可靠性的新一代机型；现有产品提高可靠性和改善噪声、烟度等强制性指标是当务之急；直喷化、轻量化、适当强化和多缸化都是未来的发展方向。但只能根据经济形势发展逐步实现，还必须与主机的匹配性能提高、匹配合理化相结合，与配套主机的改进、提高及更新换代同步发展[1-4]。

对于缸盖的气道的研究。从充气效率分析，发动机动力性与充气效率成正比，进气排气对充气效率的影响是不同的，进气的影响更大。对于柴油机本身，要求进气要带有涡流，以保证正常的燃烧效果，但是在缸盖气道方面，充气效率和涡流比是相反的，提高涡流比就会使充气效率降低。文献[5]提出在新设计时，自然吸气式发动机进排气门直径合适比例为

1.2:1，并对低流阻的进气道和低流阻的排气道的结构进行了分析[5]。

气缸盖燃烧室侧直接受到高温、高压燃气的作用。其结构复杂工况严酷，为了保证可靠性，文献[6]对缸盖的承载机理做了研究。主要集中在：燃气爆发压力作用在气缸盖底板上时，机械载荷在气缸盖整体结构中的分布；气缸盖的底板作为气缸中直接承受燃气压力的机构区域，气缸内的爆发压力传递到气缸盖其他各结构部分的方式。主要研究部位为气道、气门导管座孔、中隔板和加强筋等[6]。

气门座圈和导管压入气缸盖后的精加工作为气缸盖机械加工的关键,其加工质量将直接影响气门的密封性,对整机性能及排放起着至关重要的作用。文献[7]中对气门座圈加工的定位、精加工工艺、刀具的结构形式、加工工艺对精度的影响做了分析。针对不相同的结构，用不同刀具加工，及对加工精度的分析。针对不同的产品前景，对加工机床有这不同选择。提出了随刀具材料、结构形式的发展，对工艺的改进，精度提升，效率提高的展望。

缸盖燃烧室侧工况严酷，要求缸盖材料应导热性好、机械强度高、热强度高、铸造性能好。一般采用优质灰铸铁或合金铸铁。铝合金材料也有应用，它具有导热性比铸铁好、质量轻的特点，但刚度低[8]。故要对铝缸盖进行优化保证可靠性，文献[9]主要通过对结构改进和应力的分析保证。结构上有三个方案，气缸盖中隔板平行于火力岸，中隔板进排气道间各有一条较宽的加强筋、气门导管与两缸间隔墙设一加强筋；气缸盖中隔板

成“V”形结构，在中隔板与气门导管连接处设置高位筋, 去掉中隔板进排气道间加强筋。应力分析上，界定载荷边界条件和接触边界条件，进行有限元计算分析，对比结果。得出了第三方案最优的结论[9]。

参考文献

[1] 周龙保 . 内燃机学 . 北京：机械工业出版社，1999.

[2] 高定伟 . 小型柴油机降低排放的有效途径 . 汽车工程 . 2006，28(3) :242-245.

[3] 翁祖亮 . 我国中小功率内燃机可持续发展战略研讨 .柴油机 . 2002，(1):40-42.

[4] 袁兆成 . 内燃机设计 . 北京：机械工业出版社，2008.

[5] 杨江伟. 柴油机缸盖气道的设计和研究.内燃机及配件，2010，(9):23-24.

[6] 张儒华. 气缸盖中一些关键功能结构的承载机理研究.内燃机学报.22(3):22-44.

[7] 史胜祥，杜黎清 . 柴油机气缸盖座圈导管孔精加工工艺解析. 现代零部件，2010(9):69-70

[8] 陈家瑞 . 汽车构造（上）. 北京：机械工业出版社，2009

[9] 郭昌明等. 大功率柴油机整机铝合金气缸盖结构优化研究 . 内燃机，2008，(2)：5-9

3. 课题设计（或研究）的内容

1、查阅相关资料，确定总体设计方案；

2、根据总体布局，绘制柴油机的纵剖图；

3、完成缸盖总体设计；

4、撰写设计说明书；

5、翻译外文技术资料。

4. 设计（或研究）方法

内燃机的设计试制过程是随着机型、生产规模不同而不同的。在设计过程中，要查阅相关书籍资料和各种期刊，以及有关383柴油机的相关知识，并了解国内外该机型的一些主要结构参数。在设计过程中与小组成员一起讨论确定主要零部件的结构方案。总体方案确定之后即可开始主要零部件的初步设计，从而保证各个零件能够顺利组装。

5. 实施计划

第5周：查阅资料，撰写开题报告；讨论并确定总体设计方案；

第5—14周：图纸设计；

第13—15周：翻译外文资料，撰写设计说明书；

第16—17周：毕业答辩。

指导教师意见